鄱阳湖水生态安全现状评价与趋势研究_水生态环境综合治理与保护（江西水问题研究与实践丛书）-QQ阅读男生玄幻网

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鄱阳湖水生态安全现状评价与趋势研究

游文荪，丁惠君，许新发

江西省水利科学研究院

通过收集整理鄱阳湖社会经济、生态环境和水环境资料，运用PSR 模型、层次分析法和综合指数法确定鄱阳湖现状年的水生态安全度并预测鄱阳湖水生态安全发展趋势。结果表明：城镇生活污水处理率、农业化肥施用量、万元GDP用水量、鄱阳湖水质、钉螺面积等指标对鄱阳湖水生态安全有较大影响；鄱阳湖现状（2005年）水生态安全度为0.5133，属于“基本安全”；2010年鄱阳湖水生态安全度为0.5651，较2005年有所提升，但仍属于“基本安全”的范畴；近期内，鄱阳湖水生态安全度将在“基本安全”的范畴内波动。随着湖区周边经济社会的发展，环境压力的不断加大，若维持现有的保护力度，则鄱阳湖水生态安全的变化趋势不容乐观。应对环境压力的响应措施不足，主动保护水生态系统的行为或意识较为欠缺，是导致鄱阳湖水生态安全等级不高的主要原因。

关键词:鄱阳湖-水生态-安全评价-指标体系-PSR模型-层次分析法

水安全问题越来越受到人们的关注，评价和量化水安全是水安全研究中一个基础而又非常重要的工作。如何用合适的评价模式有效地评价区域水安全状态，研究区域的水安全和社会经济及生态环境系统，指导区域水综合利用，实现社会经济、生态环境和水环境的综合效益，从某种意义上来说，也是关系国计民生的大事^［1］。

鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊，它承纳赣、抚、信、饶、修五河来水，经调蓄后由湖口注入长江，是一个过水性、吞吐型、季节性的湖泊。鄱阳湖拥有巨大的水资源量，丰富的水资源和特殊的气候地理条件孕育了丰富的生物多样性，为区域经济社会发展提供了优越的自然条件，也成为国家珍贵的自然资源库。

温家宝总理要求，“一定要搞好生态环境保护和建设，永远保持鄱阳湖一湖清水”^［2］。随着社会经济的快速发展，工业化、城镇化和农业产业化进程大力推进，鄱阳湖流域的资源、环境面临更大压力。鄱阳湖的水生态是否能维持良好的状态，其发展趋势如何，这是个值得人们思考的问题。对鄱阳湖的水生态安全进行定量评价还鲜有文献报道。本文通过运用相关研究方法和咨询相关专家，对鄱阳湖的水生态安全现状和发展趋势进行了定量评价。

^[1]

1 鄱阳湖水生态现状调查

本文在对鄱阳湖水生态进行现状评价时，确定2005年为现状年。2010年的水生态指标值为基于2001—2006年统计数据以及江西省“十一五”规划等资料作出的预测。鄱阳湖水生态系统主要指标值见表1。

表1 2001—2006年鄱阳湖水生态系统主要指标数据

注数据来源：2001—2006年《江西省统计年鉴》、《江西省水利年鉴》，以及江西省水资源公报、江西省环境状况公报、“江西省国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要”，表中“—”表示没有查到相关数据。

2 鄱阳湖水生态安全评价指标体系与评价方法

2.1 指标体系的建立

本文建立的鄱阳湖水生态安全指标体系分为目标层、系统层和指标层。其中，目标层表达水生态的综合安全度，系统层分为压力系统、状态系统和响应系统，是水生态安全的概念理论和有机组成部分。结合鄱阳湖实际和资料获取情况，本文共选取22个指标，用来描述鄱阳湖的水生态安全情况，各个指标按其属性分别归类到各个系统层 ^［3-6］（见表2）。

