基于PSR 模型的南通市水生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究

鄧洋陽，朱劉紅，葉愛山，2

(1.南通理工學(xué)院商學(xué)院，江蘇 南通 226002；2.蘇州科技大學(xué)創(chuàng)新管理與評(píng)價(jià)研究所，江蘇 蘇州 215009)

水是生命之源，是人民生活之根本，水生態(tài)環(huán)境直接影響著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 對(duì)水生態(tài)安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，不僅是水資源領(lǐng)域的問題，而且是涵蓋與水相關(guān)的自然系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)及社會(huì)系統(tǒng)的綜合性問題[1－2]。 在國(guó)家將發(fā)展重點(diǎn)轉(zhuǎn)向沿海城市，并致力于加快構(gòu)建新發(fā)展力量的背景下，南通市不斷推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模也隨之?dāng)U大，這也就導(dǎo)致了工業(yè)用水量急劇增加、城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水排放超標(biāo)等，直接掣肘經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。 近年來，市政府對(duì)水生態(tài)環(huán)境高度重視，先后印發(fā)了?南通市“十四五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃??南通市生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃(2021—2025年)?等文件，使得水生態(tài)環(huán)境明顯改善，但水資源污染形勢(shì)依然嚴(yán)峻，Ⅳ、Ⅴ類水質(zhì)仍存在。 對(duì)此，本研究將系統(tǒng)性分析南通市水生態(tài)安全問題，這對(duì)促進(jìn)城市可持續(xù)健康發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義[3－4]。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于水生態(tài)安全的研究已有豐碩成果。 水生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立早已擺脫單因子模式，開始向多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變，但相關(guān)主題研究仍呈現(xiàn)出理論化和碎片化，缺乏綜合性系統(tǒng)性評(píng)價(jià)。 水生態(tài)安全評(píng)價(jià)本質(zhì)是水安全評(píng)價(jià)的發(fā)展和延伸，建立科學(xué)合理的指標(biāo)體系是開展水生態(tài)安全評(píng)價(jià)的重要前提。 結(jié)合南通市水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，本研究基于“壓力－狀態(tài)－響應(yīng)”(PSR)模型，建立起南通市水生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系。 PSR 模型能夠直接揭示事件的內(nèi)部機(jī)制，并客觀刻畫出具體的發(fā)展形態(tài)[5－6]。關(guān)于指標(biāo)權(quán)重，將采用變異系數(shù)法確定。 該方法相較于層次分析法等主觀評(píng)判方法，可以有效規(guī)避主觀因素影響，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的測(cè)度[7]。 因此，本研究將基于PSR 模型構(gòu)建南通市水生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系，并運(yùn)用變異系數(shù)法進(jìn)行相應(yīng)評(píng)價(jià)與分析研究。

一、 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建與評(píng)價(jià)方法選擇

(一)水生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

水生態(tài)安全評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，內(nèi)部由關(guān)系復(fù)雜的水生態(tài)安全要素組成，而生態(tài)要素又由多個(gè)生態(tài)因子組成。 關(guān)于水生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系模型選取，應(yīng)用最為廣泛的是由經(jīng)濟(jì)合作和開發(fā)組織(OECD)與聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)共同提出的“P－S－R”模型，即“壓力－狀態(tài)－響應(yīng)”模型[8]。 PSR模型是由壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)、響應(yīng)指標(biāo)等子系統(tǒng)所構(gòu)成。 在水生態(tài)安全系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中，各子系統(tǒng)作用不同但相互關(guān)聯(lián)，不同指標(biāo)要素間也同樣會(huì)相互影響[9－10]。 壓力子系統(tǒng)主要涵蓋人類所進(jìn)行的生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)水生態(tài)所造成的影響；狀態(tài)子系統(tǒng)是指人類對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)作用影響后所呈現(xiàn)的形態(tài)；響應(yīng)子系統(tǒng)則是人類對(duì)水生態(tài)已產(chǎn)生或即將產(chǎn)生破壞所采取舉措行為的體現(xiàn)。

