基于DPSIR模型的南通水生態安全評價研究

葉愛山，金彩靈，李曉華

(南通理工學院商學院，江蘇 南通 226002)

0 引言

長三角城市群在經歷了多年來社會經濟迅速發展后，水生態系統正面臨前所未有的壓力[1-2]。南通作為長三角城市群的重要城市之一，迫切需要對水生態環境進行有效治理。自“十三五”規劃以來，南通認真貫徹落實黨中央提出的“共抓大保護，不搞大開發”的生態環境保護理念，堅定擔起水環境治理的重任，建立堅固的保護防線，全方位提高水生態環境管理水平。雖然在“十三五”規劃執行過程中，水生態問題已得到明顯改善，但仍未得到根本性解決，這與“美麗中國”目標還存在一定差距[3]。為了在“十四五”規劃期間有效應對挑戰，必須全力以赴開展包括工業、農業、生活在內的各種污染源的治理，著力確保水資源安全，積極推進水生態的保護與修復工作。在此背景下，本研究構建了“驅動力—壓力—狀態—影響—反應”(DPSIR)模型，運用熵值法確定各指標的權重以及測度水生態安全指數，并對其進行安全等級劃分。通過分析各子系統的變化情況，評估南通水生態安全的發展趨勢，為南通實現生態文明建設的綠色目標提供決策支持。

1 區域概況與數據來源

1.1 區域概況

南通位于長三角北翼，長江與海洋的交匯處，南臨長江、東臨黃海，水資源豐富，素有“江海門戶”之稱。獨特的地理位置和氣候條件對該地的水生態環境建設提出了挑戰。作為全國重要的沿海港口之一以及長三角區域的交通樞紐，南通擁有便捷的物流優勢，但同時也面臨產業結構單一化和能源利用效率偏低的問題。尤其是沿江岸線的港口活動，伴隨高貨物吞吐量的同時致使能源消耗和污染物排放的增加。在農業領域，以種植業為例，總氮和總磷的排放量不僅占到了全市總排放的半壁江山，更是對局部水生態環境安全構成了不可忽視的威脅。此外，隨著城市化步伐的加速和經濟的飛躍發展，南通正面臨人口增長、城市擴張、污染加劇和氣候變化等多方面壓力。水資源分布的不均、供需矛盾的加劇等問題也愈發凸顯，這些因素共同考驗著南通水生態安全的保障能力。

1.2 數據來源

本研究的數據來源為《中國統計年鑒》《南通市水資源公報》《南通市統計年鑒》，以及江蘇省林業局相關公開數據。由于研究數據存在滯后性，研究期選取的是2017—2021年，個別缺失數據采用插值法補齊。

2 評價體系構建及測度方法

2.1 評價體系構建

DPSIR模型是在PSR模型的基礎上擴展而來，在環境系統中被廣泛使用于評價指標體系構建。該模型將表征一個自然系統中的評價指標分為驅動力(D)、壓力(P)、狀態(S)、影響(I)和響應(R)[4]。其中，驅動力是造成城市水生態環境變化的間接因素，包括經濟發展和人口變化；壓力是指在驅動力下，人類活動對水生態環境造成的直接壓力，包括水資源需求壓力和環境壓力；狀態即在其壓力水平下，造成的水文狀態和環境狀態；影響是指在這種狀態水平下，水生態環境再反作用于人類活動所帶來的水環境、生態環境、社會環境的變化；響應是指在其影響作用下，人類活動應該從社會污染控制方面采取舉措，牢守水生態安全。結合南通水生態環境組成要素及內部相關關系，并參考國內外相關研究[5-6]，分別選取水資源、水環境、水災害及水生態的代表性指標，構建驅動力、壓力、狀態、影響和響應為準則層，以及對應的17個指標為指標層的南通水生態安全評價指標體系，如表1所示。

表1 南通水生態安全評價指標體系

2.2 測度方法

熵值法是一種綜合評價方法，是能依據被評價對象指標值所構成的判斷矩陣來確定指標權重的一種方法，具有較強的客觀性。熵值法就是對某種事件不確定性的一種度量，也是對系統狀態不穩定性的一種度量。在信息論中，信息熵表示系統的有序程度，有序程度越高，信息熵的值也就越大。相反，有序程度越低，信息熵的值也就越小。換言之，就是若在某一指標上評價對象的值與之相差過大，那么其熵值較小，熵權較大，其結果提供的有效信息就相對較多。因此，本研究通過熵值法來確定指標權重，研究17個指標對水生態安全的影響程度，其權重的計算對評估結果有重要影響。由于熵值法為常用模型，此處就不再贅述。

