陈小军，孙夕明，张秀娟

（济南市水利工程服务中心，山东 济南 250000）

随着科技进步与社会经济环境发展变化，人们在实际决策中需要处理的信息日益复杂与模糊，通常存在一定程度的知识缺乏或表现出一定程度的犹豫，使得做出准确的决策更加困难。1986 年保加利亚学者ATANASSOV 引入非隶属度概念到ZADEH 教授提出的传统模糊集，提出了直觉模糊集（intuitionistic fuzzy sets，IFSs）的概念。由于IFSs 能够从隶属度和非隶属度两个维度更准确地描述决策问题中的模糊性本质，在处理不确定性和模糊性MDAM 问题时存在着较大的优势和特点，许多国内外学者将VIKOR 法扩展到直觉模糊环境下处理MDAM 问题，取得了丰硕的研究成果[1]。

生态安全评价需要从定性与定量两个方面综合分析，而各项指标则均具有模糊性。模糊隶属函数是解决该类问题的有效手段之一。然而，由于水资源系统和人类思维的复杂性，传统的隶属度已不能满足实际决策需求。直觉模糊集从隶属和非隶属两个角度综合反映现实状态，使评价信息更为客观。拟结合直觉模糊度量与VIKOR多目标决策方法，对南水北调东线一期工程的生态安全状态进行定量评价及态势分析，进而提出调控策略。

1 评价过程

1.1 评价单元设置

南水北调东线工程利用江苏省江水北调工程，扩大规模，向北延伸，分水两路，一路向北穿黄河后自流到天津；另一路向东经新辟的胶东地区输水干线接引黄济青渠道，向胶东地区供水。

研究区域覆盖范围包含江苏段，穿黄段和胶东输水段，结合地域分布、调水影响及数据可获取性等，选取11 个城市作为研究区。其中：骆马湖以南（江苏段）选择淮安、扬州2 市；骆马湖以北（江苏段）选择徐州市；穿黄干线（山东段）选择济宁、聊城、德州3 市；胶东支线（山东段）选择济南、烟台、潍坊、青岛、威海5 市。

1.2 获取指标体系

根据压力状态相应模型，结合文献梳理和资料查阅，以南水北调工程东线一期工程实际情况为基础，得到了30 个评价指标。在评价过程中，指标数量过大容易造成维度灾难，此外权重分配可能会造成信息丢失，导致评价结果的客观性损失。本文利用粗糙集理论中的基于属性重要度的属性约简方法对以上获取的指标体系进行冗余筛查与删减，设置阈值90%，得到含有15 个指标的评价指标体系，其重要度之和为91.6%[2]。

在PSR 框架下构建了评价指标体系见表1。

1.3 划分等级标准

查阅各地市统计年鉴、水资源公报和环境保护公报，获取各指标的数据，并进行有效性检验与异常分析，确定生态安全评价的原始数据，为模型构建与实施提供准备。参考以往研究和专家经验，设定生态安全等级为五级（I 级，优；II 级，良；III 级，中；IV 级，差；V 级，劣）。根据相关标准及实际数据，划分各指标的等级范围见表2。

表1 压力-状态-响应指标

1.4 获取直觉模糊决策数

根据所得指标数据及划分的各生态安全指标范围，计算各市各指标相对于各等级的相对隶属度，进而得到直觉模糊决策矩阵。

1.5 直觉模糊VIKOR 评价排序

为了全面细致地评价总体的生态安全，利用所构建的模型进行多准则决策排序。根据层次分析法与决策直觉模糊熵和散度[3]，求解各指标的权重，见表3。计算群体效用值，个体后悔值和利益比率。按照评价对象进行排序，进行状态评估及演化分析。

表2 生态安全各指标的等级范围

表3 指标权重

2 评价结果分析

结合压力指标、状态指标、相应指标和生态安全指标，将2010—2018 年南水北调东线一期工程沿线总体情况进行汇总，如图1 示。其中，数字0-1 代表等级顺序，表征该指标的程度，越接近1，表示状态越好，接近0 则相反。

图1 南水北调东线一期工程沿线生态安全情况

由图1 可知，南水北调东线一期工程沿线生态安全自2010 年起总体呈现逐渐提升的良性发展态势，2013—2014 年，提升的程度较之前增大，2014—2015 年有略微的下降。从指标来看，人均耕地面积和生态保护和环境治理业投资比例为主要扰动因子。结合南水北调东线工程通水时间，可认为南水北调东线一期工程对整个工程区域的生态安全具有正面的影响。压力指标波动幅度较大，但自2011 年起呈现上升的趋势，且2012年后压力指标逐渐平稳，总体呈上升的趋势。根据压力指标包括人均水资源量、用电总量、化肥施用强度等，由于经济及农业发展所需的用电量及化肥施用量在2013 年前后差别不大，差异较大的指标为水资源总量，所以认为工程通水所带来的水资源总量的增加使得工程区所受压力趋于平稳，且处于一个较好的状态。状态指标包括工程污水排放量、地下水资源量等，由图可知，状态指标起伏较大，且2014 年最低，后又逐步上升，说明调水工程带来的缺水地区的水资源的增加使得地下水得到补充，地下水量逐年增加。响应指标包括污水处理率、生态保护和环境治理业投资比例等，总体呈现逐步上升的趋势，说明政府对于生态环境的治理与保护越来越重视。

