黃河中上游能源化工區(qū)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

黃麗華,胡志瑛,舒 艷,韓 笑

(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境發(fā)展中心,北京 100029)

1 引 言

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要研究不確定性事故或?yàn)?zāi)害對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及組分可能產(chǎn)生的不利影響(包括生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能損害),可能危及到的生態(tài)系統(tǒng)安全和健康等[1,2]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究經(jīng)歷了從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)再到區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的歷程,評(píng)價(jià)范圍由局地?cái)U(kuò)展到區(qū)域景觀水平[3,4]。較為成熟的評(píng)價(jià)方法多適用于生物個(gè)體和群體水平的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),包括污染物環(huán)境轉(zhuǎn)歸模型、污染物時(shí)空分布模型、暴露模型、生物體分布模型、外推模型、風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型等[5]。這些用于化學(xué)毒理和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)方法,顯然難以滿足涉及多風(fēng)險(xiǎn)源、多壓力因子,具有潛在性、復(fù)雜性、累積性特點(diǎn)的戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)要求。

近年來(lái),我國(guó)許學(xué)工、付在毅等學(xué)者也嘗試將景觀評(píng)價(jià)法運(yùn)用于區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[6,7],但鮮有運(yùn)用于大尺度重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略環(huán)評(píng)中。本文運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)黃河中上游能源化工區(qū)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略環(huán)評(píng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),構(gòu)建了戰(zhàn)略環(huán)評(píng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)景觀評(píng)價(jià)方法和基本步驟,對(duì)大區(qū)域重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略環(huán)評(píng)宏觀層次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行了有益探索。

2 研究區(qū)概況

論文以黃河中上游能源化工區(qū)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略實(shí)施及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響區(qū)域——黃河中上游能源化工區(qū)(黃河中上游能源化工區(qū)：為保護(hù)環(huán)境部開(kāi)展的“五大區(qū)域戰(zhàn)略環(huán)評(píng)”的五大區(qū)域之一,以下簡(jiǎn)稱(chēng)“研究區(qū)”)為研究區(qū)域。該區(qū)涉及內(nèi)蒙古自治區(qū)、寧夏回族自治區(qū)、陜西省、山西省的 19個(gè)地市,面積約 52萬(wàn) km2,跨半濕潤(rùn)、半干旱、干旱三種氣候。自然環(huán)境的過(guò)渡性,決定了區(qū)域生態(tài)環(huán)境的脆弱性,研究區(qū)不但干旱缺水,土地沙化、土壤鹽漬化、水土流失、濕地萎縮等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題也較突出(見(jiàn)圖 1)。該區(qū)煤炭資源富集,是我國(guó)依賴(lài)資源推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的典型區(qū)域,是我國(guó)主要的煤炭產(chǎn)區(qū)調(diào)出區(qū),煤源重化工產(chǎn)品重要生產(chǎn)區(qū),煤化工、能源電力等高耗水行業(yè)及煤炭開(kāi)采業(yè)為該區(qū)重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)。

3 黃河中上游能源化工區(qū)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通過(guò)生態(tài)景觀格局與功能分析,可有效揭示戰(zhàn)略實(shí)施影響區(qū)域景觀生態(tài)系統(tǒng)(風(fēng)險(xiǎn)受體)空間變異特征,在評(píng)價(jià)宏觀區(qū)域、多風(fēng)險(xiǎn)源、多風(fēng)險(xiǎn)受體,綜合復(fù)雜的戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。本文采用景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法對(duì)黃河中上游能源化工區(qū)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),具體評(píng)價(jià)步驟及方法如下：

圖1 研究區(qū)范圍圖Fig.1 The map of the area in discussion

3.1 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)受體及終點(diǎn)選擇

“受體”即風(fēng)險(xiǎn)承受者,為對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因子作用較為敏感或者生態(tài)過(guò)程中具有重要作用的景觀生態(tài)系統(tǒng)?！吧鷳B(tài)終點(diǎn)”指受體受危害性和不確定性因素作用導(dǎo)致的結(jié)果。黃河中上游能源化工區(qū)濕地、荒漠、草原、森林、灌叢、農(nóng)田景觀生態(tài)系統(tǒng),面臨戰(zhàn)略實(shí)施不確定性生態(tài)災(zāi)害時(shí),極易引起生態(tài)系統(tǒng)退化,是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)受體。結(jié)合黃河中上游能源化工區(qū)歷史上的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),及戰(zhàn)略實(shí)施生態(tài)影響特點(diǎn),戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)終點(diǎn)主要為河流斷流、劇烈土地沙漠化、水土流失、生態(tài)系統(tǒng)功能退化及損傷、珍稀物種典型生境退化或消失等(見(jiàn)表 1)。

表1 研究區(qū)戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)受體及終點(diǎn)選擇Tab.1 Selection of risk acceptors and end

