曹源圓

(陜西師范大學西北歷史環(huán)境與經(jīng)濟社會發(fā)展研究院，陜西 西安 710119)

水生態(tài)安全問題關(guān)乎我國的經(jīng)濟、生態(tài)和國家安全[1-2]。隨著西部大開發(fā)的有序推進，我國西北形成以生態(tài)經(jīng)濟區(qū)劃格局的西部地理分區(qū)，2013年習近平總書記提出的“絲綢之路經(jīng)濟帶”已經(jīng)劃定陜西省、甘肅省、青海省、寧夏回族自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)以及內(nèi)蒙古自治區(qū)6省(區(qū))為西北重點區(qū)域[3-4]。我國西北地區(qū)大部分屬于經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，惡劣的水生態(tài)環(huán)境制約了其經(jīng)濟發(fā)展，使其處于發(fā)展緩慢的貧困集中地。作為我國重要的生態(tài)屏障和“水塔”，西北地區(qū)水生態(tài)安全問題的研究和解決迫在眉睫[5]。水資源條件、水生態(tài)安全及其生態(tài)條件也成為西部大開發(fā)新格局的重要支撐。

在水生態(tài)安全的研究中，國內(nèi)專家學者們首先從水生態(tài)安全的定義、現(xiàn)狀及保護對策等方面作了分析和探討[6-8]。隨著專家學者對水生態(tài)安全理論基礎探討的不斷更新，大量學者從水生態(tài)安全指標體系的建立方面對水生態(tài)安全進行了定量評價，本文從綜合評價指標體系角度考量，采用PSR、DPSIR模型、均方差-TOPSIS模型等對省份、城市以及流域水生態(tài)安全進行綜合評價[9-13]。多數(shù)學者的評價都是基于單一省份、單一城市的水生態(tài)安全評價，鮮有對區(qū)域水生態(tài)安全的評價。在對西北地區(qū)水生態(tài)安全的評價方面更是沒有把水生態(tài)安全與西北地區(qū)的整體生態(tài)安全進行統(tǒng)一，進而支撐西部大開發(fā)新格局的穩(wěn)步推進。因此，本文依據(jù)西北地區(qū)水生態(tài)安全現(xiàn)狀，構(gòu)建DPSIR指標體系分析影響水生態(tài)安全的因子，評價其水生態(tài)安全的時空特征，并在此基礎上提出西北地區(qū)水生態(tài)安全的評價結(jié)論及建議。

1 研究方法及指標體系的構(gòu)建

本文選取西北地區(qū)2007—2017年的數(shù)據(jù)進行研究，數(shù)據(jù)來源于中國統(tǒng)計年鑒、中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒、西北地區(qū)各省份統(tǒng)計年鑒、水資源公報以及環(huán)境公報。

1.1 研究方法

1.1.1 熵值法

本文采用熵值法確定各個指標的權(quán)重[14]：

a.數(shù)據(jù)標準化：

(1)

(2)

式中：xjmax和xjmin分別為指標xij的最大值和最小值，i=1，2…n；j=1，2…m。

b.數(shù)據(jù)對數(shù)非負化處理：將標準化后的每一個數(shù)據(jù)進行對數(shù)非負化處理。

c.進行歸一化處理：

(3)

式中：Xij為原始數(shù)據(jù)矩陣標準化處理、非負化處理后的數(shù)據(jù)矩陣;Pij為第j項指標第i年的歸一化值在整個評價年份序列中的比重。

d.計算第j項指標的熵值：

(4)

其中,

式中：ej為第j項指標的熵；k為玻爾茲曼常量。

e.計算第j項指標的差異系數(shù)：

(5)

f.求權(quán)重：

(6)

式中：wj為第j項指標的權(quán)重值，且 0≤wj≤1。

g.計算子系統(tǒng)綜合得分：

(7)

1.1.2 評價標準等級

參考吳舜澤等編著的《國家環(huán)境安全評估報告》，結(jié)合西北地區(qū)目前自然條件和社會發(fā)展狀態(tài)，劃分水生態(tài)安全狀態(tài)等級，見表1。

