基于PSR—物元模型的水生态文明评价研究——以南昌市为例

皮家骏 ， 欧阳澍， 张带琴， 刘成林

(南昌大学 建筑工程学院， 江西 南昌 330031)

1 研究背景

自古以来，善治国者必重水利，中华文明事实上是治水文明，恰是由于重视水利，中华文明得以延续千年，不断蓬勃发展[1]。党的十八大报告首次将关系人民福祉，关乎民族未来的长远大计的生态文明建设，纳入中国特色社会主义的总体布局。水生态文明是生态文明的根基，也是生态文明建设的难点和重点[2]。我国深入开展水生态文明建设工作，对遏制生态恶化和环境污染，提高水的生态环境，取得了良好的作用[3]。刘海娇等[4]、李坚等[5]、王富强等[6]对城市水生态文明建设现状进行了评价，发现些许不足之处，为加速水生态文明城市建设提供依据；王建华等[7]、唐克旺等[8]对水生态文明评价体系进行了探讨，建成了较完整的水生态文明评价体系；任俊霖等[9]、刘海娇等[10]对长江和黄河经济带周边典型城市水生态文明评价，提出量化城市水生态文明指标，能丰硕水生态文明城市建设的理论;汪伦焰等[11]构建了水资源、水生态、水景观、水管理和水文化5个大类24个指标的水生态文明城市评价指标体系，并对许昌市进行了概括评价。舒持恺等[12]建立湖泊健康物元分析模型，选取12个指标对5个湖泊进行了健康评价。通过对照国内水生态文明评价指标体系文献，可知当前水生态文明体系研究不完善，定量地概括性评价研究较少。本文选取南昌市2006-2015年的数据进行实证分析，定量地检验南昌市近10年间水生态文明建设状况。

2 研究方法

2.1 物元可拓评价模型

物元分析方法是我国蔡文教授于20世纪80年代提出的，主要用于解决复杂的不相容问题，适合于多因子评价[13]。水生态文明评价的概念具有模糊性，涉及较多的定量和定性指标，单项指标评价结果具有不相容性，因此按照物元分析法构建水生态文明评价模型，减少了在多成分辨别评价中的主观片面性[14]。

2.1.1 建立物元矩阵 水生态文明程度物元可用R=(D,C,X)来描述，其中D表示水生态文明程度，它关于特征C的量值为X。假设D有n个特征，以C1,C2,…,Cn及其对应的量值X1,X2,…,Xn来表示，则水生态文明程度的物元矩阵可表示为:

(1)

式中： R为n维物元； Ri为R的分物元； Xi为关于Ci的量值，即水生态文明程度的各评价指标对应的原始数据。

2.1.2 经典域和节域 水生态文明程度的经典域物元矩阵Rj为:

(2)

式中： Dj(j=1,2,…,m)为水生态文明程度所划分的评价标准的第j个等级； Ci(i=1,2,…,n)为影响水生态文明的第i个指标；区间Xij为Dj关于Ci所取得量值的范围。

所有等级的物元用Rp表示 ：

(3)

式中:区间Xip=(aip,bip)为Dp关于Ci所取的量值范围，且Xnp=(anp,bnp)，为所有等级的n项指标的最大取值范围，则(anp,bnp)称作节域。

2.1.3 关联函数

关联函数Kj(xi)为:

(4)

式中： Kj(xi)为评级指标i第j级别的关联函数，Xij=(aij,bij)(i=1,2,…,n)。

(5)

(6)

式中： xi(i=1,2,…,n)为指标实测值; Xij=(aij,bij)、Xip=(aip,bip)分别为已确定的经典域和节域。

2.1.4 计算关联度及确定评价等级

(7)

