黄河中上游能源化工区重点产业发展战略生态风险评价

黄丽华,胡志瑛,舒 艳,韩 笑

(环境保护部环境发展中心,北京 100029)

1 引 言

生态风险评价主要研究不确定性事故或灾害对生态系统及组分可能产生的不利影响(包括生态系统结构和功能损害),可能危及到的生态系统安全和健康等[1,2]。生态风险评价研究经历了从环境风险到生态风险再到区域生态风险评价的历程,评价范围由局地扩展到区域景观水平[3,4]。较为成熟的评价方法多适用于生物个体和群体水平的生态风险评价,包括污染物环境转归模型、污染物时空分布模型、暴露模型、生物体分布模型、外推模型、风险计算模型等[5]。这些用于化学毒理和人体健康风险评价的评价方法,显然难以满足涉及多风险源、多压力因子,具有潜在性、复杂性、累积性特点的战略生态风险评价要求。

近年来,我国许学工、付在毅等学者也尝试将景观评价法运用于区域生态风险评价[6,7],但鲜有运用于大尺度重点产业战略环评中。本文运用景观生态学评价方法评价黄河中上游能源化工区重点产业战略环评生态风险评价,构建了战略环评生态风险景观评价方法和基本步骤,对大区域重点产业战略环评宏观层次风险评价进行了有益探索。

2 研究区概况

论文以黄河中上游能源化工区重点产业战略实施及生态风险影响区域——黄河中上游能源化工区(黄河中上游能源化工区：为保护环境部开展的“五大区域战略环评”的五大区域之一,以下简称“研究区”)为研究区域。该区涉及内蒙古自治区、宁夏回族自治区、陕西省、山西省的 19个地市,面积约 52万 km2,跨半湿润、半干旱、干旱三种气候。自然环境的过渡性,决定了区域生态环境的脆弱性,研究区不但干旱缺水,土地沙化、土壤盐渍化、水土流失、湿地萎缩等生态环境问题也较突出(见图 1)。该区煤炭资源富集,是我国依赖资源推动经济增长的典型区域,是我国主要的煤炭产区调出区,煤源重化工产品重要生产区,煤化工、能源电力等高耗水行业及煤炭开采业为该区重点发展产业。

3 黄河中上游能源化工区重点产业发展战略生态风险评价

景观生态风险评价通过生态景观格局与功能分析,可有效揭示战略实施影响区域景观生态系统(风险受体)空间变异特征,在评价宏观区域、多风险源、多风险受体,综合复杂的战略生态风险中具有明显优势。本文采用景观生态风险评价方法对黄河中上游能源化工区重点产业发展战略生态风险进行评价,具体评价步骤及方法如下：

图1 研究区范围图Fig.1 The map of the area in discussion

3.1 生态风险受体及终点选择

“受体”即风险承受者,为对风险因子作用较为敏感或者生态过程中具有重要作用的景观生态系统。“生态终点”指受体受危害性和不确定性因素作用导致的结果。黄河中上游能源化工区湿地、荒漠、草原、森林、灌丛、农田景观生态系统,面临战略实施不确定性生态灾害时,极易引起生态系统退化,是生态风险评价受体。结合黄河中上游能源化工区历史上的生态风险,及战略实施生态影响特点,战略生态风险终点主要为河流断流、剧烈土地沙漠化、水土流失、生态系统功能退化及损伤、珍稀物种典型生境退化或消失等(见表 1)。

表1 研究区战略生态风险受体及终点选择Tab.1 Selection of risk acceptors and end

3.2 风险源分析

风险源分析是对生态系统或其组分产生不利作用干扰的识别、分析和度量,包括风险识别和风险源描述两部分。根据研究区历史生态风险,重点产业战略实施可能产生的持续累积性环境影响,筛选出 7类生态风险源,各风险源分布及强度见图 2～图8和表2。

图8 水污染风险分布Fig.8 Distribution of risk from water pollution

表2 研究区战略生态风险源发生概率Tab.2 Probability of ecological risk in the discussion area

3.3 暴露和危害分析

(1)暴露分析：暴露分析是研究生态风险源在区域中的分布、流动及其与风险受体之间的接触暴露关系。黄河中上游能源化工区暴露分析见表3。

表3 研究区战略生态风险暴露与危害分析Tab.3 Exposure and hazard analysis of SEA ecological risk in the discussion area

(2)危害后果分析：“危害分析”是生态风险评价核心,是确定风险源对风险受体的损害程度,可采用生态损失度指数衡量。生态损失度可以景观生态格局指数和脆弱度指数表征[8]。

①景观生态格局指数：反映生态系统的战略实施干扰强度及生态稳定性,可选择景观破碎度 Ci、景观分离度 Si、优势度 DOi作为测度景观格局的指数,计算公式为：

式中:Ci为景观 i破碎度,ni为景观 i斑块数,Ai为景观 i总面积。

景观分离度公式为:

式中:Si为景观 i的分离度;Di为景观 i的距离指数;ni为景观 i的斑块数;ai为景观 i的面积指数;Ai为景观 i的总面积,A为景观总面积。

优势度公式为:

