流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)杞麓湖生態(tài)安全的影響評(píng)估

劉　宇，祁云寬，劉紹俊，李蔭璽

(玉溪市環(huán)境科學(xué)研究所，云南 玉溪 653100)

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流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)杞麓湖生態(tài)安全的影響評(píng)估

劉宇，祁云寬，劉紹俊，李蔭璽

(玉溪市環(huán)境科學(xué)研究所，云南 玉溪 653100)

摘要：基于層次分析法和模糊模式識(shí)別建立了綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)杞麓湖流域2009—2013年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明：2009—2013年流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)杞麓湖生態(tài)安全的影響均處于第五級(jí)(嚴(yán)重狀態(tài))，且對(duì)第五級(jí)的隸屬度總體呈增大趨勢(shì)。說明杞麓湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力已經(jīng)很大并呈加劇趨勢(shì)，生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)受到嚴(yán)重破壞。

關(guān)鍵詞：社會(huì)經(jīng)濟(jì)；生態(tài)安全；生態(tài)影響；安全評(píng)估；杞麓湖

杞麓湖位于云南省通海縣境內(nèi)，是流域近27萬人民賴以生存的源泉和維護(hù)該地區(qū)生態(tài)平衡的重要根基。然而，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，杞麓湖水質(zhì)惡化和富營養(yǎng)化的趨勢(shì)也日益明顯，近二十年來水質(zhì)一直處于劣V類，有機(jī)污染和氮污染尤其突出。同時(shí)，連續(xù)幾年的干旱造成杞麓湖長期低水位運(yùn)行，加劇了湖泊水質(zhì)惡化及生態(tài)安全的風(fēng)險(xiǎn)，湖泊治理與保護(hù)形勢(shì)嚴(yán)峻。

本文基于層次分析法和模糊模式識(shí)別兩種基本的數(shù)學(xué)方法建立綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)杞麓湖流域2009—2013年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響進(jìn)行評(píng)估，以期清晰認(rèn)知流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)其影響的程度，進(jìn)而為改善杞麓湖水環(huán)境提供技術(shù)和政策支持。

1評(píng)估模型與評(píng)價(jià)方法

流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)湖泊影響的評(píng)價(jià)屬于綜合評(píng)價(jià)的范疇，評(píng)價(jià)研究的總體思路是首先建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，基于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立評(píng)價(jià)模型，開展評(píng)價(jià)研究[1]。

1.1指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)流域的自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)特征，建立具有層次結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，整個(gè)指標(biāo)體系包括3個(gè)分類指數(shù)、10個(gè)關(guān)鍵評(píng)價(jià)指數(shù)和21個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)[1]，詳見表1。 根據(jù)流域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人類活動(dòng)對(duì)湖泊水庫生態(tài)安全的影響程度，將其劃分為五個(gè)等級(jí)，然后根據(jù)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)與湖泊水庫生態(tài)安全影響的響應(yīng)關(guān)系，確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[1]。文獻(xiàn)[2]給出了各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分的區(qū)間，本文綜合考慮隸屬函數(shù)的連續(xù)性和計(jì)算上的方便，采用以下方法確定分級(jí)代表值：第一級(jí)的代表值取第一級(jí)的值；第二級(jí)的代表值取第一級(jí)與第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的平均值，依此類推[3]，詳見表1。

1.2評(píng)價(jià)模型

1.2.1子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)

設(shè)評(píng)價(jià)因素集為u= {u1,u2, …,un}，n為每個(gè)子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)因子數(shù)；評(píng)價(jià)集為v= {v1,v2, …,vm}，m為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)；評(píng)價(jià)因子的權(quán)重系數(shù)集為w= {w1,w2, …,wn}；r為由單要素評(píng)價(jià)向量組成的模糊矩陣，單要素評(píng)價(jià)向量是指單個(gè)評(píng)價(jià)因子相對(duì)于各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度所組成的向量。則子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

y=wоr= {y1,y2, …,ym}

(1)

