基于DPSIR模型與集對分析法的三峽庫區水生態安全評價

黃文琳+王鵬+杜溫鑫+吳培森

[摘要]文章的目的是通過建立合理的模型來評價三峽庫區的水生態安全狀況，從而促進三峽庫區更長久、穩定地發展。根據對三峽生態系統各項數據的研究，文章選取了其中具有代表性的指標，并建立了DPSIR模型，并對集對分析法的計算方法及指標進行了修正。最終通過計算聯系度，得出不同年份的水生態安全等級。從過程中可以看出集對分析法的便捷性和可行性，從結果來看，隨著人們環保意識的不斷增強，雖然三峽庫區水體災害仍有發生，但是從模型所選取的指標角度上看，三峽庫區的水生態安全狀況卻在逐漸恢復。

[關鍵詞]水生態安全狀況；DPSIR；集對分析法；模糊評價方法

[DOI]1013939/jcnkizgsc201714033

近年來，隨著人們環保意識的不斷加強，越來越多的人意識到水生態安全的重要性。隨著三峽水電的落成，三峽庫區長江段儼然由天然河道變成了目前世界上最大的人工湖泊。從2001年至今，庫區蓄水越來越深，加上人們生產生活中的廢水、船泊污水的排放等因素，三峽庫區的生態環境態勢嚴峻，支流等地發生水體水質災害的頻率也越來越高。為了對三峽庫區的水生態安全現狀有一個較好的掌握，并希望服務于三峽庫區水資源、生態管理與保護，本文試圖通過建立一種評價模型來衡量三峽庫區的水生態安全狀況。

1文獻綜述

關于湖泊、河流的評價體系已經由許多學者進行了相關的研究，并且提出了很多相關的評價模型。蕭長來[1]采用均值化綜合污染指數法對前郭灌法的水質進行了綜合評價，獲得了符合水質實際情況的結果，為治理污水提供了科學依據，具有一定的推廣性。劉哲等[2]運用層次分析法對福州山仔水庫生態環境進行了評價，確定出湖泊中污染因子的權重關系，獲得了較為滿意的結果，說明了層次分析法在定量計算污染指標的權重方面具有一定的適用性。沈迅偉等[3]采用傳遞包法進行模糊聚類分析并通過模糊聚類動態圖對水域進行劃分，再利用隸屬函數對水質進行了模糊綜合評判，為水污染環境評價提出了一套科學的評價方法。王李管等[4]建立了環境質量評價人工神經網絡模型對大氣質量和水質進行了評價，并將結果與模糊數學法及灰色聚類法所得結果進行了對比，驗證了其模型的可靠性。謝先全等[5]采用灰色聚類和模糊聚類等方法對福建沿岸9個港灣的海水水質進行了定量分類評價，與1999年福建省海域環境的綜合調查報告的評價結果相當吻合，為水質的污染治理以及水資源的開發利用提供了一定的科學依據。

綜觀水生態安全評價的相關文獻，現有研究提出的評價模型大多是綜合污染指數法、層次分析法、灰色聚類法等，這些方法各有其優點，但在評價的客觀性和全面性方面還有待于進一步改進。由于水生態具有較為明顯的模糊性，而模糊評價方法能有效地解決不確定因素對于結果的影響。有鑒于此，本文嘗試對已有湖泊水生態評價模型的指標進行修正，并結合層次分析法和熵權法確定的綜合權重，建立綜合評判模型，進而實現對水環境的綜合評價。以期達到預期目標的前提下對三峽庫區水生態現狀進行評價。

2基于DPSIR框架的水資源安全評價指標體系構建DPSIR框架是聯合國（UN）在1993年為綜合分析和描述環境問題以及其和社會發展的關系提出的。DPSIR框架包含了社會、經濟、政治、環境等要素：一方面，它可以說明社會、經濟發展對環境造成了哪些影響；另一方面，它也說明了人類行為及其最終導致的環境狀態對社會的反饋。在參考相關生態安全評價指標體系及《全國水資源保護規劃技術大綱（2012年）》的基礎上，初步確立水資源安全評價指標體系如下。

驅動力（B1）主要指人類社會經濟活動，如人口增長、社會經濟發展的需求、環境變化等。本文選取的指標有庫區年平均降水量C1、人口總數C2、庫區總產值C3。

壓力（B2）主要反映水資源開發利用活動對生態環境造成的負荷，即自然條件和影響水資源安全的人類活動。本文選取的指標有工業污染源廢水排放量C4、城鎮生活污水排放量C5、船舶油污水年產生量C6。

狀態（B3）主要指在上述壓力下所處的狀態，主要涉及水環境質量狀況、生態系統所處狀況等。本文選取的指標有庫區耕地復種指數C7、庫區耕地面積C8以及油污水排放達標率C9。

影響（B4）是指上述狀態的改變對社會、經濟、水生態系統環境產生的影響。本文選取的指標有還林還草面積C10、第二產業實現增加值C11、漁業天然捕撈總產量C12。

響應（B5）是指人類在經濟社會活動中對水生態系統安全問題的能動反應，主要指采取維持水生態系統安全的響應措施。本文選取的指標有船舶油污水處理率C13、單位耕地面積化肥施用量C14、第二產業對GDP貢獻率C15。

3基于綜合權重的集對分析水生態安全評價模型

31集對分析法（SPA）

基于SPA的水生態安全評價的實質就是根據既定等級，依次計算測量值與不同等級的標準在指標所給的特性下的相似程度，如果兩者相似則可歸為一類，反之，則歸為另一類。

依據上文中的指標建立和指標等級的確立，將評價樣本的某指標值，即測量值xl，m為指標集合總數，看成一個集合Xl（l=1，2，…，m），把相應指標的評價標準等級值看成另一個集合Yk（k=1，2，…，n），則Xl與Yk可構成一個集對（Xl，Yk）。一元聯系度μl描述集對（Xl，Yk）的關系[6]

式（2）中ωl為第l指標的權重。在同一個評價系統中，有些指標的作用顯著一些，有的作用則相對來說弱一些，因此各指標對μ的貢獻度不同，可分別賦予不同的權重。在進行水資源系統評價時，關鍵在于確定上式中的μl。借助于模糊分析，給出聯系度的具體計算公式：本文中取Ⅳ級為評價級別中的最高級指標?，F在給出聯系度的計算公式：其中，s1、s2、s3分別為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級標準的上限值，超過s3即為Ⅳ級，s4為指標值在大于s3時所取得的最優值。在大多數情況下s4的值，依據實際情形而定。x為各指標的實際測量值。