（环境科学专业论文）水库型水源地生态安全评价模型构建及应用——浙江省天台县为例.pdf

水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 供水量、化肥利用率、内源防治、污水治理率是1 0 个主要因素。但如以1 0 主要因 素构建评价模型，则各安全度同趋势提高至优良，但是影响水源安全的一些因素 将被忽略，不能有效的进一步指导实践工作。 ( 2 ) 模型构建与应用过程中3 s 技术的应用，有效降低了生态安全评价过程中 人为因素的不利影响。同时针对模型风险性及指标在系统中的准入或控制特性及 实际发挥空间，分析认为模型“状态”指标要进行动态监控，同时指标权重的赋 值要针对水源地实际系统状况及充分体现后期管理建设的需求。 ( 3 ) 通过计算中小水库型水源地生态安全的各层次指标安全性指数值及分 析指标的可弹性得出近远期工作重点，为水源地环境保护规划明确了思路。在天 台县龙溪水库的应用中，得出近期工作重点为村庄生态化改造实现生活污水、固 废无害化，调整农业生产模式以减少化肥、农药使用量，加快水质监控系统建设 等；需要从长远方面进行引导为完善生态经济补偿机制以提高环保投资比重、区 域收入水平，推广生态农业减少水土流失率，优化林种结构等。 总之，水库型水源地生态安全评价模型构建及应用不仅丰富了我国生态安全 评价的范畴，而且为我国水源地生态环境管理和建设提供了新思路和新途径。但 在表征压力或状态或响应的指标间的正负反馈关系及相互作用关系，各指标在实 际环境保护工作中的优化空间及可操作性，多行政边界下水源地的社会响应指标 选取方面还需作进一步的研究。 关键词：生态环境，安全评价，模型构建，水库型水源地 i i 水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 a b s t r a c t b1 9 7 7 t h eu nf i g u r e do u tt h a t ： w a t e rw i l lb e c o m eas e r i o u ss o c i e t a lc r i s i s l a t e l yi no u rc o u n t r y , t h es u r f a c ew a t e ri sp o l l u t e ds e r i o u s l y , a n di nm a n yr e g i o n s t h ew a t e r q u a l i t yc a r n o ts a t i s f yt h eu s i n gr e q u i r e m e n t s t h es a f e t yo f w a t e rp r o b l e m i sb e c o m i n gm o t 0a n dm o r ei m p o r t a n t i n2 0 0 6 ，t h ed i r e c t o ro fs e p a ，z h o us h e n g x m p o i n t e do u tt h a td r i n k i n gw a t e rs a f e g u a r di st h em o s tj m p o r t a n ti np o l l u t i o nc o n t r o la n d p r e v e n t i o nw o r k i n g , a tt h es a m et i m et h ew a t e rr e s o o r v , ep r o t e c t i o np l a n so f w a t e m h e di si n i t i a t e d r a p i d l y i no u rc o u n t r y , t h ed r i n k i n gw a t e rr e 剐) 1 镪躺m o d e r a t e - l i t t l er e s e r v o i ri nm a n y t o w n s 。t h ew a t e rq u a i i 够o f r e s e r v o i rw i l lb ea f f e c t e de a s i l y , a n df l i ti s p o l l u t e d t h e c o s tw i l lb eh i 曲a n dt h eq u a l i t yw i l lr e s u m od i f f i c u l t y t oo f f e r t h et h e o r ys u p p o r ti n w a t e r s h e de n v i r o n m e n t a lp l a n n i n ga n dt e c h n o l o g yg u m - a n t e ci ne n v i r o n m e n t a l d e c i s i o n - m a k i n g , e v a l u a t i o no ft h ew a t e r s h e de c o e n v i r o n m e n ts y s t e mo fr e s e r v o i r i n t e g r a t e di saf o c