基于PSR模型的南水北調(diào)中線主干渠沿線區(qū)域生態(tài)環(huán)境評價

郭恒亮+劉如意+赫曉慧+田智慧

摘要：結(jié)合生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)和修正后的“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”（PSR）模型，從環(huán)境質(zhì)量狀況以及生態(tài)安全兩個角度分析出發(fā)，分別考慮自然影響以及自然、經(jīng)濟、社會三者的協(xié)同作用，構(gòu)建了適用于描述南水北調(diào)中線主干渠沿線地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況的綜合評價指標(biāo)體系。研究結(jié)果表明：評價期內(nèi)環(huán)境質(zhì)量狀況評價等級中，只有魯山縣處于“良”，安陽市“較差”，其他縣區(qū)均為“一般”；生態(tài)安全評價方面，只有淅川縣處于較安全狀態(tài)，其他處于預(yù)警和中度預(yù)警狀態(tài)，占研究區(qū)總面積的97.54%，中度預(yù)警占16.28%?？偟膩砜矗?014年研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體水平一般，綜合生態(tài)安全形勢不容樂觀，需要政府部門加大對主干渠沿線輸水地段人類活動的監(jiān)管力度。

關(guān)鍵詞：PSR模型；南水北調(diào)中線地區(qū)；生態(tài)環(huán)境

中圖分類號：XB21 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-1683（2017）04-0065-06

Abstract：Based on the ecological index and modified press-state-response model and beginning with environmental quality and ecological security，this paper has successfully constructed the synthetic evaluation index system which can be used to evaluate the eco-environmental situation in areas along the main canal of Middle Route of South to North Transfer Project after respectively considering the natural influence and the combined influence of nature，economy and society.The results indicated that in the assessment of environmental quality levels during the entire evaluation，only the Lushan County was "better" and Anyang City was "worse" with others in the ordinary levels.Besides，in the ecological security Assessment，Xichuan County was the only one in relatively secure state while 97.54 percent of all the study area was in the early or moderate warning states with the moderate warning areas accounting for 16.28%.As a whole，eco-environment quality in 2004 was generally in an ordinary level，and ecological security situation was worrying，so the government should improve supervision to limit human activities in the study area.

Key words：PSR model；Middle Route of SNWTP；ecological environment

生態(tài)環(huán)境是一個自然-社會-經(jīng)濟的復(fù)合系統(tǒng)，同時，生態(tài)環(huán)境又是社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的核心和基礎(chǔ)，對其質(zhì)量評價能較好的反映區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的能力以及社會生產(chǎn)和人居環(huán)境穩(wěn)定可協(xié)調(diào)的程度。南水北調(diào)中線主干渠是緩解黃淮海平原水資源嚴(yán)重短缺、優(yōu)化配置水資源的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施中的重要一環(huán)，其沿線區(qū)域生態(tài)環(huán)境的好壞對沿線輸水安全具有重大的影響[1]。

如今區(qū)域生態(tài)環(huán)境評估研究往往以定量評價為主。定量評價屬于綜合評價，往往采用一定的公式和模型進行描述 [2]。目前國內(nèi)外生態(tài)評價模型框架有PSR模型（壓力-狀態(tài)-響應(yīng)）、DSR模型（驅(qū)動力-狀態(tài)-響應(yīng)）、DPSEEA模型（驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-暴露-影響-響應(yīng)）以及歐洲環(huán)境署提出的DPSIR模型等，所有模型均將人類活動的影響以及預(yù)防措施考慮在內(nèi)。其中，PSR模型將社會經(jīng)濟與環(huán)境有機統(tǒng)一的結(jié)合在一起，與其他模型相比能夠更加精確地反映生態(tài)安全評價中自然和人類活動之間的關(guān)系。目前，國內(nèi)許多學(xué)者運用PSR模型在各種區(qū)域尺度上進行了相關(guān)的生態(tài)環(huán)境研究，并取得了較好的評價效果[3-6]。然而，在對南水北調(diào)中線工程生態(tài)環(huán)境評估的眾多研究中，多數(shù)研究集中在水源區(qū)[7-9]，而對該工程沿線生態(tài)環(huán)境研究的文章相對欠缺[10-12]。因此本文結(jié)合生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀評價體系，基于修正后的PSR模型，構(gòu)建12個可量化指標(biāo)，嘗試應(yīng)用于大型工程施工沿線區(qū)域的生態(tài)環(huán)境評估，分別從環(huán)境質(zhì)量狀況以及生態(tài)安全兩個角度分析出發(fā)，對2014年南水北調(diào)中線主干渠沿線河南段4 km緩沖區(qū)區(qū)域生態(tài)環(huán)境進行分析對比。

