聊城市水环境生态安全现状评价及预警

刘　颖　周韵平　李方博　丁滢滢　胥新政

（1. 聊城市环境监测中心，山东聊城 252000；2.中国石油大学（华东），山东青岛 265000；3.西北工业大学，陕西西安 710072）

聊城市水环境生态安全现状评价及预警

刘颖1周韵平1李方博2丁滢滢1胥新政3

（1. 聊城市环境监测中心，山东聊城 252000；2.中国石油大学（华东），山东青岛 265000；3.西北工业大学，陕西西安 710072）

随着社会经济的发展，水环境安全逐步得到重视。本文以聊城市2008-2012年经济、环境等数据为基础，运用多学科综合研究方法，针对聊城市水环境建立生态安全评价指标体系，用数学模型进行评价与预警分析，从而为聊城市的水环境生态安全保护提供理论和技术依据。

水环境安全 评价 体系

生态安全是国家安全一个非常重要的组成部分，是整个国家、民族和社会安全的基石。从系统角度分析，生态安全包括环境安全、生物安全和生态系统安全。所有生态安全中，因为水是各种生命活动和人类生存发展的基本物质，但是水资源又存在着全球性的短缺、污染和衰竭趋势，所以水资源对社会发展的限制作用日益突出，所导致的风险越来越大。因此水环境生态安全已经引起了专家学者、各国政府和国际组织的广泛关注。

作为江北水城的聊城，水资源比较丰富，整个城市依托水资源与水文化而发展，水环境生态安全显得尤为重要。如何判断一个城市的水环境生态系统是否安全，本文尝试在充分收集资料的基础上，利用相关数学模型，对聊城市水环境生态系统现状进行评价。

表3—1　聊城市水环境生态安全现状评价指标体系

表3—2　聊城市水环境生态安全评价各指标权重及年度评价值

1　研究时段

本次研究选取聊城市2008年—2012年为研究时段。

2　研究采用的数学方法

2.1数据无量纲化的方法——极差标准化方法［1］

用于衡量水环境生念安全状况的指标分为两种情况:越大越安全的指标（如当地水资源量）和越小越安全的指标（如废水排放量）。为了综合评价，在对不同量纲指标的初始数据进行标准化处理时，应将所有的指标数值转换成统一的含义，使所有指标的数值越大越反映水环境生态安全，或反之。本文采用前一种处理方法。

2.2确定指标权重的方法——层次分析法［2］

层次分析法（Analytical Hierarchy Process）简称AHP法，是美国运筹学家萨得A.L.saaty在20世纪70年代初提出的，20世纪80年代初开始引入我国。

2.3水环境生态安全值的计算——综合指数方法［3］

综合指数法是建设项目环境影响评价中的规定评价方法，其最大和有效的功能是可以将分散的信息、通过模型集成，形成关于对象综合特征的信息，帮助人们从整体上认知、分析和深入研究。

2.4指标体系建立的方法

为了对聊城市水环境生念安全目前的状况和今后的发展趋势定量化表征，必须建立一个明确的和可量化的指标体系。

2.4.1指标体系纵向结构的构建-PSR法

水环境生态安全的指标体系建立应该充分体现出生志安全的现伏与水平，特别是体现出人类社会对生志系统的影响层次与等级的“压力一状态一响应”（Pressure-Srate-Response）模型。该模型从社会经济与环境有机统一的观点出发，表明了人与自然这个生态系统中各种因素间的因果关系，更精确地反映了生态系统安全的自然、经济、社会和法制因素之间的关系，为生态系统安全指标构造提供了一种逻辑基础。

根据聊城市水环境生态安全的现状及所存在的问题，遵循指标体系的设计原则和指标选取原则，应用PSR模型机理，可以建立起生态安全评价指标体系。

2.4.2指标体系横向结构的构建——AHP法

层次分析法在生态安全研究中的应用之一就是利用其思路来建立指标体系的层次结构、层次分析法运用系统分析思想把复杂的问题分成若干联系的、有序的层次，对每一层次的相关元素进行比较分析。本研究涉及自然一社会一经济复合巨系统的诸多子系统和因子，将指标体系的横向结构确立起来，拟分三个层次:目标层、准则层和指标层。

