彭 博

(遼寧省撫順水文局,遼寧 撫順 113015)

1 基本概況

社會經(jīng)濟與水環(huán)境具有緊密的耦合性,兩者一方面可以相互促進，另一方面又相互制約。隨著人口增長與城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的發(fā)展,我國水環(huán)境問題日益凸顯,成為我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。近年來,我國開展了大規(guī)模的水污染防治工作,成效顯著,但總體形勢依然嚴峻。在此背景下,有必要對各地區(qū)的社會經(jīng)濟水環(huán)境效應進行評估,從而對我國城鎮(zhèn)地區(qū)的科學發(fā)展提供指導。

社會經(jīng)濟的水環(huán)境效應評估是從社會經(jīng)濟與水環(huán)境耦合作用的角度,分析社會與經(jīng)濟發(fā)展對水環(huán)境的作用,從而評估出在社會與經(jīng)濟不斷發(fā)展情勢下水環(huán)境變化趨勢,并分析水環(huán)境變化的內(nèi)在機理與動力。社會經(jīng)濟的水環(huán)境效應可采用許多不同的評估方法,如水環(huán)境力學數(shù)值模擬法、經(jīng)驗法、層次分析法等,其中DPSIRM(Driving force-Pressure-State-Impact-Response-Management,驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應-管理)模型可綜合反映生態(tài)、環(huán)境、社會、經(jīng)濟等各要素之間你的相互作用機理,準確地體現(xiàn)出自然、資源、與人類之間的耦合關系,在社會經(jīng)濟的各項效應評估中應用較為廣泛。

汪嘉楊等人2017年首次采用DPSIRM模型構(gòu)建了岷沱江流域社會經(jīng)濟與水環(huán)境之間的響應模式,為該地區(qū)的水環(huán)境規(guī)劃與綜合管理決策提供了科學依據(jù)。目前DPSIRM模型只在流域尺度的社會經(jīng)濟水環(huán)境效應評估中得到了應用,針對某一個城市的應用案例則幾乎沒有被報道過。鑒于此,本文以撫順市為例,采用DPSIRM模型評估該地區(qū)過去10年(2006～2015年)間社會經(jīng)濟的水環(huán)境效應,建立該地區(qū)的“社會經(jīng)濟-水環(huán)境”耦合模型,分析該地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展形成的水環(huán)境壓力情況與影響機理,從而為該地區(qū)的水環(huán)境改善及社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供參考。

2 評估方法

2.1 研究區(qū)域概況

撫順市位于遼寧省東部,轄4個市轄區(qū)、2個滿族自治縣、2個經(jīng)濟開發(fā)區(qū)和1個高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū),總面積11271km2,人口219.3萬。撫順市地處中溫帶,屬大陸性季風氣候區(qū),年平均氣溫4.0～7.0℃之間,無霜期125～150d,年降水量700～850mm。全市水資源總量約為39.82m3,境內(nèi)有渾河、太子河、清河、柴河、富爾江和輝發(fā)河(又稱柳河)等六大河流,多年河川徑流量為32.32億m3,年徑流深285.7mm,年徑流系數(shù)為0.365；地下水約7.5億m3,總供水量約16.5億m3,水資源人均占有量為1816m3。

2.2 DPSIRM評估框架

社會經(jīng)濟與水環(huán)境之間存在復雜的耦合關系,兩者之間可相互促進又可相互脅迫,既存在直接作用、又存在逆向反饋。社會經(jīng)濟發(fā)展可造成水環(huán)境狀況的改變；例如,大規(guī)模的工業(yè)發(fā)展引發(fā)了水質(zhì)惡化與水生態(tài)退化等問題。水環(huán)境狀況的變化又可促使社會經(jīng)濟活動改變；例如,水污染問題制約社會經(jīng)濟的發(fā)展,從而促使各地加強水環(huán)境保護。這種復雜的相互作用系統(tǒng)一般需要借助科學的分析模型來進行研究,其中較為先進的為DPSIRM模型。

DPSIRM模型由6個子系統(tǒng)構(gòu)成,分別為驅(qū)動力子系統(tǒng)、壓力子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)、影響子系統(tǒng)、響應子系統(tǒng)和管理子系統(tǒng),每個系統(tǒng)包含不同的指標,可清晰地表達出社會經(jīng)濟與水環(huán)境之間的雙向作用強度,因此在社會經(jīng)濟的水環(huán)境效應評價中具有較強的適用性。該模型已廣泛應用于人居環(huán)境安全、湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康和水資源安全等方面,而汪嘉楊等人則將其引入到水環(huán)境評估領域,并證明了該模型的實用性與可行性。

