聊城市水環(huán)境生態(tài)安全現(xiàn)狀評價及預(yù)警

劉　穎　周韻平　李方博　丁瀅瀅　胥新政

（1. 聊城市環(huán)境監(jiān)測中心，山東聊城 252000；2.中國石油大學(xué)（華東），山東青島 265000；3.西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安 710072）

聊城市水環(huán)境生態(tài)安全現(xiàn)狀評價及預(yù)警

劉穎1周韻平1李方博2丁瀅瀅1胥新政3

（1. 聊城市環(huán)境監(jiān)測中心，山東聊城 252000；2.中國石油大學(xué)（華東），山東青島 265000；3.西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安 710072）

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，水環(huán)境安全逐步得到重視。本文以聊城市2008-2012年經(jīng)濟、環(huán)境等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用多學(xué)科綜合研究方法，針對聊城市水環(huán)境建立生態(tài)安全評價指標體系，用數(shù)學(xué)模型進行評價與預(yù)警分析，從而為聊城市的水環(huán)境生態(tài)安全保護提供理論和技術(shù)依據(jù)。

水環(huán)境安全 評價 體系

生態(tài)安全是國家安全一個非常重要的組成部分，是整個國家、民族和社會安全的基石。從系統(tǒng)角度分析，生態(tài)安全包括環(huán)境安全、生物安全和生態(tài)系統(tǒng)安全。所有生態(tài)安全中，因為水是各種生命活動和人類生存發(fā)展的基本物質(zhì)，但是水資源又存在著全球性的短缺、污染和衰竭趨勢，所以水資源對社會發(fā)展的限制作用日益突出，所導(dǎo)致的風(fēng)險越來越大。因此水環(huán)境生態(tài)安全已經(jīng)引起了專家學(xué)者、各國政府和國際組織的廣泛關(guān)注。

作為江北水城的聊城，水資源比較豐富，整個城市依托水資源與水文化而發(fā)展，水環(huán)境生態(tài)安全顯得尤為重要。如何判斷一個城市的水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)是否安全，本文嘗試在充分收集資料的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型，對聊城市水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀進行評價。

表3—1　聊城市水環(huán)境生態(tài)安全現(xiàn)狀評價指標體系

表3—2　聊城市水環(huán)境生態(tài)安全評價各指標權(quán)重及年度評價值

1　研究時段

本次研究選取聊城市2008年—2012年為研究時段。

2　研究采用的數(shù)學(xué)方法

2.1數(shù)據(jù)無量綱化的方法——極差標準化方法［1］

用于衡量水環(huán)境生念安全狀況的指標分為兩種情況:越大越安全的指標（如當?shù)厮Y源量）和越小越安全的指標（如廢水排放量）。為了綜合評價，在對不同量綱指標的初始數(shù)據(jù)進行標準化處理時，應(yīng)將所有的指標數(shù)值轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的含義，使所有指標的數(shù)值越大越反映水環(huán)境生態(tài)安全，或反之。本文采用前一種處理方法。

2.2確定指標權(quán)重的方法——層次分析法［2］

層次分析法（Analytical Hierarchy Process）簡稱AHP法，是美國運籌學(xué)家薩得A.L.saaty在20世紀70年代初提出的，20世紀80年代初開始引入我國。

2.3水環(huán)境生態(tài)安全值的計算——綜合指數(shù)方法［3］

綜合指數(shù)法是建設(shè)項目環(huán)境影響評價中的規(guī)定評價方法，其最大和有效的功能是可以將分散的信息、通過模型集成，形成關(guān)于對象綜合特征的信息，幫助人們從整體上認知、分析和深入研究。

2.4指標體系建立的方法

為了對聊城市水環(huán)境生念安全目前的狀況和今后的發(fā)展趨勢定量化表征，必須建立一個明確的和可量化的指標體系。

2.4.1指標體系縱向結(jié)構(gòu)的構(gòu)建-PSR法

水環(huán)境生態(tài)安全的指標體系建立應(yīng)該充分體現(xiàn)出生志安全的現(xiàn)伏與水平，特別是體現(xiàn)出人類社會對生志系統(tǒng)的影響層次與等級的“壓力一狀態(tài)一響應(yīng)”（Pressure-Srate-Response）模型。該模型從社會經(jīng)濟與環(huán)境有機統(tǒng)一的觀點出發(fā)，表明了人與自然這個生態(tài)系統(tǒng)中各種因素間的因果關(guān)系，更精確地反映了生態(tài)系統(tǒng)安全的自然、經(jīng)濟、社會和法制因素之間的關(guān)系，為生態(tài)系統(tǒng)安全指標構(gòu)造提供了一種邏輯基礎(chǔ)。

根據(jù)聊城市水環(huán)境生態(tài)安全的現(xiàn)狀及所存在的問題，遵循指標體系的設(shè)計原則和指標選取原則，應(yīng)用PSR模型機理，可以建立起生態(tài)安全評價指標體系。

2.4.2指標體系橫向結(jié)構(gòu)的構(gòu)建——AHP法

層次分析法在生態(tài)安全研究中的應(yīng)用之一就是利用其思路來建立指標體系的層次結(jié)構(gòu)、層次分析法運用系統(tǒng)分析思想把復(fù)雜的問題分成若干聯(lián)系的、有序的層次，對每一層次的相關(guān)元素進行比較分析。本研究涉及自然一社會一經(jīng)濟復(fù)合巨系統(tǒng)的諸多子系統(tǒng)和因子，將指標體系的橫向結(jié)構(gòu)確立起來，擬分三個層次:目標層、準則層和指標層。

