基于DPSIR模型與集對(duì)分析法的三峽庫區(qū)水生態(tài)安全評(píng)價(jià)

黃文琳+王鵬+杜溫鑫+吳培森

[摘要]文章的目的是通過建立合理的模型來評(píng)價(jià)三峽庫區(qū)的水生態(tài)安全狀況，從而促進(jìn)三峽庫區(qū)更長久、穩(wěn)定地發(fā)展。根據(jù)對(duì)三峽生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的研究，文章選取了其中具有代表性的指標(biāo)，并建立了DPSIR模型，并對(duì)集對(duì)分析法的計(jì)算方法及指標(biāo)進(jìn)行了修正。最終通過計(jì)算聯(lián)系度，得出不同年份的水生態(tài)安全等級(jí)。從過程中可以看出集對(duì)分析法的便捷性和可行性，從結(jié)果來看，隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，雖然三峽庫區(qū)水體災(zāi)害仍有發(fā)生，但是從模型所選取的指標(biāo)角度上看，三峽庫區(qū)的水生態(tài)安全狀況卻在逐漸恢復(fù)。

[關(guān)鍵詞]水生態(tài)安全狀況；DPSIR；集對(duì)分析法；模糊評(píng)價(jià)方法

[DOI]1013939/jcnkizgsc201714033

近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，越來越多的人意識(shí)到水生態(tài)安全的重要性。隨著三峽水電的落成，三峽庫區(qū)長江段儼然由天然河道變成了目前世界上最大的人工湖泊。從2001年至今，庫區(qū)蓄水越來越深，加上人們生產(chǎn)生活中的廢水、船泊污水的排放等因素，三峽庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境態(tài)勢(shì)嚴(yán)峻，支流等地發(fā)生水體水質(zhì)災(zāi)害的頻率也越來越高。為了對(duì)三峽庫區(qū)的水生態(tài)安全現(xiàn)狀有一個(gè)較好的掌握，并希望服務(wù)于三峽庫區(qū)水資源、生態(tài)管理與保護(hù)，本文試圖通過建立一種評(píng)價(jià)模型來衡量三峽庫區(qū)的水生態(tài)安全狀況。

1文獻(xiàn)綜述

關(guān)于湖泊、河流的評(píng)價(jià)體系已經(jīng)由許多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究，并且提出了很多相關(guān)的評(píng)價(jià)模型。蕭長來[1]采用均值化綜合污染指數(shù)法對(duì)前郭灌法的水質(zhì)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，獲得了符合水質(zhì)實(shí)際情況的結(jié)果，為治理污水提供了科學(xué)依據(jù)，具有一定的推廣性。劉哲等[2]運(yùn)用層次分析法對(duì)福州山仔水庫生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了評(píng)價(jià)，確定出湖泊中污染因子的權(quán)重關(guān)系，獲得了較為滿意的結(jié)果，說明了層次分析法在定量計(jì)算污染指標(biāo)的權(quán)重方面具有一定的適用性。沈迅偉等[3]采用傳遞包法進(jìn)行模糊聚類分析并通過模糊聚類動(dòng)態(tài)圖對(duì)水域進(jìn)行劃分，再利用隸屬函數(shù)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行了模糊綜合評(píng)判，為水污染環(huán)境評(píng)價(jià)提出了一套科學(xué)的評(píng)價(jià)方法。王李管等[4]建立了環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)大氣質(zhì)量和水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并將結(jié)果與模糊數(shù)學(xué)法及灰色聚類法所得結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了其模型的可靠性。謝先全等[5]采用灰色聚類和模糊聚類等方法對(duì)福建沿岸9個(gè)港灣的海水水質(zhì)進(jìn)行了定量分類評(píng)價(jià)，與1999年福建省海域環(huán)境的綜合調(diào)查報(bào)告的評(píng)價(jià)結(jié)果相當(dāng)吻合，為水質(zhì)的污染治理以及水資源的開發(fā)利用提供了一定的科學(xué)依據(jù)。