2.3 單項指標水環(huán)境效應指數(shù)與權(quán)重

DPSIRM模型的6個子系統(tǒng)中各自包含一定的單項指標,這些指標可分為正向指標與逆向兩種。其中,正向指標指數(shù)值越大結(jié)果越優(yōu),其環(huán)境效應指數(shù)zi為：

(1)

式中，xi—第i個指標的實際值；ximin—極小值；ximax—極大值,極小值與極大值,一般根據(jù)專家經(jīng)驗結(jié)合以往的案例來選定。逆向指標指數(shù)值越小結(jié)果越優(yōu),則其環(huán)境效應指數(shù)zi為：

(2)

在各指標的權(quán)重確定過程中,汪嘉楊等人采用了熵變加權(quán)法,但該計算方法相對較為復雜,不利于利益相關者對決策過程的理解,因此采用傳統(tǒng)的專家打分方法來對其進行確定,首先根據(jù)重要性對各指標進行打分,再對分數(shù)進行標準化處理,使總和為1,處理后的分數(shù)即為權(quán)重值qi。

2.4 區(qū)域水環(huán)境效應綜合指數(shù)

子系統(tǒng)水環(huán)境效應評價指數(shù)Z的計算公式為:

(3)

式中，n—子系統(tǒng)中的指標總數(shù)。

當計算區(qū)域水環(huán)境效應的綜合指數(shù)值時,由于權(quán)重值之和為1,上式可改寫為:

(4)

式中，n—整個系統(tǒng)中的指標總數(shù)。

由前文可知,qi與zi皆介于0～1之間,因此Z值也介于0～1之間,該值越大,說明水環(huán)境情況越好。可根據(jù)Z值大小對水環(huán)境安全情況進行分級：0.8～1為I，非常安全；0.6～0.8為II級，安全；0.4～0.6為III級，基本安全；0.2～0.4為IV級，不安全；0～0.2為V級，極不安全。

3 評估結(jié)果

3.1 評價指標與權(quán)重體系

DPSIRM模型中每個指標在系統(tǒng)中分別代表不同的含義,以表達“社會經(jīng)濟-水環(huán)境”耦合系統(tǒng)中的各個要素。例如,人口密度表示單位面積的人口數(shù),是反映一個地區(qū)人口是否超負荷的指標,為逆向指標,即人口密度越大則水環(huán)境效應指數(shù)值越低；工業(yè)廢水排放達標率表示工業(yè)用水達標處理量占總工業(yè)廢水排放量的比例,是反映一個地區(qū)水環(huán)境保護能力的指標,為正向指標,即工業(yè)廢水排放達標率越高則水環(huán)境效應指數(shù)值越高。各指標對水環(huán)境效應具有不同大小的作用力,而這種作用力的大小可由權(quán)重值來表示,主要根據(jù)專家經(jīng)驗來評定。根據(jù)汪嘉楊等人的研究成果結(jié)合專家評定結(jié)果,撫順市DPSIRM模型各子系統(tǒng)所包含的指標及其權(quán)重值如圖1所示。

圖1 DPSIRM評價指標與權(quán)重體系

年份指標2006200720082009201020112012201320142015S10.63100.64370.65220.65980.67000.70790.71220.73950.74130.7715S20.78970.78720.73410.71940.69760.69280.64060.63860.67640.6767S30.78510.77390.76700.74310.74210.71450.69140.67090.66460.6484S40.61020.61200.62250.63970.64390.65910.66730.66730.67970.7044S50.60380.61870.67910.69880.73650.73850.73710.75380.76330.7898S60.62740.64880.68730.71610.72610.73620.74190.77020.79930.7997S70.73440.71480.71180.71050.70840.70020.69090.68340.66890.6688S80.78230.75960.66700.62900.62690.72510.73130.73980.74050.7427S90.79030.74550.71200.66280.62630.71880.74140.74240.76830.7786S100.79470.75730.73680.72740.63900.61650.69600.77810.77880.7832S110.77100.70590.67680.63490.63030.67690.70220.72620.76390.7958S120.72680.70170.69360.64970.63940.62330.65760.65800.76470.7678S130.76800.69930.69750.69690.64790.62650.63430.64480.68060.7581S140.70260.63620.62740.61920.61060.65030.73110.73610.78270.7995S150.78710.71600.67660.67390.62230.62120.61630.64740.74120.7699S160.79650.76730.73930.73610.68820.64280.65720.77280.78600.7919S170.67970.68850.69770.71200.70970.73400.71320.77190.77660.7875S180.64840.60560.65290.71090.68320.76920.75890.76960.79010.7909S190.79830.79290.75630.78290.74210.62180.63420.63840.60560.6009S200.79410.75900.75100.73020.69140.69370.68590.66100.65640.6528S210.75410.75600.75970.76650.76890.76890.77550.78230.78460.7985S220.60680.61930.69820.67070.69730.65380.71310.76060.76910.7917S230.60320.60380.60850.62010.62660.63510.64710.65460.65620.6744S240.60340.62340.63370.67680.67520.68010.68440.69930.76080.7844S250.63390.63940.65560.67400.68460.71370.71240.70850.74340.7842