表2 鄱阳湖水生态安全评价指标体系

2.2 水生态安全评价方法

水安全评价是针对当前水安全状况，利用数学方法对水安全进行量化分级，以便确定该区域水安全的级别。目的是根据确定出的水安全级别制定出相应的对策以保持社会经济的可持续发展。

2.2.1 水生态安全评价模型^［7］

本文将建立一种评价模型，然后根据实际意义和实用情况确定各个指标的某些特征值，再通过这些特征值得出每个评价指标模型的具体形式，即确定每个评价指标的评价函数曲线；最后根据区域各指标的实际值和评价模型得出各子评价指标的评价值。这就是整个评价工作中最重要也是最难的指标子安全度的计算。

根据实际情况，我们对该模型做出如下3条假设：①模型中评价值即为无量纲值，我们称之为子安全度；②子安全度介于0～1；③模型中的各指标分别占有不同的权重，对安全度的贡献大小不同。

符合此种假设的函数有对数函数、指数小于1的幂函数等。本文选取函数y=a+bx1/2，见图1。

图1 水环境安全评价函数曲线模型

a、b为模型中的参数。曲线中最差值的安全度取0，最优值的安全度取1，及格值的安全度取0.6。参考各种规划、标准等，可以根据实际情况确定最差值或及格值，这样就可以得出各指标的评价函数模型，从而确定指标的安全度。

2.2.2 指标评价标准的确定

在评价研究中，各个指标的实际值均需与标准值比较才可以标准化或者规格化；因此，评价标准的确定是评价过程中的重要一环。具体的水生态安全评价标准可从以下几个方面选取：①国家、行业和地方规定的标准；②背景和本底标准；③类比标准；④科学研究已判定的生态效应；⑤生态建设目标标准。

2.2.3 层次分析法（AHP）赋权技术

权值的确定方法很多，常见的有专家估测法、频数统计分析法、指标值法、层次分析法、因子分析法等。本文选用当前比较流行和通行的层次分析法，利用其思路简明、系统性强，需要数据信息较少且容易掌握的优点在水环境安全评价中作了初步尝试。其基本步骤主要是：①建立层次结构模；②构造判断矩阵；③层次排序计算和一致性检验；④层次总排序；⑤一致性检验。

2.2.4 综合指数评价法

水生态安全的综合评价，即量化水生态安全的过程。本文在确定评价指标后，将评价指标的实际值进行数据归一化处理，得出一系列无量纲指数；其次对评价参数用AHP分析法赋权，将各单元参数的无量纲指数和参数权重进行加权，得出综合评价指数，再将综合指数按一定间隔划分等级，即综合指数法来评价水生态安全。

（1）系统层指标数值的计算方法。系统层指标数值是根据其所属指标层指标数值及其权重乘积加权计算而得，即

式中：E为系统安全度的大小；E_i为第i个指标的子安全度数值；W_i为第i个指标的权重；m为指标的数目。

（2）综合评价指数的计算方法。水环境安全综合评价指数是采用各系统安全度值乘各自的权重后进行加和的方法对水环境安全进行综合评价，即

式中：WES为水环境安全综合评价指数；W_i为第i个系统安全度的权重；E_i为第i个系统安全度的数值；m为子系统的个数。

2.2.5 安全等级分级标准

由于计算所得的综合指数值往往不符合人们判断“好”和“差”的习惯，因此需要将指标的标准化值和综合指数值转换为等级值，即建立评判集与标准化值的概念关联。根据左伟^［8］、胡学峰^［9］、何焰^［10］等人的相关研究成果，本文将水生态安全状态分为五级，见表3。

表3 水生态安全状态分级标准

3 结果与讨论

3.1 指标子安全度评价标准

表4为本文确定的水生态安全评价指标核算标准。其中，部分指标为针对鄱阳湖的水生态安全选取的指标，没有统一标准可以参照，因此没有列入下表。针对这些指标，笔者根据相关资料及经验判断其安全度值，在下文中有详细说明。

