基于改進(jìn)DPSIR模型的石羊河流域生態(tài)安全評價(jià)

殷雪梅

(甘肅省水利廳,甘肅 蘭州 730000)

流域生態(tài)安全評價(jià)是保護(hù)流域生態(tài)安全的基礎(chǔ)，是進(jìn)行流域科學(xué)管理的前提。然而我國目前生態(tài)評價(jià)體系仍處于初期階段，系統(tǒng)的流域生態(tài)安全評價(jià)體系尚未建立。因此，開展流域生態(tài)安全評價(jià)研究意義重大。

目前生態(tài)安全評價(jià)方法有多種，且不同流域評價(jià)方法有明顯差異[1- 4]，其中DPSIR模型具有良好的綜合性、系統(tǒng)性和靈活性等優(yōu)點(diǎn)，能較好的適用于復(fù)雜環(huán)境系統(tǒng)的評價(jià)。于伯華等[5]基于DPSIR模型建立了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系，進(jìn)而為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了相應(yīng)的政策建議。左偉等[6]以DPSIR模型為框架，建立了基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價(jià)的環(huán)境系統(tǒng)安全程度的判別方法。江勇等[7]基于DPSIR模型，初步確立了25個(gè)用于縣域生態(tài)安全的評價(jià)指標(biāo)，能對區(qū)域生態(tài)安全預(yù)警以及環(huán)境經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)起指導(dǎo)作用。李玉照等[8]對DPSIR模型進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，建立了金沙江流域生態(tài)安全評價(jià)體系，體系涵蓋了5類生態(tài)流域安全指標(biāo)共59個(gè)。

綜上所述，DPSIR模型能較好地表征復(fù)合系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，然而目前該模型在資源或環(huán)境工程中應(yīng)用較多，在流域生態(tài)安全評價(jià)中應(yīng)用尚有待加強(qiáng)。為此，本文以石羊河流域?yàn)槔诟倪M(jìn)DPSIR模型，建立了適用于石羊河生態(tài)安全評價(jià)的指標(biāo)體系，以期為石羊河生態(tài)安全保護(hù)提供理論支撐。

1 研究區(qū)域

石羊河流域[9- 11]位于我國西北腹地甘肅河西走廊地區(qū)，目前石羊河流域全長250km，流域總面積4.16萬km2。石羊河大致流向?yàn)閺奈髂舷驏|北，上游為祁連山區(qū)，降水量300～600mm，下游紅崖山屬極度干旱區(qū)，年降水量不足150mm，石羊河流域?qū)贉貛Ц珊荡箨懶詺夂颍哂薪涤晟僬舭l(fā)快等特點(diǎn)。

歷史上，石羊河流域雨量充沛，水資源豐富，中下游自然環(huán)境優(yōu)厚，人口稠密，灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)。近年來，隨人口和經(jīng)濟(jì)快速增長，工業(yè)化和城市化進(jìn)程提速，石羊河流域存在嚴(yán)重生態(tài)安全問題，目前石羊河流域主要生態(tài)環(huán)境問題有：①上游水源涵養(yǎng)區(qū)植被退化，存在明顯的水土流失問題；②區(qū)域水資源配置不均，總量配置不足，人水矛盾突出，地下水位降低明顯；③流域中下游植被，由于地下水位下降，逐漸枯死，植被覆蓋率逐年縮減；④受植被覆蓋率縮減影響，沙塵暴等自然災(zāi)害時(shí)常發(fā)生；⑤環(huán)境污染特別是水環(huán)境污染導(dǎo)致水資源危機(jī)日益突出。

2 改進(jìn)的DPSIR模型

DPSIR模型[12- 14]是基于因果關(guān)系組織信息及相關(guān)指數(shù)的框架，包含了驅(qū)動力(driving)-壓力(pressure)-狀態(tài)(state)-影響(impact)-響應(yīng)(response)的因果關(guān)系鏈。DPSIR模型覆蓋了經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境等基本要素，既能表征人類活動對流域生態(tài)安全的威脅，又能有效反饋生態(tài)環(huán)境對社會的影響。能可靠地表征因果聯(lián)系并對相關(guān)要素進(jìn)行整合，因此采用DPSIR模型進(jìn)行流域安全進(jìn)行評價(jià)是適宜的。

傳統(tǒng)的DPSIR模型驅(qū)動力(driving)是指能引起環(huán)境改變的潛在原因，主要在于描述社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素引起的生活、生產(chǎn)和消費(fèi)方式的變化，主要側(cè)重于非環(huán)境因素，忽略了環(huán)境因素影響(如圖1所示)。為此，引入生態(tài)因子，建立了改進(jìn)的DPSIR模型，其理論框架如圖2所示。可知，改進(jìn)DPSIR模型增加了可能破壞流域生態(tài)現(xiàn)狀潛在產(chǎn)業(yè)，能有效預(yù)警流域生態(tài)安全變化；與傳統(tǒng)DPSIR模型不同，改進(jìn)的DPSIR模型不僅能考慮排放因子和資源使用狀況，而且考慮了排放、資源使用和土地利用三種主要壓力類型。

