王 哲，楊學(xué)軍，李濤濤

（1.海河水利委員會水文局，天津 300170；2.天津市水利勘測設(shè)計院，天津 300204）

水環(huán)境安全是從人水和諧的角度提出的新概念。它不僅與水量水質(zhì)等水環(huán)境因素有關(guān)，而且受到社會經(jīng)濟發(fā)展等其他因素的影響。隨著人們對環(huán)境生態(tài)的不斷重視，水環(huán)境安全問題已經(jīng)成為國家和地區(qū)安全中一項重要問題。建立合適的流域水環(huán)境安全評價體系，選擇正確合理的模型方法進行評價十分重要。不少學(xué)者[1-3]提出了水環(huán)境安全評價體系，并據(jù)之進行評價，但仍存在指標體系應(yīng)用面不廣、評價方法單一、難以適應(yīng)復(fù)雜多變的水環(huán)境變化等問題。

海河流域是中國流域的典型代表，研究海河流域的水環(huán)境安全可以為中國水環(huán)境安全問題的識別和保障措施的選擇提供參考依據(jù)。海河流域地處華北地區(qū)，降水量稀少，水資源短缺現(xiàn)象嚴重，河流萎縮，部分河流污染嚴重，水環(huán)境狀況不斷惡化[4]。筆者根據(jù)海河流域的水資源狀況，綜合考慮經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)境等外部因素，采用DPSIR概念模型[5-8]和層次結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建海河流域水環(huán)境安全評價指標體系，利用組合權(quán)重和改進型的多層次多目標模糊優(yōu)選模型對海河流域3個時期的水環(huán)境安全狀況進行評價，定量診斷海河流域的水環(huán)境安全趨勢，為水環(huán)境安全管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 構(gòu)建水環(huán)境安全評價指標體系

根據(jù)海河流域的水環(huán)境狀況，結(jié)合專家意見，采用DPSIR模型和層次結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建了水環(huán)境安全評價指標體系。具體是在指標體系整體構(gòu)建上采用層次結(jié)構(gòu)，建立4層指標體系，分為目標層、制約層、要素層、指標層；然后在各分層指標的構(gòu)建上采用DPSIR模型構(gòu)建流域水環(huán)境和生態(tài)驅(qū)動力、水環(huán)境和生態(tài)壓力、水環(huán)境和生態(tài)狀態(tài)、水環(huán)境和生態(tài)影響、水環(huán)境和生態(tài)響應(yīng)5類指標，系統(tǒng)、完整地反映流域水環(huán)境安全狀況。指標選取，見表1。

2 水環(huán)境安全評價模型

2.1 評價等級劃分

評價等級劃分是水環(huán)境安全評價的重點任務(wù)。筆者采用模糊方法將水環(huán)境安全劃分為5個等級，見表2。

2.2 評價方法選擇

（1）權(quán)重的計算。筆者選擇通過基于離差最大化的組合賦權(quán)法[9]把通過層次分析法[10-13]和熵權(quán)法[14-16]得到的權(quán)重系數(shù)進行組合，兼顧主客觀賦權(quán)法的優(yōu)劣點，使評價結(jié)果更有說服力。

表1 流域水環(huán)境安全評價指標體系

表2 區(qū)域水環(huán)境安全綜合評判[17]

（2）評價方法。水環(huán)境系統(tǒng)影響因素眾多，系統(tǒng)復(fù)雜，指標相互影響，又具有層次性和模糊性，因此筆者選用基于組合權(quán)重的改進型多層次多目標模糊優(yōu)選模型，能夠使指標所包含的信息得到綜合反映，能夠刻畫系統(tǒng)的層次性和模糊性，而且理論嚴密、概念明確、計算合理實用，具體的計算公式見式（1）。

式中：gk為最優(yōu)向量；bk為最劣向量；rkj為指標歸一化值；ωk為權(quán)重。

3 海河流域水環(huán)境安全評價

筆者通過對海河流域1980、1990、2005年3個時期的水環(huán)境安全狀況進行評價，明確水環(huán)境安全變化趨勢，分析各項指數(shù)的變化。

3.1 海河流域水環(huán)境要素層安全指數(shù)計算和分析

水環(huán)境要素層安全指數(shù)，見表3。1980、1990、2005年3個時期的海河流域水環(huán)境要素層安全指數(shù)變化，如圖1所示。

表3 水環(huán)境要素層安全指數(shù)