a ls o c i a lp r o b l e ma n df r e s hr e s e a r c h b a s e do nt h eg u i d a n c eo f r e g i o n a le c o l o g i c a ls e c u r i t yt h e o r y , t h i sa r t i c l es t u d i e s o nt h ec o n s t y u c ta n da p p l i c a t i o no ft h em o d e r a t e - t i t t l er e s e r v o i rw a t e r s h e di ns e v e r a l a n g i e sa n dd e p t h , w i t ht h el i n eo ft h ei n d e xs y s t mc h o i c e ，t h ei n d e xd a t ag a t h e r i n g a n dt r e a t m e n t , a n dt h ej u d g m e n ta n di m p l e m e n to fs a f ed e g r e e s ，i nt h ep r o c e s so f c o n s t r u c t i o nt h em o d e l i n g , w ei n t r o d u c et h ep s r ( p r e s s e r - s t a t u s - r e s p o n s e ) a sa f r a m e w o r kt os e l e c taf o u r - l a y e r si n d e xs y s t e mw i t ht w e n t y - e i g h ti m p a d ti n d i c a t o r s ； t h eg a t h e r i n ga n dc a l c u l a t i o no fi n d e xd a t at h r o u g hr o u t i n em o n i t o r e do l 3 sa n a l y s i s ， a n dn o r m a l i z a t i o nw i t h q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ；t h e i n d e xw c d # t c a l c u l a t e dt h r o u g h1 - 9s c a l e st om a k ef u r r yj u d g m e n tm a t r i x ；t h ei n d e xs e c u r i t y c a l c u l a t e db ym o d e la n da tl a s th a v eaf o u r - l a y e r sj u d g m e n t a tt h a tt i m e , t h eu s eo f 3 st e c h n o l o g yi nc o n s t r u c t i n ga n di m p l e m e n t i n gt h em o d e lr e d u c e dt h ed i s a d v a n t a g e sb e c a u s eo ft h ec o n t r i v e df a c t o r s a f t e rb u i l d i n gt h em o d e l w eu s e di ti nt i a n t a i w a t e r s h e d s t h et i a n t a it o w nl i e s i nt h em i d d l eo fz h e j i a n gp r o v i n c e h i l l y - b a s i n i i i 浙江大学硕士学位论文水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 r e g i o n s ，h a st e nw a t e r s h e dp l a c e s ，b e t w e e nt h e mt h e r ea r es i xa r t i f i c i a lr e s e r v o i ra n d l i t t l ep e o p l el i v et h e r e i nt h i ss t u d y , w ec h o i c et h ef o u r s ：t h el o n g x ir e s e r v o i rh a sa g o o de c o - e n v i r o n m a n t ，al o wr c s i d e n t a ld e n s i t ya n dal o wi n t e n t i o ne x p l o i t a t i o n , t h e t o n g k e n g x ir e s e r v o i rh a st o u re x p l o i t a t i o np h e n o m