1 研究區(qū)概況

南水北調(diào)中線工程河南段總干渠全長731 km，占總干渠全長的36%。研究區(qū)為主干渠沿線4 km緩沖區(qū)范圍（圖1紅色部分），在河南省境內(nèi)主要經(jīng)過27個縣市，經(jīng)緯度范圍為32.63°N-36.27°N，111.65°E-114.38°E，區(qū)域面積5 930 km2，約占河南省總面積的3.55%。研究區(qū)沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，具有不同的水生態(tài)特征，降雨分布不均，自然、經(jīng)濟、社會情況差異較大。同時，研究區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境承載能力與社會經(jīng)濟發(fā)展脫節(jié)，土地過度開發(fā)、水體嚴(yán)重污染、地下水位持續(xù)下降等問題突出，區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展受到極大地限制。

2 資料

根據(jù)模型指數(shù)構(gòu)建需要，除了研究區(qū)矢量邊界圖以及河南省行政邊界圖等輔助數(shù)據(jù)外，評價所需的主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括評價區(qū)2014年的土地利用、植被覆被、土壤侵蝕以及相關(guān)的社會經(jīng)濟統(tǒng)計等數(shù)據(jù)，矢量和柵格數(shù)據(jù)均使用統(tǒng)一的投影與坐標(biāo)系統(tǒng)，主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。其中，土地利用數(shù)據(jù)由人工目視[CM（22]解譯獲取，誤差矩陣檢驗精度達90%以上，見圖2。

NDVI為2014年5月-9月MOD13Q1每16天合成數(shù)據(jù)產(chǎn)品，共10景影像，利用MRT工具進行數(shù)據(jù)格式及投影轉(zhuǎn)換，然后結(jié)合ArcGIS柵格計算功能獲取五個月象元NDVI最大值的均值分布圖，結(jié)果見圖3。

3 方法

評價從環(huán)境質(zhì)量狀況和生態(tài)安全兩個角度分析，二者的定量描述分別由生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)和修正后的PSR模型計算結(jié)果即綜合生態(tài)安全指數(shù)確定。生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)主要側(cè)重表達自然環(huán)境的影響，而綜合生態(tài)安全指數(shù)包含了自然、經(jīng)濟和社會的協(xié)同作用。

3.1 生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)

3.2 修正PSR模型

3.2.1 模型體系框架

生態(tài)安全評價需要根據(jù)研究區(qū)實際情況來構(gòu)建評價指標(biāo)體系，本研究引入了應(yīng)用廣泛且認(rèn)可度更高的修正PSR模型。綜合自然與社會經(jīng)濟等各方面的影響因子，結(jié)合模型概念框架以及研究區(qū)實際情況，在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上[14-16]，構(gòu)件了修正PSR模型評價體系框架，見表3。該體系包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層三層。準(zhǔn)則層中自然人文壓力反映了自然資源、生態(tài)環(huán)境和人文社會壓力等方面的因素，生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)包括土壤、植被、社會經(jīng)濟等多種因素，響應(yīng)則體現(xiàn)了系統(tǒng)對土地利用變化所引發(fā)的各種環(huán)境問題的反應(yīng)和解決能力。評價最終落腳在指標(biāo)層，由8個可以度量的指標(biāo)組成，其中生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀由五個分指標(biāo)構(gòu)成，具體見上文生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)描述。

文章采用層次分析法，結(jié)合專家調(diào)查的方法，分析對比各個評價指標(biāo)的重要性，構(gòu)造對比判斷矩陣，計算權(quán)矩陣并做一致性檢驗，最終確定指標(biāo)權(quán)重。

4 結(jié)果與分析

4.1 環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀分析

經(jīng)過指標(biāo)計算，通過ArcGIS制圖，獲得生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)統(tǒng)計圖以及分指數(shù)加權(quán)后正向貢獻值統(tǒng)計圖，見圖4和圖5。根據(jù)圖4以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價等級標(biāo)準(zhǔn)，沿線的27個縣市中，只有魯山縣為“良”，安陽市處于“較差”，其他處于“一般”，對應(yīng)面積比例依次為5.80%、3.54%和90.66%。

分析圖5發(fā)現(xiàn)，生態(tài)環(huán)境狀況排名靠前的地區(qū)，如魯山縣、安陽縣、博愛縣以及淅川縣，林地覆蓋率高，水系發(fā)達，自然基礎(chǔ)條件優(yōu)越。尤其是處于“良”的魯山縣，在多年退耕還林政策的影響下該縣森林覆被率超過50%，使得該縣生物豐度貢獻值最高。相比而言，鶴壁市、鄭州市以及安陽市多項分指標(biāo)均不理想，鄭州市植被覆被和生物豐度最低，而安陽市污染負荷壓力最重，自然環(huán)境壓力較大。整體來看，研究區(qū)環(huán)境質(zhì)量狀況處于一般水平，區(qū)域已經(jīng)處于較為敏感階段，部分地區(qū)土地退化、污染超標(biāo)等情況凸顯，這些制約性因子將不利于水源的保護工作。