由于南水北调东线一期工程跨越了两省，不同的区域、不同的自然状况及取水区和供水区的情况都会有所不同，因此按照前文所分的4 段区域来分别分析生态安全情况，见表4～7。

表4 东线一期骆马湖以南生态安全评价结果

表5 东线一期骆马湖以北生态安全评价结果

表6 东线一期穿黄干线生态安全评价结果

江苏段骆马湖以南区域大多为取水区，生态安全水平自2012 年起趋于平稳；压力指标与生态安全指标趋势相似，生态安全形势良好；状态指标较为平稳，自2016 年开始下降，且2018 年达到了最低水平，由于骆马湖以南地区水资源量充沛，不存在地下水超采等情况，因此认为是污水排放量增加；响应指标整体具有波动，自2013年以后波动趋于平缓。

表7 东线一期胶东支线生态安全评价结果

江苏段骆马湖以北多为受水区，生态安全指标与压力指标趋势相似，且与骆马湖以南段较为相似，自2012 年开始区域平缓，且处于较好水平；状态指标趋势逐步上升，说明污水排放量有所减少，地下水资源量增加；响应指标波动趋势较大，且于2014 年达到最大，之后又下降，但生态安全指标、状态指标和压力指标皆处于较好的状态，这说明在2014 年以后，骆马湖以北地区生态安全水平稳定向好，不需要在治理问题上投资过多的费用。南水北调东线一期工程于2013 年底通水，可认为南水北调工程对江苏段骆马湖以北地区的生态安全水平具有正面的影响。

与江苏段不同，山东段穿黄干线的生态安全指标与响应指标趋势较为相似，虽整体呈现向好的趋势，但具有一定的波动。2015 年以后的水平明显高于2013 年以前的水平，说明生态环境正在向好的方向发展，且政府对于生态环境治理的投资与生态安全情况相对应。压力指标呈现上升的趋势，并逐渐趋于平稳，说明南水北调东线工程对于外部环境的压力越来越小；状态指标于2014 年之前处于下降的趋势，之后便逐步上升，考虑到山东穿黄段存在地下水压采的情况，可认为在2013 年南水北调东线工程通水后，山东穿黄段地下水资源量得到了补充，使得状态指标情况逐步上升，且生态安全情况也平稳向好。与穿黄段相似，胶东半岛段的生态安全指标的情况与响应指标较为一致，皆为向好的趋势；压力指标于2012 年之后趋于平稳；状态指标于2014 年后开始上升，趋势大体与穿黄段类似，可认为造成这种趋势的原因也相同。

总体来看，南水北调东线一期工程区域生态安全情况是逐步向好的，四个地区均呈现上升的趋势，其中2011 年以后江苏段的骆马湖以南和骆马湖以北两个地区均大幅度上升；2015 年以后，山东段穿黄段和胶东半岛段两个地区开始上升。结合南水北调东线工程实际，2011 年为工程建设期，还未正式通水，江苏段和山东段分别作为供水地区和受水地区，都要保证工程水质及生态的安全，所以在调水之前便开始了水质及生态的整治。通水后，江苏省生态安全情况平稳向好，山东省由于地下水资源得到了补充，于2015 年开始有再次上升的趋势，生态安全情况再次得到提高。

3 结 语

本文主要结合压力状态响应模型筛选生态安全影响因子，构建多指标直觉模糊VIKOR 评价排序模型，针对东线一期工程的生态安全变化情况进行评估分析。结果表明：南水北调东线一期工程沿线生态安全自2010 年起总体呈现逐渐提升的良性发展态势。江苏段骆马湖以南区域大多为取水区，生态安全水平自2012 年起趋于平稳；江苏段骆马湖以北多为受水区，生态安全指标趋势与骆马湖以南段较为相似；山东段穿黄干线的生态安全指标虽整体呈现向好的趋势，但具有一定的波动，2015 年以后的水平明显高于2013 年以前的水平，说明生态环境正向好的方向发展，且政府对于生态环境治理的投资与生态安全情况相对应；胶东半岛段的生态安全指标的情况与响应指标较为一致，皆为向好的趋势。总体可认为南水北调东线一期工程对整个工程区域的生态安全具有正面的影响。