基于PSR模型的江苏沿海大开发地区水环境安全评价——以盐城市为例<br/>

基于PSR模型的江苏沿海大开发地区水环境安全评价——以盐城市为例

2013-08-17叶正伟孙艳丽

水土保持研究 2013年6期

叶正伟，孙艳丽

（1．江苏省环洪泽湖生态农业生物技术重点实验室，江苏淮安223300；2．淮阴师范学院城市与环境学院，江苏淮安223300；3．许昌学院城市与环境学院，河南许昌461000）

水资源环境安全是区域社会经济协调与健康发展的重要基础。随着人口、科技及经济的快速发展，水环境成为区域经济发展的制约因素，水资源短缺、水环境恶化和水灾害加剧等区域水安全问题越来越突出［1－3］。水环境安全是指使水体保持足够的水量、安全的水质条件以维护其正常的生态系统和生态功能，保障水生物有效生存，周围环境处于良好状态，使水环境系统内功能可持续正常发挥，同时能较大限度地满足人类生产和生活的需要，使人类自身和人类群际关系处于不受威胁的状态［2－3］。国内外对水环境安全的研究主要从水量安全、水质安全、水资源管理等方面进行，研究内容主要集中在水资源短缺、水灾害、水环境等方面［2］。因此，水安全不仅是一个生态环境问题，也是关系到社会、经济、政治发展的重大问题，所以，在进行区域水安全研究与分析中，不仅要考虑地区的水资源状况，同时还要综合分析与之紧密相关的社会、经济、资源、环境及生态等多方面因素。

随着江苏沿海大开发战略的实施和区域经济的快速发展，水资源环境面临更大的威胁，常出现水质型、水量型缺水等水环境安全问题［4］，因此，对沿海地区水环境安全研究具有重要的意义。由此，本文以盐城市为例，对水环境安全进行测度与评价，分析水环境安全的变化规律及制约因素。

1 研究区概况

江苏沿海地区地处我国东部，包括南通、盐城、连云港三市，该区位于我国北亚热带向暖温带过渡区，属海洋性气候，具有明显的季风特性，四季分明，雨量充沛［5］。盐城市是江苏沿海大开发国家战略的重要城市，位于江苏沿海的中部，承南接北，其地理位置为32°34′—34°28′N，119°27′—120°54′E。盐城市东临黄海，南与南通市毗邻，北与连云港接壤，西与扬州、淮安相连。多年平均降水1 030mm左右，主要集中在汛期6—9月间，年平均气温15．5℃［4，6］。盐城境内为平原地貌，地形上西北部和东南部高，中部和东北部低洼，大部分地区海拔小于5m，水系交错。盐城市下辖东台、大丰两个县级市和建湖、射阳、阜宁、滨海、响水5个县，市区下设盐都、亭湖两个区。土地总面积14 983km2，其中沿海滩涂面积45．53万hm2。海岸线长582km，占全省海岸线总长度的56%。2011年人口820．69万人，地区生产总值2 771．3亿元［4－6］。

表1 盐城市水环境安全PSR模型指标体系及年份值

2 评价体系与分析方法

2．1 PSR模型指标体系的构建

20世纪80年代末，政府间国际经济组织的经济合作和开发组织（OECD）与联合国环境规划署（UNEP）共同提出了环境诊断的PSR概念模型，即“压力—状态—响应 ”模型（Pressure－State－Response，PSR）［6－7］。PSR 模型在选取指标时采用 “压力—状态—响应”这一逻辑思维方式，即人类活动对环境施加了一定的压力；由此导致环境状态发生了一定的变化；而人类社会即应当对环境的变化做出响应措施，以恢复环境质量。

本文依据PSR模型，构建包括水环境压力、水环境状态、水环境响应3个方面的指标体系，其中，水环境压力指标表征人类社会活动对水环境造成的负荷，水环境状态表示水环境的当前状态或趋势，水环境响应表征人类针对水环境问题所采取的措施［8］。根据代表性、系统性、独立性和可操作性的原则，本研究选取24项评价指标，构建盐城市水环境安全评价的PSR模型（表1），其中，“压力”层指标6项，“状态”层指标11项，“响应”层指标7项，涵盖了自然资源、生态环境和社会经济的各个方面，具有较强的代表性和适用性。