表4 水生态安全评价指标核算标准

注指标安全度：最差值为0；及格值为0.6；最优值为1。

以下说明这些指标值域的确定依据（自然保护区面积比率及鸟类数量等指标未在表格中列出，下文有详细说明）。

3.1.1 万元GDP用水量

万元GDP用水量是用水效率和效益的体现，反映全省节水型社会建设的程度。2005年，全国万元GDP用水量304m³，2007年年初，中国提出到2010年万元GDP用水量比2005年降低20%的目标，即2010年全国万元GDP用水量大约为243m³，国际平均水平200m³，美国等先进国家不到50m³。本研究预测，到2010年江西省万元GDP用水量为330m³。

3.1.2 人均用水量

人均用水量与人口增长、经济发展水平、水资源人均占有量和开发利用程度、节水水平等有密切关系。根据1997年世界发展报告和1999年世界发展指标，高经济收入国家人均供水量，一般在200～990m³；中等经济收入国家的人均供水量多数大于高经济收入国家，一般在400～1000m³，而缺水国家人均供水量低于200m³。

3.1.3 污染河段率

污染河段率反映流域内河流污染程度，指河段所有监测断面中劣于Ⅳ类水断面数占全部监测断面的比例。根据实际情况，最差值为100%，即河流全部污染；30%作为及格值。

3.1.4 工业用水重复利用率

反映工业节水水平，表征工业用水节水效率。发达国家的工业用水重复利用率一般大于85%，国内发达城市也在90%以上。取90%为最优值，60%为及格值。

3.1.5 工业废水达标排放率

工业废水达标排放率是一个表征环境质量的指标。2001 年江西省工业废水达标排放率为75.89%；2005 年为92.13%；预计到2010 年，工业废水达标排放率为95%以上。

3.1.6 城镇生活污水处理率

城镇生活污水处理率也是表征环境质量的指标。2005 年江西省城镇生活污水处理率为21.02%，随着一批污水处理设施的建成和投入使用，计划到2010年，城镇生活污水处理率提高到60%。

3.1.7 水土流失治理率

用水土流失治理率来反映水土流失的治理力度，该指标还间接反映了政府、社会公众对水土流失治理的重视程度。2001 年，江西省水土流失治理率为61.41%，2005年为77.02%。预计到2010年，将提高到85%以上。本文取60%为及格值，100%为最优值。

3.1.8 森林覆盖率

森林覆盖率是反映一个国家或地区森林面积占有情况或森林资源丰富程度及实现绿化程度的指标。世界森林覆盖率为27%，全国平均森林覆盖率为12.0%。2005 年，江西省森林覆盖率为60.05%。据江西省“十一五”规划，到2010 年，全省森林覆盖率将达到63%。

3.1.9 城市化率

城市化率既取决于农业发展水平、工业化程度及第三产业的发展情况，是衡量经济发展水平的标志。根据实际情况，设定城市化率的最小值和最大值分别是10%和90%。

3.1.10 城镇恩格尔系数

恩格尔系数是衡量生活发展阶段的指标。联合国粮农组织曾依据恩格尔系数，将生活水平划分为如下标准：恩格尔系数在59%以上者为绝对贫困状态的消费；50%～59%为勉强度日状态的消费；40%～50%为小康水平的消费；20%～40%为富裕状态的消费；20%以下为最富裕状态的消费。

3.1.11 人均水资源量

人均水资源量是衡量一个地区水资源承载力的指标。“根据国际人口计划”人口和环境计划中规定，人均水资源量少于1700m³，将发生用水紧张，少于1000m³将发生严重缺水，少于500m³时将发生极度缺水。由1990年人口和水资源数据的统计结果，世界人均水资源量最少的后5个国家平均人均水资源量为85m³。

3.1.12 人均GDP

人均GDP是反映经济发展整体水平的重要指标，人均GDP越高，水环境建设投入能力越强。根据世界银行1999年的划分（按1999年可比价格）：低收入国家为760美元以下，下中等收入国家为761～3030美元，上中等收入国家为3031～9360美元，高收入国家为9361美元以上；国际上计算赤贫的标准是人均100美元。这里取24000元（3000美元）为及格值，800元（100美元）为最小值。

