黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估

鐘恒文，左祥國(guó)，胡 婷，熊周璇，熊亞蘭，王 君

(1.中南安全環(huán)境技術(shù)研究院股份有限公司，湖北 武漢 430000；2.云南建投安裝股份有限公司，云南 昆明 650000；3.湖北省城市地質(zhì)工程院，湖北 武漢 430050；4.武漢新江城環(huán)境事務(wù)咨詢(xún)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430021)

黃梅引江灌區(qū)位于湖北省黃岡市黃梅縣，該縣位于湖北省東南部，大別山尾南緣，長(zhǎng)江中下游結(jié)合部北岸，鄂、贛、皖三省交界，東與安徽省宿松縣接壤，西與湖北省武穴市毗連，南與江西省九江市區(qū)隔江相望、兩橋相連，北與湖北省蘄春縣山水相依。東西最大寬度37km，南北最大長(zhǎng)度61km。黃梅縣地勢(shì)北高南低，呈三級(jí)階梯狀傾斜，北部山地屬大別山余脈，中部為丘陵及壟崗平原，中南部為湖泊，南部為濱湖沉積平原和沿江沖積平原，平原和湖泊占全縣總面積78%。引江灌區(qū)地勢(shì)平坦，地貌屬蘇浙皖陷斷褶束中的凹陷帶，除蔡山鎮(zhèn)有少量丘陵外，其余地區(qū)均為平原。國(guó)土面積600.03km2，人口50.48萬(wàn)人，其中鄉(xiāng)村人口27.45萬(wàn)人，耕地面積3.75萬(wàn)hm2，其中水田1.56萬(wàn)hm2，旱地2.16萬(wàn)hm2，水澆地306.67hm2。灌區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)有中型灌區(qū)7處，基本建成較為完備的水利基礎(chǔ)設(shè)施，現(xiàn)狀有效灌溉面積達(dá)3.75萬(wàn)hm2。灌區(qū)2019年糧食作物總產(chǎn)量25.17萬(wàn)t，其中早稻7997t、中稻207084t、晚稻15379t、小麥14786t、玉米6454t，豆類(lèi)產(chǎn)量4364t，薯類(lèi)產(chǎn)量3457t，棉花總產(chǎn)量2480t，油料總產(chǎn)量4.56萬(wàn)t。農(nóng)村常住居民人均可支配收入16449元；灌區(qū)地面高程大致分布在13.0～19.0m，蔡山鎮(zhèn)局部高地高程在20.8～22.08m，最低部分主要分布在龍感湖管理區(qū)，地面高程在10.12～12.2m?？偟膩?lái)說(shuō)，地勢(shì)西高東低，南高北低。

灌區(qū)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要載體，是集經(jīng)濟(jì)發(fā)展、居民生活和農(nóng)林牧漁業(yè)等為一體的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。為踐行我國(guó)“十四五”規(guī)劃倡導(dǎo)的綠色發(fā)展理念，本文以黃梅引江灌區(qū)為研究對(duì)象，建立了科學(xué)的生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估體系，以達(dá)到促進(jìn)黃梅引江灌區(qū)健康發(fā)展的目的。

1 黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境建康評(píng)估指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)識(shí)別原則

一般來(lái)說(shuō)，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取多具有較大的主觀性。因此，構(gòu)建指標(biāo)體系以及選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，為了達(dá)到客觀性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性的目的，遵循以下原則。

(1)全面性與代表性。指標(biāo)選取的對(duì)象是黃梅引江灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境健康，需要考慮多個(gè)方面的因素，如經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)和資源等。因此，選取的指標(biāo)必須要包含的信息量足夠大，建立的指標(biāo)體系能夠在一定程度上指導(dǎo)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展[1]。

(2)客觀性與定量性。指標(biāo)的選取要以事實(shí)為基礎(chǔ)，每個(gè)指標(biāo)的含義必須清晰，要能夠體現(xiàn)出每個(gè)指標(biāo)的影響，含義盡量不與其他指標(biāo)重疊[2-3]。指標(biāo)及相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)源要明確。同時(shí)，選擇的指標(biāo)要能夠量化，且量化的資料要具有易獲取的特點(diǎn)。在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，要確保標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，降低評(píng)價(jià)結(jié)果的誤差[4]。

(3)冗余信息剔除。各個(gè)指標(biāo)之間的聯(lián)系應(yīng)當(dāng)較弱，保持指標(biāo)的獨(dú)立性。相似指標(biāo)會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)誤差，造成信息干擾[5-7]。因此，在指標(biāo)篩選的過(guò)程中要注意剔除重疊的指標(biāo)。

1.2 指標(biāo)篩選過(guò)程及黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估指標(biāo)體系

在遵循上述指標(biāo)識(shí)別原則的基礎(chǔ)上，對(duì)黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康影響因素進(jìn)行分析，總結(jié)為水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、工程保障以及生態(tài)環(huán)境等多個(gè)方面來(lái)反映黃梅引江灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境健康狀態(tài)。首先，本文初步整理了81個(gè)指標(biāo)，為了將不必要的指標(biāo)篩選出去，采用變異系數(shù)法對(duì)指標(biāo)的變異系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，將變異系數(shù)小的指標(biāo)剔除，公式如下所示：

(1)

(2)