3 指標權重分析及評估等級劃分

3.1 指標權重分析

通過熵值法，測度出各個準則層及其對應指標層的權重值(表1)。下面將針對各準則層進行詳細分析。

在驅動力準則層內，年末常住人口權重最高。雖然，南通人口自然增長率到2021年已跌破-5.14%，創歷史新低，但年末常住人口還在不斷上升，2017—2020年增幅較大，到2021年增幅趨于平緩，這項指標處于較為波動的狀態。這一準則層表明人口發展指標對水生態環境影響較大，是水生態安全變化的關鍵要素。

在壓力準則層內，農業用水量和工業廢水排放總量變化幅度明顯，所占準則層權重較大。2021年農業用水22.44億立方米，占總用水量47.10%，農田畝均灌溉用水349.2立方米，同比2020年農業用水量和農田畝均灌溉用水量分別下降3.86、2.36個百分點。廢水排放量在這一階段得以控制，2019年廢水排放量提升至47 639萬噸，到2020年迅速下降至43 663萬噸，減幅較大，隨后處于穩定狀態。其中，工業廢水排放總量占比最大。這一準則層表明“十三五”規劃下農業用水量和工業廢水排放總量得到良好的管控，對水生態環境產生直接性的影響。

在狀態準則層內，生態環境狀況指數權重最大。截至2021年，全市水資源總量為35.44億立方米。同比2020年，下降25.6個百分點。年降水量指標處于穩定狀態，一直處于雨水偏豐年。與2020年相比，河流干流魚類資源密度增加明顯，呈現規格增大、數量增多等特征，水生生物資源呈現良好態勢。這一準則層表明在“十三五”規劃下水生物結構體系恢復良好，水生態環境狀況呈現改善趨勢。

在影響準則層內，可利用水資源總量所占權重最大。2020年，南通11個市考以上斷面水質優良率達到81.80%，單位面積水質惡化率不斷減小，可利用水資源總量節節攀升。但到2021年驟降到35.44億立方米，變化速度與幅度較大。全市2021年林地面積1 243.63百公頃，生物豐度指數30.32%，兩項指標趨于穩定狀態。這一準則層表明水資源是水生態安全的核心因子，亟須重視水資源高效利用與開發。

在響應準則層內，工業固體廢物綜合利用率和污水處理率權重相當。在社會污染控制下，工業固體廢物綜合利用率穩步提高至96.66%，污水處理率上升至96.1%，生活垃圾無害化處理量達82.3萬噸。這一準則層體現了南通采取相應措施積極響應水生態環境保護，對水生態安全變化有積極的影響。

3.2 評估等級劃分

結合我國水生態安全特點和南通水生態安全具體情況，參考相關文獻[7]，設置南通水生態安全綜合判別等級，以等間距的方式劃分水生態安全水平為5個等級，如表2所示。水生態安全綜合評價值的取值范圍為[0，1]，安全綜合平均值越接近1，其水生態安全狀態越好；反之，安全綜合平均值越小，其水生態安全狀態越差。

表2 南通水生態安全綜合判別等級

4 南通水生態安全評價分析

4.1 水生態安全綜合指數變化

采用熵值法測度出準則層和指標層的權重和安全評價值，再依據測度結果對其進行水生態安全等級劃分，得出南通2017—2021年的安全狀態等級情況，如表3所示。

表3 南通市水生態安全綜合評價結果

由表3可知，2017—2021年，南通水生態安全狀態逐漸惡化，從“較安全”狀態下降至“很不安全”狀態。安全值表現出明顯下降態勢，在2021年時安全值從0.473 4下降至0.193 8。2017—2018年，南通水生態安全狀態均為“較安全”，狀態穩定且安全值呈現增長趨勢。主要原因在于，在“十三五”規劃下，南通針對水生態安全問題進行了大力治理和資源投入，取得了良好的成效。全市范圍內主要河道水質提高到Ⅲ類，無劣V水體。該階段對水環境質量提出了較高要求，但未對產業結構、生物多樣性、社會環境建設及生態環境狀況提出要求，這為下一階段埋下了隱患。2019—2020年，南通水生態安全狀態均為“基本安全”，狀態穩定且安全值呈現增長趨勢。主要原因在于，在“十三五”規劃后期，遺留問題大量顯現，但由于相關政策的積極出臺，且施行效果良好，該階段安全值呈現向上勢頭。到2021年，南通水生態安全狀態為“很不安全”，下降至0.193 8。主要原因在于，在“十三五”規劃實施過后，盡管水生態狀態得到了小幅度提升，但水生態、水資源、水環境等有關問題，未得到根本性解決。且“十四五”規劃前期，經濟發展層面不穩定因素偏多，導致其水生態環境保護進程速率大幅度下降，給水生態安全建設帶來了前所未有的挑戰。因此，眾多因素使得這一階段水生態安全綜合平均值較低。

4.2 系統層變化情況分析

驅動力系統值呈現梯式遞減趨勢，系統處于“很不安全”狀態。城市經濟發展和人口規模擴張，加大了水生態環境的壓力。雖然市民環保意識不斷增強，但是依舊抵不住年末常住人口增長帶來的負面影響，致使2021年驅動力系統評價值下降迅速。