3.2 單項指標水環(huán)境效應評估

根據(jù)式(1)和式(2),參考《撫順統(tǒng)計年鑒》、《國家水文年鑒》等資料評估撫順市DPSIRM模型中各單項指標的水環(huán)境效應指數(shù),見表1,其中S1～S25分別表示人均GDP～建成區(qū)綠化覆蓋率等指標,如圖1所示。由表1數(shù)據(jù)可知,各項指標中歷年平均指數(shù)值最高的為S21、即用水普及率,說明撫順市的供水基礎設施已經(jīng)相對比較完善。各項指標中歷年平均指數(shù)值最低的為S23、即污水處理率；雖然近年來撫順市加強流量污水處理能力建設,但由于工廠數(shù)量較多且分布較廣,因此還存在很大的提升空間。

3.3 子系統(tǒng)水環(huán)境效應評價

采用式(3)計算各子系統(tǒng)的水環(huán)境效應指數(shù)值,結(jié)果匯總于表2中。由結(jié)果可知,撫順市在壓力P、響應R與管理M方面皆呈現(xiàn)逐年上升趨勢,主要因為該地區(qū)近10年來對水污染問題的重視程度與投資力度不斷加強；在驅(qū)動力D方面多年呈現(xiàn)下降趨勢,但從2012年開始回升,一個重要原因是近幾年該地區(qū)的人口增長速率有所減緩；在狀態(tài)S方面同樣呈現(xiàn)先下降后與上升趨勢,說明之前水污染形勢已經(jīng)較為嚴峻,但近幾年該惡化趨勢得到了有效的遏制；此外,在影響I方面呈現(xiàn)波動下降的趨勢,說明撫順市的水資源矛盾尚沒有得到有效的解決,壓力相對較大。

3.4 水環(huán)境效應綜合評估

采用式(4)計算撫順市水環(huán)境效應的綜合指數(shù)值,結(jié)果如圖2所示。各年份的指數(shù)值均介于0.6～0.8之間,說明撫順市的水環(huán)境在整體上處于II級，即安全水平。通過數(shù)據(jù)擬合

表2 子系統(tǒng)水環(huán)境效應指數(shù)值

結(jié)果可知,撫順市綜合水環(huán)境效應指數(shù)值的歷年變化總體上呈現(xiàn)二次多項式變化趨勢,在2010年之前總體呈現(xiàn)下降趨勢,而之后則不斷上升。該變化趨勢是驅(qū)動力D、壓力P、狀態(tài)S、影響I、響應R、管理M等多項因素的綜合復雜作用結(jié)果,借助此類高效的模型來進行分析可保證評估的準確性與合理性,提高決策精準性,并降低決策風險。在以后的社會經(jīng)濟規(guī)劃與建設中,可評估不同方案對各指標的影響,并采用該模型對其水環(huán)境效應進行評估,從而達到社會經(jīng)濟發(fā)展與水環(huán)境保護雙重目標之間的有效平衡。

圖2 綜合水環(huán)境效應指數(shù)值

4 結(jié)語

社會經(jīng)濟與水環(huán)境之間存在復雜的耦合作用關系,因此采用DPSIRM模型對撫順市過去10年(2006～2015年)間社會經(jīng)濟的水環(huán)境效應進行評估。該模型可綜合考慮撫順市各年份在驅(qū)動力D、壓力P、狀態(tài)S、影響I、響應R、管理M等方面的變化情況,并以此得到該地區(qū)的綜合水環(huán)境效應指數(shù)值,從而為該地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展提供依據(jù)。該方法結(jié)構(gòu)明確、方法簡單、結(jié)果直觀,因此具有較高的應用與推廣價值。

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