P-S-R 模型在海河流域湿地生态安全评价中的应用

户 超,王洪翠,罗 阳

(1.河海大学水利水电学院,江苏南京 210098;2.海河水利委员会, 天津 300170)

近年来,随着海河流域社会经济的发展,其生态环境问题,尤其是湿地环境不断恶化,严重威胁着流域社会经济的健康和可持续发展,而人们在湿地环境安全意识方面还相当薄弱。因此,科学度量海河流域内湿地的生态安全现状,建立和完善生态环境安全预警及其机制,成为当前流域健康全面发展的一项紧迫任务。

海河流域湿地资源丰富,遍布于流域内各处,类型多样,包括滨海、河流、湖泊、沼泽、库塘等5 类16型,具有重要的保护和科研价值。经调查,全流域湿地面积为87.97 万hm2,占流域面积的2.77%[1-2]。

生态安全的概念自提出以来,已经应用到区域土地、农业、自然保护区、城市、旅游风景区等方面,研究主要集中在生态安全的评述与评价等方面[3-9]。目前,关于湿地生态安全的研究相对较少,还没有提出完整的湿地生态安全评价指标体系和评价模型。我国仅扎龙湿地、洪湖湿地等开展过生态安全评价研究[10-14]。笔者在海河流域湿地普查和重点湿地调查的基础上,以白洋淀、七里海等海河流域10 个重要湿地为研究对象,应用P-S-R 模型对海河流域重要湿地进行生态安全评价,为合理配置流域内湿地资源,维持湿地生态功能,确定湿地水质状况提供科学数据,并为今后湿地资源的保护、管理和可持续开发利用提供科学依据。

1 研究区域概况

随着工农业生产的发展和城市建设的扩大,大量未经处理的“三废”、生活污水和化肥、农药等有害物质直接向湿地水体排放,严重污染河湖水体,对湿地生物多样性造成严重破坏。海河流域湿地安全状况堪忧。选取海河流域10 个重要湿地进行评价,参加评价的重要湿地的自然状况见表1。

表1 海河流域重点湿地自然状况

2 生态安全的概念

生态安全是指一个区域生存和发展所需的生态环境处于不受或少受破坏的状态,即自然生态环境既能够满足人类的持续生存和发展的需要,又不损害自然生态环境的潜力[15]。它包括两方面的含义：①在外界不利因素的作用下,人与自然不受损伤、侵害或威胁,人类社会的生存发展能够持续,自然生态系统能够保持健康和完整;②生态安全的实现是一个动态过程,需要通过脆弱性的不断改善,实现人与自然处于健康和有活力的客观保障条件[16]。

所谓湿地生态安全是指维持湿地生态过程的连续性、湿地生态系统结构的稳定性和湿地生态系统功能的完整性[17]。足够的湿地面积、多样化的湿地类型、丰富的物种、较少的人类干扰和完善的法律制度等是湿地安全的基础和湿地功能得以发挥的条件。生态安全评价是对生态系统完整性以及各种风险下维持其健康的可持续能力的识别与判断研究[18]。

3 评价指标体系

3.1 评价指标选择的原则

为了客观、全面、科学地衡量湿地生态安全状况,在研究和确定湿地生态安全评价指标体系及其评价方法时,要遵循科学性、全面性、独立性、可行性、可操作性和可比性等原则[10]。

3.2 评价指标的选取

根据P-S-R 模型,结合目前国内外有关生态安全评价的各种方法[6-7,19],按照层次分析法,将海河流域湿地生态安全评价指标体系归纳为以下3 个层次指标结构体系：①目标层,以海河流域湿地生态安全指数I 作为目标层,以综合表征海河流域重要湿地生态安全状况。②准则层,为实现安全评价所涉及的项目。以压力层(A1)、状态层(A2)、响应层(A3)作为准则层。③指标层,由可直接度量的指标构成,包括：压力层中的人类干扰指数、区域开发指数等4 个指标;状态层中降水量、生物多样性指数等5 个指标,响应层中水量调度、湿地保护意识等4 个指标。这13 个指标构成海河流域重要湿地生态安全评价指标体系。

