基于改进PSR模型的生态水利评价指标体系构建——以吉林省四平市区生态水利建设为例

张海波，张 猛，赵继军

（1.吉林省水文水资源局松原分局，138001，松原；2.吉林省水文水资源局吉林分局，132013，吉林）

基于改进PSR模型的生态水利评价指标体系构建
——以吉林省四平市区生态水利建设为例

张海波1，张 猛2，赵继军2

（1.吉林省水文水资源局松原分局，138001，松原；2.吉林省水文水资源局吉林分局，132013，吉林）

随着经济社会发展，水资源需求量日益增长，水资源短缺、水环境污染、水生态退化等问题日益突出，开展生态水利评价研究、合理评估水利发展状况、寻求水资源可持续发展道路已经成为必然趋势。以吉林省四平市区生态水利建设为研究对象，结合改进的PSR（压力—状态—响应）概念模型遴选各项指标，并采用逻辑分析法和权重分析法筛选指标，最终确定了由压力、状态、响应3个层次、17项指标构成的生态水利评价指标体系，并经过评价计算得出该区域生态水利建设评分，为今后生态水利建设提供参考。

生态水利；PSR模型；层次分析法；熵权法；四平

以往水资源规划常常是单一目标或有局限性的，水利政策目标单一地强调发展经济。现今，水资源规划和管理的目标要综合考虑两点：一是可持续的经济增长，二是保持一个清洁健康的环境。因此，必须对水资源有一个全面的评价，才能对长期的效益做出决策。建立一个地区的生态水利评价指标体系，综合考虑人和自然对水的需求，满足水资源可持续利用的多种要求是十分必要的。

一、PSR模型及其改进

PSR（Pressure-State-Response）模型在环境评价中广泛应用。传统的PSR模型以因果关系为基础，即人类活动对环境施加一定的压力，环境由此改变了其原有性质或自然资源的数量（状态），人类又通过环境、经济和管理策略等对这些变化做出反应，以改善现有的状态。其具有三方面既相互联系又相互区别的指标，结构如图1所示。

但是上述PSR模型只适用于对环境的评价，在生态水利评价的过程中，评价对象是在一定时期内某个区域人类活动对水生态环境的影响及水生态系统对经济社会可持续发展的服务功能。所以不仅要考虑人类活动对水生态系统的压力，还要考虑水资源本身对人的压力，除了水生态系统的状态和人类的响应活动，也要有人类自身的状态和对应的响应活动。本文将传统PSR模型进行改进，结构如图2所示。

二、评价指标体系的构建

1.评价指标体系结构

评价指标体系的结构是所选指标组合成一个体系的逻辑关系和表达式结构。将分散的多个指标排列组合成一个逻辑清楚、目标明确的指标体系，是科学合理评价生态水利现状的先决条件。基于PSR改进模型提出生态水利评价指标体系的结构，层次分明、结构清晰。

