基于动态视角下的区域水土资源生态安全风险评估

　　摘要：水土资源生态安全是人类社会可持续发展的长久保障。该研究基于资源环境与社会经济的视角对DPSIR模型进行改进，针对水资源系统的复杂、不确定性，运用不同年份各指标对水土资源生态安全风险值的贡献程度确定指标权重、结合综合评价法对黑龙江2003—2016年水土资源生态安全进行风险评价。

　　结果表明：水土资源生态安全风险等级为IV级(较高风险)，整体呈先下降后上升的发展趋势。主因是正向指标农、工业万元产值耗水量的降低，导致生态安全风险值的下降;后期上升趋势是由于负向指标生态环境用水比例的降低，导致生态安全风险值的上升。2003—2016年影响系统对水土资源生态安全风险水平影响显著，响应系统生态安全风险值最大、安全性低，驱动力系统安全性最高。生态安全建设的阻碍系统由社会经济转变为资源环境，主因是农业用水比例过高、严重制约生态安全风险值的降低。

　　关键词：DPSIR模型,贡献度,风险值,农业用水

　　生态安全最早于20世纪80年代提出，特别是20世纪90年代后跨越国界的环境公害引起联合国和世界主要发达国家的广泛关注，这已经成为影响联合国宗旨的核心内容[1-2]。随着资源短缺、环境污染等问题频频爆发，对水土资源生态安全进行风险管理已成为当前社会的重要问题。

　　水土资源生态安全风险评估是对区域水、土地资源特征、开发利用程度以及工农业生产、人民生活和生态环境等诸多问题分析的基础上，综合评估不同时期水土资源对社会经济发展和生态环境保护的风险程度。LI等[3]与HE等[4]研究了因工业污染损害兰州饮用水安全问题，TEKLU等[5]对埃塞俄比亚农业污染饮用水对人类造成的危害进行风险评估，HOLDING等[6]基于气候对安德罗斯岛淡水资源量的影响进行水安全风险评估。

　　LIU等[7]对吉林城市发展过程中土地资源需求增加与生态安全问题进行了研究。FAN等[8]基于景观格局与空间统计对黑河中游的土地利用进行动态生态风险评估，XIE等[9]基于景观格局法对潘阳湖地区土地利用进行了生态风险评价。此外有大量证据表明，近年来水、土地资源的持续过度利用和开发，使许多地区的生态系统已变得高度紧张和功能失调[10-12]。

　　综上所述，很少有学者将区域水、土资源结合进行生态安全风险评估;而且由于人为干扰导致不同年份生态安全风险水平的主要影响因素存在差异，很少有学者对其进行研究。该研究针对上述问题，对DPSIR概念[13]模型进行改进、从资源环境与社会经济的角度下构建水土资源生态安全风险评估指标体系，为避免运用层次分析法[14]出现评价结果主观的问题，该研究对各评价指标进行等级划分、采用历年各指标间相对贡献率确定权重，能够真实有效的反映不同年份区域水土资源生态安全风险水平的影响因素变化。实例证明该方法对水土资源生态安全风险评估等领域探析的可行性与有效性，其评价结果可为相关部门合理制定政策、均衡发展区域水土资源生态安全提供理论指导。

　　1模型应用

　　1.1指标体系及安全等级的确定

　　指标体系的构建与等级的确立是评价模型的基础和前提。通过查阅文献资料[15-16]、参考标准、专家意见、研究区实际情况，构建以驱动力、压力、状态、影响、响应为准则层，资源环境、社会经济为因素层的区域水土资源生态安全风险评估体系。对各指标划分5个风险等级标度范围、并赋以相应分值。

　　改进后的模型不仅能系统的表明驱动力、压力、状态、影响与响应之间层层递进关系，也能够有效表示资源环境与社会经济之间的有机统一关系。指标体系中驱动力是描述与人类生活方式相关的资源、社会与经济的改变，压力是指自然资源与社会经济的现状，状态是指特定区域自然资源与社会经济状况的现象与水平，影响是指由上述因素造成的资源环境、社会经济状态的改变而呈现出的结果，响应是指个人、社会及有关部门为适应资源环境与社会经济状态改变所采取的对策。

　　安全区向为正的指标与水土资源生态安全风险等级(值)正相关，如土地垦殖比例越大、生态安全风险等级越高(值越大)、生态安全状况越差;安全趋向为负的指标与水土资源生态安全风险等级(值)负相关，如产水系数越大、生态安全风险等级越低(值越小)、生态安全状况越优。

　　1.2确定指标权重

　　权重的合理与否与评价结果直接相关。该研究为消除指标在无量纲化处理后出现零值而影响评价结果的情况，引入新的无量纲化数据处理方法(式1)。以指标各等级取值区间均值的平均值定义指标状态，历年各指标偏离定义指标状态的程度确定贡献率，以贡献率分配指标权重(式2)。采用变异系数表明各指标贡献度(权重)的历年波动状况(式3)。

　　1.3构建评价模型

　　水土资源生态安全风险值由综合指数qij与指标等级值pij计算得出，qij为指标数据标准化处理(消除量纲对评价结果的影响)后与权重值ωij的线性组合。

　　1.4研究区概况

　　黑龙江是我国重要的商品粮基地。改革开放以来，随着社会经济的发展、水资源的有限性与生态环境问题已成为制约社会经济可持续发展的关键因素。据统计，2016年黑龙江水资源开发利用率为41.79%，农业、生态环境用水比例为89.00%、0.71%。全国水资源开发利用率为18.60%，农业、生态环境用水比例为62.38%、2.36%。