海河流域重要湿地生态安全评价体系见表2。

表2 海河流域重点湿地生态安全评价指标体系及其权重

4 评价方法与步骤

4.1 指标权重的确定

采用特尔菲法与层次分析法相结合来确定权重,即专家小组对海河流域重要湿地生态安全评价指标体系相互间的相对重要性进行两两互判,构建判断矩阵,计算出各评价指标的权重,若通过一致性检验,则该赋分权重相对合理, 若未通过一次性检验,则需重新两两互判。计算过程如下。

a.根据确定的指标体系及它们之间的相互关系,分别构造两两比较判断矩阵。

矩阵1 O-A

矩阵2 A1-B

矩阵3 A2-B

矩阵4 A3-B

b.运用DPS v5.02 专业版计算所得的最大特征值λmax、层次单排序及一致性检验结果见表3。由表3 可知,计算所得的CR均小于0.10,通过一致性检验,计算得到的特征向量可作为权重。由此可得出指标层所有指标相对于目标层的权重(表2)。

4.2 指标阈值的选择

由于目前我国环境标准体系不健全,笔者所采用的标准基本上都是从其他生态功能区借鉴来的,主要来源于国家、行业和地方规定的强制标准,背景或本底标准,类比标准,生态建设目标标准,专家经验值,等等。

表3 矩阵单排序计算结果

4.3 湿地生态安全度的计算

按照计算得出海河流域重要湿地生态安全评价指标体系中各级指标权重,采用下列公式计算出海河流域湿地生态安全度的等级：

式中：Wi为第i 个指标在指标体系中的权重;Xi为单因子指标的得分;i 为湿地生态安全体系中指标数。

海河流域重要湿地生态安全状况依据湿地生态安全得分划分为极度预警(0 ≤I ≤2)、中度预警(2 ＜I ≤4)、预警(4 ＜I ≤6)、比较安全(6 ＜I ≤8)、安全(8＜I ≤10)等5 个等级。

5 海河流域重要湿地生态安全评价

运用上述的评价方法,首先对海河流域重要湿地生态安全评价指标进行两两互判,通过一致性检验后作为各指标权重,计算各湿地生态安全指数,确定湿地的生态安全状况,结果见表4。

由表4 可见,海河流域重要湿地生态安全状况不容乐观,参加评价的10 个重点湿地有9 个处于预警状态,1 个处于中度预警状态(大浪淀的生态安全指数仅为3.8340)。参评的10 个湿地生态安全指数由大到小依次为：大黄堡洼、唐海、七里海、衡水湖、海兴、野鸭湖、北大港、南大港、白洋淀、大浪淀。海河流域湿地整体生态安全状况有向中度预警甚至极度预警状态恶化的趋势,亟须加强对湿地的保护和管理。

表4 海河流域重要湿地生态安全评价结果

表5 海河流域重要湿地不同准则层贡献率 %

在海河流域10 个重要湿地中,压力层、状态层、响应层的指标贡献率不尽相同(表5)。

由表5 可见,海河流域10 个重要湿地的3 个准则层中,以压力层的贡献率最高。以野鸭湖湿地为例,压力层贡献率高达65.5%;而各指标层中,压力层的湿地受威胁状况和区域开发指数指标、状态层的水资源量与生物多样性指数指标、响应层的湿地保护意识和政策法规的贯彻力度指标的贡献率相对较高。这主要是因为由于此前对湿地的重要性认识不足,湿地保护意识极其淡薄, 又无正规的管理渠道,加之受经济利益驱使,对湿地资源长期过度开发,普遍存在湿地生态系统退化,生物多样性丧失,天然湿地面积急剧减少,湿地功能和效益不断下降等现象。

近年来,海河水利委员会一直把水生态环境保护与修复作为流域治理的首要目标和工作主线,开展了白洋淀、衡水湖等重点湿地生态保护与修复工作,启动“保护白洋淀行动计划”;加强七里海、衡水湖、南大港等湿地的监测、保护和相机补水输水工作;坚持力所能及地优化调度流域有限的水资源,通过补水、输水、洪水资源化等措施,力争让平原主要干涸河道保持湿润,改善部分污染严重河道的水质,努力打造“湿润海河,清洁海河”,合理配置流域内湿地资源,减少人为胁迫造成的湿地生态脆弱性,减缓湿地的退化趋势,重点加强对周边经济发展产生的污染的治理,提高资源的利用率,对海河流域湿地进行更有效的保护。

6 结 语

应用P-S-R 模型,从压力、状态、响应3 个方面构建海河流域重点湿地生态安全评价的指标体系。以生态安全理论为基础,对海河流域内10 个重要湿地进行生态安全评价,得出海河流域重要湿地生态安全状况不容乐观的结论,10 个重点湿地中9 个处于预警状态,1 个处于中度预警状态。因此,为进一步促进海河流域湿地的健康、持续发展,必须重视海河流域湿地生态安全建设,改善在其开发利用过程中存在的不合理状况,制止或控制建设性的破坏,增强生态安全意识,做好环境的生态监测和生态恢复,建立健全生态安全预警系统。

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