張海波，張 猛，趙繼軍

（1.吉林省水文水資源局松原分局，138001，松原；2.吉林省水文水資源局吉林分局，132013，吉林）

基于改進PSR模型的生態(tài)水利評價指標體系構(gòu)建
——以吉林省四平市區(qū)生態(tài)水利建設(shè)為例

張海波1，張 猛2，趙繼軍2

（1.吉林省水文水資源局松原分局，138001，松原；2.吉林省水文水資源局吉林分局，132013，吉林）

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，水資源需求量日益增長，水資源短缺、水環(huán)境污染、水生態(tài)退化等問題日益突出，開展生態(tài)水利評價研究、合理評估水利發(fā)展狀況、尋求水資源可持續(xù)發(fā)展道路已經(jīng)成為必然趨勢。以吉林省四平市區(qū)生態(tài)水利建設(shè)為研究對象，結(jié)合改進的PSR（壓力—狀態(tài)—響應(yīng)）概念模型遴選各項指標，并采用邏輯分析法和權(quán)重分析法篩選指標，最終確定了由壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個層次、17項指標構(gòu)成的生態(tài)水利評價指標體系，并經(jīng)過評價計算得出該區(qū)域生態(tài)水利建設(shè)評分，為今后生態(tài)水利建設(shè)提供參考。

生態(tài)水利；PSR模型；層次分析法；熵權(quán)法；四平

以往水資源規(guī)劃常常是單一目標或有局限性的，水利政策目標單一地強調(diào)發(fā)展經(jīng)濟?，F(xiàn)今，水資源規(guī)劃和管理的目標要綜合考慮兩點：一是可持續(xù)的經(jīng)濟增長，二是保持一個清潔健康的環(huán)境。因此，必須對水資源有一個全面的評價，才能對長期的效益做出決策。建立一個地區(qū)的生態(tài)水利評價指標體系，綜合考慮人和自然對水的需求，滿足水資源可持續(xù)利用的多種要求是十分必要的。

一、PSR模型及其改進

PSR（Pressure-State-Response）模型在環(huán)境評價中廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的PSR模型以因果關(guān)系為基礎(chǔ)，即人類活動對環(huán)境施加一定的壓力，環(huán)境由此改變了其原有性質(zhì)或自然資源的數(shù)量（狀態(tài)），人類又通過環(huán)境、經(jīng)濟和管理策略等對這些變化做出反應(yīng)，以改善現(xiàn)有的狀態(tài)。其具有三方面既相互聯(lián)系又相互區(qū)別的指標，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

但是上述PSR模型只適用于對環(huán)境的評價，在生態(tài)水利評價的過程中，評價對象是在一定時期內(nèi)某個區(qū)域人類活動對水生態(tài)環(huán)境的影響及水生態(tài)系統(tǒng)對經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的服務(wù)功能。所以不僅要考慮人類活動對水生態(tài)系統(tǒng)的壓力，還要考慮水資源本身對人的壓力，除了水生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)和人類的響應(yīng)活動，也要有人類自身的狀態(tài)和對應(yīng)的響應(yīng)活動。本文將傳統(tǒng)PSR模型進行改進，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

二、評價指標體系的構(gòu)建

1.評價指標體系結(jié)構(gòu)

評價指標體系的結(jié)構(gòu)是所選指標組合成一個體系的邏輯關(guān)系和表達式結(jié)構(gòu)。將分散的多個指標排列組合成一個邏輯清楚、目標明確的指標體系，是科學合理評價生態(tài)水利現(xiàn)狀的先決條件?；赑SR改進模型提出生態(tài)水利評價指標體系的結(jié)構(gòu)，層次分明、結(jié)構(gòu)清晰。

壓力包括人對水環(huán)境造成的壓力和水對人造成的壓力兩方面。人對水的壓力包含污染物的排放和對水資源的開發(fā)利用，水對人的壓力則包括水旱災(zāi)害和水資源短缺的危害。

狀態(tài)包括人所處的狀態(tài)以及水資源所處的狀態(tài)兩方面。水的狀態(tài)包含水環(huán)境質(zhì)量和水生態(tài)安全，人的狀態(tài)包含飲水安全、洪水安全以及用水效率水平。

