基于PSR模型的南水北調中線主干渠沿線區域生態環境評價

郭恒亮+劉如意+赫曉慧+田智慧

摘要：結合生態環境狀況指數和修正后的“壓力-狀態-響應”（PSR）模型，從環境質量狀況以及生態安全兩個角度分析出發，分別考慮自然影響以及自然、經濟、社會三者的協同作用，構建了適用于描述南水北調中線主干渠沿線地區生態環境狀況的綜合評價指標體系。研究結果表明：評價期內環境質量狀況評價等級中，只有魯山縣處于“良”，安陽市“較差”，其他縣區均為“一般”；生態安全評價方面，只有淅川縣處于較安全狀態，其他處于預警和中度預警狀態，占研究區總面積的97.54%，中度預警占16.28%。總的來看，2014年研究區生態環境質量整體水平一般，綜合生態安全形勢不容樂觀，需要政府部門加大對主干渠沿線輸水地段人類活動的監管力度。

關鍵詞：PSR模型；南水北調中線地區；生態環境

中圖分類號：XB21 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1683（2017）04-0065-06

Abstract：Based on the ecological index and modified press-state-response model and beginning with environmental quality and ecological security，this paper has successfully constructed the synthetic evaluation index system which can be used to evaluate the eco-environmental situation in areas along the main canal of Middle Route of South to North Transfer Project after respectively considering the natural influence and the combined influence of nature，economy and society.The results indicated that in the assessment of environmental quality levels during the entire evaluation，only the Lushan County was "better" and Anyang City was "worse" with others in the ordinary levels.Besides，in the ecological security Assessment，Xichuan County was the only one in relatively secure state while 97.54 percent of all the study area was in the early or moderate warning states with the moderate warning areas accounting for 16.28%.As a whole，eco-environment quality in 2004 was generally in an ordinary level，and ecological security situation was worrying，so the government should improve supervision to limit human activities in the study area.

Key words：PSR model；Middle Route of SNWTP；ecological environment

生態環境是一個自然-社會-經濟的復合系統，同時，生態環境又是社會經濟可持續發展的核心和基礎，對其質量評價能較好的反映區域社會經濟可持續發展的能力以及社會生產和人居環境穩定可協調的程度。南水北調中線主干渠是緩解黃淮海平原水資源嚴重短缺、優化配置水資源的重大戰略性基礎設施中的重要一環，其沿線區域生態環境的好壞對沿線輸水安全具有重大的影響[1]。

如今區域生態環境評估研究往往以定量評價為主。定量評價屬于綜合評價，往往采用一定的公式和模型進行描述 [2]。目前國內外生態評價模型框架有PSR模型（壓力-狀態-響應）、DSR模型（驅動力-狀態-響應）、DPSEEA模型（驅動力-壓力-狀態-暴露-影響-響應）以及歐洲環境署提出的DPSIR模型等，所有模型均將人類活動的影響以及預防措施考慮在內。其中，PSR模型將社會經濟與環境有機統一的結合在一起，與其他模型相比能夠更加精確地反映生態安全評價中自然和人類活動之間的關系。目前，國內許多學者運用PSR模型在各種區域尺度上進行了相關的生態環境研究，并取得了較好的評價效果[3-6]。然而，在對南水北調中線工程生態環境評估的眾多研究中，多數研究集中在水源區[7-9]，而對該工程沿線生態環境研究的文章相對欠缺[10-12]。因此本文結合生態環境現狀評價體系，基于修正后的PSR模型，構建12個可量化指標，嘗試應用于大型工程施工沿線區域的生態環境評估，分別從環境質量狀況以及生態安全兩個角度分析出發，對2014年南水北調中線主干渠沿線河南段4 km緩沖區區域生態環境進行分析對比。