水生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系是由壓力、狀態(tài)、響應(yīng)等子系統(tǒng)所構(gòu)成(表1)。 壓力子系統(tǒng)選取了農(nóng)業(yè)用水情況、人均GDP、工業(yè)廢水排放量等指標(biāo)；狀態(tài)子系統(tǒng)以第三產(chǎn)業(yè)比重、糧食產(chǎn)量等表征；響應(yīng)子系統(tǒng)采用總用水量、工業(yè)廢水治理項(xiàng)目投資額來衡量。 其中，單項(xiàng)指標(biāo)依據(jù)屬性不同，劃分為正負(fù)向指標(biāo)。 正向代表指標(biāo)對(duì)水生態(tài)安全有利，指標(biāo)值越大表示越接近理想狀態(tài)，如工業(yè)廢水治理項(xiàng)目投資額等指標(biāo)。負(fù)向代表指標(biāo)對(duì)水生態(tài)安全不利，指標(biāo)值越大表示越不理想，如工業(yè)廢水排放量等指標(biāo)。

表1 南通市水生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

(二)評(píng)價(jià)方法選擇

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)水生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究所運(yùn)用的方法較多，如模糊系統(tǒng)分析法、層次分析法、綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法等。 其中，綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法是一種相對(duì)簡(jiǎn)單，分析結(jié)果較為精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)方法。 該方法通過對(duì)一組相同或不同指數(shù)值進(jìn)行處理，將不同計(jì)量單位、不同性質(zhì)的指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化，最終轉(zhuǎn)化成一個(gè)綜合指數(shù)，用以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)綜合發(fā)展水平，在水生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究中較為常用。 對(duì)此，本研究選擇綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)南通市水生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析。 首先，對(duì)所選取的單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；其次，利用變異系數(shù)法獲取指標(biāo)權(quán)重；最后，得出南通市水生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

由于單項(xiàng)指標(biāo)間單位及屬性均不相同，原始數(shù)據(jù)并不具有可比性，需對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化方式較多，常用方法有最小最大法、Zscore 法、按小數(shù)定標(biāo)法等。 本研究依據(jù)實(shí)際需要，選取最小最大標(biāo)準(zhǔn)化方法，見式(1)。

式(1)中，Xij表示第i年第j個(gè)指標(biāo)原始數(shù)值，Yij為第i年第j個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)值。 minXj為第j個(gè)指標(biāo)最小值，maxXj為第j個(gè)指標(biāo)最大值。

變異系數(shù)法基本思想為，水生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系中指標(biāo)值差異越大，表示該指標(biāo)越難實(shí)現(xiàn)，也就反映出被評(píng)價(jià)主體間的差距。 式(2)與式(3)為分別獲取平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差。

式(4)為計(jì)算水生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系中各單項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)值，再通過計(jì)算變異系數(shù)值占比，即可獲得各單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重值，如式(5)所示。

在獲得各單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重基礎(chǔ)上，將權(quán)重值與標(biāo)準(zhǔn)化值相乘，就可以獲得各評(píng)價(jià)指標(biāo)的得分值，如式(5)所示。

(三)數(shù)據(jù)來源

本研究所用數(shù)據(jù)來自?南通市水資源公報(bào)?和?南通市統(tǒng)計(jì)年鑒?，個(gè)別缺失數(shù)據(jù)采用插值法填補(bǔ)。 由于研究數(shù)據(jù)存在一定滯后性，可獲取到的最新數(shù)據(jù)截至2020 年。 對(duì)此，研究期選取2015~2020年，基本上可以很好地反映出南通市水生態(tài)安全發(fā)展現(xiàn)狀與基本趨向。