表1 水生態(tài)安全狀態(tài)等級

1.2 DPSIR指標體系構(gòu)建

為評價西北地區(qū)水生態(tài)安全，采用DPSIR框架，選取能夠體現(xiàn)其特有地理環(huán)境、水生態(tài)安全等指標[15-16]。在指標的選取中，通過咨詢相關(guān)專家、查看相關(guān)權(quán)威性文獻，選取了能夠反映水生態(tài)安全系統(tǒng)狀態(tài)的評價指標，共計27項。

a.驅(qū)動力子系統(tǒng)(Drive force)：選取人口增長率和年末常住人口總數(shù)來反映地區(qū)人口增長速度，采用地區(qū)生產(chǎn)總值、人均GDP和GDP增長率指標反映地區(qū)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)以及人民生活水平和地區(qū)經(jīng)濟年際發(fā)展狀況。

對照組患者入院后進行常規(guī)的檢查和護理，叮囑患者在進行治療前停用其他的鎮(zhèn)痛藥物以及治療偏頭痛的藥物。對照組患者給予氟桂利嗪進行治療，藥物采用口服的方式進行服用，每天服用一次，服用劑量為5 mg，連續(xù)服用八周。

b.壓力子系統(tǒng)(Pressure)：采用地區(qū)用水總量、人均用水量、生態(tài)用水和萬元GDP用水量來反映地區(qū)水資源消耗現(xiàn)狀，表現(xiàn)經(jīng)濟用水和生態(tài)用水的發(fā)展狀況。使用廢水排放量、COD排放量和NH3-N排放量指標反映社會經(jīng)濟系統(tǒng)對環(huán)境的直接影響以及水環(huán)境污染現(xiàn)狀。

c.狀態(tài)子系統(tǒng)(State)：選取水資源總量、人均水資源占有量反映地區(qū)水資源稟賦總量以及人均擁有水資源量。地表水和地下水資源量指標能夠反映區(qū)域水資源存儲能力，年平均降水量指標是衡量地區(qū)多年降水量的平均指標，被用于反映地區(qū)降水狀況。

d.影響子系統(tǒng)(Impact)：本文選取西北地區(qū)森林覆蓋率、沙化土地面積反映生態(tài)系統(tǒng)脆弱程度，采用劣Ⅴ類以下河段比例和城市水功能區(qū)個數(shù)達標率來反映地區(qū)河流水質(zhì)和水功能區(qū)達標比例。

e.響應子系統(tǒng)(Response)：采用城市污水處理率反映地區(qū)污水處理技術(shù)水平以及開展力度。采用工業(yè)廢水治理投資額、污水處理投資額反映地區(qū)社會經(jīng)濟對水生態(tài)安全的保護和支持力度，使用各省(區(qū))累計水土流失治理面積來反映地區(qū)水土、水災害以及節(jié)水能力的應對效果。

2 西北地區(qū)水生態(tài)安全評價指標權(quán)重

2007—2017年西北地區(qū)的各指標權(quán)重見表2，在27項指標中，COD排放量與城市水功能區(qū)個數(shù)達標率兩項指標所占權(quán)重較大，分別為0.0673和0.0643。其余指標中，沙化土地面積和生態(tài)用水所占權(quán)重比全國其他地區(qū)大，這也體現(xiàn)了其地理環(huán)境以及水資源利用的自身特點。

表2 水生態(tài)安全評價綜合權(quán)重

西北地區(qū)水生態(tài)安全綜合評價指標之間的關(guān)系見圖1。由圖1可知，COD排放量、城市水功能區(qū)個數(shù)達標率、生態(tài)用水等指標影響較大，這反映出解決西北地區(qū)水質(zhì)、用水以及水功能區(qū)問題的重大意義。地區(qū)生產(chǎn)總值、人均GDP對水生態(tài)安全綜合得分影響也較大，這說明其水生態(tài)安全受人類社會活動影響較大，因而依賴經(jīng)濟發(fā)展和投資帶動西北地區(qū)水生態(tài)安全的提升意義重大。

