水资源开发利用的生态制约指标体系初

作者:雷晓琴 雷…    文章来源:人民长江    点击数:1556    更新时间:2010/3/12

摘要: 以长江流域为对象,通过分析不同水资源开发利用方式的生态与环境制约因素,识别制约因子,并提出建立指标体系的理论和方法,将水资源开发利用的生态制约因素以更直观和具体的方式体现,对于协调水资源开发利用与生态环境保护的关系,维系流域优良生态和河流健康具有重要的理论和实践意义。生态制约指标体系建立之后,还须选取流域内具有代表性的工程进行实例研究,逐渐完善指标体系,为水资源保护管理提供有力的技术支撑。

: 生态制约;指标体系;水资源开发利用;水资源保护管理

中图分类号: TV213   文献标识码: A   文章编号:1001-4179200811-0046-03

1 概述

20世纪50年代以后,全球人口急剧增长,人类对水资源的需求以惊人的速度增长,筑坝发电是长江流域水资源开发的重要类型,水资源开发利用活动也对生态与环境带来了一些不利影响,传统的开发模式暴露出来的生态环境问题日趋严重,已威胁到河流生态系统的健康状况与其服务功能的充分发挥。目前,我国水利工作正处在从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变过程中,我国水资源开发利用在经历了技术制约、资金制约、市场制约3个阶段后,已经到了第4个阶段,即生态制约阶段,针对今后的水利工作发展需要,要做到保护生态、有序开发,正确处理水资源开发中的生态和环境保护问题。

生态问题将成为近期及今后一个时期我国水资源开发乃至整个水利事业进一步发展的重要制约因素,必须高度重视水资源开发中的生态问题,用科学发展观和人与自然和谐相处的理念正确认识并妥善处理水资源开发利用与生态环境保护的关系,确保生态环境良性循环、资源永续有效利用以及社会经济可持续发展。

本文以流域水资源开发利用可能导致的生态环境问题为基点,以水资源开发利用与生态环境保护关系相协调为目标,分析水资源开发利用对生态环境产生的影响,辨析影响的程度、方式和特点,找出在水资源开发利用规划、项目开发建设和运行管理中制约水资源开发利用的生态与环境因子,研究生态与环境因素对水资源开发利用的制约因素、程度和指标,并按照一定的方法进行赋值并确定相应权重,构建出水资源开发利用的生态制约及其指标体系,为水资源开发利用中的生态环境保护管理提供重要的技术支撑。

2 国内外研究现状

目前,国内外对直接关于水资源开发利用的生态制约指标体系研究相对较少。国外与水资源开发利用和生态环境保护相关的指标体系研究,开展较多的如生态系统脆弱性评价指标体系、生态系统健康评估、河流生态系统健康及其评价指标体系、生态系统服务功能评价、水资源评价指标体系、水资源可持续利用评价指标体系、水资源开发利用评价等等。我国与水资源开发利用和生态环境保护相关的指标体系主要有单一类型指标体系和综合性指标体系两类。两种指标体系各有其特点和适用范围。单一类型指标体系是基于特定条件建立的,具有针对明显性、研究对象比较单一、研究内容局限性、指标体系适用范围窄、不同类型的评价结果之间缺少可比性等特点。综合性评价指标体系包含的指标繁多,由于数据可得性的限制,可操作性较差,指标之间的关联性较高,确定和计算相对困难。

指标体系中指标指数的选取和计算方法是指标体系至关重要的内容,国内现有的计算和分析方法多见于回归分析法、模糊综合评判法、主成分分析法、层次分析法、改进的层次分析法等方法。

3 指标体系构建的理论方法

本体系构建的理论依据和方法要求先对研究水体内的生态环境背景进行调查分析,对流域内的自然保护区、森林公园、风景名胜区、珍稀动植物栖息地、重要和特有鱼类的洄游通道等生态敏感区域和敏感问题等进行研究,探讨水资源开发利用与这些生态敏感区域和敏感问题的相互制约影响关系,研究不同区域存在的生态与环境制约因素,确定各区域主要的生态环境特点和类型,并对其重要生境和生态敏感区进行识别。