二、 南通市水生態(tài)安全評(píng)價(jià)與分析

(一)南通市水生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分析

通過變異系數(shù)法計(jì)算，得到南通市水生態(tài)安全指標(biāo)權(quán)重值(表2)。 壓力子系統(tǒng)中，農(nóng)業(yè)用水情況、人均GDP 和工業(yè)廢水排放量等指標(biāo)權(quán)重值均大于13%，表明這些指標(biāo)對(duì)南通市水生態(tài)安全均能夠產(chǎn)生較大的影響。 其中，農(nóng)業(yè)用水情況指標(biāo)權(quán)重值達(dá)到18.16%，相較人均GDP 和工業(yè)廢水排放量指標(biāo)來說，該項(xiàng)權(quán)重值較大，說明南通市對(duì)農(nóng)業(yè)用水調(diào)控力度明顯不足。 近年來，南通市持續(xù)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)節(jié)水工程建設(shè)，但相應(yīng)的配套維護(hù)服務(wù)尚不健全，在今后水生態(tài)安全治理過程中，應(yīng)引起更多關(guān)注。 狀態(tài)子系統(tǒng)中，糧食產(chǎn)量指標(biāo)權(quán)重值為14.40%，意味著南通市糧食產(chǎn)量與水生態(tài)安全存在反向發(fā)展關(guān)系，當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展技術(shù)水平仍有待進(jìn)一步提高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩者之間協(xié)同發(fā)展。 響應(yīng)子系統(tǒng)中，工業(yè)廢水治理項(xiàng)目投資額權(quán)重值達(dá)到了18.97%，不僅是響應(yīng)子系統(tǒng)中最大值，也是南通市水生態(tài)安全中最大值。 可以看出，當(dāng)前南通市水生態(tài)安全治理重點(diǎn)在于加強(qiáng)工業(yè)污染預(yù)防與治理。當(dāng)然，隨著南通市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的要求也提高，這直接關(guān)系著廣大社會(huì)群眾的生產(chǎn)水平與生活質(zhì)量。

表2 南通市水生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

(二)水生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

為了有效評(píng)價(jià)南通市水生態(tài)安全水平，參考學(xué)界普遍做法，依據(jù)水生態(tài)安全具體得分進(jìn)行等級(jí)劃分[11－12]。 通常認(rèn)為，水生態(tài)安全發(fā)展水平介于0 至1 之間，越接近于1 表示水生態(tài)安全越理想，越接近于0 表示水生態(tài)安全越惡劣。 依據(jù)水生態(tài)安全綜合得分情況，可劃分為5 個(gè)等級(jí)，分別為惡劣、較差、一般、良好和理想(表3)。 惡劣狀態(tài)是指水生態(tài)安全系統(tǒng)服務(wù)功能幾乎為零，環(huán)境遭受到嚴(yán)重破壞且難以恢復(fù)，并在自然演變情況下經(jīng)常性發(fā)生災(zāi)害；較差狀態(tài)是指水生態(tài)安全系統(tǒng)服務(wù)功能出現(xiàn)嚴(yán)重退化，環(huán)境遭受到較大破壞且恢復(fù)較困難，會(huì)出現(xiàn)較多生態(tài)災(zāi)害；一般狀態(tài)是指水生態(tài)安全系統(tǒng)服務(wù)功能出現(xiàn)退化，環(huán)境遭受到一定的破壞，但通過一系列的有效措施可以明顯改善環(huán)境，但偶爾會(huì)出現(xiàn)生態(tài)災(zāi)害；良好狀態(tài)是指水生態(tài)安全系統(tǒng)服務(wù)功能較為完好，環(huán)境遭到輕微破壞，較少出現(xiàn)生態(tài)災(zāi)害；理想狀態(tài)是指水生態(tài)安全系統(tǒng)服務(wù)功能基本完好，環(huán)境基本未受到破壞，幾乎不出現(xiàn)生態(tài)災(zāi)害。