3.1.13 人均粮食

中国是一个粮食消耗大国，中国政府也一直关注粮食安全问题。国际公认的人均粮食社会安全值为400kg，根据实际情况，取100kg为最差值。

3.1.14 农业化肥施用量

农药和化肥施用量均反映了农业生产对环境的压力。国际公认的化肥施用上限为0.225t/hm²，目前我国化肥施用负荷全国平均水平为0.39t/hm²，我国在世界大国中的化肥用量最高，是其中最小者的9倍。根据我国国情，在最近一段时期内，可以把0.39t/hm²定为及格值，将0.225t/hm²定为最优值。

3.1.15 水利资金总投入占GDP比重

水利资金总投入占GDP比重反映社会在水利方面的资金投入，据参考文献［1］，取0.61%和1%分别为及格值和最优值。

3.1.16 水灾受灾面积率

水灾受灾面积率指洪涝灾害受灾面积占耕地面积比率。据参考文献［1］，取5.5%和2%分别为及格值和最优值。

3.1.17 旱灾受灾面积率

干旱受灾面积率是干旱受灾面积占耕地总面积的比值。据参考文献［1］，取17.5%和5%分别为及格值和最优值。

3.1.18 鄱阳湖劣于Ⅳ类水比例

2001年，鄱阳湖无劣于Ⅳ类水；2002年，劣于Ⅳ类水占0.3%；2005年，劣于Ⅳ类水占8.9%；2007年，劣于Ⅳ类水占26.3%；预计到2010年，鄱阳湖劣于Ⅳ类水将达35%。

3.1.19 钉螺面积

据统计，新中国成立初期，鄱阳湖区钉螺面积为24万hm²左右。2003年，钉螺面积7.73万hm²。2006年钉螺面积8.07万hm²。2007—2008年，鄱阳湖区仍有钉螺面积8.00万hm²。据《江西省水利血防中长期（2004—2015年）规划报告》，到2010年，力争钉螺面积较2008年下降20%以上。因此，本研究预测2010年钉螺面积为6.4万hm²。以96万亩作为钉螺面积指标的安全度的及格值，24万hm²作为最差值。

3.1.20 星子站月均水位在10～19m的概率

星子站是鄱阳湖的代表站，其水位变化即为鄱阳湖水位变化，并能间接反映鄱阳湖水量的变化。本研究认为，星子站月均水位在10～19m涨落，有利于鄱阳湖湖滩草洲的正常的生长，符合鄱阳湖的生态规律；若低于10m或高于19m，鄱阳湖的水生态安全将受到影响。经星子站水文资料计算，2001—2006年逐年月均水位在10～19m范围的概率为0.92、0.83、0.83、0.67、0.83和0.58。假定2010年为平水年份，随着经济社会的快速发展，用水量的不断增加，鄱阳湖月均水位在10～19m范围的概率将下降，本研究预测该概率值为0.5。

3.1.21 自然保护区面积占国土面积比例

2000年年底，我省自然保护区总面积达41.8万hm²，占全省国土面积2.48%；2005年年底为5.4%；预计到2010年年底，全省各类自然保护区总面积占全省国土面积7%。以2010年的7%定为最优值，由于该指标较难确定最差值和及格值，对于该指标各年的安全度值，本文简化为各年的值与最优值的比。则2001—2006年的子安全度分别为0.53、0.64、0.66、0.69、0.77、0.79。

3.1.22 鸟类数量（以越冬白鹤为例）

据资料，在鄱阳湖越冬的白鹤数量达到全球越冬白鹤总数的95%以上，基本稳定在3500～4000只左右。根据1980—1998年鄱阳湖历年越冬白鹤数量统计数据，推求2001—2006年鄱阳湖越冬白鹤数量分别为3053、3156、3259、3362、3465、3568只。这与上述同步调查数据结果吻合。因此，依此类推，预测到2010年，鄱阳湖越冬白鹤数量为3980只。以2010年的白鹤数量指标安全度定为1，以各年数量与2010年数量的比值作为各年安全度值，则2001—2006年白鹤数量指标的安全度分别为0.77、0.79、0.82、0.84、0.87、0.90。