式(1)中運(yùn)算符號(hào)“о”為模糊運(yùn)算的合成算子，由于其運(yùn)算法則只突出了隸屬度很大和很小項(xiàng)的作用，所得運(yùn)算結(jié)果有時(shí)評(píng)價(jià)不出優(yōu)劣，這在實(shí)際問題的處理中是不合理的[4]。因此，本文采用普通矩陣的算法進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算，以體現(xiàn)所有因素的共同作用[5]。

1.2.2區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)

設(shè)評(píng)價(jià)因素集為U = {U1, U2, …, Ul}，l為子系統(tǒng)數(shù)；評(píng)價(jià)集為V = {V1, V2, …, Vm}，m為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)；各子系統(tǒng)的權(quán)重系數(shù)集為W={W1，W2，…，Wl}；R為由各子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果構(gòu)成的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)的模糊矩陣。則流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)杞麓湖生態(tài)安全影響的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

Y=WоR={Y1，Y2，…，Ym}

(2)

Y計(jì)算方法與y相同。

表1　流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)湖泊影響評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3隸屬度的確定

隸屬度是通過建立隸屬函數(shù)來確定，本文采用升(降)半階梯形隸屬函數(shù)。

設(shè)xi表示第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的指標(biāo)值，Sij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)因子第j級(jí)的分級(jí)代表值。則第i個(gè)評(píng)價(jià)因子屬于第級(jí)的隸屬度計(jì)算關(guān)系式為：

越小越好：

越大越好：

1.4權(quán)重的確定

本文運(yùn)用層次分析法來確定每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。首先采用成對(duì)比較法和1～9 比較尺度構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣[6]，然后由MATLAB計(jì)算每一比較矩陣的特征向量和最大特征根λmax。通過計(jì)算一致性指標(biāo)CI和隨機(jī)一致性指標(biāo)RI得到一致性比率CR，并對(duì)CR做一致性檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)通過，歸一化后的特征向量即為權(quán)向量；若不通過，需重新構(gòu)造比較矩陣。

1.5綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

運(yùn)算結(jié)果矩陣Y中的值是對(duì)應(yīng)于集合V的各項(xiàng)隸屬度，反映了流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)湖泊生態(tài)安全的影響相對(duì)于一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)的所屬程度。

2杞麓湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況

杞麓湖流域總面積354.34km2，轄秀山街道、九龍街道、河西鎮(zhèn)、四街鎮(zhèn)、楊廣鎮(zhèn)、納古鎮(zhèn)及興蒙鄉(xiāng)等六鎮(zhèn)(街道)一鄉(xiāng)，共53個(gè)村委會(huì)，284個(gè)自然村。2013年杞麓湖流域內(nèi)總?cè)丝跒?66774人，人口密度約為753人/km2。

近年來，杞麓湖流域內(nèi)人均GDP呈上升趨勢(shì)，由2009年的13532元/人上升到2013年的24522元/人。隨著流域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)用地面積由2009年的18.072km2，增長到2013年的19.630km2，城鎮(zhèn)用地比重增加0.44個(gè)百分點(diǎn)；耕地面積由2009年105.30km2，增加到2013年106.26km2，耕地比重增加0.19個(gè)百分點(diǎn)；連續(xù)幾年的干旱造成杞麓湖天然補(bǔ)水減少，湖泊低水位運(yùn)行，水面面積由2009年的33.93km2，減少到2013年的19.64km2，水面比重減少4.04個(gè)百分點(diǎn)。2009—2013年，水利工程影響指數(shù)整體呈上升趨勢(shì)，2012年為最大值0.86%，2013年為0.71%，均處于較低水平。2009—2013年，環(huán)保投資指數(shù)總體呈上升趨勢(shì)，2013年達(dá)到最大值0.97%。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，近五年總體污染源排放量呈增長趨勢(shì)，其中COD、TN增長趨勢(shì)較明顯，TP變化趨勢(shì)相對(duì)平緩；點(diǎn)源增長趨勢(shì)較緩，面源增長趨勢(shì)較快?！笆濉逼陂g隨著各類環(huán)保工程的大力實(shí)施，各類污染源得到有效控制，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，有效控制了污染排放增加幅度。

