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基于DPSIR模型的巢湖生态风险评估*

2022-12-15高小明潘璐璐

关键词:巢湖流域指标

高小明,潘璐璐,周 童

(1.中共合肥市委党校 党史党建教研部,安徽 合肥 230031;2.合肥工业大学 经济学院,安徽 合肥 230601;3.安徽省巢湖管理局 环境保护监测站,安徽 合肥 238001)

伴随着工业化和城市化的快速发展,水资源过度开发和流域生态失衡等环境问题逐步尖锐化。“十一五”规划明确将化学需氧量等重要污染物减排指标纳入地方官员的考核中[1],进一步强化地方政府治理局部流域生态环境的动机。2011年4月,时任中央政治局常委、国家副主席习近平同志在合肥考察时指出,一定要把巢湖综合治理好[2]。2020年8月19日,习近平总书记再次来到合肥考察,并对巢湖治理提出了新的更高要求:“巢湖是安徽人民的宝贝,是合肥最美丽动人的地方。一定要把巢湖治理好,把生态湿地保护好,让巢湖成为合肥最好的名片。”[2]这为加快推进新一轮巢湖治理指明了前进方向、提供了根本遵循。党的十八大以来,随着习近平生态文明思想逐步深化,流域生态环境保护逐渐成为全社会共识。2016年开展的中央环保督察行动将治理对象从特定污染企业的减排行动扩展至流域的治理效果,保障流域生态得到充分修复。

河流生态系统自身的脆弱性决定了河流生态修复工程的长期性和艰巨性。目前流域生态风险集中在水生态系统退化、环湖湿地面积减少、农村生活和农业面源污染、生物栖息地质量下降等主要问题上[3]。关于流域生态风险的评估,多数学者基于局部流域的沉积物中重金属含量特征[4]、抗生素污染[5]、复合污染[6]等某一具体因素对河湖生态风险进行考察。少数学者综合各类因素考察流域生态风险。

基于DPSIR模型构建湖泊生态风险指标体系以全面探究巢湖流域生态风险变化趋势及驱动机制,不仅可以丰富DPSIR模型和流域生态风险相关研究,且能够对巢湖流域的生态风险评价、驱动力和未来政策支持提供建议。在因素层的分析中,创新性地引入巢湖区域环保投入和河长制的施行情况作为地方政府响应措施的组成部分。相较于以往研究采用退耕还林率作为响应变量,能够更丰富地刻画政府在降低流域生态风险方面的努力。

一、巢湖流域基本概况

巢湖位于安徽省中部,属长江左岸水系。巢湖流域总面积13 680km2,占安徽省总面积的9.8%。流域涉及合肥、芜湖、马鞍山、六安、安庆5市共17个县(市、区)。整体上看,流域由内向外呈现明显的湖体—平原—丘陵—山地地貌类型分布特征。作为中国五大淡水湖之一,巢湖流域肩负着安徽省政治经济重心、皖江城市带核心区域和长三角一体化发展的重任。但在将重心放在经济腾飞的过程中,巢湖同样面临着流域污染、生态风险等“发展病”。

巢湖被列为全国水污染重点防治“三河三湖”(即淮河、海河、辽河和太湖、巢湖、滇池)之一。依据中国环境科学研究院2021年3月制定的《巢湖流域水环境一级保护区治理与保护规划说明书》可知,目前巢湖流域的生态问题主要体现在以下方面:不断围垦导致生态屏障功能薄弱;环湖区内围湖造田过程导致水系受损;河道水质恶化,入湖河道生态功能退化;岸线资源有待整合;长效管理机制有待健全。

二、巢湖流域生态风险评估

巢湖流域生态风险评估所使用到的指标数据来源如下:湿地面积数据来源于安徽省巢湖管理局数据;经济类数据来自安徽省统计局数据;流域河流水环境数据以《安徽省生态环境公报》中河流水环境监测结果和河长制考核的河流监测结果互为补充;入湖水质数据、巢湖水质与影响状况数据来源于安徽省巢湖管理局历年《巢湖健康体征报告》;生物多样性数据来自国控点定点监测结果;河长制进展数据来自巢湖河长制办公室公示。