2．2 基于AHP的指标权重确定

本文采用层次分析法（AHP）来确定水环境安全评价指标的权重系数。AHP方法是指标权重确定的一种有效方法［9－10］，它将相互关联的要素按隶属关系划分为若干层次，建立层次清晰的指标体系结构，建立准则层—要素层、要素层—指标层的判断矩阵。然后，利用数学方法，以及综合调查访问及专家问卷咨询，得到各层次各要素的相对重要性权重，并计算判断矩阵的随机一致性比例，且要求一致性比例CR小于0．1，最后求得各指标的综合权重（表1）。

2．3 指标数据标准化

本文对盐城市水环境安全的研究主要基于时间序列的分析，因此，指标数据的标准化处理采用线性插值法进行［11－13］，公式如下：

式中：X——原始值；X′——标准化值；Xmax，Xmin——指标时间序列最大值、最小值。

本评价体系指标中的数据时段为2005—2010年，各指标数据来源于相应年份江苏统计年鉴、盐城市统计年鉴、江苏省水资源公报，盐城市水资源公报。PSR模型各指标原始值见表1，其无量纲标准化数值见表2。

表2 盐城市水环境安全PSR模型指标标准化的年份值

2．4 综合评价指数的确定

水环境安全评价的综合指数计算主要是利用各子指标加权求和而成［8，13－14］，其公式为：

式中：Si——水环境安全评价综合指数；Wj——各指标的权重；Yij——各指标数据标准化后的数值。同时，采用综合指数分级方法，将水环境安全综合指数划分为5级：（0，0．2］为安全程度极低，（0．2，0．4］为安全程度较低，（0．4，0．6］为安全程度一般，（0．6，0．8］为安全程度较高，（0．8，1．0］为安全程度很高［3］。

3 结果与分析

3．1 指标权重分析

采用AHP分析方法，得到PSR模型各评价指标的权重系数，见表3。

宏观上，准则层中，压力、状态、响应三者权重的比为0．139 6∶0．332 5∶0．527 8，这说明，PSR模型中的响应层对水环境安全具有最为重要的作用与影响，其次为水环境的状态，最后为压力。

我们只要肯定语言间的差异，那么不可译性就是要面对的问题。对于语言不可译，文化不可译，通常可以采取如下几个翻译策略。

表3 PSR模型中各指标的权重系数

在压力指标组中，权重系数排在前三位的依次为：X3人均 GDP（0．037 7）、X5人口自然增长率（0．034 8）和X1GDP年增长率（0．032），说明盐城市水环境安全的主要威胁来自于人类经济活动和人口增长的压力与胁迫，这也反映了江苏沿海大开发地区的快速经济增长对水环境所造成的巨大风险。

在状态指标组中，权重系数最高的前三位依次为：X9万元 GDP用水量（0．063 9）、X7COD 处理量（0．055 9）和X10万元工业增加值用水量（0．047 2），由此表明，在当前盐城市以工业化为主的快速城市化发展中，工业用水量的变化以及COD处理量对水环境状态具有重要的影响。同时也表明，受人类活动影响，这些工业活动的相关指标具有较大的弹性变幅，可作为水环境安全适应策略中调整产业发展的着眼点。

在响应指标组中，权重系数前三位的依次是：X19工业废水达标排放率（0．151 5）、X20环保投入占 GDP比值（0．138 7）、X21地表水质达标率（0．090 3），并且，这三项指标也是所有PSR模型指标中权重系数最大的前三项。可见，在水环境安全中，盐城市的区域经济调整及政府职能部门对各种压力和状态所做出的响应具有更为重要的作用。