e n o n , t h el i m i na n dy a n b a n s i r e s e r v o i rh a v et h ec h a r a c t e r so fl o wh y p s o g r a p h y , h i g br e s i d e n t a ld e n s i t ya n d i n t e n t i o ne x p l o i t a t i o na st h es t u d yo b j e c t s a f t e rt h es t u d yo ft h ef o u rr e s e r v o i r w a t e r s h e d s ，w eg e tt h er e s u l t s 嚣f o l l o w s ( 1 ) f o r e s tc o v e i s ，b i o d i v a c s i t y ，w a t e rq u a l i t y , s o i le r o s i o n , f o r e s t - t y p es t r u c t u r e ， r a i n f a l ld e g r e o , a v e r a g ea v a i l a b l ew a t e r , f e r t i l i z e re f f i c i e n c y , t h ep r e v e n t i o na n d c o n t r o lo f i n t e r n a lp o l l u t i o na n ds e w a g ea r et h em a i n 自c t o 幅w h i c ha f f e c tt h er e g i o n s e c o s e c u r i t y , a n dt h es e c u r i t yd e g r e eo f f o u rw a t e r s h e d sa l eg o o d b mi f w ec o n s t r u c t t h em o d e lw i t ht h et e nf h c t o 墙t h es e c u r i t yw i l lb e c o m eb e t t e r , b u ts o m ei m p a c t sw i l l b ei g n o r e di nt h ep r a c t i c a lw o r k s ( 2 ) i nc o n s t r u c t i n ga n di m p l e m e n t i n gp r o c e s s ，t h eu o f3 st e c h n o l o g yr e d u c e d t h ed i s a d v a n t a g ee f f e c t sf r o mh u m a nb e i n g b a s e d0 nt h em o d e l sr i s k , i n d e x s p e r m i s s i o n0 1 c o n t r o lc h a r a c t e r sa n da c t u a lb e t t e r m e n tr o o m , w et h i n kt h a tt h e s t a t u s i n d i c a t o r sn e e dd y n a m i cc o n t r o la n dt h ew e i g h t e da n a l y s e so fd a t as h o u l ds a t i s f y t h en m n a g e m c n tn e e d ( 3 ) t h es t u d yd e s c r i b e d t h e p r o s p e c t o ft h ew a t e r s h e d e n v i r o n m e n t a l m a n a g e m e n ta n db u i l d i n g ，t h r o u g hc a l c u l a t i n gt h e i n d i c a t o r s s e c u r i t yi n d e x f o r e x a m p l e a 矗wa n a l y s i st h es u s t a i n a b i l i t ya n d 瞄嵋t o fo fm o d e lj o i n e dw i t ht h ef a c t so ft h e l e n g x ir e s e r v o i rw a t e r s h e da n dt h es e c u r i t ya n di n t e r a c t i o nr e l a t i o n s h i po f e a c hl a y e r si n d e x w e i n i t i a t es e v e r a lw a t e r s h e d e n v i r e n m e n t a lp r o t e c t i e nr l e a s l l g c m c l l t ：s t r e n g t h e