(一) DPSIR模型分析

使用驱动力—压力—状态—影响—响应(DPSIR)模型对巢湖流域生态风险进行评估。DPSIR模型由压力—状态—响应(PSR)模型扩展而来,是多维度评价流域生态风险的重要分析框架,能够反映多维因素间的相互关系,其中增设的“驱动力”和“影响”项能够更全面地反映该生态系统所面临的压力来源及其对人类社会发展的影响。已有研究将DPSIR运用于旅游环境承载力评价指标体系[7]或宁夏沙湖湿地健康状况[8]。徐斌等采用DPSIR模型对岸堤水库水生态安全状况构建相应指标评价体系,并结合改进的群组层次分析法确定指标权重[9]。

DPSIR模型包括驱动力(Driving)、压力(Pressure)、状态(State)、影响(Impact)和响应(Response)5个要素。其中,驱动力要素是能够引发流域生态环境发生变化的根本原因,压力要素是引发流域生态环境发生变化的直接原因,状态因素是流域生态环境现实表现,影响要素是流域生态环境现在状况对社会经济、环境、人居等方面的作用,响应因素是政府部门或社会组织等在流域生态保护方面的相关举措。通过构建“驱动力”导致“压力”,同时,“驱动力”和“压力”一起影响“状态”,由此造成对流域生态环境的影响及相关部门的响应措施这一因果链条,DPSIR模型能够综合考虑可能对流域生态风险造成影响的各项因素,从而更为全面、准确和科学地评估流域生态风险。

基于DPSIR模型对巢湖生态风险进行分析,最终确定驱动力层面因素主要是区域经济发展;压力层面因素包括人口和入湖河流水质;状态层面因素包括水质、富营养化、水华状况、沉积物;影响层面因素从巢湖流域的生物生态和服务功能出发,主要包括生物多样性、饮用水服务功能、水源涵养功能、运输功能和人文景观等;而响应层面因素包括资金投入、污染治理和长效机制。结合历年巢湖健康状况报告和巢湖实际情况选择指标层,共形成5个准则层,15个因素层,34个指标层。

(二)层次分析法

层次分析法(Analytic hierarchy process, AHP)在生态风险评估领域已得到广泛应用,如陈昌仁等基于层次分析法—熵权法计算洪泽湖流域健康风险体系中各指标的权重[10,11];王会芳等基于层次分析法评估海坛海峡赤潮灾害风险[12]。

巢湖流域生态风险评估指标体系的建立,参考水利部《河湖健康评估技术导则》(2018)、环境保护部《地表水环境质量评价办法》(2011)、环境保护部《湖泊生态安全调查与评估技术指南》(2012)、环境保护部《生态环境状况评价技术规范》(HJ192-2015)和中国环境监测总站《湿地生态环境健康评价方法》(2014)等文件,结合巢湖流域实际情况和数据可得性,确定评价体系。其中,目标层为巢湖流域生态风险评估,准则层为DPSIR模型的各项因素,即驱动力、压力、状态、影响和响应。第三层为指标层,分别为表征巢湖流域各方面生态风险的指标。

准则层内部各指标权重项的设定借鉴2016—2019年出版的《巢湖健康状况报告》中的打分结果,将其中每一年的打分权重视为一种指标评价得分。并以此为依据计算出各指标权重或分权值重。该报告由安徽省巢湖管理局定期发布,基于10位环境科学、生态学、湖泊科学领域专家对各指标重要性的专业判断,具有权威性和数据的真实性,可以最大限度地减少主观因素的影响。但该报告中的评价标准并不包括响应类指标,故在进行该内部项指标和准则层的权重设定时参考来自合肥工业大学5位环境科学学科学者的评定结果。综合上述过程,由专家权重可得到公式(1)所示的判断矩阵A,其中Aij第i行和第j列的元素表示指标比较后所得的标度系数。

(1)

随后对判断矩阵中每个指标进行归一化处理。通过分别构建目标层相对于准则层、准则层相对于指标层的判断矩阵,进一步计算各矩阵的最大特征根和特征向量K。为避免权重间出现相互矛盾的情况,需对上述矩阵进一步进行一致性检验。根据公式(2)计算一致性指标C.I.,查表得到平均随机一致性指标R.I.。根据公式(3)得到判断矩阵的一致性比例C.R.,该值小于0.1时认为矩阵通过一致性检验。

(2)

(3)

