基于PSR模型的南水北调中线主干渠沿线区域生态环境评价

郭恒亮+刘如意+赫晓慧+田智慧

摘要：结合生态环境状况指数和修正后的“压力-状态-响应”（PSR）模型，从环境质量状况以及生态安全两个角度分析出发，分别考虑自然影响以及自然、经济、社会三者的协同作用，构建了适用于描述南水北调中线主干渠沿线地区生态环境状况的综合评价指标体系。研究结果表明：评价期内环境质量状况评价等级中，只有鲁山县处于“良”，安阳市“较差”，其他县区均为“一般”；生态安全评价方面，只有淅川县处于较安全状态，其他处于预警和中度预警状态，占研究区总面积的97.54%，中度预警占16.28%。总的来看，2014年研究区生态环境质量整体水平一般，综合生态安全形势不容乐观，需要政府部门加大对主干渠沿线输水地段人类活动的监管力度。

关键词：PSR模型；南水北调中线地区；生态环境

中图分类号：XB21 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2017）04-0065-06

Abstract：Based on the ecological index and modified press-state-response model and beginning with environmental quality and ecological security，this paper has successfully constructed the synthetic evaluation index system which can be used to evaluate the eco-environmental situation in areas along the main canal of Middle Route of South to North Transfer Project after respectively considering the natural influence and the combined influence of nature，economy and society.The results indicated that in the assessment of environmental quality levels during the entire evaluation，only the Lushan County was "better" and Anyang City was "worse" with others in the ordinary levels.Besides，in the ecological security Assessment，Xichuan County was the only one in relatively secure state while 97.54 percent of all the study area was in the early or moderate warning states with the moderate warning areas accounting for 16.28%.As a whole，eco-environment quality in 2004 was generally in an ordinary level，and ecological security situation was worrying，so the government should improve supervision to limit human activities in the study area.

Key words：PSR model；Middle Route of SNWTP；ecological environment

生態环境是一个自然-社会-经济的复合系统，同时，生态环境又是社会经济可持续发展的核心和基础，对其质量评价能较好的反映区域社会经济可持续发展的能力以及社会生产和人居环境稳定可协调的程度。南水北调中线主干渠是缓解黄淮海平原水资源严重短缺、优化配置水资源的重大战略性基础设施中的重要一环，其沿线区域生态环境的好坏对沿线输水安全具有重大的影响[1]。

如今区域生态环境评估研究往往以定量评价为主。定量评价属于综合评价，往往采用一定的公式和模型进行描述 [2]。目前国内外生态评价模型框架有PSR模型（压力-状态-响应）、DSR模型（驱动力-状态-响应）、DPSEEA模型（驱动力-压力-状态-暴露-影响-响应）以及欧洲环境署提出的DPSIR模型等，所有模型均将人类活动的影响以及预防措施考虑在内。其中，PSR模型将社会经济与环境有机统一的结合在一起，与其他模型相比能够更加精确地反映生态安全评价中自然和人类活动之间的关系。目前，国内许多学者运用PSR模型在各种区域尺度上进行了相关的生态环境研究，并取得了较好的评价效果[3-6]。然而，在对南水北调中线工程生态环境评估的众多研究中，多数研究集中在水源区[7-9]，而对该工程沿线生态环境研究的文章相对欠缺[10-12]。因此本文结合生态环境现状评价体系，基于修正后的PSR模型，构建12个可量化指标，尝试应用于大型工程施工沿线区域的生态环境评估，分别从环境质量状况以及生态安全两个角度分析出发，对2014年南水北调中线主干渠沿线河南段4 km缓冲区区域生态环境进行分析对比。

1 研究区概况

南水北调中线工程河南段总干渠全长731 km，占总干渠全长的36%。研究区为主干渠沿线4 km缓冲区范围（图1红色部分），在河南省境内主要经过27个县市，经纬度范围为32.63°N-36.27°N，111.65°E-114.38°E，区域面积5 930 km2，约占河南省总面积的3.55%。研究区沿线地质条件复杂，具有不同的水生态特征，降雨分布不均，自然、经济、社会情况差异较大。同时，研究区内生态环境承载能力与社会经济发展脱节，土地过度开发、水体严重污染、地下水位持续下降等问题突出，区域的可持续发展受到极大地限制。

2 资料

根据模型指数构建需要，除了研究区矢量边界图以及河南省行政边界图等辅助数据外，评价所需的主要基础数据包括评价区2014年的土地利用、植被覆被、土壤侵蚀以及相关的社会经济统计等数据，矢量和栅格数据均使用统一的投影与坐标系统，主要基础数据见表1。其中，土地利用数据由人工目视[CM（22]解译获取，误差矩阵检验精度达90%以上，见图2。

NDVI为2014年5月-9月MOD13Q1每16天合成数据产品，共10景影像，利用MRT工具进行数据格式及投影转换，然后结合ArcGIS栅格计算功能获取五个月象元NDVI最大值的均值分布图，结果见图3。

3 方法

评价从环境质量状况和生态安全两个角度分析，二者的定量描述分别由生态环境状况指数和修正后的PSR模型计算结果即综合生态安全指数确定。生态环境状况指数主要侧重表达自然环境的影响，而综合生态安全指数包含了自然、经济和社会的协同作用。