表3 水生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

(三)南通市水生態(tài)安全發(fā)展水平分析

在獲取單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步計(jì)算，可得到南通市水生態(tài)安全各子系統(tǒng)得分(表4)。 從圖1 中可以看出，2015~2020 年南通市水生態(tài)安全綜合得分呈現(xiàn)M 型發(fā)展態(tài)勢(shì)，近年來南通市水生態(tài)安全形勢(shì)越來越嚴(yán)峻。 南通市水生態(tài)安全各子系統(tǒng)間差異顯著，各子系統(tǒng)得分呈現(xiàn)壓力子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)、響應(yīng)子系統(tǒng)依次遞減階梯式分布。 其中，壓力子系統(tǒng)得分最高，達(dá)到1.2229，而響應(yīng)子系統(tǒng)得分最低，僅為0.7576。 這表明南通市水生態(tài)安全壓力方面表現(xiàn)相對(duì)突出，但響應(yīng)子系統(tǒng)并未能做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。 研究期內(nèi)南通市水生態(tài)安全綜合得分值介于0.3至0.7 之間，依據(jù)表3 水生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)可知，南通市水生態(tài)安全等級(jí)主要在Ⅱ級(jí)與Ⅲ級(jí)。 2015~2018 年呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，2018~2020 年呈現(xiàn)快速下降趨勢(shì)。 這表明南通市2015~2018 年水生態(tài)安全向利好轉(zhuǎn)變，達(dá)到Ⅲ等級(jí)，即南通市水生態(tài)安全處于一般狀態(tài)。 隨后2018~2020 年，南通市水生態(tài)安全向不利轉(zhuǎn)變，又降回到Ⅱ等級(jí)，即水生態(tài)安全處于較差狀態(tài)。 從整體發(fā)展趨向來看，南通市水生態(tài)安全并不容樂觀，近年來水生態(tài)安全基本處于一般狀態(tài)，說明南通市水生態(tài)安全已經(jīng)遭受到一定程度的破壞，服務(wù)功能部分出現(xiàn)退化。 下面將對(duì)南通市水生態(tài)安全各子系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

表4 2015~2020 年南通市水生態(tài)安全發(fā)展水平

圖1 2015~2020 年南通市水生態(tài)安全趨勢(shì)圖

從壓力子系統(tǒng)得分來看，2015~2019 年南通市水生態(tài)安全壓力子系統(tǒng)呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，但在2020 年卻出現(xiàn)了明顯下降。 這主要是由于近年來南通市農(nóng)業(yè)用水量急劇增加，2020 年南通市農(nóng)業(yè)用水量達(dá)到23.34 億立方米，較上年增加17.35%，無疑給南通市水生態(tài)安全帶來了巨大壓力。 同時(shí)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口集聚，同樣也給南通市水生態(tài)安全帶來較大的壓力。 可見，農(nóng)業(yè)用水量增加對(duì)南通市水生態(tài)安全有著直接影響，這需要政府部門積極采取有效舉措來協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水生態(tài)安全之間的關(guān)系，同時(shí)還應(yīng)增強(qiáng)水生態(tài)系統(tǒng)的抗壓能力。 當(dāng)然，工業(yè)廢水排放量已由2015 年的15745 萬噸下降至2020 年的12058 萬噸，這極大地緩解了南通市水生態(tài)安全系統(tǒng)的承載壓力，也反映出南通市政府對(duì)工業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)正在不斷加大監(jiān)管力度，以減少不必要的非期望產(chǎn)出。

從狀態(tài)子系統(tǒng)得分來看，2015~2020 年南通市水生態(tài)安全狀態(tài)子系統(tǒng)呈現(xiàn)出明顯波動(dòng)現(xiàn)象。 其中，2016 年?duì)顟B(tài)子系統(tǒng)得分達(dá)到0.2343，為當(dāng)年各子系統(tǒng)中最高分值，對(duì)狀態(tài)子系統(tǒng)貢獻(xiàn)達(dá)到43.08%，這是糧食產(chǎn)量指標(biāo)和第三產(chǎn)業(yè)比重指標(biāo)的共同作用結(jié)果。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸走向合理化和高級(jí)化，生產(chǎn)技術(shù)水平也將有所改良，隨之而來的就是對(duì)要素資源利用率將極大提升，既降低了生產(chǎn)用水量，也有效提高了廢水達(dá)標(biāo)率。 眾所周知，糧食生產(chǎn)關(guān)系著廣大農(nóng)民的生活質(zhì)量，研究期內(nèi)南通市糧食產(chǎn)量基本處于持平狀態(tài)，維持在335 萬至340 萬噸。 但2020 年糧食產(chǎn)量相較前幾年出現(xiàn)輕微上漲，對(duì)水生態(tài)安全可能存在一定影響，糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)得依托于農(nóng)業(yè)科技，而不是依賴規(guī)模種植實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。 2020 年壓力子系統(tǒng)得分相較2019 年有所上升，說明了南通市對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)負(fù)向作用有所減緩，很好地實(shí)現(xiàn)了增加糧食產(chǎn)量與水生態(tài)安全同步發(fā)展的良好局面。

