三峽庫區水生態安全評價范文

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自1992年三峽工程決定動工興建以來，世界上難度最大的水利移民工程最終移民將達120萬人，以移民遷建為動力，庫區城鎮化水平逐步提高。但隨著三峽庫區移民帶來的快速城鎮化，各項市政設施和環境保護的措施的建設速度大大滯后于人口聚集的速度，城鎮化過程正在對自然資源與自然環境產生巨大的影響。庫區不少地方的生態環境受到嚴重破壞，長江上游的生態安全面臨嚴重挑戰。根據三峽庫區重慶段（三峽庫區中除湖北省的巴東縣、秭歸縣、興山縣和宜昌縣等4個縣外其余16個區縣）城鎮化與生態問題的實際，本研究基于驅動力—壓力—狀態—影響—響應（DPSIR）概念模型選取了25個能反映水生態安全狀態的指標，通過指標權重確定、數據標準化處理和水生態安全評價模型的構建，以三峽庫區重慶段為例，從城鎮化視角分析三峽庫區重慶段自2007年三峽庫區水位達156m高程以來的水生態安全狀態。

1研究地域概況

三峽庫區流域包括重慶市的江津市、渝北區、巴南區、長壽縣、涪陵區、武隆縣、豐都縣、石柱縣、忠縣、萬州區、開縣、云陽縣、奉節縣、巫山縣、巫溪縣等15個區縣（市）和主城區（包括渝中區、大渡口區、江北區、沙坪壩區、九龍坡區、南岸區、北碚區等7區），湖北省的巴東縣、秭歸縣、興山縣和宜昌縣等4個縣（圖1）。三峽庫區是中國乃至世界最為特殊的生態功能區，也是長江上游主要的生態脆弱區之一，其水生態安全狀況不僅直接影響整個長江流域的生態安全，也關系到長江流域社會經濟的可持續發展。本文研究三峽庫區重慶段除湖北省的巴東縣、秭歸縣、興山縣和宜昌縣等4個縣外其余16個區縣，幅員面積46158．53km2，約占整個三峽庫區面積的80％，占據重要的生態地理位置［15］。該區地跨川東平行嶺谷低山丘陵區、大巴山喀斯特中山區和大婁山、巫山低中山山區，丘陵占21％、河谷平壩占5％、山地占74％。2012年末人口1968．12萬，庫區合計城鎮化水平63．64％，地帶性植被為常綠闊葉林，森林覆蓋率為42．1％，水土流失面積比重48．6％。

2研究方法

2．1評價指標水生態系統安全是具有特定結構和功能的動態平衡系統的完整性和健康的整體水平反映。為反映其完整性及其健康性，以城鎮化的視角從DPSIR概念模型出發，建立三峽庫區重慶段的水生態環境、經濟和社會方面具有共性和特性的指標體系［17］（表1）。指標的選取涉及到諸多要素，除遵循科學性、完備性、針對性、可比性和可操作性的一些共性原則［16］外，還需體現城鎮化、三峽庫區重慶段、水生態安全等幾個方面的特征，能夠體現水生生物群落與水環境安全狀況。但是水生態系統安全的概念太寬泛，為了使研究問題更具體，更突出城鎮化指標對三峽庫區重慶段水環境的影響，依據DPSIR模型，從水環境安全狀況出發，構建了能反映城鎮化的驅動力子系統和壓力子系統和能反映水環境安全狀況的狀態子系統、影響子系統和響應子體系，各子系統選取評價指標如下。（1）驅動力子系統：由于本研究主要考慮人類活動對目標區域生態安全的影響，因而指標選取主要從外部驅動力入手，涉及到經濟發展驅動力、社會發展驅動力兩方面指標。本文中共選取了5個相關指標，分別是城鎮人口比率，第二、三產業從業人員比重，人均GDP，第二、三產業生產總值構成，每萬人擁有衛生機構數床位數。（2）壓力子系統：壓力是由人為活動造成的，是驅動力指標的表現形式。目前影響水生態安全性的主要壓力包括水資源需求壓力和環境壓力。針對這兩種壓力表現形式，本文中采用萬元GDP用水量、萬元工業增加值用水量、居民生活人均日用水量、城鎮居民生活污水排放量、工業污水排放量這5個指標來表示。（3）狀態子系統：狀態是在驅動力和壓力共同作用下區域水資源表現出的物理或化學可測特征。本文中選取5個水環境基本的水質監測指標（DO、BOD5、高錳酸鹽指數、TN、TP）和地表水資源量來反映三峽庫區水資源狀態。（4）影響子系統：影響應該包括對水環境、生態環境、地質環境、社會4個方面。本文中共選取5個指標來表示，分別是森林覆蓋率、水土流失面積比例、土壤侵蝕模數、洪澇損失、旱災損失。（5）響應子系統：響應描述了人類應對流域生態安全變化的一系列積極措施，包括社會經濟響應、生態恢復與污染控制等。本文運用環境保護投資、水土流失治理度、工業廢水達標排放率、生活污水集中處理率4個指標來表示。目標層為三峽庫區重慶段水生態系統安全評價A，其下從DPSIR五個準則層（B1～B5）選取評價指標，評價指標由C1～C25共25個指標組成，本文以C（25）表示各指標的集合，C1表示C（25）中的第一個指標，C25表示C（25）中的第25個指標，C表示C（25）中的第i個指標（i＝1～25）。