圖1 西北地區(qū)水生態(tài)安全綜合評價指標之間的關(guān)系

3 評價結(jié)果分析

3.1 西北地區(qū)整體水生態(tài)安全評價時間序列分析

本文選取2007—2017年數(shù)據(jù)對西北地區(qū)水生態(tài)安全進行分析，得到水生態(tài)安全評價綜合得分，見表3、圖2。

表3 西北地區(qū)整體水生態(tài)安全綜合評價得分

圖2 西北地區(qū)整體水生態(tài)安全綜合得分曲線

由表3、圖2可知，2007—2017年水生態(tài)安全綜合評價得分呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，分布在0.2376～0.6548之間，2007—2010年間均處于第Ⅱ等級，為中警狀態(tài)；2014年處于第Ⅳ等級，為較安全狀態(tài)；在2011—2013年和2015—2017年間處于第Ⅲ等級，為預警狀態(tài)，但總體水生態(tài)安全等級向安全狀態(tài)發(fā)展。由于近年來政策、經(jīng)濟方面對水生態(tài)安全的支持，使水生態(tài)安全評價得分呈現(xiàn)上升趨勢，然而由于西北地區(qū)自身的水生態(tài)環(huán)境問題，導致人口、降水以及土地沙化等不穩(wěn)定情況發(fā)生，進而導致在其中幾年綜合得分呈現(xiàn)下降趨勢。

2007—2017年水生態(tài)安全驅(qū)動力系統(tǒng)呈現(xiàn)出波動上升的趨勢，從2007年的0.5054上升到2013年的0.8818(見表3、圖3)。其中，國內(nèi)生產(chǎn)總值、人均GDP以及GDP增長率的增加對驅(qū)動力子系統(tǒng)得分的提高起到推動作用。在此年間，地區(qū)生產(chǎn)總值平均值由3348.2億元上升到10402.6億元。2014—2017年由于地區(qū)常住人口數(shù)量由2014年的2079.4萬人增加到2017年的2119.3萬人，使得驅(qū)動力子系統(tǒng)得分下降，但是仍高于2010年以前。壓力子系統(tǒng)得分呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，其得分的變化主要由廢水排放量、COD排放量以及NH3-N排放量所導致。狀態(tài)子系統(tǒng)得分在2012年達到最大值，為0.8646，其中2012年西北地區(qū)年平均降水量達到350.983mm，人均水資源占有量達到10年以來的最高值4007.28m3。2015—2016年之間由于人口的增加，導致在水資源總量不發(fā)生變化的情況下，人均水資源占有量變少。影響子系統(tǒng)在2007年得分最低，為0.0506，2016年達到最高，為0.3945，最高值和最低值之間差距很大，表現(xiàn)出影響子系統(tǒng)發(fā)展的不穩(wěn)定性。在影響子系統(tǒng)中，西北地區(qū)森林覆蓋率在10年中基本沒有變化，均保持在12%～16%之間，但是水質(zhì)達標監(jiān)測、水功能區(qū)個數(shù)達標率以及沙化土地面積的比例有較大波動。響應子系統(tǒng)得分從2007年的0.1156上升到2014年的0.5983。其中城市污水處理率隨著技術(shù)的進步越來越高，2017年城市污水處理率達到91%。工業(yè)廢水及污水處理投資額逐漸增高，體現(xiàn)出經(jīng)濟對于水生態(tài)安全的支持力度。

圖3 西北地區(qū)整體水生態(tài)安全系統(tǒng)得分

3.2 西北地區(qū)水生態(tài)安全評價空間分析

為了對西北地區(qū)2007—2012年間6省(區(qū))的水生態(tài)安全進行空間上的分析，特選取2007年、2012年、2017年3個時間點上的數(shù)據(jù)進行綜合得分及子系統(tǒng)得分分析，見表4。

表4 2007年、2012年、2017年西北6省(區(qū))水生態(tài)安全評價綜合得分

從表4來看，2007年西北6省(區(qū))的水生態(tài)安全綜合得分處在0.3584～0.5743之間，區(qū)域差異較大。排在第1名的是內(nèi)蒙古自治區(qū)，第2、第3名是陜西省和新疆維吾爾自治區(qū)，其得分分別為0.5743、0.5188和0.4962。2007年內(nèi)蒙古自治區(qū)的驅(qū)動力子系統(tǒng)和響應子系統(tǒng)得分均為6省最高，其經(jīng)濟社會發(fā)展水平和水生態(tài)安全治理水平使其綜合得分遠高于其他省區(qū)。內(nèi)蒙古自治區(qū)2007年的污水處理投資額為2.62億元，累計水土流失治理面積為990.18萬hm2，在6省(區(qū))中排第1。水生態(tài)安全綜合得分最低的是寧夏回族自治區(qū)，由于驅(qū)動力系統(tǒng)和狀態(tài)系統(tǒng)得分低導致綜合得分最低。寧夏回族自治區(qū)和甘肅省在現(xiàn)有水資源狀態(tài)上不占優(yōu)勢，地表水和地下水資源極度短缺。