式中： Kj(D)为单元D的关于等级j的关联度； wi为评价指标的权重。若Kj(D)=maxKj(D),则判定D属于等级j。

3 评价指标体系

3.1 构建PSR评价指标体系

目前国内外广泛采用PSR模式构建指标体系，压力(P)-状态(S)-响应(R)模式主要是回答3个问题：“发生什么、为什么发生、我们怎么做”。压力(P)是影响水生态文明建设的因素；状态(S)是指水生态文明现有的状况；响应(R)是水生态文明建设采用的策略和意见。通过参考相关文献，确定评价指标的选择遵照以下原则：(1)科学性。所选指标物理意义要明确、统计方法要规范、测量方法要标准[18]。(2)目的性。所选指标体系能反映出水生态文明真实情况，诊断出水生态文明的破坏程度，为决策者提供对策建议[19]。(3)整体性。指标体系需全面地反映水生态的综合特性，将所选目标和评价目标有机联合，构成条理分明的整体[20]。(4)可操作性。指标数据的获取可通过实际调查和统计等途径，且便于统计和定义明确，有足够的数据量[21]。(5)可比性。水生态文明评价是长期的工作，所选指标的含义和计算方法需统一规范[22]。

按照现有水生态文明评价文献[23]和结合南昌市建设规划特点，从水资源、水生态、水景观、水管理、水文化 5方面选取23项定量和4项定性评价指标。同时，按照所取资料采用专家打分法确定定性指标的量值。针对区域各指标的量值，采用层次分析法和熵权法计算，得到各指标的权重，结果见表1。

3.2 确定评价标准

本文根据国内现有的标准和国家城市发展指导性政策，将其划分为5个不同等级，即好、较好、一般、较差和差，分别用Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级表示。评价经典域的确定主要参考全国平均水平、《生态县、生态市、生态省建设指标(修订稿)》标准值、国际相关标准及江西省平均水平，构建水生态文明评价的经典域综合物元 和节域 如下。

表1 评价指标体系

3.3 子系统

3.3.1 压力系统(P) 人均水资源量、工业取水量、农业用水量等决定了水生态文明建设的压力系统构成。南昌市正处于经济发展的上升期，万元GDP取水量和万元工业增加值用水量等指标过大，则表明该地区需进一步加强环境管理和资源节约建设工作。水土流失治理情况可反映土地承载压力，通过控制人均耕地面积，减轻土地承载压力。3.3.2 状态系统(S) 状态系统主要指生态资源丰富和水环境安全的良好状态，其中栖息地状况、水生动植物状况、森林覆盖率和建成区绿化覆盖率可以较好地反映该区域生态资源丰富情况。地下水开采率、水资源开发利用率和水质达标率可反映水环境安全状态。3.3.3 响应系统(R) 响应系统主要指水环境治理和生态修复等方面，其中水利制度建设情况和水利管理占GDP比重等反映水环境治理的力度，另外需要提高城市污水处理率和工业用水循环利用率。居民满意度和水文化普及率等这些指标能间接反映水生态环境治理效果。

4 实证研究

4.1 研究区域概况

南昌市位于江西省中北部，东经115°27′至116°35′、北纬28°10′至29°11′之间，土地总面积7 402.36km2，其中陆地面积5 197.99km2，占总面积的70.22%；水域面积2 204.37km2，占总面积的29.78%。全市年平均气温17℃～18℃,多年平均降雨量1 589mm。水资源丰富，多年平均径流量61.53×108m3，多年平均地表水水资源量约为63.31×108m3，平均水资源总量为65.96×108m3，人均水资源量用水量高于全国平均水平。伴随南昌市水生态文明城市建设，城镇化率达72.29%，水资源环境将面临的主要问题是水环境安全及水质恶化现象。

4.2 数据来源与处理

文中研究的数据主要来源于江西统计年鉴(2006-2015年)、江西水资源公报(2006-2015年)、南昌统计年鉴(2006-2015年)及相关的文献[24-26]，借助遥感空间分析技术、MATLAB、EXCEL等，对南昌市2006-2015年的数据进行综合处理，如表2所示。