2．2研究數據來源評價指標數據源于2007～2012年的《重慶市統計年鑒》、《重慶市環境統計公報》、《長江三峽工程生態與環境監測公報》、《重慶市水資源公報》、《重慶市國民經濟和社會發展統計公報》等上面的相關數據，為了能反映城鎮化對長江流域水體水生態安全的影響，在陸域范圍的選擇上選取縣級行政區范圍為數據來源。這樣選擇數據來源一是數據獲取方便，二是評價范圍內各指標的平均水平能反映陸域對水域生態安全的影響。我們以Cij表示Ci所對應的第（j＋2006）年的數據（i＝1～25，j＝1～6），集合C（25，6）表示水生態安全評價25項指標2007～2012年的全部數據集合。

2．3權重的確定及分析層次分析法（AHP）屬主觀賦值法，是在20世紀70年代中期由美國運籌學家T．L．Saaty教授提出［18］，該方法是通過對復雜問題內的相關元素及其關系進行分析，從而構建一個層次系統，利用較少的信息，數字化計算，從而簡化復雜問題的決策過程。該模型的優點是具有層次，思路清晰，對問題涉及的因素及其相互關系分析得較透徹，能有效地建立指標的權值分布。其缺點可能會由于人的主觀因素而形成偏差。為了消除層次分析法所確定指標權重主觀因素形成的偏差，需要對指標權重進行修正，從數據本身的變化差異特征來對權重進行修正，因此引入了客觀賦權法，熵權法。熵權法屬客觀賦權法，由申農（Shannon）最先引入信息論，在信息論中，熵值反映了信息無序化程度，其值越小系統無序值越小，故可用信息熵評價系統信息的有效性。通過熵來確定權重，就是根據指標的差異程度來確定權重［19］。該方法能客觀準確得到各指標的權重。運用AHP法確定指標權重時，專家打分所確定的判斷矩陣需驗證一致性是否可以接受，因此須計算一致性比例CR，當CR＜0．10時一致性可以接受，否則應該適當修改判斷矩陣。依據AHP法確定各準則層指標權重判斷矩陣的一致性比例CR分別為0．0398、0．0282、0．0214、0、0．0271均小于0．10，一致性可以接受。層次總排序權重判斷矩陣的一致性比例CR＝0．0218＜0．10，則一致性可以接受。

