撫順市社會經濟水環境效應評估

彭 博

(遼寧省撫順水文局,遼寧 撫順 113015)

1 基本概況

社會經濟與水環境具有緊密的耦合性,兩者一方面可以相互促進，另一方面又相互制約。隨著人口增長與城鎮化、工業化的發展,我國水環境問題日益凸顯,成為我國社會經濟可持續發展的重要制約因素。近年來,我國開展了大規模的水污染防治工作,成效顯著,但總體形勢依然嚴峻。在此背景下,有必要對各地區的社會經濟水環境效應進行評估,從而對我國城鎮地區的科學發展提供指導。

社會經濟的水環境效應評估是從社會經濟與水環境耦合作用的角度,分析社會與經濟發展對水環境的作用,從而評估出在社會與經濟不斷發展情勢下水環境變化趨勢,并分析水環境變化的內在機理與動力。社會經濟的水環境效應可采用許多不同的評估方法,如水環境力學數值模擬法、經驗法、層次分析法等,其中DPSIRM(Driving force-Pressure-State-Impact-Response-Management,驅動力-壓力-狀態-影響-響應-管理)模型可綜合反映生態、環境、社會、經濟等各要素之間你的相互作用機理,準確地體現出自然、資源、與人類之間的耦合關系,在社會經濟的各項效應評估中應用較為廣泛。

汪嘉楊等人2017年首次采用DPSIRM模型構建了岷沱江流域社會經濟與水環境之間的響應模式,為該地區的水環境規劃與綜合管理決策提供了科學依據。目前DPSIRM模型只在流域尺度的社會經濟水環境效應評估中得到了應用,針對某一個城市的應用案例則幾乎沒有被報道過。鑒于此,本文以撫順市為例,采用DPSIRM模型評估該地區過去10年(2006～2015年)間社會經濟的水環境效應,建立該地區的“社會經濟-水環境”耦合模型,分析該地區社會經濟發展形成的水環境壓力情況與影響機理,從而為該地區的水環境改善及社會經濟可持續發展提供參考。

2 評估方法

2.1 研究區域概況

撫順市位于遼寧省東部,轄4個市轄區、2個滿族自治縣、2個經濟開發區和1個高新技術產業開發區,總面積11271km2,人口219.3萬。撫順市地處中溫帶,屬大陸性季風氣候區,年平均氣溫4.0～7.0℃之間,無霜期125～150d,年降水量700～850mm。全市水資源總量約為39.82m3,境內有渾河、太子河、清河、柴河、富爾江和輝發河(又稱柳河)等六大河流,多年河川徑流量為32.32億m3,年徑流深285.7mm,年徑流系數為0.365；地下水約7.5億m3,總供水量約16.5億m3,水資源人均占有量為1816m3。

2.2 DPSIRM評估框架

社會經濟與水環境之間存在復雜的耦合關系,兩者之間可相互促進又可相互脅迫,既存在直接作用、又存在逆向反饋。社會經濟發展可造成水環境狀況的改變；例如,大規模的工業發展引發了水質惡化與水生態退化等問題。水環境狀況的變化又可促使社會經濟活動改變；例如,水污染問題制約社會經濟的發展,從而促使各地加強水環境保護。這種復雜的相互作用系統一般需要借助科學的分析模型來進行研究,其中較為先進的為DPSIRM模型。

DPSIRM模型由6個子系統構成,分別為驅動力子系統、壓力子系統、狀態子系統、影響子系統、響應子系統和管理子系統,每個系統包含不同的指標,可清晰地表達出社會經濟與水環境之間的雙向作用強度,因此在社會經濟的水環境效應評價中具有較強的適用性。該模型已廣泛應用于人居環境安全、湖泊生態系統健康和水資源安全等方面,而汪嘉楊等人則將其引入到水環境評估領域,并證明了該模型的實用性與可行性。

2.3 單項指標水環境效應指數與權重

DPSIRM模型的6個子系統中各自包含一定的單項指標,這些指標可分為正向指標與逆向兩種。其中,正向指標指數值越大結果越優,其環境效應指數zi為：

(1)

式中，xi—第i個指標的實際值；ximin—極小值；ximax—極大值,極小值與極大值,一般根據專家經驗結合以往的案例來選定。逆向指標指數值越小結果越優,則其環境效應指數zi為：

(2)

在各指標的權重確定過程中,汪嘉楊等人采用了熵變加權法,但該計算方法相對較為復雜,不利于利益相關者對決策過程的理解,因此采用傳統的專家打分方法來對其進行確定,首先根據重要性對各指標進行打分,再對分數進行標準化處理,使總和為1,處理后的分數即為權重值qi。

2.4 區域水環境效應綜合指數

子系統水環境效應評價指數Z的計算公式為:

(3)

式中，n—子系統中的指標總數。

當計算區域水環境效應的綜合指數值時,由于權重值之和為1,上式可改寫為:

(4)

式中，n—整個系統中的指標總數。

由前文可知,qi與zi皆介于0～1之間,因此Z值也介于0～1之間,該值越大,說明水環境情況越好。可根據Z值大小對水環境安全情況進行分級：0.8～1為I，非常安全；0.6～0.8為II級，安全；0.4～0.6為III級，基本安全；0.2～0.4為IV級，不安全；0～0.2為V級，極不安全。