3.2 風(fēng)險(xiǎn)源分析

風(fēng)險(xiǎn)源分析是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)或其組分產(chǎn)生不利作用干擾的識(shí)別、分析和度量,包括風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)源描述兩部分。根據(jù)研究區(qū)歷史生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略實(shí)施可能產(chǎn)生的持續(xù)累積性環(huán)境影響,篩選出 7類(lèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源,各風(fēng)險(xiǎn)源分布及強(qiáng)度見(jiàn)圖 2～圖8和表2。

圖8 水污染風(fēng)險(xiǎn)分布Fig.8 Distribution of risk from water pollution

表2 研究區(qū)戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源發(fā)生概率Tab.2 Probability of ecological risk in the discussion area

3.3 暴露和危害分析

(1)暴露分析：暴露分析是研究生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源在區(qū)域中的分布、流動(dòng)及其與風(fēng)險(xiǎn)受體之間的接觸暴露關(guān)系。黃河中上游能源化工區(qū)暴露分析見(jiàn)表3。

表3 研究區(qū)戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)暴露與危害分析Tab.3 Exposure and hazard analysis of SEA ecological risk in the discussion area

(2)危害后果分析：“危害分析”是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)核心,是確定風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)風(fēng)險(xiǎn)受體的損害程度,可采用生態(tài)損失度指數(shù)衡量。生態(tài)損失度可以景觀生態(tài)格局指數(shù)和脆弱度指數(shù)表征[8]。

①景觀生態(tài)格局指數(shù)：反映生態(tài)系統(tǒng)的戰(zhàn)略實(shí)施干擾強(qiáng)度及生態(tài)穩(wěn)定性,可選擇景觀破碎度 Ci、景觀分離度 Si、優(yōu)勢(shì)度 DOi作為測(cè)度景觀格局的指數(shù),計(jì)算公式為：

式中:Ci為景觀 i破碎度,ni為景觀 i斑塊數(shù),Ai為景觀 i總面積。

景觀分離度公式為:

式中:Si為景觀 i的分離度;Di為景觀 i的距離指數(shù);ni為景觀 i的斑塊數(shù);ai為景觀 i的面積指數(shù);Ai為景觀 i的總面積,A為景觀總面積。

優(yōu)勢(shì)度公式為:

式中：

②脆弱度指數(shù)：脆弱度指數(shù)來(lái)體現(xiàn)不同景觀生態(tài)系統(tǒng)的易損性,可根據(jù)不同景觀生態(tài)系統(tǒng)的敏感度和抗干擾能力,賦以脆弱度指數(shù)值。

③生態(tài)損失度指數(shù)：可用景觀格局指數(shù) Ei和脆弱度指數(shù) Fi的乘積表示生態(tài)損失度 Ri,即：

戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合生態(tài)損失度計(jì)算式為：

式中：ER為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù);N為景觀組分類(lèi)型的數(shù)量;Ski為第 k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū) j類(lèi)景觀組分的面積,Sk為第 k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)總面積。

經(jīng)計(jì)算,研究區(qū)各受體生態(tài)損失度見(jiàn)表 4。

表4 研究區(qū)各類(lèi)景觀生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)損失度值計(jì)算結(jié)果Tab.4 Calculation results of ecological loss of different sorts of landscape ecosystem

在干旱、沙塵暴、土壤侵蝕及資源開(kāi)發(fā)等多重生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源持續(xù)累積作用下,研究區(qū)草原景觀生態(tài)系統(tǒng)破碎度指數(shù)、分離度指數(shù)較高,受到損害最大,也將是戰(zhàn)略實(shí)施中潛在生態(tài)損失度最高的風(fēng)險(xiǎn)受體。僅占研究區(qū)面積 0.7%的濕地景觀生態(tài)系統(tǒng),受干旱、擠占生態(tài)用水、水環(huán)境污染等風(fēng)險(xiǎn)源干擾作用,景觀格局指數(shù)達(dá) 0.17,對(duì)戰(zhàn)略實(shí)施中的擠占生態(tài)用水、水環(huán)境污染等人為干擾極為敏感,也是戰(zhàn)略實(shí)施中潛在生態(tài)損失度較高的受體。

3.4 戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)

結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)度、發(fā)生概率、風(fēng)險(xiǎn)受體特征、風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)風(fēng)險(xiǎn)受體危害等信息,采用風(fēng)險(xiǎn)值綜合評(píng)價(jià)戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[4]。風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算式為：

式中：Rk—第 k風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)值;

Pk—第 k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)各生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源綜合風(fēng)險(xiǎn)概率;

ER—第 k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的綜合生態(tài)損失度。

綜合風(fēng)險(xiǎn)概率 Pk計(jì)算式為：

式中：Pk—k風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的綜合風(fēng)險(xiǎn)概率;

