沧州地区地下水对生态环境支撑能力评价

2016-06-27左瑞琦李安娜

地下水 2016年3期

关键词：沧州分析法权重

左瑞琦，李安娜，毕　攀

(石家庄经济学院水资源与环境学院，河北石家庄 050031)

沧州地区地下水对生态环境支撑能力评价

左瑞琦，李安娜，毕攀

(石家庄经济学院水资源与环境学院，河北石家庄 050031)

[摘要]随着人口的快速增长、资源的不合理开发，产生了一系列的生态环境问题。依据沧州地区水文地质条件、生态地质环境条件等实际情况并参考和前人的研究成果，构建科学合理的评价指标体系，并运用使用层次分析法计算权重，对沧州地区地下水对生态环境支撑能力进行评价。

[关键词]层次分析法；地下水；生态环境支撑能力

沧州市地处河北省东南部，东邻渤海，北依天津，南接山东，西连衡水廊坊。沧州市是国务院确定的经济开放区、沿海开放城市之一，也是石油化工基地和北方重要陆海交通枢纽，是环渤海经济区和京津冀都市圈重要组成部分。沧州市处于温带季风气候区，多年平均降水量为581 mm，多年平均气温为12.5℃。境内较大的河流有漳卫河、子牙河、南排河和京杭大运河。沧州地区地下水矿化度由西向东逐渐升高，东部地区普遍较高，部分地区甚至超过10 g/L。

地下水对生态环境的支撑能力指的是地下水系统对与地下水埋藏条件密切相关的生态系统，即对植被、湖泊、湿地和土地质量状况就有直接的支撑或保护的作用或效应。沧州地区由于地下水过量开采及不合理开发利用，已经产生了较多的地质及生态环境问题，如，地下水水水位下降、地下水降落漏斗、地面沉降、土壤盐渍化、湿地退化等。为了修复和保护该地区地质生态环境，本文开展了地下水对生态环境支撑能力进行评价，以便为实现生态环境与经济发展良性循环提供科学依据。

1评价体系构建

1.1选取指标的原则

进行地下水对生态环境支撑能力评价时，指标体系选取的合适与否将会直接影响到评价结果的准确性、客观性和可靠性。因策在选取指标时，应遵循以下原则：

科学性原则：指标体系的设计必须建立在一定的科学理论基础上，能够客观的反映研究区自然资源、生态环境、社会经济现状以及相互之间的协调发展关系，重点凸显沧州地区生态环境特征以及生态环境演变与社会经济可持续发展的内在互馈机制。

层次性原则：反映地下水对生态环境支撑能力的要素很多，其表现形式和反映程度差别很大，可根据各要素之间的内在联系，分层次和类别进行标定，将各要素归类为不同指标，最后一指标评价地下水对生态环境的支撑能力。

主导元素原则：上面讲了，反映地下水对生态环境支撑能力的要素很多，但在一个地区往往是几个生态环境问题制约着该地区的生态环境和社会环境可持续发展。所以在指标选择或权重确定时，要给与充分思考，体现主导要素的作用。

动态性原则：地下会系统在气候、人类活动扥因素影响下，地下水系统的各种水文地质要素和地下水资源的数量、质量处于不断变化之中，所以地下水对生态环境的支撑能力也是有变化的。这种变化是动态的、延续的。所以在设置评价指标和权重时，要充分考虑这种变化的过程和趋势。

可操作性原则：设置的评价指标物理意义要明确，数据易于获取，易于定量计算、比较和分析；在确保评价结果能过正确反映客观实际条件，指标的设置尽可能简介，以保证评价工作的顺利进行。

1.2评价指标体系的建立

根据上述评价指标的选取原则，结合沧州地区的实际情况，地下水对生态环境的支撑能力评价体系共选取了3各指标9个要素。详见表1。

1.3指标要素分析

根据上述建立的评价指标体系，结合沧州地区升天环境状况以及工作区现有的资料程度，确定研究区地下水对生态环境支撑能力评价的指标要素体系。

1.3.1评价目标

地下水对生态环境支撑能力(A1)：指地下水系统对陆表植被或湖泊、湿地或土质良性维持的作用或效应，如果地下水发生变化时生态系统仍维持相对稳定或变化甚微，我们称地下水对生态环境支撑能力强，有利于地下水的持续利用；相反，当地下水系统发生变化时，与其相互关联的生态环境随之出现明显变化，甚至出现明显破坏，我们称地下水对生态环境支撑能力弱，制约着地下水的持续利用。

1.3.2地下水对生态环境的支撑能力评价指标及要素

植被环境变化(B1)：是指地下水系统的变化对陆表植被生态系统生存和发展状况的影响。其主要表现为植被覆盖率(C1)和植被发育程度(C2)，我们将其作为评价指标(B1)的评价要素。