np r e v e n t i o na n d p o l l u t i o nc o n t r o l ；e n t i r ee c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ；i m p r o v et h ee n v i r o n m e n t a lr e g u l a t i o n a b i l i t ya n dt h ee c o l o g i c a lc o m p e n s a t i o nm e c h a n i s m i naw o r d , t h ec o n s t r u c t i o na n di m p l e m e n to ft h ew a t e r s h e d e c o s e c u r i t y a s s e s s m e n tm o d e ln o to n l ye n r i c h e de o o s e c u r i t ya s s e s s m e n tc a t e g o r yi n0 1 1 i c o u n t y , b u ta l s op r o v i d ean o wi d e aa n da p p r o a c ht oo u rw a t e r s h e dm a n a g e m e n ta n db u i l d i n g k e y w o r d s ：e c o e n v i r o n m e n t a l ，t h ev a l u a t i o no fs e c u r i t y , t h em o d e lc o n s t r u c t i o n , t h e w a t e r s h e do f r e s e t v o i r 永库型求源地生态安全评价摸型均建及应用 水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 浙江省天台县为例 1 引言 1 1 水源地生态安全评价 1 1 1 水源地研究的社会需求 联合国1 9 7 7 年向世界发出了“水不久将成为一项严重的社会危机”的信号。 我国近年地表水污染严重，水环境质量多达不到区域用水功能要求，用水安全问 题日益严竣。2 0 0 6 年国家环保局局长周生贤明确提出了保障饮用永安全是我国 污染防治中的首要任务，各地的水源地环境保护规划工作迅速开展起来。 2 0 0 6 年我们受天台县政府委托开展浙江省天台县水源地环境保护规划 的编制工作。在规划编制过程中我们认识到我国中小城镇大多以中小型水库作为 饮用水水源地，如浙江省已建成蓄水量1 0 万m 3 以上的各类水库工程3 9 0 0 余座， 总蓄水能力3 7 0 多亿m 3 ，其中大型水库2 4 座，蓄水量3 2 0 多亿m 3 ，中小型水 库3 9 1 8 座，总蓄水能力达5 0 多亿m 3 ，供水功能正由灌溉发电向生活用水转化。 众所周知，水库的水质污染过程复杂多样，其中以面源污染为主1 1 】，水环境质量 恶化后治理费用高，水质恢复困难。所以综合分析和评价水库型水源地生态环境 问题，是环境规划及后期环境管理过程的关键。 但是目前来看，水库型水源地从生态环境管理层面进行的综合性研究比较欠 缺。现在水源地研究主要集中在范围的划分、水环境承载力、污染源调查等基础 技术方法【2 胡，针对生态环境的多为定性的说明和界定 5 - 7 1 。水源地是自然系统、 社会系统和“社会经济环境”复合系统的综合，用水区域社会经济发展用水的需 求，水源地居民生活质量提高的需求都直接或间接的影响水源地生态环境。如土 地开垦、林木砍伐、旅游开发、禽畜养殖等都对水源地水质、水量产生越来越多 的干扰，这必将成为影响水源地安全的重要因素。但同时污染防治措施的实施、 水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 水质监控预警系统的建设、水源保护的宣传和教育等都将对水源地环境维护产生 良好的效果。所以如何对发展过程中对水源地生态环境会产生影响的要素进行综 合评价和分析，为水源地环境保护决策提供支撑，是水源地生态环境研究的社会 需求和科研需要。 1 1 2 水源地生态安全评价由来 2 0 0 6 年由国家环保总局制定颁布的饮用水水源保护区划分技术规范2 0 0 6 ) ) 界定水源地范围是指为保护水源洁净而划定的加以特殊保护、防止污染和破坏的 一定区域。水源地范围的划分更多的考虑了供水区发展用水需求与水源水的水环 境质和量的保障问题，是人为因素和自然因素共同分析下的划定。集水区的范围 是地表水与地下水分水线所包围的区域，因地下水分水线不易确定，习惯上将地 表水的集水区称为流域，是自然形成的区域。 水库型水源地在水库集水区范围内，所以两者在在生态涵义、空间划分和实 际的研究应用中必有一定的联系。具体表现为：( 1 ) 生态涵义的一致性。均为自 然、社会和“社会经济环境”复合系统的综合。发展过程中均以水资源保护为主， 生态系统稳定性、水源涵养能力、水环境质量与水质净化能力是系统的核心，两 者在生态环境系统的研究中生态涵义是一致的。( 2 ) 空间划分的差异性。