3．2 压力、状态、响应指数分析

从PSR模型中压力、状态、响应的各自指数变化（图1）来看，压力指数波动较小，有微弱的升高趋势，近6a中以2010年为最高，最低为2008年。由于压力指数的变化主要来自于人口以及GDP的相关指标变化，尤其2010年人均GDP明显偏大，意味着社会创造的财富更大，对水资源环境的压力与需求也就越大，使得盐城市水环境压力指数略趋增加。

图1 水环境安全PSR模型中压力－状态－响应指数变化

状态指数在近6a中无显著升高过程，有一定的波动，但仍以2010年为最高。并且，从表3也可以看出，位于状态指标权重系数前三位的万元GDP用水量、COD处理量和万元工业增加值用水量三者的数值在近6a中有较大幅度的减少，尤其万元GDP用水量，由2005年的401m3／万元减少到2010年的237m3／万元，万元工业增加值用水量也由2005年的69m3／万元剧减到2010年的27m3／万元。这些指标值的减少，体现了盐城市相关政府职能部门对水资源环境整治与调控策略的显著效果，并由此减少了水资源消耗，提高了水环境的安全指数。

响应指数的变化则表现出了显著的升高趋势与增加幅度，尤其是2009年与2010年。这一变化趋势对于盐城市水环境安全具有重要的正面意义，对于有效降低水资源环境威胁，提高水环境安全指数有较大的促进作用。而结合表1中响应指标组分来看，环保投入占GDP比值在近6a有较大增加，反映了政府注重并加强环保经费的投入，其直接结果是使得工业废水达标排放率、地表水质达标率保持稳定并略有升高。而R＆D经费支出占GDP比重的增加则可能通过技术改造而使工业用水量及单位工业增加值用水量有了较大程度的减少，亦提高了盐城市区域水环境安全指数。此外，森林覆盖率与城市绿地的逐步增加，也加强了森林与绿地的水土保持与净化功能，为水资源环境安全提供了重要保证。

3．3 水环境安全综合指数分析

利用AHP确定的权重与标准化数据，计算得到2005—2010年间盐城市PSR模型的水环境安全综合指数变化（图2）。从图2中可以看出，盐城市近6a来水环境安全指数呈波动上升趋势，表明水环境总体趋于好转，反映了江苏沿海地区在沿海大开发战略和“十一五”加强环境整治的治理成效。

图2 盐城市水环境安全综合指数变化

综合盐城市水环境安全指数以及压力、状态、响应指数可以发现，盐城市农业活动对水资源环境产生的压力有了较大改观，表现在农田灌溉亩均用水量的急剧减少。但农业活动对水环境的污染程度却有增加趋势，表现在农业化肥施用量的增加。

而工业的迅速发展使得水资源环境的状态有较大幅度的波动，表明其有更大的优化调整空间。工业发展是造成水环境压力的主要因素，但已受到政府部门的重视与调控，体现在对工业用水的监督管理、环保事业的投资力度加大，以及R＆D经费支出比重的增加等方面，这些积极应对措施有效降低了水资源消耗，并对水环境改善起到重要调节作用。

同时，近些年来，盐城市水资源总量及人均水资源皆有所减少，如人均水资源由2005年的1 081．9 m3减少到2010年的637．3m3。在这一背景下，由于经济发展方式的调整、环保意识的增强、森林与城镇绿地覆盖率的增加，以及地表水质的改善等响应指标皆呈稳步增加态势，从而使得盐城市水环境安全指数呈现较大上升趋势。

因此，为提高盐城市水环境安全指数，降低水环境风险，水环境风险控制应当着重以下方面：首先，应当立足现有水资源与水环境条件，实施开源节流措施，提高环境准入门槛，严格控制高能耗与污染产业的发展和布局，减少GDP增长所带来的水资源环境压力。其次，进一步减少城镇居民用水，保证水功能区水环境质量，建立饮用水与生态用水保障体系，并且应加快产业结构调整与升级，降低工业用水消耗，从而优化水资源配置。此外，还应当增加科技投入、R＆D研发及环保投入，积极推进水污染治理，并持续增加森林覆盖率与城市绿地覆盖率，保证水资源环境生态系统的良性发展，增加水土涵养与自净能力［15］。