于 玥

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

生態(tài)安全評價方法與框架為學者們研究水生態(tài)文明的主要依據(jù)，其目的是研判和識別在各類風險下的水環(huán)境生態(tài)健康的可持續(xù)能力及系統(tǒng)的完整性，從而對水系統(tǒng)環(huán)境的優(yōu)劣狀態(tài)進行測評，達到防控不安全因素和洞察水生態(tài)安全格局的目標，可為維護區(qū)域水系統(tǒng)安全以及河流監(jiān)管制度的建立提供重要參考。國內(nèi)外學者深入探討了水生態(tài)指標體系、評價方法、計算模型和評價理論等知識群組。在評價理論上集中在預測與預警水生態(tài)、水生態(tài)承載力與水環(huán)境生態(tài)功能分析、生態(tài)健康與水生態(tài)風險評估等內(nèi)容，構(gòu)建的經(jīng)典評價模型有景觀生態(tài)法、SDI模型、DPSEEA模型、AHP方法、DPSIR模型以及PSR框架模型等，采取了多種方法相耦合和單一評價等方法，而構(gòu)建的指標體系因可行性、評價測度及模型體系的不同存在較大的差異。目前，各種理論方法在水生態(tài)文明評價中應用研究較為混亂，而其概念框架和可行性方法日趨成熟[1- 8]。

本文以遼寧省水生態(tài)文明為研究對象，從經(jīng)濟社會、水環(huán)境、人口規(guī)模和土地利用等方面選擇評價指標，然后采用經(jīng)典的壓力-狀態(tài)-響應PSR模型建立評價體系，對區(qū)域水生態(tài)文明狀態(tài)利用TOPSIS方法進行科學評價，以期為遼寧省水環(huán)境管理、水生態(tài)規(guī)劃以及水生態(tài)文明演變趨勢的預測提供參考依據(jù)[9- 13]。

1 區(qū)域概況

遼寧省占地面積14.8萬km2，共下轄撫順、鐵嶺、鞍山、沈陽等14個地級市和綏中縣、昌圖縣2個省管縣。境內(nèi)為大陸性季風氣候，年降水量400～1100mm，其中70%以上降水集中在汛期的6～9月，并且以暴雨和強降雨為主。水資源補給以降水入滲和地表徑流為主，主要支流有渾河、大遼河、太子河、遼河等，其中遼河流域面積6.92萬km2，全長480km屬于遼寧省第一大河流，地形地貌有“六山一水三分田”之稱，地勢大致為自東西兩側(cè)向中部、自北向南傾斜的特征。區(qū)域內(nèi)徑流量大、水系發(fā)達、水資源豐富，由于復雜的地形地貌和獨特的氣候條件限制其可開發(fā)利用量較少，存在邊際效益低、開采成本高、難度大等特點，另外區(qū)域間水環(huán)境、水資源與社會經(jīng)濟存在較大差異。近年來，隨著遼寧省經(jīng)濟社會、工業(yè)化及城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展，加之局部地區(qū)水資源開發(fā)過度及水環(huán)境保護意識薄弱，使得境內(nèi)水生態(tài)安全和水系統(tǒng)服務功能持續(xù)下降[14- 17]。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文以統(tǒng)計資料作為數(shù)據(jù)提取的主要來源，采用2006—2017年遼寧省水資源公報、統(tǒng)計年鑒及中國統(tǒng)計年鑒獲取各指標數(shù)據(jù)，研究期設定為2002—2017年。采用Excel軟件進行指標權(quán)重的計算、歸一化處理、數(shù)據(jù)預處理和TOPSIS方法合成運算等。

2.2 水生態(tài)文明評價體系

構(gòu)建系統(tǒng)、全面的指標體系為評價區(qū)域水生態(tài)文明的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?？紤]到水生態(tài)文明具有的復雜性、結(jié)構(gòu)性及多維性等特征，所建立的指標體系不僅要反映區(qū)域水生態(tài)狀況和水資源稟賦條件，而且還要體現(xiàn)水環(huán)境和人類活動間的關(guān)系。對水環(huán)境與人之間的影響關(guān)系利用PSR模型進行分析，從壓力、狀態(tài)、響應3個子系統(tǒng)將水生態(tài)文明指標進行劃分并確立相應的指標，從而更加全面的了解水生態(tài)環(huán)境受人類活動的驅(qū)動影響，對各生態(tài)因子間的反饋機制及作用關(guān)系從不同的角度進行理解，能夠深入的揭示水環(huán)境與經(jīng)濟社會、自然生態(tài)間的影響機制。通過詳細分析遼寧省水生態(tài)壓力、水環(huán)境質(zhì)量、水資源、人口規(guī)模及經(jīng)濟發(fā)展等狀況，在遵循可行性、實用性、完整性與科學性原則的基礎(chǔ)上，依據(jù)PSR概念框架選擇生態(tài)安全評價指標，進而建立相應的評價體系見表1。

2.3 TOPSIS評價方法

TOPSIS評價法是一種通過檢測最劣解、最優(yōu)解與待評價對象之間距離的多目標決策分析法，可單調(diào)排序目標變量的整體狀況。選擇2002—2016年為研究時域，參與評價的指標見表1，因此目標變量數(shù)n、評價因子數(shù)m分別為15、24，建立評價矩陣D=[xij]nxm，即：

(1)