1 研究區概況

南水北調中線工程河南段總干渠全長731 km，占總干渠全長的36%。研究區為主干渠沿線4 km緩沖區范圍（圖1紅色部分），在河南省境內主要經過27個縣市，經緯度范圍為32.63°N-36.27°N，111.65°E-114.38°E，區域面積5 930 km2，約占河南省總面積的3.55%。研究區沿線地質條件復雜，具有不同的水生態特征，降雨分布不均，自然、經濟、社會情況差異較大。同時，研究區內生態環境承載能力與社會經濟發展脫節，土地過度開發、水體嚴重污染、地下水位持續下降等問題突出，區域的可持續發展受到極大地限制。

2 資料

根據模型指數構建需要，除了研究區矢量邊界圖以及河南省行政邊界圖等輔助數據外，評價所需的主要基礎數據包括評價區2014年的土地利用、植被覆被、土壤侵蝕以及相關的社會經濟統計等數據，矢量和柵格數據均使用統一的投影與坐標系統，主要基礎數據見表1。其中，土地利用數據由人工目視[CM（22]解譯獲取，誤差矩陣檢驗精度達90%以上，見圖2。

NDVI為2014年5月-9月MOD13Q1每16天合成數據產品，共10景影像，利用MRT工具進行數據格式及投影轉換，然后結合ArcGIS柵格計算功能獲取五個月象元NDVI最大值的均值分布圖，結果見圖3。

3 方法

評價從環境質量狀況和生態安全兩個角度分析，二者的定量描述分別由生態環境狀況指數和修正后的PSR模型計算結果即綜合生態安全指數確定。生態環境狀況指數主要側重表達自然環境的影響，而綜合生態安全指數包含了自然、經濟和社會的協同作用。

3.1 生態環境狀況指數

3.2 修正PSR模型

3.2.1 模型體系框架

生態安全評價需要根據研究區實際情況來構建評價指標體系，本研究引入了應用廣泛且認可度更高的修正PSR模型。綜合自然與社會經濟等各方面的影響因子，結合模型概念框架以及研究區實際情況，在相關研究的基礎上[14-16]，構件了修正PSR模型評價體系框架，見表3。該體系包括目標層、準則層和指標層三層。準則層中自然人文壓力反映了自然資源、生態環境和人文社會壓力等方面的因素，生態系統狀態包括土壤、植被、社會經濟等多種因素，響應則體現了系統對土地利用變化所引發的各種環境問題的反應和解決能力。評價最終落腳在指標層，由8個可以度量的指標組成，其中生態環境現狀由五個分指標構成，具體見上文生態環境狀況指數描述。

文章采用層次分析法，結合專家調查的方法，分析對比各個評價指標的重要性，構造對比判斷矩陣，計算權矩陣并做一致性檢驗，最終確定指標權重。

4 結果與分析

4.1 環境質量現狀分析

經過指標計算，通過ArcGIS制圖，獲得生態環境狀況指數統計圖以及分指數加權后正向貢獻值統計圖，見圖4和圖5。根據圖4以及生態環境質量評價等級標準，沿線的27個縣市中，只有魯山縣為“良”，安陽市處于“較差”，其他處于“一般”，對應面積比例依次為5.80%、3.54%和90.66%。

分析圖5發現，生態環境狀況排名靠前的地區，如魯山縣、安陽縣、博愛縣以及淅川縣，林地覆蓋率高，水系發達，自然基礎條件優越。尤其是處于“良”的魯山縣，在多年退耕還林政策的影響下該縣森林覆被率超過50%，使得該縣生物豐度貢獻值最高。相比而言，鶴壁市、鄭州市以及安陽市多項分指標均不理想，鄭州市植被覆被和生物豐度最低，而安陽市污染負荷壓力最重，自然環境壓力較大。整體來看，研究區環境質量狀況處于一般水平，區域已經處于較為敏感階段，部分地區土地退化、污染超標等情況凸顯，這些制約性因子將不利于水源的保護工作。

