基于改进DPSIR模型的石羊河流域生态安全评价

殷雪梅

(甘肃省水利厅,甘肃 兰州 730000)

流域生态安全评价是保护流域生态安全的基础，是进行流域科学管理的前提。然而我国目前生态评价体系仍处于初期阶段，系统的流域生态安全评价体系尚未建立。因此，开展流域生态安全评价研究意义重大。

目前生态安全评价方法有多种，且不同流域评价方法有明显差异[1- 4]，其中DPSIR模型具有良好的综合性、系统性和灵活性等优点，能较好的适用于复杂环境系统的评价。于伯华等[5]基于DPSIR模型建立了农业可持续发展指标体系，进而为农业可持续发展提供了相应的政策建议。左伟等[6]以DPSIR模型为框架，建立了基于生态系统服务功能评价的环境系统安全程度的判别方法。江勇等[7]基于DPSIR模型，初步确立了25个用于县域生态安全的评价指标，能对区域生态安全预警以及环境经济协调起指导作用。李玉照等[8]对DPSIR模型进行适当改进，建立了金沙江流域生态安全评价体系，体系涵盖了5类生态流域安全指标共59个。

综上所述，DPSIR模型能较好地表征复合系统和结构，然而目前该模型在资源或环境工程中应用较多，在流域生态安全评价中应用尚有待加强。为此，本文以石羊河流域为例，基于改进DPSIR模型，建立了适用于石羊河生态安全评价的指标体系，以期为石羊河生态安全保护提供理论支撑。

1 研究区域

石羊河流域[9- 11]位于我国西北腹地甘肃河西走廊地区，目前石羊河流域全长250km，流域总面积4.16万km2。石羊河大致流向为从西南向东北，上游为祁连山区，降水量300～600mm，下游红崖山属极度干旱区，年降水量不足150mm，石羊河流域属温带干旱大陆性气候，具有降雨少蒸发快等特点。

历史上，石羊河流域雨量充沛，水资源丰富，中下游自然环境优厚，人口稠密，灌溉农业发达。近年来，随人口和经济快速增长，工业化和城市化进程提速，石羊河流域存在严重生态安全问题，目前石羊河流域主要生态环境问题有：①上游水源涵养区植被退化，存在明显的水土流失问题；②区域水资源配置不均，总量配置不足，人水矛盾突出，地下水位降低明显；③流域中下游植被，由于地下水位下降，逐渐枯死，植被覆盖率逐年缩减；④受植被覆盖率缩减影响，沙尘暴等自然灾害时常发生；⑤环境污染特别是水环境污染导致水资源危机日益突出。

2 改进的DPSIR模型

DPSIR模型[12- 14]是基于因果关系组织信息及相关指数的框架，包含了驱动力(driving)-压力(pressure)-状态(state)-影响(impact)-响应(response)的因果关系链。DPSIR模型覆盖了经济、社会和环境等基本要素，既能表征人类活动对流域生态安全的威胁，又能有效反馈生态环境对社会的影响。能可靠地表征因果联系并对相关要素进行整合，因此采用DPSIR模型进行流域安全进行评价是适宜的。

传统的DPSIR模型驱动力(driving)是指能引起环境改变的潜在原因，主要在于描述社会经济发展等因素引起的生活、生产和消费方式的变化，主要侧重于非环境因素，忽略了环境因素影响(如图1所示)。为此，引入生态因子，建立了改进的DPSIR模型，其理论框架如图2所示。可知，改进DPSIR模型增加了可能破坏流域生态现状潜在产业，能有效预警流域生态安全变化；与传统DPSIR模型不同，改进的DPSIR模型不仅能考虑排放因子和资源使用状况，而且考虑了排放、资源使用和土地利用三种主要压力类型。

图1 传统DPSIR模型

图2 改进DPSIR模型

流域的社会经济发展会对生态环境产生一定影响并形成压力，通常这种影响是负面的，生态环境往往朝不安全状态发展。而生态环境恶化威胁人类的正常生存，使得人类采取必要措施抑制这些压力。图3为改进DPSIR模型的各准则层逻辑关系，当流域生态环境驱动力诱发压力较小时，流域生态效率高。同理，流域受影响后生态系统状态变化主要取决于流域生态系统自身承载力，而人类所采取的响应措施主要取决于其对影响的评估。

图3 改进DPSIR模型的各准则层逻辑关系

3 石羊河流域生态安全评价

3.1 指标体系建立

采用改进DPSIR模型，针对石羊河流域目前存在的主要生态环境问题，从目标层、准则层、要素层和指标层，建立石羊河流域生态安全指标体系,见表1。该体系从压力、现有状态和反应系统3个方面选取指标，能较好的反映自然、社会间相互依存与制约的关系。

表1 石羊河流域生态安全指标体系

3.2 评价因子标准化

由表1知，流域生态安全评价的指标分为指标增大越安全和越小越安全两类，生态安全综合评价时存在指标类型不一致，各指标间量纲不统一等问题，不利于流域生态安全评价开展。为方便进行流域生态安全综合评价须首先对评价因子进行标准化处理。

对指标值越大越安全的指标：

(1)

式中，xi—指标原始指标值；xmax和xmin—分别为该指标中的最大值和最小值；x—标准化处理后指标值，其取值范围介于0到10之间。

对于指标值越小越安全的指标：

(2)

3.3 评价结果与安全对策

采用改进DPSIR模型对石羊河流域生态安全进行分析，其各评价单元的生态安全综合指数见表2。可知，石羊河流域各评价单元生态安全综合评价指数主要集中5.0～7.0之间，同一游段各评价单元生态安全状况差异不明显，不同游段间差异较大，石羊河流域生态安全状况从上游区域往下依次呈递减趋势，这主要是由于上游段区域有丰富的水和林木资源，而过度采牧导致林木、草地退化严重，危及中下游段生态安全。

根据石羊河流域生态安全评价结果，首先，可以确定石羊河流域生态环境恶化，其关键在于水资源总量不足，因此石羊河流域生态环境治理应主要立足于水资源治理，优化产业结构，努力提高水资源利用效率。其次，根据石羊河流域上下游生态安全差异明显，应进行分区治理，建议从上至下依次将石羊河流域分为三部分：上游水源涵养区、中游绿洲生态区和下游沙漠戈壁生态区，根据各区域特有生态问题，针对性治理。

表2 石羊河流域各评价单元生态安全综合指数值

4 结语

通过分析运用DPSIR模型进行流域安全评价的适宜性，改进传统DPSIR模型主要侧重于非环境因素、忽略环境因素的不足，引入生态因子，建立了改进的DPSIR模型，并基于改进DPSIR模型对石羊河流域生态安全进行评价，指出石羊河流域生态安全状况从上游区域往下依次呈递减趋势。根据石羊河流域生态安全评价结果，指出石羊河流域的生态安全保护应立足于水资源治理，并根据上下游生态安全差异分区治理，相关经验可供类似工程参考。