表3—3　聊城市水环境生态安全等级及预警判别

3　聊城市水环境生态安全评价的实现过程

3.1指标体系的建立

一组既独立又相互关联并能较完整的表达评价要求的评价指标就组成了评价指标体系。根据PSR模型和AHP法思想，聊城市水环境生态安全评价指标体系由三个子系统三个层次构成:压力子系统、状态子系统和响应子系统；目标层、准则层、指标层。详见表3—1。

3.2指标权重的计算

在PSR模型确定的指标框架之下，通过咨询相关领域的专家，对影响聊城市水环境生态安全的指标进行两两比较打分，分别构造了B1—C、B2—C、B3—C，三个判断矩阵。然后分别计算每个矩阵的最大特征根与特征向量。每个特征向量即为构造矩阵中各指标的权重系数。

在专家咨询过程中，建议对状态、压力、响应三个子系统的权重采用1:1:1的比例。

3.3聊城市水环境生态安全评价计算结果分析

水环境生态安全评价指标分为发展型和制约型两类，利用公式把不同指标进行标准化处理，然后将指标的标准化值与其权重值相乘，分别得到各评价指标的生态安全指数值，进而求出各评价年份的水环境生态安全评价值。

由表3—2可以看指标是出，对聊城市水环境生态安全状态子系统影响比较大的指标是地表水资源量，对压力子系统影响较大的指标是农业用水量、工业用水量和废水排放量，对响应子系统影响较大的指标是环保投资占国内生产总值的比例、污水厂处理能力等。

3.4聊城市水环境生态安全预警结果分析

根据上文所述水环境生态安全综合评价值与预警等级之间的关联方法，对2008年-2012年聊城市水环境生态安全状况做出如下预警判别。

由表3—3可以看出，聊城市水环境生态安全2008年处于重警状态，在这种状态下，生态系统服务功能几近崩溃，生态系统结构残缺不全，功能丧失，生态环境问题很大，从状态—压力—响应指标层分析，2008年水环境生态安全的警源主要来自地表水资源的欠缺、废水中氨氮的排放量和城市污水处理率等。2009年、2010年处于中警状态，在这种状态下，生态系统服务功能严重退化，生态系统结构破坏较大，受外界干扰后恢复困难，生态问题较大，从状态—压力—响应指标层分析，2009年水环境生态安全的警源主要来自地表水资源、农业用水量和城市污水处理率等，2010年水环境生态安全的警源主要来自农业用水量、工业用水量、环保投资占国内生产总值的比例、污水厂处理能力等。

通过对五年来聊城市水环境生态安全的计算表明，聊城市水环境生态安全总体呈良性发展态势。2008年呈重警状态，2009年、2010年呈中警状态，2011年、2012年呈预警状态，这说明，聊城市的水环境生态安全仍不容乐观，随时都有可能恶化，发生生态灾害。对其影响较大的指标是地表水资源量、农业用水量、工业用水量、环保投资、污水厂处理能力等。

响应子系统评价值的逐年上升，一方面说明社会各界和政府对聊城市水环境生态安全问题的重视和投入逐年增加，并且取得了可喜的结果。另一方面也说明，响应子系统对一个城市的水环境生态安全状况起着非常重要的作用，甚至可以说，响应子系统的好坏，直接决定了一个城市水环境生态状况的优劣程度。

［1］段澈《.区域可持续发展评价指标体系及综合评价》［J］.技术经济与管理研究，2005，（3）：27-28.

［2］王红芬《.计量地理学概论》［M］.济南.山东教育出版社，2001年.

［3］郭亚军《.综合评价理论与方法》［M］.北京.科学出版社，2002.

本文是聊城市科技发展计划项目“聊城市水环境生态安全评价与预警系统研究”（项目编号： 2013GJH19）的阶段研究成果。项目主持人为周韵平。

刘颖，女，高级工程师，主要从事环境监测工作。