從響應(yīng)子系統(tǒng)得分來看，2015~2020 年南通市水生態(tài)安全響應(yīng)子系統(tǒng)呈現(xiàn)明顯倒V 型發(fā)展態(tài)勢(shì)。2015~2017 年響應(yīng)子系統(tǒng)得分快速增加，而2017~2020 年響應(yīng)子系統(tǒng)得分值進(jìn)入快速下降階段。 研究期內(nèi)響應(yīng)子系統(tǒng)2015 年得分值最小，對(duì)當(dāng)年水生態(tài)安全貢獻(xiàn)僅為21.72%，這主要是由于2015 年南通市工業(yè)廢水治理項(xiàng)目投資額偏低，與此同時(shí)，2015年南通市社會(huì)總用水量在研究期內(nèi)位于第三，綜合作用下致使2015 年響應(yīng)子系統(tǒng)得分并不理想。2017 年南通市工業(yè)廢水治理項(xiàng)目投資額達(dá)到了2015 年的9.81 倍，但不可否認(rèn)，工業(yè)廢水治理項(xiàng)目的作用效應(yīng)具有時(shí)效性，后期維護(hù)與保養(yǎng)必然也要有效推進(jìn)，避免治污項(xiàng)目未能產(chǎn)生應(yīng)有作用。 響應(yīng)子系統(tǒng)對(duì)南通市水生態(tài)安全貢獻(xiàn)僅為26.38%，尚未能達(dá)到平均水平33.33%。 因此，南通市政府部門應(yīng)不斷健全水資源論證制度，持續(xù)改善水生態(tài)環(huán)境，以增進(jìn)民生福祉。

三、 結(jié)論與對(duì)策建議

本研究基于PSR 模型構(gòu)建起南通市水生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系，采用變異系數(shù)法對(duì)2015~2020 年南通市水生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析，并對(duì)水生態(tài)安全進(jìn)行等級(jí)劃分。 研究發(fā)現(xiàn):第一，研究期內(nèi)南通市水生態(tài)安全呈現(xiàn)M 型發(fā)展態(tài)勢(shì)，2015 年與2020 年南通市水生態(tài)安全都處于較差狀態(tài)，2018 年水生態(tài)安全得分值最高；第二，南通市水生態(tài)安全各子系統(tǒng)得分值差距明顯，呈現(xiàn)壓力子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)、響應(yīng)子系統(tǒng)依次遞減階梯式分布；第三，南通市水生態(tài)安全單項(xiàng)指標(biāo)中，農(nóng)業(yè)用水情況與工業(yè)廢水治理項(xiàng)目投資額指標(biāo)權(quán)重位于前列，將是南通市水生態(tài)安全治理與改善的重要突破口。 依據(jù)研究結(jié)論提出如下對(duì)策建議:第一，著力推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)低碳可持續(xù)發(fā)展。 一方面，對(duì)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)技術(shù)設(shè)備進(jìn)行改善，提高水資源利用效率；另一方面，注重對(duì)農(nóng)業(yè)需水量較大品種進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)。 第二，加強(qiáng)相關(guān)治理水生態(tài)安全政策的滾動(dòng)修訂。 繼續(xù)履行河長(zhǎng)制等政策制度，維護(hù)南通市河湖健康，實(shí)現(xiàn)河湖功能永續(xù)發(fā)展。 同時(shí)，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可與水生態(tài)安全脫離，要始終踐行“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念。 第三，健全水資源論證制度。 對(duì)不符合水資源管理制度的產(chǎn)業(yè)計(jì)劃實(shí)行一票否決制度，還應(yīng)積極引導(dǎo)人民群眾在日常生活中養(yǎng)成節(jié)約用水的良好習(xí)慣。