響應(yīng)包括調(diào)控對水的危害和調(diào)控對人的危害兩方面。調(diào)控對水的危害包括節(jié)水措施、污水處理措施、水監(jiān)測設(shè)施，調(diào)控對人的危害則包括防洪抗旱措施、水管理措施。

本文將指標體系分為3個層次，依次為目標層、準則層和指標層。目標層為單一目標，準則層為壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3大類型，指標層為對應(yīng)的具體評價指標。

圖1 傳統(tǒng)PSR模型結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 PSR改進模型結(jié)構(gòu)示意圖

2.各指標因子的含義和計算方法

（1）壓力指標

C1水旱災(zāi)害損失率（%）：水旱災(zāi)害造成的國民經(jīng)濟損失占當年GDP的比例。水旱災(zāi)害損失率越小，人類面臨的壓力越小，生態(tài)水利水平越高。

C2水資源開發(fā)利用率（%）：區(qū)域用水量占年均水資源量的比值，水資源開發(fā)利用率越低，自然環(huán)境面臨的壓力越小，生態(tài)水利水平越高。

C3工業(yè)廢水排放達標率（%）：工業(yè)廢水排放達標量與工業(yè)廢水排放總量的比值，值越高生態(tài)環(huán)境壓力越小，生態(tài)水利水平越高。

C4有效灌溉率（%）：農(nóng)業(yè)灌溉用水的滿足狀況，指區(qū)域內(nèi)有效灌溉面積與常用耕地面積的比值。有效灌溉率越高，面臨水資源短缺時人的壓力越小，生態(tài)水利水平越高。

（2）狀態(tài)指標

C5防洪達標率（%）：達標堤防長度與堤防總長度的比，防洪達標率越高，人類面對洪水災(zāi)害的威脅越小，生態(tài)水利水平越高。

C6飲水安全人口達標率（%）：反映飲水安全情況，包括水質(zhì)安全、水量保證、取水方便等，指飲水安全人口與總?cè)丝诘谋戎?。指標值越大，生態(tài)水利水平越高。

C7生態(tài)需水保證率（%）：生態(tài)用水量占生態(tài)需水量的比值，生態(tài)需水保證率越高，生態(tài)環(huán)境壓力越小，生態(tài)水利水平越高。

C8水功能區(qū)水質(zhì)達標率（%）：指地表水功能區(qū)的水質(zhì)狀況滿足設(shè)定功能要求水質(zhì)目標的程度，反映了對水污染控制與治理及地表水資源保護的程度。指按水功能區(qū)水質(zhì)管理目標（2020年）評價達標的水功能區(qū)個數(shù)占評價總數(shù)的比例，水功能區(qū)水質(zhì)達標率越高，水環(huán)境狀況越好，生態(tài)水利水平越高。

C9濕地面積占國土面積比重（%）：指自然濕地面積與國土面積的比值，反映了水生態(tài)系統(tǒng)的保護狀況，濕地面積占國土面積比重越大，生態(tài)水利水平越高。

C10萬元工業(yè)增加值用水量（m3/萬元）：反映了隨著城市化的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的綜合用水效率和總體水平，指工業(yè)新水取用量與工業(yè)增加值的比值，為逆向指標。萬元工業(yè)增加值用水量越低，水資源利用效率越高，生態(tài)水利水平越高。

C11農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)：用來評價渠系配套完善狀況、灌水技術(shù)水平和灌區(qū)管理水平，指灌入田間可被作物利用的水量與灌溉系統(tǒng)取用的灌溉總水量的比值，它是衡量農(nóng)業(yè)灌溉用水效率的重要指標。農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)越高，水資源浪費越少，生態(tài)水利水平越高。

（3）響應(yīng)指標

C12城市污水處理率（%）：指城市污水處理總量占城市污水排放量的比值，反映了對水污染的控制水平。城市污水處理率越高，對水資源造成的污染越小，生態(tài)水利水平越高。

C13水資源監(jiān)測率（%）：從水資源的監(jiān)控能力建設(shè)來反映水資源監(jiān)測站網(wǎng)的建設(shè)水平，指監(jiān)測的水功能區(qū)數(shù)目和集中式飲用水水源地個數(shù)與總數(shù)的比值。水資源監(jiān)測率越高，對水污染的防治能力越高，生態(tài)水利水平越高。