土地质量变化(B2)：是指由于地下水的影响土壤质量状况的变化，主要表现为土地沙化(C3)、土地盐渍化(C4)、土壤污染(C5)和耕地面积(C6)要素的变化。

水体环境变化(B3)：是指地下水对地表湿地或河流、湖泊环境质量的作用状况。其主要表现要素有湿地变化(C7)、地表水环境质量(C8)和浅层地下水矿化(C9)等。

表1　地下水对生态环境支撑能力评价指标体系表

2评价方法

2.1权重计算

地下水与生态环境之间具有非常复杂的关联性，相互关联、相互制约的因素众多。评价地下水对生态环境的支撑能力的强与弱，首先将众多的因素按照他们之间的相互关系分级别分层次的建立起一个评价指标系统，这样的一个复杂系统，目前最好的评价方法是层次分析法。

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)是一种多准则思维的方法，它将定性分析和定量分析相结合，把人们的思维过程层次化和数量化，在目标结构复杂且缺乏必要的数据情况下尤为实用。自20世纪70年代美国运筹学家沙坦(T.L.Saaty)提出以来，此方法在实际应用中发展很快。

运用AHP进行决策时，大体可分为4个基本步骤：

(1)分析系统中各因素之间的关系，建立系统的递阶层次结构(见表1)；

(2)对同一层次的各元素关于上衣层次中某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较判断矩阵。建立了递阶层次结构后，上下层之间元素的隶属关系就别确定了，假定上一层的元素Bk作为准则，对下一层的元素C1、C2、…Cn有支配关系，我们的目的是在准则Bk之下按它们的相对重要性赋予C1、C2、…Cn相应的权重，并按相对重要性从弱到强使用1-9的比例标度表示元素C1、C2、…Cn两两相对重要关系，并构建两两比较判断矩阵；

(3)由判断矩阵计算被比较元素对于该准则的相对权重。目前常用的相对权重计算方法有和法、根发、特征根法、最小二乘法和对数最小二乘法。在得到相对权重后还需进行一致性检验；

(4)计算各层元素对系统目标的合成权重，并进行排序。为了得到递阶层次结构中每一层次中所有严肃相对于总目标的相对权重，需要把单一准则下元素相对权重的结果进行适当的组合，并进行总的判断一致性检验。这一步骤是由上而下逐层进行的，最终计算结果得出最底层次元素，即决策方案优先顺序的相对权重和整个递阶层次模型的判断一致性检验。

层次分析法的最终结果是得到相对于总的目标各决策方案的优先顺序权重，并给出这一组排序权重所依据的整个递阶层次结构所有判断的总的一致性指标，为决策提供科学依据。

2.2综合评价

利用层次分析法获得各层元素的总排序权值后，需要计算各层元素的综合评价指数，建立相应的评分级标准，才能够进行目标层、指标层和要素层的中和评价。

本次进行沧州地区地下水对生态环境支撑能力评价，首先利用层次分析法建立各种评价指标的权重，计算各元素的综合指数，建立地下水对生态环境支撑能力评价的综合指数划分标准，确定各单元的综合评价界别，形成地下水对生态环境支撑能力综合评价图系。

2.2.1综合指数计算

评价综合指数可利用下式计算：

式中：R为中和评价指数；ci为评价参数的权重(由层次分析法获得)；Xi为评价参数(归一化后的参数值)；n为评价参数的个数。

2.2.2要素层各要素对指标层影响的划分标准

影响研究区生态环境的因素很多，而且也很复杂，在表中已列出与地下水水有关的主要因素，为了在层次分析中构造两两比较判断矩阵，使两两要素更科学的比较，结合研究区生态环境实际情况，建立了要素层对指标层影响的划分标准，见表2。

表2　要素层各要素对指标层影响的划分标准

2.2.3综合指数分级标准

根据沧州地区的实际情况并参考相关的国家或行业标准和前人的研究成果，将地下水对生态环境支撑能力评价的综合指数划分为5级，其换分标准见表3。

表3　地下水对生态环境支撑能力评价分级标准表

3评价结果

根据前面层次分析的基本理论和方法，结合研究区的具体实际，对沧州地区进行了地下水对生态环境支撑能力评价，评价结果见图1。

从沧州地区地下水对生态环境支撑能力评价图中可以看出，沧州地区大部分地区为地下水对生态环境支撑能力中等区域；任丘市西北部为地下水对生态环境支撑能力较强区；支撑能力较弱区也占有较大面积，主要分布在黄骅市南部及北部、海兴县北部、南皮县南部、盐山县西部、泊头市中部、献县东部、河间县中部及东南部和沧县西部等地区；黄骅市中部及沧县西部为支撑能力弱区。总体来说，由于浅层水水质较差，沧州地区地下水对生态环境的支撑能力为中等偏弱，内陆地区支撑能力强于沿海地区。