式中，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m。由于各參評指標的量綱存在差異無法直接用于計算，為提高數(shù)據(jù)的平滑度必須對各維因子值進行歸一化處理。本文采用極差法進行處理，其表達式為：

表1 水生態(tài)文明評價指標體系

(2)

式中，xminj、xmaxj—分別為矩陣各維的最小值、最大值。

通過歸一化處理可將初始矩陣轉(zhuǎn)化為標準矩陣y=[yij]nxm，在該矩陣中可確定各評價因子的最小值yminj與最大值ymaxj，在TOPSIS評價法中分別為各維最差與最優(yōu)解。由此則根據(jù)如下公式計算確定遼寧省水生態(tài)文明指數(shù)I，即：

(3)

(4)

式中，w—水生態(tài)文明評價各因子權(quán)重，具體的計算流程參考文獻，權(quán)重計算結(jié)果見表1。

為更加客觀、形象的反映區(qū)域水生態(tài)文明狀況，按照等分原理將其劃分為Ⅰ～Ⅴ級5個標準，相應的評語依次為不和諧、較不和諧、基本和諧、較和諧與和諧5個等級，所對應的取值依次為0～0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8、0.8～1.0。

3 結(jié)果分析

3.1 水生態(tài)文明壓力

對遼寧省2002—2016年水生態(tài)文明各項指數(shù)依據(jù)文中所述方法進行計算，然后按照等級劃分標準確定相應的評價結(jié)果見表2?；赑SR概念框架建立的評價體系中壓力系統(tǒng)為負向指標，即水系統(tǒng)承受的壓力隨壓力指數(shù)的增大而減少，其和諧程度越高。根據(jù)表2可知，遼寧省水生態(tài)文明壓力系統(tǒng)在2002—2016年整體呈逐漸下降的變化特征，由2002年的0.8265逐漸減小至2016年的0.2745，所對應的評價等級由Ⅳ級逐漸下降至Ⅲ級。進一步分析其原因為此期間遼寧省城市擴展、工業(yè)化與城鎮(zhèn)化發(fā)展擠占了很多水域面積，同時生活與工農(nóng)業(yè)用水量急劇增大，從而增大了系統(tǒng)壓力。

3.2 水生態(tài)文明狀態(tài)

遼寧省水環(huán)境質(zhì)量狀況可通過水系統(tǒng)狀態(tài)指數(shù)值反映，經(jīng)計算遼寧省2002—2016年的森林覆蓋率呈增大趨勢，從而增大了區(qū)域水源涵養(yǎng)能力，而區(qū)域污徑比、水土流失面積以及水土協(xié)調(diào)度等負向因素呈惡化趨勢，且水資源量呈不斷降低的特征；年際降水量、自然災害面積比等參數(shù)存在較大的波動。綜合而言，遼寧省水生態(tài)文明狀態(tài)在研究期間總體呈階段性減小趨勢，即2002—2009年由0.9068逐漸減少至0.7133，隨后逐漸降低至2016年的0.3057，相應的評價等級由Ⅴ級下降至Ⅲ級。

表2 遼寧省2002—2016年水生態(tài)文明評價結(jié)果

3.3 水生態(tài)文明響應

遼寧省水環(huán)境問題逐漸引起人們的重視，相關(guān)部門逐步加大了對水環(huán)境的治理程度。根據(jù)表2可以看出，在2002—2016年期間該區(qū)域的水生態(tài)文明響應指數(shù)呈波動性增大趨勢，由2002年的0.3648增大至2016年的0.7216，相應的評價等級由之前的Ⅱ級增大至Ⅳ級。

3.4 水生態(tài)文明綜合分析

綜合考慮水生態(tài)響應、狀態(tài)與壓力等因素影響，該區(qū)域綜合評價指數(shù)呈有序變化的特征。2002年綜合指數(shù)最大為0.7035，處于較和諧狀態(tài)，雖然該指數(shù)值在2009年有所下降，但仍整體處于較和諧水平，可見遼寧省水生態(tài)文明在該階段處于較好狀態(tài)。在一系列其他因素的綜合影響下，該區(qū)域綜合指數(shù)于2010年下降至0.6以下，并且在2010—2016年一直處于基本和諧狀態(tài)。整體來看，遼寧省水生態(tài)文明在2002—2016年的人水關(guān)系仍然不容樂觀，需要加強對水環(huán)境的治理，進一步提升水系統(tǒng)與人類活動的可持續(xù)發(fā)展能力。

4 結(jié)論

對2002—2016年遼寧省水生態(tài)文明狀態(tài)采用TOPSIS方法和PSR概念框架進行動態(tài)評價，從而揭示了其演變特征為：水生態(tài)文明綜合指數(shù)由較和諧水平逐漸下降至基本和諧狀態(tài)，依然面臨著較大的壓力，評價結(jié)果能夠客觀、全面的反映區(qū)域水資源實際狀況。進一步分析子系統(tǒng)變化特征發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域水生態(tài)環(huán)境除響應子系統(tǒng)外其他各方面均下降趨勢，水系統(tǒng)環(huán)境破壞嚴重且水生態(tài)壓力沉重，這對于指導水生態(tài)建設規(guī)劃和水環(huán)境治理具有重要的現(xiàn)實意義，未來應注重水環(huán)境維護、水生態(tài)涵養(yǎng)與經(jīng)濟社會的協(xié)調(diào)發(fā)展。