經(jīng)過(guò)剔除變異系數(shù)小的指標(biāo)之后，剩下32個(gè)指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行無(wú)量綱處理，計(jì)算相關(guān)系數(shù)，以便剔除冗余指標(biāo)，計(jì)算公式如下所示：

(3)

剔除冗余指標(biāo)后，形成最終的黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估體系，其中包括4個(gè)準(zhǔn)則層和16個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。同時(shí)，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行劃分，如《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》《地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》等，具體見(jiàn)表1。

表1 黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估指標(biāo)體系

2 基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估

2.1 權(quán)重計(jì)算方法

為了保證權(quán)重計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文擬采用主客觀權(quán)重計(jì)算相結(jié)合的方法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)[8]。首先，采用層次分析法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)主觀權(quán)重，步驟如下所示。

第一，構(gòu)造層次分析結(jié)果。本文將評(píng)價(jià)的目標(biāo)層定位黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康情況；準(zhǔn)則層則為影響黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康的因素，包括水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境以及工程保障；指標(biāo)層則為各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)因子。

第二，構(gòu)造判斷矩陣。即構(gòu)造指標(biāo)兩兩比較的判斷矩陣，見(jiàn)表2。

表2 判斷矩陣模型

第三，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

(4)

(5)

第四，計(jì)算權(quán)重：

(6)

接著，采用CRITIC法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重，步驟如下：

第一，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱處理?？刹捎谜?fù)向化的方法去除指標(biāo)量綱。

第二，采用標(biāo)準(zhǔn)差的方式求指標(biāo)的變異性，公式如下：

(7)

(8)

第三，計(jì)算指標(biāo)沖突性，計(jì)算公式如下：

(9)

式中，Rj—相關(guān)系數(shù)，一般情況下，相關(guān)系數(shù)越大，指標(biāo)的權(quán)重就越大。

第四，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重值：

(10)

(11)

式中，Cj—指標(biāo)信息量；Wj—指標(biāo)權(quán)重。

最后，進(jìn)行組合賦權(quán)，步驟如下：

第一，確定基本權(quán)重向量集w，設(shè)向量權(quán)重組合權(quán)重系數(shù)為a，則現(xiàn)行組合為：

(ak>0，k=1，2，…，l)(12)

第二，確定目標(biāo)函數(shù)：

(13)

第三，進(jìn)行組合賦權(quán)：

(14)

2.2 基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估模型

由于黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估具有模糊性，本文決定采用模糊綜合評(píng)價(jià)法建立評(píng)估模型，具體步驟如下：

第一，確定論域，包括評(píng)價(jià)對(duì)象的因素論域和評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域：

U={u1，u2，…，um}

(15)

V={v1，v2，…，vn}

(16)

第二，確定隸屬度函數(shù)：

(17)

(18)

(19)

第三，進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)，首先構(gòu)造評(píng)價(jià)矩陣R，然后與權(quán)重系數(shù)進(jìn)行合成，即

B=A×R

(20)

則等級(jí)評(píng)價(jià)公式為：

F=V×R

(21)

其中，評(píng)價(jià)等級(jí)集合為：V={健康，亞健康，一般，較差，差}，分別對(duì)應(yīng)五級(jí)、四級(jí)、三級(jí)、二級(jí)和一級(jí)。

2.3 黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估

首先，根據(jù)基于博弈理論的AHP-CRITIC組合賦權(quán)法計(jì)算黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，具體結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估指標(biāo)權(quán)重計(jì)算 單位：%

從表3可以看出，水資源(B1)和生態(tài)環(huán)境(B3)是黃梅引江生態(tài)環(huán)境健康的主要影響因素，權(quán)重之和達(dá)到78.61%。工程保障(B4)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)(B2)的對(duì)黃梅引江生態(tài)環(huán)境健康的影響較小。

接著，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，為了更好的觀察黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康演變情況，本文將2005、2010、2015和2020年的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算評(píng)估結(jié)果，具體見(jiàn)表4。

表4 黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康綜合模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

由表4可以看出，黃梅引江灌區(qū)在2005、2010、2015和2020年的生態(tài)環(huán)境健康評(píng)分一般都在(3，4)之間，即黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康評(píng)價(jià)等級(jí)為“一般”，而隨著時(shí)間的變化，評(píng)分也逐漸提高，評(píng)價(jià)等級(jí)向“亞健康”狀態(tài)發(fā)展，說(shuō)明隨著近年來(lái)國(guó)家對(duì)黃梅引江灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康的重視與保護(hù)起到了較好的作用。

3 結(jié)論及建議

灌區(qū)具有居民生活供水、農(nóng)業(yè)灌溉、以及防洪抗旱和漁業(yè)養(yǎng)殖等多重功能，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。本文以黃梅引江灌區(qū)為例，構(gòu)建了系統(tǒng)的灌區(qū)生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估體系，對(duì)灌區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)及發(fā)展具有重要的意義。同時(shí)，促進(jìn)灌區(qū)的綠色可持續(xù)發(fā)展就是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的綠色可持續(xù)發(fā)展，必須要重視灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)，正視人與灌區(qū)、人與自然的發(fā)展關(guān)系，踐行“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念。由于時(shí)間有限，本文研究還存在不足之處，如本文主要以黃梅引江灌區(qū)為例進(jìn)行研究，在指標(biāo)體系方面是否可應(yīng)用到其他灌區(qū)還應(yīng)進(jìn)一步討論。