壓力系統值先增后減，呈現開口較大的倒“U”型，安全值在2021年一落千丈。2017—2019年，由于“十三五”規劃下對水生態環境的管控，工業、農業、城鄉居民用水量呈現下降趨勢。因此，水生態安全綜合評價值穩定上升。但2019—2020年，對水生態環境的管控能力大幅度減弱，工業用水量驟增，這使得壓力系統評價值跌幅迅速。

狀態系統值呈現倒“N”型發展態勢，且在2019年達到最低點0.049 1。2017—2018年的系統安全值均處于0.11以上，幾乎無明顯波動。2019年，可利用水資源總量和平均降水量出現大幅下降，分別達到20.06%、23.84%。2020年，出現明顯回升，系統安全值顯著上升。2021年，又呈現小幅度下降趨勢，其主要原因在于可利用水資源總量和平均降水量的不穩定性。

影響系統值總體呈現“M”型發展態勢。2017—2018年，系統安全值均處于0.22以上，呈現平緩上升趨勢。2019年，呈現明顯下降態勢，其主要原因是在特殊形勢下，第三產業被嚴重影響，生態環境保護成本也不斷提升，其植被覆蓋指數也在下降。隨后，又出現了“反彈”現象。2021年，又迅速跌落至“谷底”，其主要原因是水網密度從73.71%迅速上升至80.92%，可能會導致水資源的浪費、水質惡化和生態破壞等一系列問題。

響應系統呈現先下降后上升的趨勢。2019年之前，變化不顯著，呈現小幅度下降趨勢，但在2020年下降速率突然提高，隨后又“觸底反彈”，響應系統值迅速上升，其主要原因在于工業固體廢物綜合利用、污水處理等政策實施效果逐漸顯現，響應系統在2021年對水生態安全貢獻值最高。

5 結論與建議

基于DPSIR模型，從水資源環境、社會活動、經濟發展等方面構建了南通水生態安全評價體系。運用熵值法對水生態安全狀態進行綜合評價，并劃分水生態安全等級。研究發現：整體來看，研究期內南通水生態安全綜合評價值呈現“M”型發展態勢，整體呈現下降趨勢。安全等級從“較安全”狀態下降至“很不安全”狀態，南通水生態安全問題愈發嚴重。從各子系統來看，驅動力、壓力、狀態、影響系統整體都呈現遞減趨勢，而響應系統呈現上升趨勢。其中，影響系統綜合得分較高，其次是壓力系統，表明南通水生態安全保護的實施帶來了積極影響，水生態安全問題得到改善，但仍存在水資源需求、水生態環境狀態較為嚴峻等問題。從指標層權重值來看，年末常住人口、農業用水量、可利用水資源總量等是制約南通水生態安全優化的重要指標，說明南通經濟發展和人口規模的增長，對水生態環境平衡將會產生直接性影響。據此，提出相關對策建議。

第一，生態補償與流域治理一體化。南通水生態問題與上游活動緊密相關，推動流域上下游的一體化管理和生態補償機制是保障水生態安全的重要措施。南通市政府應與上游地區建立流域治理合作機制，共同投資于水資源保護和水污染治理項目。同時，可以探索建立有效的生態補償機制，對上游地區因為環保措施而減少開發而產生的經濟損失給予補償，鼓勵上游地區采取更加積極的環境保護行為。此外，應通過法律法規確立水生態保護的地位，嚴格控制流域內的工農業排放，減小水生態系統的壓力。

第二，強化水資源綜合管理與節水意識。水資源的過度開發和不合理利用是水壓力增大的主要原因。因此，南通需采取加強水資源的綜合管理，推廣節水技術和設備，優化農業灌溉系統，提升工業循環用水率，以及在城市規劃中融入雨水收集和利用系統等措施。同時，應通過公眾教育和媒體宣傳，增強市民的節水意識，倡導低水消耗的生活方式。政府還可以通過提供節水設備補貼、開展節水競賽等方式激勵節水行為。另外，可以適當提高水價，以市場手段調控水資源的合理分配和高效利用。

第三，逐步恢復水生態系統。水生態系統的健康直接關系到水生態安全。建議采取多種措施恢復受損水生態系統，比如實施河流生態修復工程，建設人工濕地，恢復水生植物，以及保護本地水生動物等。通過這些措施來增強水體的自凈能力，保持生物多樣性，同時提高水生態系統對外界干擾的抵御能力。政府制定相關政策，著重對關鍵水域實行生態紅線保護，限制高污染和高耗水行業的發展，保護和擴大水源涵養區。此外，鼓勵市民、企業和社會組織參與到水生態保護中來，形成政府、社會和市民共同參與的水生態保護網絡。