3杞麓湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響評(píng)估

運(yùn)用前述方法對(duì)杞麓湖2009—2013年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響進(jìn)行評(píng)估。

3.1評(píng)價(jià)因素集和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定

結(jié)合杞麓湖流域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)和數(shù)據(jù)的可得性，確定評(píng)價(jià)因素集U={人均GDP，人口密度，環(huán)保投資指數(shù)，城鎮(zhèn)用地比重，耕地比重，水面比重，單位面積面源COD負(fù)荷，單位面積面源TN負(fù)荷，單位面積面源TP負(fù)荷，單位面積點(diǎn)源COD負(fù)荷，單位面積點(diǎn)源TN負(fù)荷，單位面積點(diǎn)源TP負(fù)荷，主要入湖河流COD濃度，主要入湖河流TN濃度，主要入湖河流TP濃度}，各評(píng)價(jià)因子2009—2013年的指標(biāo)值見表2。

表2　2009—2013年評(píng)價(jià)因子指標(biāo)值

根據(jù)表1，將諸評(píng)價(jià)因素的實(shí)測(cè)值分為5個(gè)等級(jí)，即評(píng)價(jià)集V={一級(jí)，二級(jí)，三級(jí)，四級(jí)，五級(jí)}。

3.2指標(biāo)權(quán)重的確定

以一級(jí)指標(biāo)(分類指數(shù))為例，得出判斷矩陣和各計(jì)算指標(biāo)見表3，依次類推，計(jì)算出各級(jí)指標(biāo)權(quán)重見表4，各指標(biāo)權(quán)重均通過一致性檢驗(yàn)。

表3　分類指數(shù)判斷矩陣及計(jì)算結(jié)果

表4　流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)杞麓湖生態(tài)影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重

3.3評(píng)估結(jié)果與分析

根據(jù)表1確定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和公式(1)、(2)、(3)、(4)，結(jié)合表2中各指標(biāo)值和表4中各指標(biāo)權(quán)重，經(jīng)復(fù)合運(yùn)算得到2009—2013年流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)杞麓湖生態(tài)安全影響的評(píng)估結(jié)果：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果和最大隸屬度原則，2009—2013年杞麓湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)湖泊生態(tài)安全的影響均處于第五級(jí)(嚴(yán)重狀態(tài))，且對(duì)第五級(jí)的隸屬度總體呈增大趨勢(shì)，表明杞麓湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力已經(jīng)很大并呈加劇趨勢(shì)，生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)受到嚴(yán)重破壞。

4結(jié)論

隨著杞麓湖流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，人口數(shù)量在逐年增長，流域污染物產(chǎn)生量在迅速增加，其發(fā)展速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了杞麓湖流域生態(tài)環(huán)境可以接受的程度，加之2009年以來的連續(xù)干旱，流域生態(tài)系統(tǒng)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的支持能力已經(jīng)達(dá)到極限，長期以來處于超負(fù)荷狀態(tài)。通過以上計(jì)算得出的綜合評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況相符，同時(shí)也印證了該評(píng)估方法的實(shí)用性和科學(xué)性。

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Evaluation of Impacts of Economy and Society on Ecological Security of the Qilu Lake Basin

LIU YU,QI Yun-kuan,LIU Shao-jun,LI Yin-xi

(Yuxi Institute of Environmental Science Research, Yuxi Yunnan 653100,China)

Abstract：A Comprehensive evaluation model was built up based on analytic hierarchy process and fuzzy pattern recognition method to assess the impacts of economy and society in the Qilu lake basin during 2009-2013. The results showed that the economic and social activities in the basin have seriously impacted the ecological security in the fifth level. Furthermore, the impacts intended to increase, which meant that the economic and social pressure in the basin has been exacerbating. This would result in serious damage on ecological system.

Key words：society and economy; ecological security; ecological impact; security assessment; Qilu Lake

收稿日期：2015-07-10

作者簡介：劉宇(1986-)，女，工程師，四川廣安人，主要從事湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)與環(huán)境污染治理方面的研究工作。

中圖分類號(hào)：X82

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-9655(2016)02-0050-05