水库型 水源地保护区划分为三纭，针对不同区域采取不同的污染防治和环境管理措施， 范围小于或等于集水区，与美国、加拿大等国家水源水的保护从集水区范围考虑 有一定差距，这与我国社会发展及经济水平有关，即用有限的资金对特定的区域 进行特殊的保护，切实可行的保障人民用水安全。( 3 ) 实际研究应用的关联性。 区域内农业种植模式、污染防治措施、生态补偿机制等政策措施对生态环境产生 影响，森林覆盖率、林种结构指数等系统指标表征了区域生态环境态势，对生态 环境进行研究以保障发展过程中系统的稳定和水质水量的需求是研究应用的重 点。由于水库型水源地在生态环境系统方面研究的欠缺，本文对影响水源地生态 环境问题的识别及系统要素的功能定位和理想化取值参考水库集水区研究。 永源缝在集水区范围内集水区属于区域的范畴，所以水源地生态环境研究 属于区域生态环境研究。区域生态环境研究分为针对某环境要素的微观研究和环 境管理层面的综合分析，综合分析方面主要为区域生态安全( 环境) 评价。依据不 2 水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 同的理论基础有生态经济模型、土地格局模型等评价模型，为实现对影响水源地 生态环境要素的综合分析和评价，模型选用区域生态安全评价数学模型。同时为 了验证和分析模型本身的不确定性、模型表征意义的科学性等方面，对天台县水 库型水源地进行生态安全评价。 1 2 生态安全评价研究现状 生态安全是从2 0 世纪8 0 年代由“安全”的定义扩展开始研究的，主要围绕“环 境变化”和“安全”之间的关系展开。它经历了四个发展阶段：安全定义的扩展( 8 0 年代) 、环境变化与安全的研究( 9 0 年代初期) 、环境变化与安全的综合性研究 ( 9 0 年代后期) 、环境变化与安全内在关系的研究( 2 0 0 1 年以后) 【8 l 。研究主要 包括三个方面的内容：明确安全的概念涵义，利用模型进行评价，针对模型构建 中指标筛选和计算问题具体分析。 1 2 i 安全概念及涵义 国际应用系统分析研究所( l 久s a ，1 9 8 9 ) 认为生态安全指在人的生活、健康、 安乐、基本权利、生活保障来源、必要的资源、社会秩序、人类适应环境变化的 能力等方面不受威胁的状态，包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全， 后来生态安全的涵义从系统脆弱性、资源持续利用性、区域可持续发展性方面又 有不同的定义【5 1 ，虽至今没有统一，但存在以下方面的共识： ( 1 ) 生态系统是复合的系统，是自然系统、社会系统和自然一经济- 社会系统的 统一体，安全追求的目标是自然社会经济复合生态系统整体结构的优化。 ( 2 ) 生态安全是一个相对的概念，可以用系数表征生态安全满足程度。通常通 过建立反映生态因子及其综合体系质量的评价标准来定量地评价安全状况。 ( 3 ) 生态安全是动态的概念，即区域生态安全随环境变化而变化。同时生态安 全可以调控，通过对不安全状态分析和采用区域针对性措施加以整治，变不安全 因素为安全因素。 生态安全研究理论基础包括可持续发展理论、生态系统服务功能理论、空间论 和系统论，为生态安全研究过程中指标筛选、指标关系诠释、评价结果分析提供 科学依据。 水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 可持续发展理论：可持续发展强调发展的持续性、长远性、全局性，强调资 源环境的永续利用和社会经济自然复合系统的健康、稳定、持续发展。生态安 全是可持续发展的基础，没有生态安全，系统就不可能实现可持续发展。生态安 全从生态学来讲要在经济社会发展过程中生态系统是持续而稳定的，能抵御外界 因素的干扰；从社会经济学来讲能提供完善的生态系统服务功能；从人类能动上 来讲人类能针对生态的脆弱性作为一定的改善行为。 生态系统服务功能理论：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，包括对人类生存及生活质量有 贡献的生态系统产品和生态系统功能 1 6 , 1 7 】。评价区域生态环境系统安全就是评价 自然生态系统服务对人类需要的满足程度或者为满足人类需求生态系统服务功 能的实现情况【嘲。生态系统安全是生态安全的基础，评价核心是最大可能的达到 自然资源乃至整个生态系统的持续利用，为实现可持续发展提供生态安全保障， 即生态系统服务功能对发展的满足程度。 时空论：为解决区域生态环境问题提出有效的环境管理措施，需要研究其安 全性随着时间和空间变化的规律性。时间上可分为“点”和“段”的安全，“点”主要 指相对较短的时间段，并假设时间段内区域受到的外部环境作用相对保持稳定。 以“点”为特征的生态安全研究能快速的评价区域生态环境的现状和特征，及时提 供必要的管理信息，但同时寻找参照物比较困难，经验成分较多。但“段”特征的 区域生态安全虽然能系统的分析和评价区域生态变化特征，但因为数据的缺失等 常为评价带来不确定性。 空间格局主要从地理学角度分析区域的整体性和整体的结构性。区域的整体 性表现为对区域的某一局部实行干扰，则整个区域出现变化；区域的结构性主要 为层次性、自组织性和稳定性。把生态、社会、经济综合考虑进行区域生态安全 评价可从宏观尺度上把握区域的动态，为决策和管理提供依据，但指标的选取容 易出现以偏盖全的倾向，故需要借助遥感信息及多部门的协作h 9 2 0 1 。 