压力包括人对水环境造成的压力和水对人造成的压力两方面。人对水的压力包含污染物的排放和对水资源的开发利用，水对人的压力则包括水旱灾害和水资源短缺的危害。

状态包括人所处的状态以及水资源所处的状态两方面。水的状态包含水环境质量和水生态安全，人的状态包含饮水安全、洪水安全以及用水效率水平。

响应包括调控对水的危害和调控对人的危害两方面。调控对水的危害包括节水措施、污水处理措施、水监测设施，调控对人的危害则包括防洪抗旱措施、水管理措施。

本文将指标体系分为3个层次，依次为目标层、准则层和指标层。目标层为单一目标，准则层为压力、状态和响应3大类型，指标层为对应的具体评价指标。

图1 传统PSR模型结构示意图

图2 PSR改进模型结构示意图

2.各指标因子的含义和计算方法

（1）压力指标

C1水旱灾害损失率（%）：水旱灾害造成的国民经济损失占当年GDP的比例。水旱灾害损失率越小，人类面临的压力越小，生态水利水平越高。

C2水资源开发利用率（%）：区域用水量占年均水资源量的比值，水资源开发利用率越低，自然环境面临的压力越小，生态水利水平越高。

C3工业废水排放达标率（%）：工业废水排放达标量与工业废水排放总量的比值，值越高生态环境压力越小，生态水利水平越高。

C4有效灌溉率（%）：农业灌溉用水的满足状况，指区域内有效灌溉面积与常用耕地面积的比值。有效灌溉率越高，面临水资源短缺时人的压力越小，生态水利水平越高。

（2）状态指标

C5防洪达标率（%）：达标堤防长度与堤防总长度的比，防洪达标率越高，人类面对洪水灾害的威胁越小，生态水利水平越高。

C6饮水安全人口达标率（%）：反映饮水安全情况，包括水质安全、水量保证、取水方便等，指饮水安全人口与总人口的比值。指标值越大，生态水利水平越高。

C7生态需水保证率（%）：生态用水量占生态需水量的比值，生态需水保证率越高，生态环境压力越小，生态水利水平越高。

C8水功能区水质达标率（%）：指地表水功能区的水质状况满足设定功能要求水质目标的程度，反映了对水污染控制与治理及地表水资源保护的程度。指按水功能区水质管理目标（2020年）评价达标的水功能区个数占评价总数的比例，水功能区水质达标率越高，水环境状况越好，生态水利水平越高。

C9湿地面积占国土面积比重（%）：指自然湿地面积与国土面积的比值，反映了水生态系统的保护状况，湿地面积占国土面积比重越大，生态水利水平越高。

C10万元工业增加值用水量（m3/万元）：反映了随着城市化的发展，工业生产的综合用水效率和总体水平，指工业新水取用量与工业增加值的比值，为逆向指标。万元工业增加值用水量越低，水资源利用效率越高，生态水利水平越高。

C11农田灌溉水有效利用系数：用来评价渠系配套完善状况、灌水技术水平和灌区管理水平，指灌入田间可被作物利用的水量与灌溉系统取用的灌溉总水量的比值，它是衡量农业灌溉用水效率的重要指标。农田灌溉水有效利用系数越高，水资源浪费越少，生态水利水平越高。

（3）响应指标

C12城市污水处理率（%）：指城市污水处理总量占城市污水排放量的比值，反映了对水污染的控制水平。城市污水处理率越高，对水资源造成的污染越小，生态水利水平越高。

C13水资源监测率（%）：从水资源的监控能力建设来反映水资源监测站网的建设水平，指监测的水功能区数目和集中式饮用水水源地个数与总数的比值。水资源监测率越高，对水污染的防治能力越高，生态水利水平越高。

C14节水灌溉率（%）：反映现代化节水灌溉技术在水利建设中的应用水平，指采用节水灌溉工程技术如喷灌、微灌、低压管道灌溉与防渗渠道等的面积占有效灌溉面积的比值。节水灌溉率越高，水资源利用效率越高，生态水利水平越高。

C15水土流失治理率（%）：反映水土流失治理水平，用水土流失治理面积与原有水土流失面积的比值表示。水土流失治理率越高，生态水利水平越高。

C16水利科技信息化水平（%）：考核充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用水利信息资源，全面提升水利事业活动的效率和效能。该指标由 “地方水利投资占年度总投资的比重”“人均GDP水平”“自动监测水平”等指标按3∶3∶4的比重加权得到。水利科技信息化水平越高，生态水利保障能力越高，生态水利水平越高。

C17人才结构达标率（%）：反映了水利人才队伍建设情况，指大专以上文化程度人员占水利职工总人数的比例。人才结构越合理，生态水利保障能力越高，生态水利水平越高。

由指标含义可知：水旱灾害损失率、水资源开发利用率和万元工业增加值用水量3项指标为逆向指标 （越小越优），其余14项指标为正向指标。

三、四平市区实例研究

吉林省四平市区初步建成了集防洪、除涝、灌溉、供水等作用为一身的水利工程体系，对其现状进行评价可为未来建设提供依据且十分必要。

1.指标权重的确定

指标权重表示各评价指标之间的相对重要性，评价指标权重的分配直接影响到综合评价的结果。由于各个生态水利评价指标对生态水利发展水平的影响和作用不相同，所以在生态水利综合评价中，从评价目标来看，各个指标对评价对象的作用并不同等重要。因此，采用层次分析法和熵权法确定权重。

（1）层次分析法计算权重

层次分析法即AHP法，其优点是可以由上而下地建立层次清晰的指标体系结构，有效地建立指标因子的常权值分布。缺点是难以摆脱个人主观因素的影响，主观随意性较大。

根据层次分析法原理，通过专家打分将各指标层次关系进行比较判断，构造判断矩阵，并计算矩阵的最大特征值及相对应的特征向量，检验一致性，得出层次分析法合成权重。为了得到较为可靠的权重值，通过制定生态水利指标权重专家咨询表的方式邀请多位专家进行层次分析打分，并采取取平均值方法计算层次分析法确定权重的结果。如表1所示。

（2）熵权法计算权重

熵权法则可以十分客观地计算权重。熵权法确定的权重主要以指标数据之间的变化幅度为依据，根据无序程度的大小判断指标的重要程度，但是它过分依赖样本数据的可靠性，与实际情况也可能有不符之处。