C14節(jié)水灌溉率（%）：反映現(xiàn)代化節(jié)水灌溉技術(shù)在水利建設(shè)中的應(yīng)用水平，指采用節(jié)水灌溉工程技術(shù)如噴灌、微灌、低壓管道灌溉與防滲渠道等的面積占有效灌溉面積的比值。節(jié)水灌溉率越高，水資源利用效率越高，生態(tài)水利水平越高。

C15水土流失治理率（%）：反映水土流失治理水平，用水土流失治理面積與原有水土流失面積的比值表示。水土流失治理率越高，生態(tài)水利水平越高。

C16水利科技信息化水平（%）：考核充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，深入開發(fā)和廣泛利用水利信息資源，全面提升水利事業(yè)活動的效率和效能。該指標由 “地方水利投資占年度總投資的比重”“人均GDP水平”“自動監(jiān)測水平”等指標按3∶3∶4的比重加權(quán)得到。水利科技信息化水平越高，生態(tài)水利保障能力越高，生態(tài)水利水平越高。

C17人才結(jié)構(gòu)達標率（%）：反映了水利人才隊伍建設(shè)情況，指大專以上文化程度人員占水利職工總?cè)藬?shù)的比例。人才結(jié)構(gòu)越合理，生態(tài)水利保障能力越高，生態(tài)水利水平越高。

由指標含義可知：水旱災(zāi)害損失率、水資源開發(fā)利用率和萬元工業(yè)增加值用水量3項指標為逆向指標 （越小越優(yōu)），其余14項指標為正向指標。

三、四平市區(qū)實例研究

吉林省四平市區(qū)初步建成了集防洪、除澇、灌溉、供水等作用為一身的水利工程體系，對其現(xiàn)狀進行評價可為未來建設(shè)提供依據(jù)且十分必要。

1.指標權(quán)重的確定

指標權(quán)重表示各評價指標之間的相對重要性，評價指標權(quán)重的分配直接影響到綜合評價的結(jié)果。由于各個生態(tài)水利評價指標對生態(tài)水利發(fā)展水平的影響和作用不相同，所以在生態(tài)水利綜合評價中，從評價目標來看，各個指標對評價對象的作用并不同等重要。因此，采用層次分析法和熵權(quán)法確定權(quán)重。

（1）層次分析法計算權(quán)重

層次分析法即AHP法，其優(yōu)點是可以由上而下地建立層次清晰的指標體系結(jié)構(gòu)，有效地建立指標因子的常權(quán)值分布。缺點是難以擺脫個人主觀因素的影響，主觀隨意性較大。

根據(jù)層次分析法原理，通過專家打分將各指標層次關(guān)系進行比較判斷，構(gòu)造判斷矩陣，并計算矩陣的最大特征值及相對應(yīng)的特征向量，檢驗一致性，得出層次分析法合成權(quán)重。為了得到較為可靠的權(quán)重值，通過制定生態(tài)水利指標權(quán)重專家咨詢表的方式邀請多位專家進行層次分析打分，并采取取平均值方法計算層次分析法確定權(quán)重的結(jié)果。如表1所示。

（2）熵權(quán)法計算權(quán)重

熵權(quán)法則可以十分客觀地計算權(quán)重。熵權(quán)法確定的權(quán)重主要以指標數(shù)據(jù)之間的變化幅度為依據(jù)，根據(jù)無序程度的大小判斷指標的重要程度，但是它過分依賴樣本數(shù)據(jù)的可靠性，與實際情況也可能有不符之處。

經(jīng)計算得到各個指標的權(quán)重，如表1所示。

把層次分析法和熵權(quán)法得到的結(jié)果相結(jié)合，結(jié)合指標體系的實際情況，使主、客觀方法的比重相等，兩種計算方法求平均值，得到的綜合權(quán)重數(shù)值如表3所示。

通過分別累加各準則層指標的權(quán)重，得到狀態(tài)指標的權(quán)重為50.14%，占總權(quán)重的一半，而響應(yīng)指標和壓力指標的權(quán)重分別為30.83%和19.03%，分列2、3位。