綜觀水生態(tài)安全評(píng)價(jià)的相關(guān)文獻(xiàn)，現(xiàn)有研究提出的評(píng)價(jià)模型大多是綜合污染指數(shù)法、層次分析法、灰色聚類法等，這些方法各有其優(yōu)點(diǎn)，但在評(píng)價(jià)的客觀性和全面性方面還有待于進(jìn)一步改進(jìn)。由于水生態(tài)具有較為明顯的模糊性，而模糊評(píng)價(jià)方法能有效地解決不確定因素對(duì)于結(jié)果的影響。有鑒于此，本文嘗試對(duì)已有湖泊水生態(tài)評(píng)價(jià)模型的指標(biāo)進(jìn)行修正，并結(jié)合層次分析法和熵權(quán)法確定的綜合權(quán)重，建立綜合評(píng)判模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)。以期達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的前提下對(duì)三峽庫區(qū)水生態(tài)現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2基于DPSIR框架的水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建DPSIR框架是聯(lián)合國（UN）在1993年為綜合分析和描述環(huán)境問題以及其和社會(huì)發(fā)展的關(guān)系提出的。DPSIR框架包含了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治、環(huán)境等要素：一方面，它可以說明社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)環(huán)境造成了哪些影響；另一方面，它也說明了人類行為及其最終導(dǎo)致的環(huán)境狀態(tài)對(duì)社會(huì)的反饋。在參考相關(guān)生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及《全國水資源保護(hù)規(guī)劃技術(shù)大綱（2012年）》的基礎(chǔ)上，初步確立水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如下。

驅(qū)動(dòng)力（B1）主要指人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，如人口增長、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求、環(huán)境變化等。本文選取的指標(biāo)有庫區(qū)年平均降水量C1、人口總數(shù)C2、庫區(qū)總產(chǎn)值C3。

壓力（B2）主要反映水資源開發(fā)利用活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的負(fù)荷，即自然條件和影響水資源安全的人類活動(dòng)。本文選取的指標(biāo)有工業(yè)污染源廢水排放量C4、城鎮(zhèn)生活污水排放量C5、船舶油污水年產(chǎn)生量C6。

狀態(tài)（B3）主要指在上述壓力下所處的狀態(tài)，主要涉及水環(huán)境質(zhì)量狀況、生態(tài)系統(tǒng)所處狀況等。本文選取的指標(biāo)有庫區(qū)耕地復(fù)種指數(shù)C7、庫區(qū)耕地面積C8以及油污水排放達(dá)標(biāo)率C9。

影響（B4）是指上述狀態(tài)的改變對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、水生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境產(chǎn)生的影響。本文選取的指標(biāo)有還林還草面積C10、第二產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)增加值C11、漁業(yè)天然捕撈總產(chǎn)量C12。

響應(yīng)（B5）是指人類在經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)中對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)安全問題的能動(dòng)反應(yīng)，主要指采取維持水生態(tài)系統(tǒng)安全的響應(yīng)措施。本文選取的指標(biāo)有船舶油污水處理率C13、單位耕地面積化肥施用量C14、第二產(chǎn)業(yè)對(duì)GDP貢獻(xiàn)率C15。

3基于綜合權(quán)重的集對(duì)分析水生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型

31集對(duì)分析法（SPA）

基于SPA的水生態(tài)安全評(píng)價(jià)的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)既定等級(jí)，依次計(jì)算測(cè)量值與不同等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)在指標(biāo)所給的特性下的相似程度，如果兩者相似則可歸為一類，反之，則歸為另一類。

依據(jù)上文中的指標(biāo)建立和指標(biāo)等級(jí)的確立，將評(píng)價(jià)樣本的某指標(biāo)值，即測(cè)量值xl，m為指標(biāo)集合總數(shù)，看成一個(gè)集合Xl（l=1，2，…，m），把相應(yīng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)值看成另一個(gè)集合Yk（k=1，2，…，n），則Xl與Yk可構(gòu)成一個(gè)集對(duì)（Xl，Yk）。一元聯(lián)系度μl描述集對(duì)（Xl，Yk）的關(guān)系[6]

式（2）中ωl為第l指標(biāo)的權(quán)重。在同一個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，有些指標(biāo)的作用顯著一些，有的作用則相對(duì)來說弱一些，因此各指標(biāo)對(duì)μ的貢獻(xiàn)度不同，可分別賦予不同的權(quán)重。在進(jìn)行水資源系統(tǒng)評(píng)價(jià)時(shí)，關(guān)鍵在于確定上式中的μl。借助于模糊分析，給出聯(lián)系度的具體計(jì)算公式：本文中?、艏?jí)為評(píng)價(jià)級(jí)別中的最高級(jí)指標(biāo)。現(xiàn)在給出聯(lián)系度的計(jì)算公式：其中，s1、s2、s3分別為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的上限值，超過s3即為Ⅳ級(jí)，s4為指標(biāo)值在大于s3時(shí)所取得的最優(yōu)值。在大多數(shù)情況下s4的值，依據(jù)實(shí)際情形而定。x為各指標(biāo)的實(shí)際測(cè)量值。