表2 各年份各项评价指标的实际值

4.3 综合评价结果和分析

根据已得评价指标量值，将得到的实际值Ci(i=1,2,…,27)代入式(4)、(7)中，得到南昌市水生态文明评价指标关联度。以2012年C1指标(人均水资源量)的计算为例解释其他参数的意义。将x1=1768输入相应的公式后，获得对应的指标等级的关联度分别为：k(C1)Ⅰ=-0.424、k(C1)Ⅱ=0.019、k(C1)Ⅲ=-0.369、k(C1)Ⅳ=-0.236、k(C1)Ⅴ=-0.431，可知2012年该指标级别为Ⅱ级，属于“较好”水平。同时可获得其他年份评价指标的相关结果(见表 3)。将(表3)中的各项指标的关联度与其相应的权重(表1)代入公式(7)计算出各年份水生态文明综合关联度，并判定其水生态文明等级。以2012年为例，其K1=-0.284、K2=-0.228、K3=-0.275、K4=-0.316、K5=-0.424，可以判定2012年水生态文明级别为Ⅱ级，即“较好”级别。同时可判别其他年份的水生态文明等级(见表 4)。

从表4可以发现，2006-2008年的水生态文明级别为“一般”，2008 -2013年的水生态文明级别为“较好”，2014-2015年的水生态文明级别为“好”，整体上呈现由“一般”向“好”跃升的趋势。从2006-2015年的水生态文明等级可以看出，KⅠ(2006)≤KⅠ(2015)，表明等级无限逼近且达到Ⅰ级；KⅡ(2006-2011)呈增大趋势，表明等级向Ⅱ靠拢，然而KⅡ(2011-2015)呈下降趋势，表明等级向Ⅰ级靠拢；KⅢ-Ⅴ(2006-2015)较稳定地减少，表明等级逼近Ⅰ级和Ⅱ级。

综上所述，2011年的对应的综合关联度反常，和其他年份存在较大的反差，这主要由于当年人均水资源量，年降雨量较低有关，表明水资源总量是水生态文明的关键所在，其他年份的综合关联度随单项指标的变化同步稳定变化。

表3 2006-2015年评价指标关联度

表4 各年份水生态文明等级

从指标因子的权重来看，人均水资源量(C1)、单位面积化肥施用量(C8)、城市污水处理率(C10)、农田灌溉亩均用水量(C15)、工业用水重复利用率(C16)是南昌水生态文明程度差异的主要影响因子。水资源开发率(C3)、水功能区水质达标率(C6)、城市污水处理率(C10)、万元GDP取水量(C13)、工业用水重复利用率(C16)、万元工业增加值用水量(C17)等指标逐年提升，说明南昌水生态文明建设工作进展顺利。公众满意度(C18)在2006-2013年均在Ⅲ级，2014年迅速达到Ⅰ级，证实政府对水生态文明城市建设加大资金投入，效果明显，成绩显著。政府可用财力中水利管理投入比例(C21)等级较低，说明政府对生态水利工程的投资少，且管道建设滞后。政府重视水生态文明可以有效地提升水生态文明建设工作，具有较大的提升潜力。

5 结论与讨论

(1)本文选取南昌市水资源、水生态、水景观、水管理、水文化 5个方面27项评价指标，运用PSR-物元分析模型对南昌市2006-2015年的水生态文明建设进行评价，结果表明：2006-2008年的水生态文明级别为“一般”， 2009-2013年的水生态文明级别为“较好”，2014-2015年的水生态文明级别为“好”。

(2)实证结果表明：人均水资源量、单位面积化肥施用量、城市污水处理率、农田灌溉亩均用水量、工业用水重复利用率是影响水生态文明发展的关键要素。南昌市水生态文明发展态势可观，大部分指标逐年提升，促进了水生态文明城市建设。政府高度重视水生态文明建设工作，对发展生态文明城市至关重要。

(3)采取物元分析法对南昌市水生态文明建设进行评价，评价结果科学可靠，能真实地反应实际情况，但水生态文明综合评价的指标较多，无法将所有评价指标都纳入体系，还需学者们今后进一步去更新和完善。

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