经计算得到各个指标的权重，如表1所示。

把层次分析法和熵权法得到的结果相结合，结合指标体系的实际情况，使主、客观方法的比重相等，两种计算方法求平均值，得到的综合权重数值如表3所示。

通过分别累加各准则层指标的权重，得到状态指标的权重为50.14%，占总权重的一半，而响应指标和压力指标的权重分别为30.83%和19.03%，分列2、3位。

表1 综合权重数值

2.四平市生态水利现状水平评价

生态水利评价指标体系中的每一项指标，从不同侧面反映该地区生态水利水平，基于以上工作中得出的单项指标实现程度Si和相对权重值Wi可以计算单项指标的贡献值。该区域生态水利发展水平计算公式为Ii=WiSi×100。其生态水利各指标贡献值和综合得分如表2所示：

单项指标中饮水安全人口达标率贡献值最大，为9.3；城市污水处理率和水资源开发利用率两项指标的贡献值分列2、3位；万元工业增加值用水量和水资源监测率的贡献值分别为1.45和1.57，为贡献值最小的两项指标。压力、状态、响应三个准则层贡献值分别为13.67、33.06、19.04。

由上述算法，将各指标的贡献值相加即得到该区域生态水利现状水平得分为65.77分，说明当前该区域处于生态水利初级阶段，尚可维持基本功能，水环境污染得到初步治理，水资源高效利用水平得到改善，但与经济社会发展水平相比仍较为落后，生态水利建设任务繁重。

由权重和贡献值可以得到指标的剩余贡献值=Wi×100-Ii。经计算，各指标的剩余贡献值如表3所示。可以看出水功能区水质达标率、湿地面积占国土面积比重、水资源监测率、水土流失治理率4项指标的剩余贡献值均大于3，生态水利发展还有很大上升空间。

四、结 语

本文通过采用理论研究、资料分析、模型计算的方式，对生态水利评价的概念内涵、目的、作用及研究方法进行了初步探讨，针对吉林省四平市区进行生态水利评价指标体系的构建、计算及评价。

一是基于改进的PSR模型遴选压力、状态及响应等各项指标，并采用逻辑分析法和权重分析法筛选指标，最终确定了由压力、状态、响应 3个层次、17项指标构成了四平市区生态水利评价指标体系。

二是针对生态水利指标体系层次复杂内涵丰富的特点，通过层次分析法和熵权法相结合的方法确定指标权重，客观且定量地对该区域生态水利发展水平进行综合评价，评价分为65.77，处于生态水利初级阶段。发展空间较大的指标有水功能区水质达标率、湿地面积占国土面积比重、水资源监测率、水土流失治理率等4项，为今后生态水利发展提供了方向。 ■

表2 生态水利各指标贡献值和综合得分表

表3 各指标剩余贡献值

[1]汪恕诚.资源水利——人与自然和谐相处[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[2]丁林，等.生态水利学研究进展[J].节水灌溉，2009（6）.

[3]管西柯.基于PSR模型的济南市水资源承载能力研究[D].济南:山东农业大学，2013.

[4]ZalewskiM.Ecohydrology-the scientific background to use ecosystem properties as management tools toward sustainability of water resources[J].E-cological Engineering,2000（16）.

[5]董哲仁.生态水工学的理论框架[J].水利学报，2003（1）.

[6]孙宗凤.生态水利的理论与实践[J].水利水电技术，2003（4）.

[7]胡其昌.生态水利定量评价研究——以浙江省为例[J].中国农村水利水电，2014（10）.

责任编辑 董明锐

Establishment of indicator system for ecological water conservancy assessment based on improved PSR model——taking ecological water conservancy construction of Siping City of Jilin Province as an example

Zhang Haibo,Zhang Meng,Zhao Jijun

Along with economic and social development and increasing demand of water,problems of water shortage, environment pollution and ecological degradation has been emerged.Ecological water assessment and study,evaluation of water development situation and searching for path of sustainable water resources development has become an inevitable trend.Taking Siping City of Jilin Province as a study objective,an ecological water assessment indicator system including 3 layers of pressure,status and response and 17 indicators was created with selected indicators by PSR (pressure-state-response)model and logical analysis and weight analysis methods.Status of ecological water in this region are scored by assessment and estimation so as to provide guidance for water project construction in the future.

ecological water conservancy;PSR model;analytic hierarchy process;entropy weight method;Siping

TV213.5

B

1000-1123（2017）09-0045-04

2016－08－13

张海波，高级工程师。