式中：

②脆弱度指数：脆弱度指数来体现不同景观生态系统的易损性,可根据不同景观生态系统的敏感度和抗干扰能力,赋以脆弱度指数值。

③生态损失度指数：可用景观格局指数 Ei和脆弱度指数 Fi的乘积表示生态损失度 Ri,即：

战略生态风险综合生态损失度计算式为：

式中：ER为生态风险综合指数;N为景观组分类型的数量;Ski为第 k个风险小区 j类景观组分的面积,Sk为第 k个风险小区总面积。

经计算,研究区各受体生态损失度见表 4。

表4 研究区各类景观生态系统生态损失度值计算结果Tab.4 Calculation results of ecological loss of different sorts of landscape ecosystem

在干旱、沙尘暴、土壤侵蚀及资源开发等多重生态风险源持续累积作用下,研究区草原景观生态系统破碎度指数、分离度指数较高,受到损害最大,也将是战略实施中潜在生态损失度最高的风险受体。仅占研究区面积 0.7%的湿地景观生态系统,受干旱、挤占生态用水、水环境污染等风险源干扰作用,景观格局指数达 0.17,对战略实施中的挤占生态用水、水环境污染等人为干扰极为敏感,也是战略实施中潜在生态损失度较高的受体。

3.4 战略生态风险综合评价

结合风险源强度、发生概率、风险受体特征、风险源对风险受体危害等信息,采用风险值综合评价战略生态风险[4]。风险值计算式为：

式中：Rk—第 k风险小区的风险值;

Pk—第 k个风险小区各生态风险源综合风险概率;

ER—第 k个风险小区的综合生态损失度。

综合风险概率 Pk计算式为：

式中：Pk—k风险小区的综合风险概率;

Pjl—k小区内 j类 l级生态风险的概率;

βj—j类风险源的权重。

按以上步骤,计算得到研究区各生态风险源权重,见表5。

表5 层次分析法各风险源权重值计算结果Tab.5 Results ofAHP calculation ofweights for different risk sources

根据重点产业人为风险源分布特点,研究区划分为 43个风险小区,计算出风险小区风险值,利用ARCMAP quantities分级法划为生态风险重点监控区、生态风险次重点监控区和生态风险监控区 3类 (见图9)。

3.5 战略生态风险评价结果分析

图9 生态风险评价结果Fig.9 Latent ecological risk comprehensive evaluation

生态风险重点监控区生态本底脆弱,生态系统稳定性差,是干早、沙尘暴、土壤侵蚀、土地沙漠化等多重自然生态风险源集中分布区,近年随重点产业迅速发展,东部水环境污染等人为风险源开始凸现。重点产业战略实施中,若管理监控不善,出现东部生态用水被挤占,规划矿区粗放型煤矿开发等人为风险,将加剧区域生态脆弱性。该区人为风险源和自然生态风险源交织在一起,极易发生生态风险放大效应,生态安全,是评价区生态风险重点监控区。生态风险次重点监控区自然生态风险源分布比较单一,且发生概率较生态风险重点监控区低。历史上能源化工产业发展引发的生态用水被挤占、粗放型煤炭资源开发、水环境污染等人为风险源分布广泛,且随研究区重点产业发展战略实施,局部人为生态风险源强度还将增强。自然和人为生态风险源叠加影响,区域生态风险水平将明显升高,也是需要重点关注的生态风险区。生态风险监控区生态系统抗干扰能力相对较强,自然生态风险源分布范围较小,主要分布于东南部黄土高原粗沙多沙区,大规模煤炭开采,将增加局部发生高强度水土流失生态风险的概率。

因此,为维持研究区生态安全,应结合区域潜在生态风险空间分异特点,科学确定重点产业发展空间布局和发展方式,有的放矢制定生态风险防范措施,使生态风险水平降至最低。

4 结 语

战略环评在我国发展刚刚起步,其评价内容和技术方法还需进一步探讨和完善。笔者以生态风险景观评价为主要分析方法,构建了适于黄河中上游重点产业发展战略环评生态风险评价方法和评价步骤,有效揭示了研究区重点产业发展战略时空累积性影响与生态风险之间的联系,研究结果表明：重点产业发展战略累积影响在不同区域呈现不同特点,潜在生态风险水平也存在较大差异,鄂尔多斯、巴彦淖尔等自然生态风险源分布集中区,重点产业战略实施区域潜在生态风险水平高,多重风险源叠加影响易发生生态风险放大效应,是生态风险重点监控区,自然生态风险源分布相对较单一、生态风险源分布范围较小的山西忻州等地,重点产业战略实施区域潜在生态风险水平相对较低。因此,重点产业发展战略实施中应结合区域潜在生态风险空间分异特点,合理调控重点产业布局,提升区域生态安全水平。

研究中还发现以下问题有待以后战略环评实践中完善。

生态风险景观评价方法应用于大尺度、时空累积性特点的战略环评中具有明显的优势,可较好构建区域景观结构与战略时空累积性生态环境影响之间的联系,但该方法受地域和研究尺度的影响明显,受地域影响,生态风险综合评价结果无可比性,所得的区域生态风险评价等级只对研究区有意义。受尺度效应影响,景观生态系统研究尺度不同,则景观类型不同生态损失度指数计算结果也不相同。因此,如何把握生态风险景观评价方法地域特征和研究尺度有待于在以后的研究中进一步完善。

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