2．4指標標準值的確定及指標的標準化由于評價水生態系統安全涉及的評價指標類型復雜，各指標值量綱不同，為了在定量上評價水生態系統的安全程度，使各個指標在對整個水生態系統安全程度上具有可比性，需要確定一組維持水生態系統功能完整性能力、水生態系統零風險能力、自我修復能力和對人類生存支持力的“理想”安全狀態的特征常量，這些特征常量被稱為指標的標準值［20］。標準值的選取直接決定了評價結果的合理性，因此標準值的選取可以從以下幾個方面進行選取：（1）國家、行業或地方規定的強制性標準；（2）平均值；（3）類比標準，即根據類比確定的值；（4）當前相關政策研究確定的目標值；（5）國際或是國內的公認值；（6）專家經驗值。由上面的標準值選取方法所確定的三峽庫區重慶段水生態系統安全評價指標的標準值如表3所示。我們取指標Ci所對應的指標標準值為Si，S（25）表示評價指標標準值集合（i＝1～25）。三峽庫區重慶段水生態系統安全各個評價指標的變量以水生態系統安全評價指標的標準值進行標準化處理，使其各個評價指標在整個水生態系統上具有可比性，以此消除量綱的影響，具體步驟如下：首先確定指標Ci的屬性，指標屬性為正表示指標數值越大越安全，指標屬性為負表示指標數值越大越不安全。

2．5評價方法模型及水生態安全度等級劃分

2．5．1水生態安全指數評價方法模型水生態安全指數（AquaticEcologicalSafetyIn－dex，WESI）是采用乘加復合綜合指數模型來評價水生態安全性，是一個以水生態安全指數衡量水生態安全程度的指標。水生態安全指數介于0～1之間。為了了解各指標之間的相互關系以及各指標、各子系統與整個系統的關系，特建立以下的計算模型；以WESIj表示系統第（j＋2006）年的水生態安全指數，由此，可得到系統的水生態安全指數集合，用WESI（6）表示，WESIj表示第（j＋2006）年的水生態安全指數。

2．5．2生態安全度等級劃分借鑒相關安全領域的等級劃分，結合具體水生態安全評價需要，海河流域水庫水生態安全等級也采用均分的方法劃分為五級，取值范圍越接近1，說明系統生態安全程度越高，生態系統越安全；反之，取值范圍越接近0，則說明系統生態安全程度越低，生態系統就越不安全，由此可將水生態安全等級由劣到優（從Ⅴ到Ⅰ）對應的預警級別分標為重警狀態、中警狀態、預警狀態、較安全狀態和安全狀態。

3結果與討論

3．1水生態安全指數評價結果根據各指標的權重βj和指標數值經標準化處理后的數值Yij，運用（4）、（5）、（6）評價模型求算各子系統生態安全指數和系統生態安全指數。

3．2水生態安全指數評價結果討論

3．2．1三峽庫區重慶段水生態安全指數時間變化特征從圖3水生態安全分級結果可以看出：2007～2012年的水生態安全指數分別為0．129、0．273、0．376、0．363、0．409、0．453。對照表4三峽庫區重慶段水生態安全等級劃分可知，2007年處在安全等級Ⅴ的極不安全狀態下，2008年、2009年與2010年均處在安全等級Ⅳ的不安全狀態下，2011年與2012年均處在安全等級Ⅲ的警戒狀態下。雖然6a內各年的水生態安全都不是很理想，均處于警戒安全等級以下，但是水生態安全等級有上升趨勢，表明在此時段內水生態安全狀況得到了不斷的改善。可能的原因是自2007年三峽庫區蓄水位達156m高程至2010年三峽水庫蓄水達到175m最終水位，三峽水庫由于蓄水的要求水位一直在上漲。