4.2 生態安全評價分析

研究區生態安全值范圍在0.52～0.81之間，見圖6。根據面積統計和圖8可知，研究區安全等級分布在較安全和中度預警之間。淅川縣的145.71 km2區域處于較安全狀況，占研究區的2.46%，而81.26%的研究區面積處于預警狀態。值得注意的是，評價區域內的中度預警狀態縣市一共八個，占縣市總數的三分之一，占總面積的16.28%，其中安全度最差的是安陽市、鄭州市、焦作市，生態安全值分別為0.52，0.58和0.60，形勢不容樂觀。

從“壓力”、“狀態”和“響應”三個角度出發分析，見圖7，自然人文壓力指數差異較大，從三者的權重分配以及貢獻值分布情況對比來看，該指數在生態安全評價中的影響也最大。安全度最高的淅川縣，其自然人文壓力貢獻值高達0.45，主要原因在于該縣在2009年-2011年間移民16.2萬人，并大規模綠化種植和關停污染企業。而安陽市、鄭州市以及焦作市地區城市化發展迅速，人口密集，消費水平較高，工業集聚，人口壓力明顯。尤其是安陽市環境污染特別突出，重污染天氣和河流水質超標嚴重，環境保護工作面臨著極大的困難和挑戰。

值的注意的是，各個縣市生態狀態的差異很小，根據環境評價的結果可知，由于研究區沿線各縣市生態環境指數幾乎全部滿足生態環境標準，即使是最差的安陽市環境指數也接近標準值，使得歸一化加權后的生態狀態貢獻值相同。

與自然人文壓力相比，生態響應方面，雖然市級區域指數值相對較高，如鄭州市明顯高于淅川縣，但各個縣市差距并不大。分析原因，生態差異取決于主要污染物排放強度值和人均GDP大小，雖然市區較縣級區域經濟發達，人均GDP高于縣級區域，但工業密集，污染嚴重，使得主要污染物排放強度高，從而導致了該指數在縣域和市域范圍之間的較小差異。

結合生態安全分指標貢獻值結果，通過安全等級空間位置差異對比發現（圖8），在八個分指標中，生態安全等級與人口密度有著較高的一致性，處于中度預警以上的地區均為人口密度較高的地區，分析可知，這些地區全都位于主干渠中游和下游地區，以中游地區最為集中，這些地區具有較為突出的經濟發展定位，部分地區屬于河南省經濟的核心地帶，而上游在整個研究區中經濟發展薄弱，從而造成了區域上人口密度較大的差異。另外，主干渠所經過的城市中心區域生態安全值明顯較低，如：鄭州市（0.58）低于新鄭（0.64），滎陽（0.68），中牟（0.70）；焦作市（0.60）低于淇縣（0.74），博愛縣（0.69），修武縣（0.70）。對于城市化發展較快的地區，生態安全指數反而越低，充分暴露了我國部分城市城市化建設的負面效應，這將對水源保護工作產生較大的影響。因此，對于流經此處的主干渠，政府需要有針對性地開展水源保護工作。

5 結論

本研究主要基于修正后的PSR模型，分別從生態環境質量狀況和生態環境安全兩個角度綜合全面了對南水北調中線工程沿線區域的生態環境評價做了詳細的探討。評價結果較好地反映了自然以及自然、社會、經濟三者對于研究區生態環境的影響現狀，說明了評價模型體系運用于大型工程沿線生態評估的可用性，為南水北調中線輸水環境的調查提供了行之有效的科學依據。

整體上，研究區生態環境狀況并不樂觀。相關政府部門應該加大對沿線生態環境的治理和保護，采取節水、調水、治污三項措施同步實施策略，為維護和穩定南水北調中線工程水源優良水質創造良好的自然條件和堅實的生態基礎。

限于數據獲取的限制，本文只針對研究區一期的生態環境做了詳細的評價分析。為了更好地揭示南水北調主干渠沿線生態環境的變化趨勢和規律，還需要結合多年的數據做進一步的深入研究。

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