在此基础上,针对流域内主要水资源开发利用方式,分析水资源开发利用对生态、环境的作用因素和影响结果,采用成因及结果指标体系分析法进行水资源开发利用的生态环境影响因素的相关性分析,确定相应的生态指标,并根据不同水体、不同水资源开发利用方式,以及对生态环境的影响、区域环境背景情况进行指标的筛选和确定,得出不同区域水资源开发利用的生态制约指标体系。通过指标赋值和权重确定,进行各因子的生态制约分值的计算,并根据区域环境特点进行系数修正,得到各生态指标最终制约分值,最后得到不同区域内不同水资源开发利用形式的生态制约值,对应生态制约性的分类和标准,得出其生态制约性的大小和类型,以及主要的生态制约因子。

4 指标体系的组成

指标体系以水资源开发利用的生态环境制约因素为核心,以主导生态因素为控制目标和制约程度的标准,包括指数层、系统层、指标层和变量层。指数层即指水资源开发利用生态环境制约指数;系统层包括生态环境服务功能、生态系统完整性、重要生境保护、水体自然净化功能、水土保持功能等等反映某种类型指标的集合;指标层为组成各系统层的指标;变量层是指可直接获得或进行简单计算的变量。在此基础上,构建综合评价指数,包括可修复程度指数、可协调系数和可持续发展系数,可修复程度指数用来评价水资源开发利用对生态环境产生影响的可逆性和严重程度,可协调系数用来评价水资源开发利用的生态环境协调状况,可持续系数用来评价水资源可持续开发利用和生态环境健康发展的状况程度。

5 指标体系的框架结构及赋值方法

5.1 体系的框架结构

对生态环境制约因素指标进行识别,采用矩阵体现指标体系的框架结构和构成,形式结构如表1。在确定制约因子时,首先应以覆盖面广、考虑周全为原则,全面考虑可能制约水资源开发利用的因子,并对不同的河段所特有的背景情况,以及主要的水资源开发方式进行因子的筛选和选取。

1 水资源开发利用的主要生态制约因子矩阵

1中,对各指标进行分解,得到若干变量,如水质的制约因子变量有水质恶化、富营养化、水温;水文包括流量减少、断流、水位水深变化、泥沙淤积;生物多样性(仅指水生生物,陆生生物在陆地系统中予以考虑)包括物种减少、种类和生物量变化、生境破碎、栖息地丧失;自然灾害包括地震、泥石流、滑坡、崩塌、海岸侵蚀、盐水入侵、旱涝灾害等;陆地系统包括土壤盐碱化、潜育化、土地沙化、植被退化及陆生动物等等。

5.2 生态制约指数的计算方法及其系数修正

考虑到不同流域内不同河段、不同区域环境背景,以及生态服务功能的需求差别,采用生态环境背景水平系数和服务功能需求系数进行修正,同时,对可修复程度、可协调程度、可持续发展程度进行综合考虑,确定综合修正系数。

5.2.1修正系数的定义和赋值说明

1)生态环境背景水平评价系数(EBC)的确定。在对背景水平进行评价时,针对比较敏感的特殊区域和重要生境,要进行生态敏感区、重要生境的辨识及其敏感性的评价,作为该河段、区域生态环境背景水平的一项指标。

2)服务功能需求评价系数(FRC)的确定。生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。根据不同河段、区域对生态需求的不同要求,进行服务功能的需求性评价,对需求系数的选取和确定给出定义说明和赋值方法。

3)综合评价系数(SEC)。在生态背景水平评价系数和服务功能评价系数确定的基础上,构建综合评价系数。综合系数评价主要包括可修复程度系数、可协调系数和可持续发展系数。可修复程度系数用来评价水资源开发利用对生态环境产生影响的可逆性和严重程度,可协调系数用来评价水资源开发利用与生态环境的协调状况,可持续系数用来评价水资源开发利用对生态环境可持续发展的影响程度。

5.2.2生态制约指数的计算

进行指标体系的构建和赋值评价时,在对各指标因子进行赋值评价并计算得分后,结合系数的修正,进行有针对性的评价,得到最终的生态环境制约指数ERI

式中ERI为生态环境制约指数, ERfi 表示第k个指标层中对应的第i个变量的制约程度分数;ωi 为第k个指标层中对应的第i个变量的权重,ωk 表示指标层中第k个指标的权重。