(三)巢湖流域生态风险评估体系构建

巢湖流域生态风险评估体系及相应指标权重如表1所示。指标层中压力、影响和响应项的权重较高,合计0.841,其中影响项占0.407,压力和响应项同等重要。这与生态风险对流域环境和人均环境造成较大威胁相一致,且符合当前注重建设生态风险长效机制的环保理念。

三、巢湖流域生态风险评估结果与分析

结合指标正负性对流域风险的影响,将巢湖生态风险根据最终得到的风险值范围划分为五个级别(见表2)。风险值越高,说明巢湖流域所面临的生态风险越高,可能会造成巨大损失。

2017年巢湖流域生态风险值为-15.028,2018年巢湖流域生态风险值为-18.362,2019年巢湖流域风险值为-21.619。这一结果表明,近年来巢湖流域生态风险值逐渐减小,从2017年的中风险级别转为中低风险级别。这一变化得益于政府的资金投入、污染治理以及河长制等长效管理机制的逐步健全。巢湖市在全省率先发布总河长第1号令,率先开启河湖长+排长+警长+检察长+民间河长“五长”联动治理模式,以督促河长会议成员单位和河长协助单位履职尽责。仅2020年,就有4 185名河湖长巡河约14万人次,发现并解决问题6 670个[13]。但巢湖流域潜在的风险因素依然不容小觑,这主要体现在流域富营养化指标和入湖河流水质指标对生态风险的贡献度居高不下。前者意味着,在特定条件下,如风速小、气温高和降水量大幅下降的夏天可能造成水华局部暴发等风险事件。而入湖河流水质一直是巢湖水质改进工程的重点,这一结果再次验证了“治湖先治河、治河先治污、治污先治源”这一治理思路的正确性。在样本期内,南淝河、十五里河、派河向巢湖输送三分之一的入湖水量的同时也带来70%以上的氮磷污染负荷。针对这些重污染河流的治理工作需要进一步强化,通过建立入河入湖污染源清单规范入河排污口整治。

表1 巢湖流域生态风险评估体系

表2 风险级别对应表

四、结论及建议

以驱动力—压力—状态—影响—响应(DPSIR)模型构建巢湖流域生态风险评估体系,并进一步刻画巢湖流域生态风险的时序变化。自2017—2019年,巢湖流域生态风险值逐步下降,这一进步得益于近年来政府部门对巢湖流域污染治理和长效管理机制的建设。但巢湖流域的生态风险防控计划不应止步于此,流域富营养化和入湖河流水质问题依然严峻。要认真贯彻落实《合肥市“十四五”巢湖综合治理规划》的要求,重点在以下几个方面狠下功夫。

(一)明确主要目标,聚焦重点任务

大型淡水湖泊治理是一项非常复杂的难题,不可能一蹴而就,要明确主要目标,抓住主要矛盾。未来五年,要通过巢湖的综合治理实现防洪减灾、环境治理和生态保护三大目标。一是防洪减灾。要实地调研近年洪涝灾害损失严重的堤坝、水库等,对存在的风险进行准确评估,列出主要问题、深挖细节根源,采取有利工程进行加固除险,如流域防洪保安体系工程建设,有序推进巢湖排洪畅通安全。二是环境治理。要全面排查巢湖区域空气污染、土壤污染、水污染的源头,特别是水污染,既要关注城镇生活和工业污染,又要警惕农村生活和农业面源污染,通过初期雨水调蓄处理工程、农村及农业污染防治工程、固废处置及重点区域土壤修复等工程,从源头和本质上进行综合治理,以达到乡镇污水处理率≥70%、农村污水治理率≥40.25%、湖区富营养化指数≤55等若干个具体目标。三是生态环保。充分挖掘巢湖流域涵养水源的潜力,加快环湖湿地群建设、修复湖内湖滨湿地系统,继续在长江“十年禁渔”政策下促进区域渔业资源休养生息。聚焦健康水循环系统构建工程建设、优美自然生态环境恢复工程建设、区域绿色发展工程建设等重点任务,保证森林覆盖率≥28.6%,湿地修复面积≥3万亩,从而实现国控断面逐渐达标,河湖水质有效改善、湖区蓝藻控制得当、污水排放监管到位、入江水质达标趋好。