4.2 生態(tài)安全評價分析

研究區(qū)生態(tài)安全值范圍在0.52～0.81之間，見圖6。根據(jù)面積統(tǒng)計和圖8可知，研究區(qū)安全等級分布在較安全和中度預(yù)警之間。淅川縣的145.71 km2區(qū)域處于較安全狀況，占研究區(qū)的2.46%，而81.26%的研究區(qū)面積處于預(yù)警狀態(tài)。值得注意的是，評價區(qū)域內(nèi)的中度預(yù)警狀態(tài)縣市一共八個，占縣市總數(shù)的三分之一，占總面積的16.28%，其中安全度最差的是安陽市、鄭州市、焦作市，生態(tài)安全值分別為0.52，0.58和0.60，形勢不容樂觀。

從“壓力”、“狀態(tài)”和“響應(yīng)”三個角度出發(fā)分析，見圖7，自然人文壓力指數(shù)差異較大，從三者的權(quán)重分配以及貢獻值分布情況對比來看，該指數(shù)在生態(tài)安全評價中的影響也最大。安全度最高的淅川縣，其自然人文壓力貢獻值高達0.45，主要原因在于該縣在2009年-2011年間移民16.2萬人，并大規(guī)模綠化種植和關(guān)停污染企業(yè)。而安陽市、鄭州市以及焦作市地區(qū)城市化發(fā)展迅速，人口密集，消費水平較高，工業(yè)集聚，人口壓力明顯。尤其是安陽市環(huán)境污染特別突出，重污染天氣和河流水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重，環(huán)境保護工作面臨著極大的困難和挑戰(zhàn)。

值的注意的是，各個縣市生態(tài)狀態(tài)的差異很小，根據(jù)環(huán)境評價的結(jié)果可知，由于研究區(qū)沿線各縣市生態(tài)環(huán)境指數(shù)幾乎全部滿足生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，即使是最差的安陽市環(huán)境指數(shù)也接近標(biāo)準(zhǔn)值，使得歸一化加權(quán)后的生態(tài)狀態(tài)貢獻值相同。

與自然人文壓力相比，生態(tài)響應(yīng)方面，雖然市級區(qū)域指數(shù)值相對較高，如鄭州市明顯高于淅川縣，但各個縣市差距并不大。分析原因，生態(tài)差異取決于主要污染物排放強度值和人均GDP大小，雖然市區(qū)較縣級區(qū)域經(jīng)濟發(fā)達，人均GDP高于縣級區(qū)域，但工業(yè)密集，污染嚴(yán)重，使得主要污染物排放強度高，從而導(dǎo)致了該指數(shù)在縣域和市域范圍之間的較小差異。

結(jié)合生態(tài)安全分指標(biāo)貢獻值結(jié)果，通過安全等級空間位置差異對比發(fā)現(xiàn)（圖8），在八個分指標(biāo)中，生態(tài)安全等級與人口密度有著較高的一致性，處于中度預(yù)警以上的地區(qū)均為人口密度較高的地區(qū)，分析可知，這些地區(qū)全都位于主干渠中游和下游地區(qū)，以中游地區(qū)最為集中，這些地區(qū)具有較為突出的經(jīng)濟發(fā)展定位，部分地區(qū)屬于河南省經(jīng)濟的核心地帶，而上游在整個研究區(qū)中經(jīng)濟發(fā)展薄弱，從而造成了區(qū)域上人口密度較大的差異。另外，主干渠所經(jīng)過的城市中心區(qū)域生態(tài)安全值明顯較低，如：鄭州市（0.58）低于新鄭（0.64），滎陽（0.68），中牟（0.70）；焦作市（0.60）低于淇縣（0.74），博愛縣（0.69），修武縣（0.70）。對于城市化發(fā)展較快的地區(qū)，生態(tài)安全指數(shù)反而越低，充分暴露了我國部分城市城市化建設(shè)的負面效應(yīng)，這將對水源保護工作產(chǎn)生較大的影響。因此，對于流經(jīng)此處的主干渠，政府需要有針對性地開展水源保護工作。

5 結(jié)論

本研究主要基于修正后的PSR模型，分別從生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況和生態(tài)環(huán)境安全兩個角度綜合全面了對南水北調(diào)中線工程沿線區(qū)域的生態(tài)環(huán)境評價做了詳細的探討。評價結(jié)果較好地反映了自然以及自然、社會、經(jīng)濟三者對于研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響現(xiàn)狀，說明了評價模型體系運用于大型工程沿線生態(tài)評估的可用性，為南水北調(diào)中線輸水環(huán)境的調(diào)查提供了行之有效的科學(xué)依據(jù)。

整體上，研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況并不樂觀。相關(guān)政府部門應(yīng)該加大對沿線生態(tài)環(huán)境的治理和保護，采取節(jié)水、調(diào)水、治污三項措施同步實施策略，為維護和穩(wěn)定南水北調(diào)中線工程水源優(yōu)良水質(zhì)創(chuàng)造良好的自然條件和堅實的生態(tài)基礎(chǔ)。

限于數(shù)據(jù)獲取的限制，本文只針對研究區(qū)一期的生態(tài)環(huán)境做了詳細的評價分析。為了更好地揭示南水北調(diào)主干渠沿線生態(tài)環(huán)境的變化趨勢和規(guī)律，還需要結(jié)合多年的數(shù)據(jù)做進一步的深入研究。

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