系统论：任何复杂的大系统都由众多子系统构成，子系统与子系统，子系统 与大系统之间相互协调、相互配合，共同确保大系统豹有机存在。系统评价就是 对研究问题所构成的系统的各要素( 即评价对象) 在总体上进行分类和排序。系 统评价中通过建立明确的评价标准来测定评价对象，对其功能、特性和效果等属 4 水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 性进行科学的测定，其中指标权重确定的方法主要有等权重法、统计试验法、专 家评分法、交权重法、层次分析法、熵权法及多种方法的综合利用犯1 1 。 1 2 2 评价模型及分类 安全从尺度上分为大尺度( 国际及国家层面) 、中尺度( 区域) 和小尺度( 点 源生态问题及生物种群安全) ，其中区域生态安全是安全研究的核心1 14 】。评价是 对区域发展过程中人与环境的和谐程度进行判断，即人类需求与生态环境系统服 务之间的互动关系决定了生态环境系统的安全程度，因此评价从区域生态系统的 结构出发，综合评估各种潜在生态影响类型及其累计性后果【8 。川。主要包括生态 经济模型、生态风险评价模型、土地景观格局模型、综合评价模型。 ( 1 ) 生态经济( e c o l o g i c a l - e c o n o m i c ) 模型 生态经济模型分为基于c o s t a n z a ( 1 9 9 7 ) 创建的生态系统服务功能分类及价值 计算基础上的典型生态经济模型和基于生态足迹与生态承载力关系基础上生态 经济模型 1 5 , 17 】。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，包括对人类生存及生活质量有贡献的生态系 统产品和生态系统功能，通过分析计算经济价值表现形式下的生态系统价值判断 区域发展态势。研究内容主要包括生态系统服务功能的分类和系统服务价值的评 估方法，服务功能依据系统特征和要求分为不同的功能区，如森林生态系统、农 业生态系统、旅游生态系统、草原生态系统等；价值亦有物质价值、过程价值、 适栖地价值、人文价值或直接利用价值、间接利用价值、选择价值和存在价值等 不同的分类方式。后者则定义生态承载力大于生态足迹时，则产生生态盈余，表 明人类对自然生态系统的压力处于本地区所提供的生态承载力范围内，生态系 统是安全的，可持续发展的，否则是不安全的。生态足迹和生态承载力的计算以 w i l l i a m er 与其实验室成员 2 2 2 3 的分类和计算为代表；价值的评估方法主要有 市场价值评估技术( 费用支出法、市场价值法) 、替代市场价值评估技术( 替代成本 法、旅行费用法、享乐价值法) 、模拟市场价值评估技术和收益转移法。 生态经济评价模型通过计算某项政策实施前后区域生态价值的变化判断其 对区域生态环境某个方向的影响，为政策的制定和实施提供依据。模型应用中的 关键问题为典型生态系统的分类、反应生态服务功能的指标选取及指标间的相互 水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 拟合情况。该模型主要应用在国家、省和城市等较大尺度研究，亦有针对旅游、 城市交通等具体领域的利用。集水区生态环境研究主要应用在社会发展中的政 策、措施和管理手段对上述尺度下的江河等大型流域对区域生态环境的影响。如 d i x o n ( 1 9 9 9 ) 从水土流失和沉降物两个方面计算了采取某项措施的投入和收益； q i n gh u a n g f 2 4 】通过计算生态足迹和承载力得出了山西北、中和南部的生态足迹压 力指数分别为o 8 6 5 3 ，1 1 2 9 1 和0 2 1 0 3 ；c h r i s t o p h e rl l a n t ( 2 0 0 5 ) 阎仓4 建的空间 决定支持系统( s d s s ) 分析得出土壤流失率限制到某一水平会导致平均农业收入 减少4 ，而这4 通过实施养护储备计划( c o n s e r v a t i o nr e s e r v ep r o 鄹m 1 ) 可抵消。 ( 2 ) 生态风险评价( e c o l o g i e a lr i s ka s s e s s m e n t ) 模型 模型基于美国e p 纵1 9 9 7 ) 创建的集水区生态风险分析框架基础之上【2 6 l ，基本 评价流程如图1 - 1 ： 概念 模型 选取l 纠明确指标u 确定指标 指标r 1 1 尺度ij 综合机制 指标 综合 数据收集、 分析与综合 图1 - 1 生态风险评价流程图 评价在系统地对研究区各种生态风险进行调查分析，充分了解本区域的开发 现状后，明确区域生态风险源和胁迫因子，确定风险评价终点，建立生态风险评 价模型。风险评价目标是根据生态风险源、胁迫因子和风险评价结果，系统地研 究生态环境建设中应该规避解决的风险问题，最终目的是通过生态风险决策管理 将生态风险减少到最小，以实现区域的生态安全。 生态风险评价模型研究重点为风险指标筛选的角度思路及指标风险度的确 定。集水区生态风险压力可从物理、化学和生物角度中的植被覆盖率、郁闭空间、 水力状态、工业污染治理率、大气排放、废弃物排放、物种输入等9 个方面进行 分析【2 6 1 。