黃河中上游能源化工區(qū)重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險評價

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)險評價主要研究不確定性事故或災(zāi)害對生態(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)險評價研究經(jīng)歷了從環(huán)境風(fēng)險到生態(tài)風(fēng)險再到區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價的歷程,評價范圍由局地擴展到區(qū)域景觀水平[3,4]。較為成熟的評價方法多適用于生物個體和群體水平的生態(tài)風(fēng)險評價,包括污染物環(huán)境轉(zhuǎn)歸模型、污染物時空分布模型、暴露模型、生物體分布模型、外推模型、風(fēng)險計算模型等[5]。這些用于化學(xué)毒理和人體健康風(fēng)險評價的評價方法,顯然難以滿足涉及多風(fēng)險源、多壓力因子,具有潛在性、復(fù)雜性、累積性特點的戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險評價要求。

近年來,我國許學(xué)工、付在毅等學(xué)者也嘗試將景觀評價法運用于區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價[6,7],但鮮有運用于大尺度重點產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略環(huán)評中。本文運用景觀生態(tài)學(xué)評價方法評價黃河中上游能源化工區(qū)重點產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略環(huán)評生態(tài)風(fēng)險評價,構(gòu)建了戰(zhàn)略環(huán)評生態(tài)風(fēng)險景觀評價方法和基本步驟,對大區(qū)域重點產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略環(huán)評宏觀層次風(fēng)險評價進(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)重點產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略實施及生態(tài)風(fēng)險影響區(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)境部開展的“五大區(qū)域戰(zhàn)略環(huán)評”的五大區(qū)域之一,以下簡稱“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個地市,面積約 52萬 km2,跨半濕潤、半干旱、干旱三種氣候。自然環(huán)境的過渡性,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)境問題也較突出(見圖 1)。該區(qū)煤炭資源富集,是我國依賴資源推動經(jīng)濟增長的典型區(qū)域,是我國主要的煤炭產(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)及煤炭開采業(yè)為該區(qū)重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)。

3 黃河中上游能源化工區(qū)重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險評價

景觀生態(tài)風(fēng)險評價通過生態(tài)景觀格局與功能分析,可有效揭示戰(zhàn)略實施影響區(qū)域景觀生態(tài)系統(tǒng)(風(fēng)險受體)空間變異特征,在評價宏觀區(qū)域、多風(fēng)險源、多風(fēng)險受體,綜合復(fù)雜的戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險中具有明顯優(yōu)勢。本文采用景觀生態(tài)風(fēng)險評價方法對黃河中上游能源化工區(qū)重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價,具體評價步驟及方法如下：

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)險受體及終點選擇

“受體”即風(fēng)險承受者,為對風(fēng)險因子作用較為敏感或者生態(tài)過程中具有重要作用的景觀生態(tài)系統(tǒng)。“生態(tài)終點”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)略實施不確定性生態(tài)災(zāi)害時,極易引起生態(tài)系統(tǒng)退化,是生態(tài)風(fēng)險評價受體。結(jié)合黃河中上游能源化工區(qū)歷史上的生態(tài)風(fēng)險,及戰(zhàn)略實施生態(tài)影響特點,戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險終點主要為河流斷流、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(見表 1)。

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

3.2 風(fēng)險源分析

風(fēng)險源分析是對生態(tài)系統(tǒng)或其組分產(chǎn)生不利作用干擾的識別、分析和度量,包括風(fēng)險識別和風(fēng)險源描述兩部分。根據(jù)研究區(qū)歷史生態(tài)風(fēng)險,重點產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略實施可能產(chǎn)生的持續(xù)累積性環(huán)境影響,篩選出 7類生態(tài)風(fēng)險源,各風(fēng)險源分布及強度見圖 2～圖8和表2。

圖8 水污染風(fēng)險分布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)險源在區(qū)域中的分布、流動及其與風(fēng)險受體之間的接觸暴露關(guān)系。黃河中上游能源化工區(qū)暴露分析見表3。

表3 研究區(qū)戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險暴露與危害分析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)險評價核心,是確定風(fēng)險源對風(fēng)險受體的損害程度,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)略實施干擾強度及生態(tài)穩(wěn)定性,可選擇景觀破碎度 Ci、景觀分離度 Si、優(yōu)勢度 DOi作為測度景觀格局的指數(shù),計算公式為：

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)勢度公式為:

式中：

②脆弱度指數(shù)：脆弱度指數(shù)來體現(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)險綜合生態(tài)損失度計算式為：

式中：ER為生態(tài)風(fēng)險綜合指數(shù);N為景觀組分類型的數(shù)量;Ski為第 k個風(fēng)險小區(qū) j類景觀組分的面積,Sk為第 k個風(fēng)險小區(qū)總面積。

經(jīng)計算,研究區(qū)各受體生態(tài)損失度見表 4。

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

在干旱、沙塵暴、土壤侵蝕及資源開發(fā)等多重生態(tài)風(fēng)險源持續(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)略實施中潛在生態(tài)損失度最高的風(fēng)險受體。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)險源干擾作用,景觀格局指數(shù)達(dá) 0.17,對戰(zhàn)略實施中的擠占生態(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)險綜合評價