圖1 海河流域水環(huán)境要素層安全指數(shù)變化

通過對要素層計算分析可以看出，自1980年以來海河流域經(jīng)濟社會一直保持持續(xù)發(fā)展。1980年左右，海河流域的多數(shù)指標處于預(yù)警狀態(tài)，這個時期經(jīng)濟社會發(fā)展指標處于中警狀態(tài)，這表明該時期社會經(jīng)濟發(fā)展剛剛起步，社會經(jīng)濟發(fā)展對于水環(huán)境安全的驅(qū)動力明顯不足。1990年，隨著改革開放的深入，海河流域社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，接近較安全狀態(tài)。2005年，隨著京津唐工業(yè)區(qū)的崛起，海河流域的社會經(jīng)濟已經(jīng)達到較安全狀態(tài)。自1980年以來水資源壓力和生態(tài)壓力一直趨于好轉(zhuǎn)，年各項指標都處于預(yù)警狀態(tài)，1990年雖然也處于預(yù)警狀態(tài)但是各項指標較1980年均有較大改善，水資源狀況接近較安全狀態(tài)，但是受社會經(jīng)濟發(fā)展驅(qū)動力的影響，由于生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護沒有受到足夠的重視，水環(huán)境和生態(tài)仍然處于預(yù)警狀態(tài)，其中水生態(tài)壓力指數(shù)比1980年降低，最低為0.450 7，處于預(yù)警狀態(tài)。2005年，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，各級政府對生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護的投入有所增加，各項指標的安全指數(shù)都有提高，水資源需求狀況和生態(tài)狀況均達到較安全的狀態(tài)，但是該時期由于經(jīng)濟發(fā)展方式難以轉(zhuǎn)變，社會經(jīng)濟的發(fā)展對生態(tài)壓力比較大，水環(huán)境影響指標仍處于預(yù)警狀態(tài)，生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護仍然需要加大投入。

3.2 海河流域水環(huán)境制約層安全指數(shù)計算和分析

水環(huán)境制約層安全指數(shù)，見表4。1980、1990、2005年3個時期的海河流域水環(huán)境制約層安全指數(shù)變化，如圖2所示。

表4 水環(huán)境制約層安全指數(shù)

圖2 海河流域水環(huán)境制約層安全指數(shù)變化

通過對制約層安全指數(shù)的計算分析可以看出，海河流域水環(huán)境安全DPSIR 5個要素在過去的25年中均不斷改善，特別是驅(qū)動力由1980年的0.295 3（中警狀態(tài)）上升至2005年的0.681 9（較安全狀態(tài)），帶動了水環(huán)境安全的改善。隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，海河流域管理部門在改善區(qū)域水環(huán)境安全、促進可持續(xù)發(fā)展進程中不斷投入，使得海河流域水環(huán)境安全響應(yīng)也由0.324 0變化至0.590 7，逐年上升。2005年水環(huán)境安全影響和響應(yīng)仍然處于預(yù)警狀態(tài)，說明下一階段仍然需要加大投入，從政策方面支持環(huán)境改善，從而改善整個流域的水環(huán)境安全。

3.3 海河流域水環(huán)境目標層安全指數(shù)計算和分析

水環(huán)境目標層安全指數(shù)，見表5。1980、1990、2005年3個時期的海河流域水環(huán)境目標層安全指數(shù)變化，如圖3所示。

表5 水環(huán)境目標層安全指數(shù)

圖3 海河流域水環(huán)境目標層安全指數(shù)變化

綜合來看，海河流域的水環(huán)境安全狀況是趨于好轉(zhuǎn)的，從1980年的中警狀態(tài)變化到2005年的較安全狀態(tài)，但是流域水環(huán)境安全狀況依然嚴峻，2005年的水環(huán)境安全指數(shù)為0.627 0，剛剛超過預(yù)警線，主要是由于水環(huán)境的改變是一個長期復(fù)雜的過程。從1990年代開始對流域水環(huán)境安全加大投入與整治，前期的投入還沒有完全發(fā)揮出作用，仍然需要繼續(xù)努力，爭取將整個流域水環(huán)境安全提升到安全狀態(tài)，保障海河流域人民的生活生產(chǎn)用水。

4 結(jié)論

（1）通過DPSIR模型和層次結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建模式構(gòu)建了水環(huán)境安全評價指標體系，涵蓋社會經(jīng)濟、生態(tài)及水環(huán)境等33個指標，能綜合反映流域水環(huán)境安全狀況。

（2）采用組合賦權(quán)法將層次分析法和熵權(quán)法得到的權(quán)重系數(shù)進行組合，兼顧主客觀的優(yōu)點。利用改進型的模糊優(yōu)選模型對水環(huán)境安全進行評價，符合水環(huán)境系統(tǒng)特點，能夠使指標所包含的信息得到綜合反映，能夠刻畫系統(tǒng)的層次性和模糊性，而且理論嚴密、概念明確、計算合理實用。

（3）分析1980、1990和2005年3個時期的水環(huán)境安全狀況可以看出，近25年來海河流域的水環(huán)境安全狀況一直處于上升狀態(tài)，目前安全指數(shù)為0.627 0，處于較安全狀態(tài)。但是，水環(huán)境和生態(tài)建設(shè)保護不足，水環(huán)境受自然生態(tài)、人類活動和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)影響較大。

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