如文军1 2 7 1 用系统分析的方法得出了千岛湖流域农业污染、城镇化、采 矿业、点源排污、交通运输、大气沉降、旅游业、畜牧水产养殖业、林业、外来 生物入侵、洪水灾害等生态风险源和有毒化学物质、病原体、营养物质等区域风 险胁迫因子。 该模型主要用来对区域农业种植、工业发展、旅游开发等过程中珍稀物种、 特殊区域的保护，把风险降到最低点。 6 水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 ( 3 ) 土地格局( s o i l - s t r u c t u r e ) 模型 土地格局是自然生态系统和景观在当前自然环境与资源条件下形成的景观 类型、格局及演化动态特征构成的体系f 2 8 堋。该模型主要的研究内容为区域景观 演化的主要驱动因素分析、区域典型景观格局与动态特征分析以及演化中的路径 与结构分析【3 0 1 ，具体目标是针对错综复杂的区域生态环境问题，规划设计区域性 空间格局，保护和恢复生物多样性，维持生态系统结构过程的完整性，实现对区 域生态环境问题有效控制和持续改善。 模型最初主要应用在特殊物种和特殊区域( 如旅游核心区) 的环境保护f 3 ”，后 来结合生态经济模型大量应用在城市化过程中的土地格局安全评价，农业发展模 式与区域土地利用格局的关系等3 2 。5 】方面。应用过程中结合g i s ，遥感和综合性 的物理、生物数据，用动力学和生态学指标表征分析由于土地利用的变化引起的 动力学和生态学时空分布差异，通过对某一时段的单指标( 如水土流失率) 或结合 生态经济模型对区域生态价值时空分布差异对比分析，分析出发展中的生产活 动、政策措施对土地格局的影响。 ( 4 ) 数学( m a t h e m a t i c a l ) 模型 数学模型广义上指能反应数学中的点、线、面、集合、群、环、线形空间、 拓扑空间关系的模型，评价应用中能较好的反映系统结构中各指标因子间的关 系，利于系统间参数的动态控制。实际模型应用中通常通过指标体系的构建和计 算，综合分析和评价指标的影响程度和影响方向及区域整体发展情况。模型构建 的关键是指标的筛选和指标数据的处理计算方法，关系着模型的科学性和适用 性。指标筛选有多种角度，主要包括物理、化学和生物角度【3 “、可持续发展角度 网和p s r ( 压力状态响应，p r e s s * $ t a t i l s - r e s p o i l s e ) 概念模型冈等。 模型最大的特色表现在能体现影响系统的各指标因子的相互关系，对评价在 进一步指导区域环境管理上有较大优势。区域生态安全评数学模型在城市土地开 发利用、典型系统( 农业、森林等) 、水利工程、旅游开发等3 9 - 4 6 方面均有静态 3 9 - 4 3 1 或动态岬】的利用。依据指标数据的处理方法分为层次分析法、灰色关联度法、 主成分投影法及多种方法相结合( 层次分析变权- 模糊灰色关联) 的模型应用。 水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 1 2 3p s r 与指标筛选 p s r 框架模型是o e c d ( 1 9 9 3 ) 建立用来筛选表征区域经济发展中社会、经济、 环境各方面因素指标的【4 ”。框架模型有非常清晰的因果关系，即人类活动对环境 施加了压力，压力下环境状态发生了一定的变化，人类社会针对环境的变化做出 响应以恢复环境质量或防止环境退化，这三个环节构成了决策和制定对策措施的 全过程。后来针对该框架模型又有一些修正和调整，如欧洲环境署添加了“驱动 力”( d r i v i n gf o r c e ) 和“影响”( i m p a c t ) 指标；c o r v a l a n ( 1 9 9 9 ) 针对生态系统健康增加 了暴露( e x p o s u r e ) 指标，后框架模型又有p s i r ( i m p a c t ) ，d p s i r 和 d p s s e a ( e x p o s u r e ，a c t i o n ) 等类似变形【i i 】。 p s r 作为模型可通过控制原因、效用和社会响应之间不同关系的作用形式以 实现发展中人类行为与环境响应，并对其进行模拟和分析娜- s o ，但主要还是应用 在对影响研究对象的问题的分析界定和指标的筛选方面。2 0 0 2 年以前对框架及 指标体系还多属于描述性的，但以后多借助一定的手段对指标定量计算i5 1 】。 在应用范围上，包括大尺度( 全球及国家层面) 、中尺度( 区域) 和小尺度( 点 源问题) 。大尺度上从最初o e c d 在分析国际环境问题时对该概念的创建 4 8 l 到 1 9 9 7 欧洲国家在土地利用安全指标、农业发展指标构建等方面的大量应用【5 0 】。 区域方面涵盖了大中城市、大型流域( 溪流水库) 及中小流域( 溪流，水库) f 埘、 农业区口5 】等从多种角度划分的区域。 1 2 4 数据分析与处理 数据获取与处理中的科学性、代表性、可操作性间接代表了模型的相关性质， 主要包括常规监测计算和遥感信息的提取分析。在此数据的常规监测计算不多作 说明，主要对3 s 技术在集水区资源与环境管理方面的应用进行说明。 集水区管理中涉及到资源要素( 土壤、水、植被等) 、地理要素( 坡度、地质、 海拔等) 和社会要素( 人口、劳动力等) ，如何对多种动态的信息加工、处理、计算 和分析是基于3 s 技术基础上建设决策支持系统的主要内容。