(二)加强顶层设计,做好“五长”联治

巢湖综合治理离不开党委的统一领导、政府的组织实施、各部门的分工协作以及全社会的共同参与。一是做好顶层设计。党委和政府要整合优化安徽省巢湖管理局、合肥市水务环境建设投资有限公司等机构的巢湖治理职能,明确“领头羊”的具体职责,加强与县区上下联动,形成巢湖治理保护的强大领导力量。二是增强执法合力。涉及巢湖治理的行政执法部门包括安徽省巢湖管理局、生态环境、城乡建设、城市管理、农业农村、水务、林园、交通运输、风景名胜区管理等部门,要使这些多头部门形成执法合力,在执法信息共享、案件移送、联合执法、整体联动等方面共同协作,提高执法效率。三是深化“五长”联治。继续推行湖长+排长+警长+检察长+民间河长“五长”联动治理模式,将入湖河流的水质纳入考核范围内,着力削减入湖点源污染负荷。注重点、线、面、内四源同治,重点治理面源和内源。面源治理上,应主要控制农业面源和城市面源。内源治理上,要重点预防突发性蓝藻暴发事件给人民群众的财产带来的损失。四是引导全民参与。大力宣传习近平生态文明思想,鼓励全体人民从身边做起,从点滴做起,从节约资源能源开始,从垃圾分类开始,爱巢湖,爱自然,人人参与,人人尽责。

(三)开展基础研究,强化科技支撑

巢湖治理的很多先进方法都基于科学研究,因此要重视巢湖流域的基础研究和应用研究,并且加强科研成果的转化和运用。一是加强流域富营养化研究。应当进一步研究水华频发的本质原因,及时开展蓝藻水华发生机理和巢湖水文特征等相关基础性研究,结合巢湖水生生物种类、现有群落结构和气温等外在影响因素对蓝藻水华现象的发展趋势进行科学预测,完善和健全蓝藻水华防控机制和预警机制,要利用多学科对湖泊富营养化进行综合治理[14]。二是加强淤泥及污染物研究。开展重点污染源排查和湖盆底泥调查、岸上生物资源和生态系统等基础工作,稳步推进生态清淤和蓝藻打捞,逐步推进全湖污染底泥清淤工作。同时,强化科技治理巢湖,借助科技手段研究氮磷控制方案和河湖污染物总量。构建污染源空间数据库,运用原位水生态修复、去磷型植生滞留槽、蓝藻磁捕等一些先进技术,为实施流域污染总量控制打下坚实的基础。三是探索建立巢湖水科学试验研究基地的可行性。参照江苏太湖、云南滇池、江西鄱阳湖、湖南洞庭湖等湖泊科学试验站或试验基地方案,建立符合巢湖流域特色的研究基地,有利于进一步对巢湖水资源、水环境、水生态进行系统观测和试验,为后引江济淮时代的巢湖综合治理与优化调度提供丰富资料。

(四)完善监测体系,推进信息共享

巢湖综合治理离不开一套完备的巢湖流域生态环境监测体系,同时要在体系建立的基础上,不断提升流域环境监测能力。一是构建全要素的流域生态环境监测体系。建立流域水质、水量、生态、水文、气象、污染源等全要素监测体系,推进主要入湖河流水质、水量自动在线监测设施建设,开展入河(湖)排涝泵站、农排泵站等重点排口水质水量监测,开展流域农业面源污染监测,提升流域现代化智慧感知监测能力,掌握流域污染源排放、入湖污染物通量和水生态状况,正确评价和分析流域生态环境质量。二是构建流域生态环境监测数据共享集成系统。利用“数字巢湖”平台,构建基础数据库和多元化数字平台,整合巢湖流域内水文、环保等多行业部门数据,形成布局合理、功能完善的巢湖流域生态环境质量监测网络。同时,实现数据在部门之间的相互联系共享,建立公众参与流域管理决策的有效渠道和合理机制,接受公众监督和参与。三是整合流域生态环境监测职责。要设置专门机构统筹负责流域水生态环境质量监测工作,具体负责湖区及流域水环境一级保护区水环境质量监测、巢湖蓝藻监测、农排泵站等重点排口监测、水生态监测等内容,调度、指导环湖县(市)生态环境监测站开展流域其他区域水生态环境质量监测工作,确保流域水生态环境质量监测工作全面、完整、统一、高效。

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