3.2 子安全度计算结果

由表1鄱阳湖水生态指标数据和表4鄱阳湖水生态安全评价指标核算标准，确定2001—2006年及预测年2010年各指标的子安全度值，各指标平均子安全度及其排序见表5。

表5对22个指标进行了安全度排序。结果表明：安全等级较低的指标有万元GDP用水量、城镇生活污水处理率、农业化肥施用量、水灾受灾面积率、人均GDP等5个指标，占总指标数的22.7%；“基本安全”的指标有城市化率、工业用水重复利用率、水利资金总投入占GDP比重、鄱阳湖劣于Ⅳ类水比例、人均粮食等8个指标，占总指标数的36.4%；安全的指标有工业废水达标排放率、自然保护区面积占国土面积比例、水土流失治理率、森林覆盖率、鸟类数量、人均水资源量等9个指标，占总指标数的40.9%。

表5 各指标子安全度排序表

安全度越低，对系统的影响程度越大。从以上统计得出的数据来看，对鄱阳湖水生态安全影响较大的指标有万元GDP用水量、城镇生活污水处理率、农业化肥施用量、水灾受灾面积率和人均GDP等；这些指标分布在社会经济系统、自然灾害、人类对环境的干扰等方面，表明鄱阳湖流域经济发展落后、抵御自然灾害能力弱、对环境的损害以及环境保护不力等是鄱阳湖水生态安全的主要影响因素。

3.3 指标权重结果分析

本文运用层次分析法计算各指标的权重。通过对江西师范大学、江西省环境科学研究院以及江西省水利科学研究院的相关专家进行咨询构造矩阵，计算得到各指标的权重，见表6。

由表6可知，在22个指标的权重排序中，权重比较大的指标依次为：城镇生活污水处理率（0.1620）&gt；鄱阳湖水质（0.0970）&gt；钉螺面积（0.0939）&gt；污染河段率（0.0884）&gt；工业废水达标排放率（0.0757）&gt；农业化肥施用量（0.0748）&gt；水土流失治理率（0.0690）&gt；星子水位（0.0525）&gt；人均粮食（0.0452）&gt；水灾受灾面积率（0.0329）。

表6 各指标权重排序

权重越大，对系统的影响程度越大。由表6可知，对鄱阳湖水生态系统安全影响较大的指标有城镇生活污水处理率、鄱阳湖水质、钉螺面积、污染河段率、工业废水达标排放率和农业化肥施用量等。

3.4 鄱阳湖水生态安全评价结果与分析

按照系统层评价指数和综合评价指数计算方法，计算鄱阳湖水生态安全的综合评价值。根据表3 划分的水环境安全状态分级标准，确定水生态安全等级，见表7。

表7 鄱阳湖水生态安全综合评价指数表

由表7可知，2001—2006年，鄱阳湖水生态安全指数均为“基本安全”（0.4～0.6）级别；2010年，鄱阳湖水生态安全度仍在“基本安全”的范畴。2001—2002 年，鄱阳湖水生态安全相对较好；安全度较差的年份为2004和2006年；现状年2005年安全度值为0.5133。

由图2可知，就压力系统而言，2002年的安全度（0.6809）最大，达到了“较安全”的级别。2003—2006年，压力系统的安全度在0.47左右波动；2010年，压力系统的安全度为0.4775，属于“基本安全”的范畴，但2010年压力系统安全度较2001—2002年有较大幅度的下降。状态系统安全度逐年下降趋势明显；2001—2003年，鄱阳湖水生态安全状态较好，安全度达到了0.7以上；到2010年，状态系统安全度处于最低值。响应系统安全度表现为缓慢上升的趋势，2010年响应系统安全度达到了0.7213，安全度相对最大。系统的综合安全度在0.5附近波动，但有平稳下降的趋势；2005年的综合安全度为0.5133，2010年为0.5651，系统安全度均为“基本安全”状态。本文预计，近期内，鄱阳湖水生态将维持在“基本安全”的状态。由于本文预测所采用的部分数据引自江西省“十一五”规划，考虑到实际到达情况以及社会经济发展导致的环境压力的不断加大，若维持现有的保护力度，则未来鄱阳湖水生态安全的变化趋势不容乐观。