表1 綜合權(quán)重數(shù)值

2.四平市生態(tài)水利現(xiàn)狀水平評價

生態(tài)水利評價指標體系中的每一項指標，從不同側(cè)面反映該地區(qū)生態(tài)水利水平，基于以上工作中得出的單項指標實現(xiàn)程度Si和相對權(quán)重值Wi可以計算單項指標的貢獻值。該區(qū)域生態(tài)水利發(fā)展水平計算公式為Ii=WiSi×100。其生態(tài)水利各指標貢獻值和綜合得分如表2所示：

單項指標中飲水安全人口達標率貢獻值最大，為9.3；城市污水處理率和水資源開發(fā)利用率兩項指標的貢獻值分列2、3位；萬元工業(yè)增加值用水量和水資源監(jiān)測率的貢獻值分別為1.45和1.57，為貢獻值最小的兩項指標。壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三個準則層貢獻值分別為13.67、33.06、19.04。

由上述算法，將各指標的貢獻值相加即得到該區(qū)域生態(tài)水利現(xiàn)狀水平得分為65.77分，說明當前該區(qū)域處于生態(tài)水利初級階段，尚可維持基本功能，水環(huán)境污染得到初步治理，水資源高效利用水平得到改善，但與經(jīng)濟社會發(fā)展水平相比仍較為落后，生態(tài)水利建設(shè)任務(wù)繁重。

由權(quán)重和貢獻值可以得到指標的剩余貢獻值=Wi×100-Ii。經(jīng)計算，各指標的剩余貢獻值如表3所示。可以看出水功能區(qū)水質(zhì)達標率、濕地面積占國土面積比重、水資源監(jiān)測率、水土流失治理率4項指標的剩余貢獻值均大于3，生態(tài)水利發(fā)展還有很大上升空間。

四、結(jié) 語

本文通過采用理論研究、資料分析、模型計算的方式，對生態(tài)水利評價的概念內(nèi)涵、目的、作用及研究方法進行了初步探討，針對吉林省四平市區(qū)進行生態(tài)水利評價指標體系的構(gòu)建、計算及評價。

一是基于改進的PSR模型遴選壓力、狀態(tài)及響應(yīng)等各項指標，并采用邏輯分析法和權(quán)重分析法篩選指標，最終確定了由壓力、狀態(tài)、響應(yīng) 3個層次、17項指標構(gòu)成了四平市區(qū)生態(tài)水利評價指標體系。

二是針對生態(tài)水利指標體系層次復(fù)雜內(nèi)涵豐富的特點，通過層次分析法和熵權(quán)法相結(jié)合的方法確定指標權(quán)重，客觀且定量地對該區(qū)域生態(tài)水利發(fā)展水平進行綜合評價，評價分為65.77，處于生態(tài)水利初級階段。發(fā)展空間較大的指標有水功能區(qū)水質(zhì)達標率、濕地面積占國土面積比重、水資源監(jiān)測率、水土流失治理率等4項，為今后生態(tài)水利發(fā)展提供了方向。 ■

表2 生態(tài)水利各指標貢獻值和綜合得分表

表3 各指標剩余貢獻值

[1]汪恕誠.資源水利——人與自然和諧相處[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

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[3]管西柯.基于PSR模型的濟南市水資源承載能力研究[D].濟南:山東農(nóng)業(yè)大學，2013.

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[5]董哲仁.生態(tài)水工學的理論框架[J].水利學報，2003（1）.

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責任編輯 董明銳

Establishment of indicator system for ecological water conservancy assessment based on improved PSR model——taking ecological water conservancy construction of Siping City of Jilin Province as an example

Zhang Haibo,Zhang Meng,Zhao Jijun

Along with economic and social development and increasing demand of water,problems of water shortage, environment pollution and ecological degradation has been emerged.Ecological water assessment and study,evaluation of water development situation and searching for path of sustainable water resources development has become an inevitable trend.Taking Siping City of Jilin Province as a study objective,an ecological water assessment indicator system including 3 layers of pressure,status and response and 17 indicators was created with selected indicators by PSR (pressure-state-response)model and logical analysis and weight analysis methods.Status of ecological water in this region are scored by assessment and estimation so as to provide guidance for water project construction in the future.

ecological water conservancy;PSR model;analytic hierarchy process;entropy weight method;Siping

TV213.5

B

1000-1123（2017）09-0045-04

2016－08－13

張海波，高級工程師。