Pjl—k小區(qū)內(nèi) j類(lèi) l級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的概率;

βj—j類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)源的權(quán)重。

按以上步驟,計(jì)算得到研究區(qū)各生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源權(quán)重,見(jiàn)表5。

表5 層次分析法各風(fēng)險(xiǎn)源權(quán)重值計(jì)算結(jié)果Tab.5 Results ofAHP calculation ofweights for different risk sources

根據(jù)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)人為風(fēng)險(xiǎn)源分布特點(diǎn),研究區(qū)劃分為 43個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū),計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)風(fēng)險(xiǎn)值,利用ARCMAP quantities分級(jí)法劃為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)次重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控區(qū) 3類(lèi) (見(jiàn)圖9)。

3.5 戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果分析

圖9 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.9 Latent ecological risk comprehensive evaluation

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)生態(tài)本底脆弱,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差,是干早、沙塵暴、土壤侵蝕、土地沙漠化等多重自然生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源集中分布區(qū),近年隨重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,東部水環(huán)境污染等人為風(fēng)險(xiǎn)源開(kāi)始凸現(xiàn)。重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略實(shí)施中,若管理監(jiān)控不善,出現(xiàn)東部生態(tài)用水被擠占,規(guī)劃礦區(qū)粗放型煤礦開(kāi)發(fā)等人為風(fēng)險(xiǎn),將加劇區(qū)域生態(tài)脆弱性。該區(qū)人為風(fēng)險(xiǎn)源和自然生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源交織在一起,極易發(fā)生生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)放大效應(yīng),生態(tài)安全,是評(píng)價(jià)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)次重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)自然生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源分布比較單一,且發(fā)生概率較生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)低。歷史上能源化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展引發(fā)的生態(tài)用水被擠占、粗放型煤炭資源開(kāi)發(fā)、水環(huán)境污染等人為風(fēng)險(xiǎn)源分布廣泛,且隨研究區(qū)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施,局部人為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)度還將增強(qiáng)。自然和人為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源疊加影響,區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平將明顯升高,也是需要重點(diǎn)關(guān)注的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控區(qū)生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力相對(duì)較強(qiáng),自然生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源分布范圍較小,主要分布于東南部黃土高原粗沙多沙區(qū),大規(guī)模煤炭開(kāi)采,將增加局部發(fā)生高強(qiáng)度水土流失生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的概率。

因此,為維持研究區(qū)生態(tài)安全,應(yīng)結(jié)合區(qū)域潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分異特點(diǎn),科學(xué)確定重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間布局和發(fā)展方式,有的放矢制定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防范措施,使生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平降至最低。

4 結(jié) 語(yǔ)

戰(zhàn)略環(huán)評(píng)在我國(guó)發(fā)展剛剛起步,其評(píng)價(jià)內(nèi)容和技術(shù)方法還需進(jìn)一步探討和完善。筆者以生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)景觀評(píng)價(jià)為主要分析方法,構(gòu)建了適于黃河中上游重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略環(huán)評(píng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)步驟,有效揭示了研究區(qū)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略時(shí)空累積性影響與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間的聯(lián)系,研究結(jié)果表明：重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略累積影響在不同區(qū)域呈現(xiàn)不同特點(diǎn),潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平也存在較大差異,鄂爾多斯、巴彥淖爾等自然生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源分布集中區(qū),重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略實(shí)施區(qū)域潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平高,多重風(fēng)險(xiǎn)源疊加影響易發(fā)生生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)放大效應(yīng),是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)監(jiān)控區(qū),自然生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源分布相對(duì)較單一、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源分布范圍較小的山西忻州等地,重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略實(shí)施區(qū)域潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平相對(duì)較低。因此,重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施中應(yīng)結(jié)合區(qū)域潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分異特點(diǎn),合理調(diào)控重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)布局,提升區(qū)域生態(tài)安全水平。

研究中還發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題有待以后戰(zhàn)略環(huán)評(píng)實(shí)踐中完善。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)景觀評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于大尺度、時(shí)空累積性特點(diǎn)的戰(zhàn)略環(huán)評(píng)中具有明顯的優(yōu)勢(shì),可較好構(gòu)建區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)與戰(zhàn)略時(shí)空累積性生態(tài)環(huán)境影響之間的聯(lián)系,但該方法受地域和研究尺度的影響明顯,受地域影響,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果無(wú)可比性,所得的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)只對(duì)研究區(qū)有意義。受尺度效應(yīng)影響,景觀生態(tài)系統(tǒng)研究尺度不同,則景觀類(lèi)型不同生態(tài)損失度指數(shù)計(jì)算結(jié)果也不相同。因此,如何把握生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)景觀評(píng)價(jià)方法地域特征和研究尺度有待于在以后的研究中進(jìn)一步完善。

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