图2 鄱阳湖水生态安全变化图

由图2还可看出，下降趋势最明显的是状态系统，其次是压力系统，响应系统的安全度在逐年提高；综合系统的安全度有缓慢下降的趋势，但总体处于“基本安全”的状态。系统综合安全度降低的原因主要在于压力系统和状态系统安全度的逐年下降，而响应系统安全度虽然逐年上升，但上升的幅度不够大，导致综合系统的安全度为逐年下降的趋势。状态系统安全度下降的趋势也是压力系统安全度下降和响应系统安全度小幅上升的综合表现。

随着时间的推移，社会经济的快速发展，鄱阳湖流域面临的压力越来越大，包括人口压力、资源压力和环境压力等；而应对这些压力的响应系统，如水利资金投入、环保投入，社会经济发展等，虽然逐年提高，但是相对于巨大的压力来说，还是显得非常薄弱。

根据本文建立的指标体系及子安全度计算结果，压力系统安全度较低（“极不安全”至“较不安全”）的几个指标为万元GDP用水量、农业化肥施用量、水灾受灾面积率等；而钉螺面积等指标虽然安全度达到“基本安全”，但由于其权重较大，导致整个压力系统的安全度处于较低的水平。响应系统体现的是人类社会（包括各级政府、企业和个人）对各种压力的应对措施及程度。鄱阳湖水生态安全的响应系统一直处于较低水平，这与社会经济发展程度不相协调。应对压力的相应措施不足，主动保护水生态系统的行为或意识比较欠缺，是导致鄱阳湖水生态安全等级不高的主要原因。因此，有关部门可根据本文提出的各级安全度的计算结果，对安全等级低、权重大的生态指标给予必要的重视，以达到提高鄱阳湖水生态安全度的目的。

4 结语

本文对鄱阳湖的水生态安全进行分析，结合相关研究、统计资料，选取反映鄱阳湖水生态安全的22个指标，构成鄱阳湖水生态安全评价指标体系。运用层次分析法、综合指数法及咨询相关专家，确定了鄱阳湖水生态安全现状并预测了近期内鄱阳湖水生态安全的发展趋势，结果表明：

（1）选取鄱阳湖区社会经济、生态环境和水环境等3个方面的22个指标，分别计算2001—2006年各指标的安全度，通过专家咨询确定各指标的权重。结果表明，对鄱阳湖水生态安全具有较大影响的有：城镇生活污水处理率、农业化肥施用量、万元GDP用水量、鄱阳湖水质、钉螺面积等指标。

（2）通过综合指数法计算得出，鄱阳湖现状年水生态安全度为0.5133，属于“基本安全”状态；2001—2006年，鄱阳湖水生态安全度在0.50附近波动，但有平稳下降的趋势；2010年鄱阳湖水生态安全度为0.5651，较2005年有所提升，但仍在“基本安全”的范畴。本文预计，近期内，鄱阳湖水生态将维持在“基本安全”的状态。随着湖区周边经济社会的发展，环境压力的不断加大，若维持现有的保护力度，则鄱阳湖水生态安全的变化趋势不容乐观。应对环境压力的相应措施不足，主动保护水生态系统的行为或意识较为欠缺，是导致鄱阳湖水生态安全等级不高的主要原因。有关部门应加大对鄱阳湖的保护力度，针对鄱阳湖水生态安全的重要影响因素，采取必要的应对措施，以提高鄱阳湖的水生态安全度，达到保护好鄱阳湖“一湖清水”的目标。