EBC表示生态环境背景水平评价系数;FRC表示服务功能需求评价系数;SEC表示综合评价系数。该系数均以1为标准值,根据程度和水平的高低予以赋值。

5.3 指标赋值、权重及制约等级划分

5.3.1指标因子的筛选和赋值

指标因子的筛选过程中,将结合考虑流域内各区域的主要生态特征和环境要素,以达到指标体系的适用性和侧重点突出的目的。

在对制约因素的指标进行赋值时,对每个指标的制约特征和赋值标准予以解释说明,根据影响程度和严重性,逐一赋值,采用1分制,按照影响的大小,从01分为10个等级,制约程度越高分值越大,制约程度越低分值越小,赋值后与其对应的权重相乘,通过权重折算,以及各项综合指数修正后,得到最终分值和评价结果。根据每个制约因子的制约分值,并乘以其修正系数,将所有制约因子相加,得到最后的制约值。

5.3.2指标的相互关系和权重的确定

确定指标权重是构建指标体系过程中非常重要的步骤,权重是各个指标对目标的贡献值大小。在构造层次分析法的判断矩阵时,为避免由于主管随意性的问题,采用Delphi法(专家咨询法)、AHP法(层次分析法)、主分量分析法相结合方法,对各因素重要性赋值时,科学设置各指标的权重。

在确定权重时,通过对各指标上一层次某因素的重要性进行两两比较,采用5级定量法确定系统中变量A与变量B的比,按同等重要、稍重要、重要、很重要、特别重要,相应赋值为13579,相应BA的比赋值为11/31/51/71/9,通过计算各变量的量化矩阵,得到指标对子系统的权重,一层一层进行量化和赋值。在使用该方法进行因子比较时,尽可能考虑到环境质量评价的各个方面,聘请所涉及到的各个领域的专家进行评估,减少主观性,并结合具体情况对个别指标与权重进行适当的修改与调整。

根据5级定量法的权重确定方法,通过指标变量(fi )之间的相互关系和相对重要性,构建各变量的量化矩阵,计算变量层、指标层及系统层各因子的权重ωi ,得到权重表。

5.3.3制约等级的划分和标准

根据对生态环境保护的要求,结合生态环境制约程度,按照分类标准,参照其它评价方式,将制约等级分为极度制约、高度制约、中度制约、轻度制约、不制约5个等级。其中极度制约表示该区域生态极其脆弱,各制约因子都有很强的生态制约性,总体制约性极强,完全不能开发,应重点保护;高度制约表示该区域生态环境很脆弱,除个别因子外,其它因子均具有较强的生态制约性,总体制约性较强,只能进行生态环境保护类的水资源开发利用活动;中度制约表示该区域生态环境背景状况较好,部分因子具有严重的制约性,可适度开发,但在开发利用过程中应对这些重点制约因子予以保护并采取减免措施;轻度制约表示该地区生态环境状况良好,少数因子具有一定的制约性,能开展适应国家、区域发展规划的水资源开发利用活动,但在开发建设过程中,应对有制约性的因子予以重点保护,并达到不损害区域整体生态环境状况;不制约表示该区域生态环境状态很好,对水资源的开发利用不具有制约性,能进行大量的开发和建设,达到促进地方社会经济的发展,但不能降低该区域的生态环境等级。

根据指标因子的赋值和权重的确定,开展了评价标准等级划分的研究,并通过专家咨询和论证,给予定量的标准和划分,给出的标准值和标准值范围为:①极度制约,生态制约指数为0.911.0;②高度制约,生态制约指数为0.710.90;③中度制约,生态制约指数0.410.70;④轻度制约,生态指数为0.110.40;⑤不制约,生态制约指数不超过0.10

6 结论

本文提出了水资源开发利用中生态环境制约指标体系构建的理论方法,为研究水资源开发利用与生态环境保护关系提供了直观和量化的方法,对流域水资源的合理开发与生态环境的有效保护具有重要的参考意义。今后须选取流域内有代表性的工程进行实证研究,通过研究对指标体系逐渐完善,为水资源保护管理提供强有力的技术支撑。

作者简介: 雷晓琴,女,长江水利委员会长江水资源保护科学研究所,工程师。

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