3．2．2基于DPSIR模型的生態安全時間變化特征就經濟社會驅動力和資源環境響應而言，2007～2012年WESI值分別為0．057、0．069、0．075、0．089、0．109、0．118和0．043、0．049、0．073、0．089、0．106、0．089。表明經濟社會驅動力和資源環境響應各年的生態安全指數均為正值且隨著時間的推移對生態安全指數的貢獻有改善的趨勢。但是就資源環境壓力而言，2007～2012年WE－SI值分別為－0．202、－0．136、－0．023、0．058、0．134、0．168，生態安全指數有3a的負值，分析其原因是由于萬元工業增加值用水量的廣東省十一五規劃標準值為102m3，而各年重慶萬元工業增加值用水量比較大，比如2007年的萬元工業增加值用水量達到了270m3。就資源環境響應而言，2007～2012年WESI值分別為0．207、0．267、0．228、0．107、0．037、0．060，說明水生態安全資源環境響應指數一直處于下降趨勢，究其原因是由于災害損失變化指數變化較大，從2007年的生態安全指數0．183下降到0。而就資源環境狀態而言2007～2012年WESI值分別為0．023、0．024、0．021、0．020、0．022、0．016，表明在資源環境壓力安全狀態指數為負值和資源環境影響安全指數下降的狀態下，環境狀態安全指數基本持平。因此，影響三峽庫區重慶段水生態安全的劣勢因子是資源環境壓力，其次是資源環境影響；影響三峽庫區重慶段生態安全程度的優勢因子是經濟社會驅動力和經濟社會響應。

3．2．3綜合權值對三峽庫區重慶段生態安全的影響從表2驅動力、壓力、狀態、影響、響應5方面綜合權重值可以得出三峽庫區重慶段水生態安全不同方面影響程度，資源環境影響對三峽庫區重慶段水生態影響最大（綜合權值0．3686），其次是資源環境壓力（綜合權值均為0．3407），影響最小的是資源環境狀態（綜合權值均為0．0453）。從指標層來看，對三峽庫區重慶段水生態安全影響最大的前3個因素依次是災害損失（綜合權值0．2293）、萬元GDP用水量（綜合權值0．1454）、萬元工業增加值用水量（綜合權值0．1288）；影響最小的是水土流失面積比例（權值幾乎為0）。

3．2．4存在不足之處及改進措施（1）評價結果很大程度上受指標數據準確性的限制，但由于研究資料數據的限制，所建立的評價指標體系不能夠全面的涵蓋各個方面，會對評價結果的準確性產生很大影響。比如壓力指標里面源污染的輸移就是一個重要的方面［22］，還有狀態指標中需添加水生物指標進一步反映評價區內的水生態環境。（2）本文僅采用了DPSIR模型這一種評價模型，沒有通過比較來選取最優化的評價模型。因而，該評價方法還有改進的空間。（3）本文所考慮水生態安全僅考慮水環境方面，須進一步的完善對水生生物方面的分析研究。

4結論

本研究采用DPSIR模型確定水生態安全評價25個評價指標，并對指標運用層次分析法確定指標權重，運用熵權法耦合來對指標權重進行修正的方法求得指標的綜合權重，綜合主觀和客觀分析法的優點，使指標權重的評價更趨科學、合理。通過三峽庫區重慶段水生態安全實例證明該方法既明確各年的水生態安全指數又定量分析各年生態安全的優劣，各指標影響三峽庫區重慶段水生態安全的強弱程度，以此為三峽庫區重慶段的水生態安全健康發展提供行之有效的科學依據。在DPSIR框架模型的指導下，運用層次分析法和熵權法來確定指標的綜合權重值，在進行三峽庫區重慶段水生態安全評價中具有可行性。通過分析得出三峽庫區重慶段水生態安全自2007年三峽庫區水位達156m高程至2010年三峽水庫蓄水達到175m最終水位水生態安全一直處于不安全狀態，2011～2012年一直處于警戒狀態，但水生態安全總體趨勢在逐年升高。分析結果可以看出影響三峽庫區重慶段水生態安全的劣勢因子是資源環境壓力，其次是資源環境影響；影響三峽庫區重慶段生態安全程度的優勢因子是經濟社會驅動力和經濟社會響應。由權重值判斷生態安全影響程度，資源環境影響對三峽庫區重慶段水生態影響最大，其次是資源環境壓力，影響最小的是資源環境狀態。從指標層來看，對三峽庫區重慶段水生態安全影響最大的前3個因素依次是災害損失、萬元GDP用水量、萬元工業增加值用水量；影響最小的是水土流失面積比例。

作者：陳廣 劉廣龍 朱端衛 王雨春 周懷東 單位：華中農業大學資源與環境學院 中國水利水電科學研究院水環境研究所