研究主要包括地理 信息在数据处理中的应用和遥感信息在数据采集中的应用，前者涉及区域森林分 布和土地利用状况、g i s 技术支持下可持续发展信息管理系统、土地资源利用规 划及规划图、数字模型和专家系统的建立等；后者主要利用遥感技术、遥感影像 水库堑水源地生吝安全评价楱墅构建及应用 表现地物信息，并综合分析影像的色调、亮度、饱和度、形状纹理、结构等特征 判断地物类型1 1 8 1 。 但在利用模型对集水区生态环境进行评价时，3 s 技术多用于指标数据信息 获取与分析的手段，而非单纯数据模块的构建| l s , t 9 l 。l e a v e s l y ( 1 9 9 6 ) 等提出结合 g i s 技术和“软伽妨系统从结构和过程间关系分析为环境资源管理者提供技术 支持；p a u la 于1 9 9 8 利用g i s 技术的可视化功能对加拿大流域为7 0 k m 2 的 b r u n e t t e 河进行了风险分析，分辨出了发展中应重点关注的区域，并于2 0 0 5 年 从影响区域环境的压力状态响应问问题分析的“软”系统和生态一经济模型的 “硬”( h a r d ) 系统( 相对可模拟模型) 进行综合分析和评估，对面积为1 9 4 4 k m 2 的 c a c h e 流域进行了研究。 1 2 5 研究的局限性 ( 1 ) 模型选用与环境管理 集水区生态环境研究的目的就是了解系统的状态，明确模型计算出来的指数 在什么范围内及影响该指数值的因子，以为后期的环境管理提供依据。但是模型 的应用虽然由定性评价走向了定量，但由于定量方法单一，模型基本参数和可信 度、准确度缺少评价，模型评价结果不能客观的反映系统情况，模型应用后的环 境管理不能切实的针对实际系统问题。 ( 2 ) 指标选取的人为性 p s r 中各层次间的关系得到了一致的公认，但在层次下指标的筛选上存在指 标针对的系统界定不清的问题。主要有以下三种观点。 指标由系统本身反应。如在“压力”指标的筛选上，针对入类行为是选取 过度开采、固废排放量、废气排放量等 4 3 l 还是人均资源量、水环境达标率等自然 资源的数量和质量【5 2 】。 指标体现各个环节要素。如“响应”指标的筛选，是降低消费、循环利用 率、法律、管理等具体措施 5 2 5 4 i 还是湿地面积变化、水环境质量等系统对人类活 动的响应瞰5 6 1 。 指标由研究需要确定。如o e c d 构建的国家层次的世界重要环境问题为 气候变化、富营养化、城市环境质量等指标及不能归结为特定问题的1 3 个方面 9 水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 的指标4 1 j7 1 。 ( 3 ) 评价结果的模糊性 通过指标的分析和计算来判断区域环境态势并提出相应的环境管理措施是 模型应用的最终目的，但评级结果的模糊性一定程度上影响了评价的科学性。 指标在实际系统中的作用及重要程度有一定的误识。指标数据标准化中 定量与半定量的理想值和分级值及权重值依据国内外相关研究情况，实际应用过 程中有偏之于实际情况的可能。 指标值及最后计算结果值判断多用指数值所属的范围( o 1 ；1 l ；0 5 l ； 0 1 0 0 等) 来表征系统的状况，评价结果与实际状况的拟合程度界定较难。 1 3 研究内容及目的 1 3 1 研究内容 本文研究内容主要是分析水库型水源地生态环境问题，结合区域生态安全理 论基础构建水库型水源地生态安全评价模型，为验证和优化模型进行天台县水库 型水源地案例分析。研究内容具体包括：利用p s r 概念模型进行评价指标体系 筛选；结合g i s 技术进行指标数据获取和提取；定量与半定量化相结合的数据标 准化处理：通过构造模糊判断矩阵进行指标权重值计算；乘加复合综合指数模型 下的指标安全性指数值计算及安全度判断；模型应用及优化分析与环境管理政策 措施的提出。具体思路可以用“点线面点”表示：其中“点指影响生态环境系统 状态的可控指标因素( 1 i p 指标体系中最下层的指标) ，“线”指表征区域状态某一方 面的指标，“面”指区域生态环境综合态势，其中的关系用图1 - i 表示。 嵌案磁荣 _ 叫篱雷蕤黼卜叫面：系暮春嘉环境卜- 1 屡磊茹渊 薹指标筛选净璐粼毪型黼；女全度判断 环境雠政策提 薪 ik 关j 主i ；荔磊； 奉 1 0 水库型水源地生态安全评价摸型构建及应用 1 3 2 研究目的 通过构建水库型水源地生态安全评价模型，科学反映水源地生态环境问题， 指导水源地保护规划工作，并在全省乃至全国的水库型水源地环境保护中进行推 广。研究目的具体如下。 ( 1 ) 构建水源地生态评价指标体系，复杂系统问题简单化。使政策制定者和管理 者能清楚了解区域状态及其与各可控指标间的关系，统筹集水区各种科学和 非科学性的问题。 c 2 ) 计算各指标安全性指数值，获取影响区域生态环境的敏感因子，量化各指标 与上层指标及综合指标间的关系，给具体政策决策的制定和管理提供量化的 依据。 ( 3 ) 通过模型模拟分析不同政策情景与区域生态环境态势间关系，明确水源地近 远期工作重点及采取的主要政策措施。 浙江大学硕士学位论文 水库型水源地生态安全评价模型构建及应用 1 4 研究技术路线 1 2 文献资料调研 国内外生态安全研究现状 集水区生态环境建设研究 水源地生态环境问剪分析 社会、经济、环境 模型选用( 多指标大综合数学模型)