圖1 傳統(tǒng)DPSIR模型

圖2 改進(jìn)DPSIR模型

流域的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定影響并形成壓力，通常這種影響是負(fù)面的，生態(tài)環(huán)境往往朝不安全狀態(tài)發(fā)展。而生態(tài)環(huán)境惡化威脅人類的正常生存，使得人類采取必要措施抑制這些壓力。圖3為改進(jìn)DPSIR模型的各準(zhǔn)則層邏輯關(guān)系，當(dāng)流域生態(tài)環(huán)境驅(qū)動力誘發(fā)壓力較小時(shí)，流域生態(tài)效率高。同理，流域受影響后生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變化主要取決于流域生態(tài)系統(tǒng)自身承載力，而人類所采取的響應(yīng)措施主要取決于其對影響的評估。

圖3 改進(jìn)DPSIR模型的各準(zhǔn)則層邏輯關(guān)系

3 石羊河流域生態(tài)安全評價(jià)

3.1 指標(biāo)體系建立

采用改進(jìn)DPSIR模型，針對石羊河流域目前存在的主要生態(tài)環(huán)境問題，從目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、要素層和指標(biāo)層，建立石羊河流域生態(tài)安全指標(biāo)體系,見表1。該體系從壓力、現(xiàn)有狀態(tài)和反應(yīng)系統(tǒng)3個(gè)方面選取指標(biāo)，能較好的反映自然、社會間相互依存與制約的關(guān)系。

表1 石羊河流域生態(tài)安全指標(biāo)體系

3.2 評價(jià)因子標(biāo)準(zhǔn)化

由表1知，流域生態(tài)安全評價(jià)的指標(biāo)分為指標(biāo)增大越安全和越小越安全兩類，生態(tài)安全綜合評價(jià)時(shí)存在指標(biāo)類型不一致，各指標(biāo)間量綱不統(tǒng)一等問題，不利于流域生態(tài)安全評價(jià)開展。為方便進(jìn)行流域生態(tài)安全綜合評價(jià)須首先對評價(jià)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

對指標(biāo)值越大越安全的指標(biāo)：

(1)

式中，xi—指標(biāo)原始指標(biāo)值；xmax和xmin—分別為該指標(biāo)中的最大值和最小值；x—標(biāo)準(zhǔn)化處理后指標(biāo)值，其取值范圍介于0到10之間。

對于指標(biāo)值越小越安全的指標(biāo)：

(2)

3.3 評價(jià)結(jié)果與安全對策

采用改進(jìn)DPSIR模型對石羊河流域生態(tài)安全進(jìn)行分析，其各評價(jià)單元的生態(tài)安全綜合指數(shù)見表2。可知，石羊河流域各評價(jià)單元生態(tài)安全綜合評價(jià)指數(shù)主要集中5.0～7.0之間，同一游段各評價(jià)單元生態(tài)安全狀況差異不明顯，不同游段間差異較大，石羊河流域生態(tài)安全狀況從上游區(qū)域往下依次呈遞減趨勢，這主要是由于上游段區(qū)域有豐富的水和林木資源，而過度采牧導(dǎo)致林木、草地退化嚴(yán)重，危及中下游段生態(tài)安全。

根據(jù)石羊河流域生態(tài)安全評價(jià)結(jié)果，首先，可以確定石羊河流域生態(tài)環(huán)境惡化，其關(guān)鍵在于水資源總量不足，因此石羊河流域生態(tài)環(huán)境治理應(yīng)主要立足于水資源治理，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，努力提高水資源利用效率。其次，根據(jù)石羊河流域上下游生態(tài)安全差異明顯，應(yīng)進(jìn)行分區(qū)治理，建議從上至下依次將石羊河流域分為三部分：上游水源涵養(yǎng)區(qū)、中游綠洲生態(tài)區(qū)和下游沙漠戈壁生態(tài)區(qū)，根據(jù)各區(qū)域特有生態(tài)問題，針對性治理。

表2 石羊河流域各評價(jià)單元生態(tài)安全綜合指數(shù)值

4 結(jié)語

通過分析運(yùn)用DPSIR模型進(jìn)行流域安全評價(jià)的適宜性，改進(jìn)傳統(tǒng)DPSIR模型主要側(cè)重于非環(huán)境因素、忽略環(huán)境因素的不足，引入生態(tài)因子，建立了改進(jìn)的DPSIR模型，并基于改進(jìn)DPSIR模型對石羊河流域生態(tài)安全進(jìn)行評價(jià)，指出石羊河流域生態(tài)安全狀況從上游區(qū)域往下依次呈遞減趨勢。根據(jù)石羊河流域生態(tài)安全評價(jià)結(jié)果，指出石羊河流域的生態(tài)安全保護(hù)應(yīng)立足于水資源治理，并根據(jù)上下游生態(tài)安全差異分區(qū)治理，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考。