結(jié)合風(fēng)險源強度、發(fā)生概率、風(fēng)險受體特征、風(fēng)險源對風(fēng)險受體危害等信息,采用風(fēng)險值綜合評價戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險[4]。風(fēng)險值計算式為：

式中：Rk—第 k風(fēng)險小區(qū)的風(fēng)險值;

Pk—第 k個風(fēng)險小區(qū)各生態(tài)風(fēng)險源綜合風(fēng)險概率;

ER—第 k個風(fēng)險小區(qū)的綜合生態(tài)損失度。

綜合風(fēng)險概率 Pk計算式為：

式中：Pk—k風(fēng)險小區(qū)的綜合風(fēng)險概率;

Pjl—k小區(qū)內(nèi) j類 l級生態(tài)風(fēng)險的概率;

βj—j類風(fēng)險源的權(quán)重。

按以上步驟,計算得到研究區(qū)各生態(tài)風(fēng)險源權(quán)重,見表5。

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

根據(jù)重點產(chǎn)業(yè)人為風(fēng)險源分布特點,研究區(qū)劃分為 43個風(fēng)險小區(qū),計算出風(fēng)險小區(qū)風(fēng)險值,利用ARCMAP quantities分級法劃為生態(tài)風(fēng)險重點監(jiān)控區(qū)、生態(tài)風(fēng)險次重點監(jiān)控區(qū)和生態(tài)風(fēng)險監(jiān)控區(qū) 3類 (見圖9)。

3.5 戰(zhàn)略生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果分析

圖9 生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果Fig.9 Latent ecological risk comprehensive evaluation

生態(tài)風(fēng)險重點監(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)險源集中分布區(qū),近年隨重點產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,東部水環(huán)境污染等人為風(fēng)險源開始凸現(xiàn)。重點產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略實施中,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)粗放型煤礦開發(fā)等人為風(fēng)險,將加劇區(qū)域生態(tài)脆弱性。該區(qū)人為風(fēng)險源和自然生態(tài)風(fēng)險源交織在一起,極易發(fā)生生態(tài)風(fēng)險放大效應(yīng),生態(tài)安全,是評價區(qū)生態(tài)風(fēng)險重點監(jiān)控區(qū)。生態(tài)風(fēng)險次重點監(jiān)控區(qū)自然生態(tài)風(fēng)險源分布比較單一,且發(fā)生概率較生態(tài)風(fēng)險重點監(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、粗放型煤炭資源開發(fā)、水環(huán)境污染等人為風(fēng)險源分布廣泛,且隨研究區(qū)重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略實施,局部人為生態(tài)風(fēng)險源強度還將增強。自然和人為生態(tài)風(fēng)險源疊加影響,區(qū)域生態(tài)風(fēng)險水平將明顯升高,也是需要重點關(guān)注的生態(tài)風(fēng)險區(qū)。生態(tài)風(fēng)險監(jiān)控區(qū)生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力相對較強,自然生態(tài)風(fēng)險源分布范圍較小,主要分布于東南部黃土高原粗沙多沙區(qū),大規(guī)模煤炭開采,將增加局部發(fā)生高強度水土流失生態(tài)風(fēng)險的概率。

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)險空間分異特點,科學(xué)確定重點產(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)險防范措施,使生態(tài)風(fēng)險水平降至最低。

4 結(jié) 語

戰(zhàn)略環(huán)評在我國發(fā)展剛剛起步,其評價內(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)險景觀評價為主要分析方法,構(gòu)建了適于黃河中上游重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略環(huán)評生態(tài)風(fēng)險評價方法和評價步驟,有效揭示了研究區(qū)重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略時空累積性影響與生態(tài)風(fēng)險之間的聯(lián)系,研究結(jié)果表明：重點產(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,潛在生態(tài)風(fēng)險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)險源分布集中區(qū),重點產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略實施區(qū)域潛在生態(tài)風(fēng)險水平高,多重風(fēng)險源疊加影響易發(fā)生生態(tài)風(fēng)險放大效應(yīng),是生態(tài)風(fēng)險重點監(jiān)控區(qū),自然生態(tài)風(fēng)險源分布相對較單一、生態(tài)風(fēng)險源分布范圍較小的山西忻州等地,重點產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略實施區(qū)域潛在生態(tài)風(fēng)險水平相對較低。因此,重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略實施中應(yīng)結(jié)合區(qū)域潛在生態(tài)風(fēng)險空間分異特點,合理調(diào)控重點產(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)以下問題有待以后戰(zhàn)略環(huán)評實踐中完善。

生態(tài)風(fēng)險景觀評價方法應(yīng)用于大尺度、時空累積性特點的戰(zhàn)略環(huán)評中具有明顯的優(yōu)勢,可較好構(gòu)建區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)與戰(zhàn)略時空累積性生態(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)險綜合評價結(jié)果無可比性,所得的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價等級只對研究區(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,則景觀類型不同生態(tài)損失度指數(shù)計算結(jié)果也不相同。因此,如何把握生態(tài)風(fēng)險景觀評價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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