2012年西北6省(區(qū))的水生態(tài)安全綜合得分處在0.4071～0.5797之間。綜合來看，2012年比2007年各省區(qū)的綜合得分均有所上升。其中響應子系統(tǒng)得分均有所增加，尤其是累計水土流失治理面積、污水處理投資額投入的增加。寧夏的污水處理投資額從2007年的0.40億元下降至0.12億元，投入減少。在累計除澇面積和節(jié)水灌溉面積上，青海省最低，分別為0.58萬hm2和9.72萬hm2，與陜西省的13.24萬hm2和88.16萬hm2相差甚遠。

2017年西北6省(區(qū))的水生態(tài)安全綜合得分處在0.3729～0.6069之間。其中排在第1名的是甘肅省，其綜合得分為0.6069。甘肅省的響應子系統(tǒng)得分為6省(區(qū))最高，其水生態(tài)安全治理水平使其綜合得分遠高于其他各省區(qū)。其中累計治理投資面積為858.05萬hm2，是新疆維吾爾自治區(qū)的8倍左右。2017年甘肅省城市污水處理率、污水處理投資額以及沙化土地面積均達到6省(區(qū))平均值以上。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本文通過建立起DPSIR評價指標體系，對影響2007—2017年間西北地區(qū)水生態(tài)安全的指標進行綜合得分分析，從時間維度上分析了西北地區(qū)整體水生態(tài)安全狀況，并對2007年、2012年以及2017年西北6省(區(qū))的水生態(tài)安全進行空間得分分析，得出以下結(jié)論：

a.從綜合評價權(quán)重與相關(guān)指標分析中發(fā)現(xiàn)，COD排放量、城市水功能區(qū)個數(shù)達標率、生態(tài)用水量、沙化土地面積、森林覆蓋率對西北地區(qū)整體水生態(tài)安全綜合得分影響較大。地區(qū)生產(chǎn)總值、人均GDP對水生態(tài)安全綜合權(quán)重影響也較大，表明水生態(tài)安全受到人類社會經(jīng)濟活動的影響也比較大，因而依賴經(jīng)濟發(fā)展和投資帶動西北地區(qū)水生態(tài)安全的提升有重大意義。

b.從2007—2017年西北地區(qū)整體水生態(tài)安全評價來看，水生態(tài)安全綜合得分不斷上升，水生態(tài)安全等級有所提高，說明水生態(tài)安全狀況有所改善，而且國家對于西北地區(qū)的重視度也在提高。

c.從2007年、2012年以及2017年的評價中得到西北6省(區(qū))的水生態(tài)安全綜合趨勢圖，6省(區(qū))的綜合水平都在逐年上升，但是從空間角度來分析，地區(qū)之間水生態(tài)安全在水資源稟賦、地區(qū)經(jīng)濟以及治理投入方面存在著較大差異，說明地方政府對于該地區(qū)治水措施投入額的大小對水生態(tài)安全的保障有著很大影響。

4.2 建議

結(jié)合評價結(jié)果，本文對西北地區(qū)水生態(tài)安全的保護與建設提出以下建議：

a.在保持西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境不受破壞的條件下，加強對西北地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展建設。水生態(tài)安全既受到地區(qū)原生資源稟賦的影響，又離不開人類對水生態(tài)環(huán)境的保護，更離不開西部大開發(fā)在經(jīng)濟和生態(tài)方面的帶動。

b.繼續(xù)保持對西北地區(qū)整體區(qū)域化發(fā)展的重視度。區(qū)域化發(fā)展有利于水資源的保護和協(xié)調(diào)，從而有利于水生態(tài)安全的改善和提升，進而支持西部大開發(fā)新格局的穩(wěn)步發(fā)展。

c.在保持區(qū)域化發(fā)展的同時，結(jié)合西北6省(區(qū))各自特色，加強對水生態(tài)安全在政策制度、教育文化以及媒體方面的響應和宣傳，將水生態(tài)安全的保護作為“人水和諧”的水生態(tài)文明城市建設的一部分。西部大開發(fā)戰(zhàn)略實施二十年來，西北地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展得到提升，如今在西部大開發(fā)新格局的建設號召下，保證西北地區(qū)的生態(tài)安全有著重要的意義。西北地區(qū)水生態(tài)安全的評價研究，可以進一步從理論和實踐方面進行豐富。