表3—3　聊城市水環(huán)境生態(tài)安全等級及預(yù)警判別

3　聊城市水環(huán)境生態(tài)安全評價的實現(xiàn)過程

3.1指標體系的建立

一組既獨立又相互關(guān)聯(lián)并能較完整的表達評價要求的評價指標就組成了評價指標體系。根據(jù)PSR模型和AHP法思想，聊城市水環(huán)境生態(tài)安全評價指標體系由三個子系統(tǒng)三個層次構(gòu)成:壓力子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)和響應(yīng)子系統(tǒng)；目標層、準則層、指標層。詳見表3—1。

3.2指標權(quán)重的計算

在PSR模型確定的指標框架之下，通過咨詢相關(guān)領(lǐng)域的專家，對影響聊城市水環(huán)境生態(tài)安全的指標進行兩兩比較打分，分別構(gòu)造了B1—C、B2—C、B3—C，三個判斷矩陣。然后分別計算每個矩陣的最大特征根與特征向量。每個特征向量即為構(gòu)造矩陣中各指標的權(quán)重系數(shù)。

在專家咨詢過程中，建議對狀態(tài)、壓力、響應(yīng)三個子系統(tǒng)的權(quán)重采用1:1:1的比例。

3.3聊城市水環(huán)境生態(tài)安全評價計算結(jié)果分析

水環(huán)境生態(tài)安全評價指標分為發(fā)展型和制約型兩類，利用公式把不同指標進行標準化處理，然后將指標的標準化值與其權(quán)重值相乘，分別得到各評價指標的生態(tài)安全指數(shù)值，進而求出各評價年份的水環(huán)境生態(tài)安全評價值。

由表3—2可以看指標是出，對聊城市水環(huán)境生態(tài)安全狀態(tài)子系統(tǒng)影響比較大的指標是地表水資源量，對壓力子系統(tǒng)影響較大的指標是農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量和廢水排放量，對響應(yīng)子系統(tǒng)影響較大的指標是環(huán)保投資占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比例、污水廠處理能力等。

3.4聊城市水環(huán)境生態(tài)安全預(yù)警結(jié)果分析

根據(jù)上文所述水環(huán)境生態(tài)安全綜合評價值與預(yù)警等級之間的關(guān)聯(lián)方法，對2008年-2012年聊城市水環(huán)境生態(tài)安全狀況做出如下預(yù)警判別。

由表3—3可以看出，聊城市水環(huán)境生態(tài)安全2008年處于重警狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能幾近崩潰，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)殘缺不全，功能喪失，生態(tài)環(huán)境問題很大，從狀態(tài)—壓力—響應(yīng)指標層分析，2008年水環(huán)境生態(tài)安全的警源主要來自地表水資源的欠缺、廢水中氨氮的排放量和城市污水處理率等。2009年、2010年處于中警狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能嚴重退化，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)破壞較大，受外界干擾后恢復(fù)困難，生態(tài)問題較大，從狀態(tài)—壓力—響應(yīng)指標層分析，2009年水環(huán)境生態(tài)安全的警源主要來自地表水資源、農(nóng)業(yè)用水量和城市污水處理率等，2010年水環(huán)境生態(tài)安全的警源主要來自農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量、環(huán)保投資占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比例、污水廠處理能力等。

通過對五年來聊城市水環(huán)境生態(tài)安全的計算表明，聊城市水環(huán)境生態(tài)安全總體呈良性發(fā)展態(tài)勢。2008年呈重警狀態(tài)，2009年、2010年呈中警狀態(tài)，2011年、2012年呈預(yù)警狀態(tài)，這說明，聊城市的水環(huán)境生態(tài)安全仍不容樂觀，隨時都有可能惡化，發(fā)生生態(tài)災(zāi)害。對其影響較大的指標是地表水資源量、農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量、環(huán)保投資、污水廠處理能力等。

響應(yīng)子系統(tǒng)評價值的逐年上升，一方面說明社會各界和政府對聊城市水環(huán)境生態(tài)安全問題的重視和投入逐年增加，并且取得了可喜的結(jié)果。另一方面也說明，響應(yīng)子系統(tǒng)對一個城市的水環(huán)境生態(tài)安全狀況起著非常重要的作用，甚至可以說，響應(yīng)子系統(tǒng)的好壞，直接決定了一個城市水環(huán)境生態(tài)狀況的優(yōu)劣程度。

［1］段澈《.區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評價指標體系及綜合評價》［J］.技術(shù)經(jīng)濟與管理研究，2005，（3）：27-28.

［2］王紅芬《.計量地理學(xué)概論》［M］.濟南.山東教育出版社，2001年.

［3］郭亞軍《.綜合評價理論與方法》［M］.北京.科學(xué)出版社，2002.

本文是聊城市科技發(fā)展計劃項目“聊城市水環(huán)境生態(tài)安全評價與預(yù)警系統(tǒng)研究”（項目編號： 2013GJH19）的階段研究成果。項目主持人為周韻平。

劉穎，女，高級工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。