3.1 生态环境状况指数

3.2 修正PSR模型

3.2.1 模型体系框架

生态安全评价需要根据研究区实际情况来构建评价指标体系，本研究引入了应用广泛且认可度更高的修正PSR模型。综合自然与社会经济等各方面的影响因子，结合模型概念框架以及研究区实际情况，在相关研究的基础上[14-16]，构件了修正PSR模型评价体系框架，见表3。该体系包括目标层、准则层和指标层三层。准则层中自然人文压力反映了自然资源、生态环境和人文社会压力等方面的因素，生态系统状态包括土壤、植被、社会经济等多种因素，响应则体现了系统对土地利用变化所引发的各种环境问题的反应和解决能力。评价最终落脚在指标层，由8个可以度量的指标组成，其中生态环境现状由五个分指标构成，具体见上文生态环境状况指数描述。

文章采用层次分析法，结合专家调查的方法，分析对比各个评价指标的重要性，构造对比判断矩阵，计算权矩阵并做一致性检验，最终确定指标权重。

4 结果与分析

4.1 环境质量现状分析

经过指标计算，通过ArcGIS制图，获得生态环境状况指数统计图以及分指数加权后正向贡献值统计图，见图4和图5。根据图4以及生态环境质量评价等级标准，沿线的27个县市中，只有鲁山县为“良”，安阳市处于“较差”，其他处于“一般”，对应面积比例依次为5.80%、3.54%和90.66%。

分析图5发现，生态环境状况排名靠前的地区，如鲁山县、安阳县、博爱县以及淅川县，林地覆盖率高，水系发达，自然基础条件优越。尤其是处于“良”的鲁山县，在多年退耕还林政策的影响下该县森林覆被率超过50%，使得该县生物丰度贡献值最高。相比而言，鹤壁市、郑州市以及安阳市多项分指标均不理想，郑州市植被覆被和生物丰度最低，而安阳市污染负荷压力最重，自然环境压力较大。整体来看，研究区环境质量状况处于一般水平，区域已经处于较为敏感阶段，部分地区土地退化、污染超标等情况凸显，这些制约性因子将不利于水源的保护工作。

4.2 生态安全评价分析

研究区生态安全值范围在0.52～0.81之间，见图6。根据面积统计和图8可知，研究区安全等级分布在较安全和中度预警之间。淅川县的145.71 km2区域处于较安全状况，占研究区的2.46%，而81.26%的研究区面积处于预警状态。值得注意的是，评价区域内的中度预警状态县市一共八个，占县市总数的三分之一，占总面积的16.28%，其中安全度最差的是安阳市、郑州市、焦作市，生态安全值分别为0.52，0.58和0.60，形势不容乐观。

从“压力”、“状态”和“响应”三个角度出发分析，见图7，自然人文压力指数差异较大，从三者的权重分配以及贡献值分布情况对比来看，该指数在生态安全评价中的影响也最大。安全度最高的淅川县，其自然人文压力贡献值高达0.45，主要原因在于该县在2009年-2011年间移民16.2万人，并大规模绿化种植和关停污染企业。而安阳市、郑州市以及焦作市地区城市化发展迅速，人口密集，消费水平较高，工业集聚，人口压力明显。尤其是安阳市环境污染特别突出，重污染天气和河流水质超标严重，环境保护工作面临着极大的困难和挑战。

值的注意的是，各个县市生态状态的差异很小，根据环境评价的结果可知，由于研究区沿线各县市生态环境指数几乎全部满足生态环境标准，即使是最差的安阳市环境指数也接近标准值，使得归一化加权后的生态状态贡献值相同。

与自然人文压力相比，生态响应方面，虽然市级区域指数值相对较高，如郑州市明显高于淅川县，但各个县市差距并不大。分析原因，生态差异取决于主要污染物排放强度值和人均GDP大小，虽然市区较县级区域经济发达，人均GDP高于县级区域，但工业密集，污染严重，使得主要污染物排放强度高，从而导致了该指数在县域和市域范围之间的较小差异。

结合生态安全分指标贡献值结果，通过安全等级空间位置差异对比发现（图8），在八个分指標中，生态安全等级与人口密度有着较高的一致性，处于中度预警以上的地区均为人口密度较高的地区，分析可知，这些地区全都位于主干渠中游和下游地区，以中游地区最为集中，这些地区具有较为突出的经济发展定位，部分地区属于河南省经济的核心地带，而上游在整个研究区中经济发展薄弱，从而造成了区域上人口密度较大的差异。另外，主干渠所经过的城市中心区域生态安全值明显较低，如：郑州市（0.58）低于新郑（0.64），荥阳（0.68），中牟（0.70）；焦作市（0.60）低于淇县（0.74），博爱县（0.69），修武县（0.70）。对于城市化发展较快的地区，生态安全指数反而越低，充分暴露了我国部分城市城市化建设的负面效应，这将对水源保护工作产生较大的影响。因此，对于流经此处的主干渠，政府需要有针对性地开展水源保护工作。

5 结论

本研究主要基于修正后的PSR模型，分别从生态环境质量状况和生态环境安全两个角度综合全面了对南水北调中线工程沿线区域的生态环境评价做了详细的探讨。评价结果较好地反映了自然以及自然、社会、经济三者对于研究区生态环境的影响现状，说明了评价模型体系运用于大型工程沿线生态评估的可用性，为南水北调中线输水环境的调查提供了行之有效的科学依据。

整体上，研究区生态环境状况并不乐观。相关政府部门应该加大对沿线生态环境的治理和保护，采取节水、调水、治污三项措施同步实施策略，为维护和稳定南水北调中线工程水源优良水质创造良好的自然条件和坚实的生态基础。

限于数据获取的限制，本文只针对研究区一期的生态环境做了详细的评价分析。为了更好地揭示南水北调主干渠沿线生态环境的变化趋势和规律，还需要结合多年的数据做进一步的深入研究。

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