3 評估結果

3.1 評價指標與權重體系

DPSIRM模型中每個指標在系統中分別代表不同的含義,以表達“社會經濟-水環境”耦合系統中的各個要素。例如,人口密度表示單位面積的人口數,是反映一個地區人口是否超負荷的指標,為逆向指標,即人口密度越大則水環境效應指數值越低；工業廢水排放達標率表示工業用水達標處理量占總工業廢水排放量的比例,是反映一個地區水環境保護能力的指標,為正向指標,即工業廢水排放達標率越高則水環境效應指數值越高。各指標對水環境效應具有不同大小的作用力,而這種作用力的大小可由權重值來表示,主要根據專家經驗來評定。根據汪嘉楊等人的研究成果結合專家評定結果,撫順市DPSIRM模型各子系統所包含的指標及其權重值如圖1所示。

圖1 DPSIRM評價指標與權重體系

年份指標2006200720082009201020112012201320142015S10.63100.64370.65220.65980.67000.70790.71220.73950.74130.7715S20.78970.78720.73410.71940.69760.69280.64060.63860.67640.6767S30.78510.77390.76700.74310.74210.71450.69140.67090.66460.6484S40.61020.61200.62250.63970.64390.65910.66730.66730.67970.7044S50.60380.61870.67910.69880.73650.73850.73710.75380.76330.7898S60.62740.64880.68730.71610.72610.73620.74190.77020.79930.7997S70.73440.71480.71180.71050.70840.70020.69090.68340.66890.6688S80.78230.75960.66700.62900.62690.72510.73130.73980.74050.7427S90.79030.74550.71200.66280.62630.71880.74140.74240.76830.7786S100.79470.75730.73680.72740.63900.61650.69600.77810.77880.7832S110.77100.70590.67680.63490.63030.67690.70220.72620.76390.7958S120.72680.70170.69360.64970.63940.62330.65760.65800.76470.7678S130.76800.69930.69750.69690.64790.62650.63430.64480.68060.7581S140.70260.63620.62740.61920.61060.65030.73110.73610.78270.7995S150.78710.71600.67660.67390.62230.62120.61630.64740.74120.7699S160.79650.76730.73930.73610.68820.64280.65720.77280.78600.7919S170.67970.68850.69770.71200.70970.73400.71320.77190.77660.7875S180.64840.60560.65290.71090.68320.76920.75890.76960.79010.7909S190.79830.79290.75630.78290.74210.62180.63420.63840.60560.6009S200.79410.75900.75100.73020.69140.69370.68590.66100.65640.6528S210.75410.75600.75970.76650.76890.76890.77550.78230.78460.7985S220.60680.61930.69820.67070.69730.65380.71310.76060.76910.7917S230.60320.60380.60850.62010.62660.63510.64710.65460.65620.6744S240.60340.62340.63370.67680.67520.68010.68440.69930.76080.7844S250.63390.63940.65560.67400.68460.71370.71240.70850.74340.7842

3.2 單項指標水環境效應評估

根據式(1)和式(2),參考《撫順統計年鑒》、《國家水文年鑒》等資料評估撫順市DPSIRM模型中各單項指標的水環境效應指數,見表1,其中S1～S25分別表示人均GDP～建成區綠化覆蓋率等指標,如圖1所示。由表1數據可知,各項指標中歷年平均指數值最高的為S21、即用水普及率,說明撫順市的供水基礎設施已經相對比較完善。各項指標中歷年平均指數值最低的為S23、即污水處理率；雖然近年來撫順市加強流量污水處理能力建設,但由于工廠數量較多且分布較廣,因此還存在很大的提升空間。

3.3 子系統水環境效應評價

采用式(3)計算各子系統的水環境效應指數值,結果匯總于表2中。由結果可知,撫順市在壓力P、響應R與管理M方面皆呈現逐年上升趨勢,主要因為該地區近10年來對水污染問題的重視程度與投資力度不斷加強；在驅動力D方面多年呈現下降趨勢,但從2012年開始回升,一個重要原因是近幾年該地區的人口增長速率有所減緩；在狀態S方面同樣呈現先下降后與上升趨勢,說明之前水污染形勢已經較為嚴峻,但近幾年該惡化趨勢得到了有效的遏制；此外,在影響I方面呈現波動下降的趨勢,說明撫順市的水資源矛盾尚沒有得到有效的解決,壓力相對較大。

3.4 水環境效應綜合評估

采用式(4)計算撫順市水環境效應的綜合指數值,結果如圖2所示。各年份的指數值均介于0.6～0.8之間,說明撫順市的水環境在整體上處于II級，即安全水平。通過數據擬合

表2 子系統水環境效應指數值

結果可知,撫順市綜合水環境效應指數值的歷年變化總體上呈現二次多項式變化趨勢,在2010年之前總體呈現下降趨勢,而之后則不斷上升。該變化趨勢是驅動力D、壓力P、狀態S、影響I、響應R、管理M等多項因素的綜合復雜作用結果,借助此類高效的模型來進行分析可保證評估的準確性與合理性,提高決策精準性,并降低決策風險。在以后的社會經濟規劃與建設中,可評估不同方案對各指標的影響,并采用該模型對其水環境效應進行評估,從而達到社會經濟發展與水環境保護雙重目標之間的有效平衡。

圖2 綜合水環境效應指數值

4 結語

社會經濟與水環境之間存在復雜的耦合作用關系,因此采用DPSIRM模型對撫順市過去10年(2006～2015年)間社會經濟的水環境效應進行評估。該模型可綜合考慮撫順市各年份在驅動力D、壓力P、狀態S、影響I、響應R、管理M等方面的變化情況,并以此得到該地區的綜合水環境效應指數值,從而為該地區的社會經濟發展提供依據。該方法結構明確、方法簡單、結果直觀,因此具有較高的應用與推廣價值。

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