　　黑龙江农业万元产值耗水量(1175.1m3)远高于全国平均水平(591.8m3)。农业用水比例居高不下，不仅对生态环境造成伤害，也阻碍该地区社会经济的发展。黑龙江水资源开发利用主要来源于地下水的开采(2016年比2003年增加72.90%)，地下水开采弹性系数(地下水开采比例-地下水资源比例)为23.03%、远高于全国平均水平2.03%。

　　地下水的过度开采引起了水环境恶化、水土流失加重等生态环境问题的频频爆发。单位面积废水排放量2016年比2003年增加32.24%，对水土资源系统造成重大污染;该地区的环保投资比例(2.68%)低于全国平均水平(2.78%)，对水土资源污染的治理强度低于全国平均水平。为保障水土资源生态安全健康可持续性发展，对该区域进行水土资源生态安全评价是很有必要的。

　　2结果与分析

　　2.1评价指标贡献度分析

　　以黑龙江省实际情况为例、由式(1，2)求得2003—2016年水土资源生态安全风险评估指标权重。对水土资源生态安全风险水平影响最显著的指标有农业用水比例(0.0473)、生态用水比例(0.0538)、农业万元产值耗水量(0.0475)、工业万元产值耗水量(0.0508)、农林水支出比例(0.0477)、环保投资比例(0.0539)。表明该地区应制定合理的水资源开发利用方案、提高水资源利用率、加强生态环境建设、以提高环境本身的净化能力、降低水土资源生态安全风险。

　　对水土资源生态安全风险水平影响不显著的指标有产水系数(0.0269)、人均湿地面积(0.0259)、人口密度(0.0264)、工业用水比例(0.0243)、自然生态面积比例(0.0234)。

　　表明该地区政策引导人口适度增长、生态建设已取得初步成效。变异系数表明指标的发展波动状况(式3)，水土资源生态安全风险指标中农业用水比例(0.6150)、生态用水比例(0.7794)、农业万元产值耗水量(0.7118)、工业万元产值耗水量(0.5347)的变异系数最大;表明该地区农业、生态用水比例变化幅度大、水资源利用不规律。人口密度(0.1217)、城乡人均收入比(0.1369)、城市化水平(0.1106)、工农技术人员比例(0.1459)的变异系数最小，表明该区域人口增长、城市发展状况相对稳定。综上所述，水资源配置及利用率对水土资源生态安全风险水平影响显著，提高生态用水比例、将会加强区域生态环境建设;降低农业用水比例，将会缓解由水资源短缺对工业、社会经济发展造成的阻碍。

　　3结论与讨论

　　该研究以资源环境、社会经济为视角改进DP-SIR概念模型，通过不同年份各指标贡献率确定指标权重、结合综合评价法与对黑龙江2003—2016年的水土资源生态安全风险水平进行动态评价。

　　1)农业、生态用水比例上，农、工业万元产值耗水量，农林水支出、环保投资比例对水土资源生态安全风险水平影响显著。农业、生态用水比例上，农、工业万元产值耗水量等指标权重变化幅度最大、不稳定。表明水资源配置及利用率对水土资源生态安全风险水平影响显著，该地区应制定合理的水资源开发利用方案、提高水资源利用率、加强生态环境建设、以提高环境本身的净化能力、降低水土资源生态安全风险。

　　2)2003—2016年黑龙江水土资源生态安全风险水平整体发展不均衡，处于IV级(较高风险)、风险水平整体呈先下降后上升的趋势。风险值降低的主因是正向指标农、工业万元产值耗水量的减小，第3阶段风险值增大的主因是负向指标生态环境用水量的降低。准则层、影响系统中农工业万元产值耗水量，因素层、资源环境中农业用水比例，对水土资源生态安全风险水平影响显著。

　　3)该研究选取具有代表性的28个指标、以不同年份各指标的贡献率确定指标权重对黑龙江水土资源生态安全现状进行动态研究。评价结果与该地区农业用水比例长期居高不下、工农业水资源利用率较低的资源利用现状吻合[17];表明该方法同以往指标权重确定方法相比更优，评价结果更加准确合理，贴近实际情况。

　　该研究分别从准则层与因素层对水土资源生态安全风险水平进行探讨，明确2003—2016年准则层中各系统权重值差异逐渐减小、因素层中各系统权重值差异逐渐增大;主因是农业用水比例较高、进而阻碍该地区社会经济发展与生态环境建设，该结论可为区域水土资源优化配置、促进经济发展、加强生态安全建设提供理论依据。该方法较以往基于DPSIR或基于可持续发展理念构建评价指标体系等单层次的分析讨论更具有说服力，丰富了水土资源相关领域的研究。

　　由于水土资源生态安全研究中涉及评价指标较多，在指标的选择方面尚不能全部纳入考虑范围;后续研究中应增大评价指标体系中有关水质、土质的指标比例，并选取更多的评价指标进行筛选，进一步提升评价结果的准确性与科学性。此外，不同地区的自然条件存在差异，其评价指标等级标度应依据不同区域的资源环境与社会经济状况进行划分[18]。

　　参考文献

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　　[5]TEKLUBM，ADRIAANSEPI，HORSTMMST，etal.SurfacewaterriskassessmentofpesticidesinEthiopia[J].ScienceoftheTotalEnvironment，2015，508：566-574.

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　　摘要：生态水文学是一门探索和揭示形成生态格局和过程的水文学机制的科学，它的研究应用对解决涉水的生态环境问题及由此引发的水灾害问题有重要支撑作用。阐述了生态水文学的学科发展背景和需求，给出了生态水文学的概念并总结了生态水文学的研究问题，提出了生态水文学国际国内最新研究动向，展望了学科的发展与战略。