（环境科学专业论文）辽河流域水安全评价研究.pdf

辽河流域水安全评价研究 s t u d y o nw a t e r s e c u r i t ya s s e s s m e n t o fl i a or i v e rb a s i n a b s t r a c t a sa “n do fb a s i cl i r er e s 0 1 1 r c e w a t e rh a sg r e a ti m p a c to no u ri i f ea n dw o r k l i a or i v e r b a s i nh a sl o n gb e e nab a s eo fh e a v yi n d u s t r yo fc h i n aa n di th a ss i g n i f i c a n tr e l i a n c ew i t h e c o n o m i cd e v e l o p m e n to fc h i n a b e c a u s eo fh i g hr a t i oo fh e a v yi n d u s t r ya n dn e g l e c to j p r o t e c t i n gt h ew a t e re n v i r o n m e n t , l i a or i v e rb a s i n h a sb e c o m eo n eo ft h em o s t p o l l u t e dr i v e r s i nc h i n a a n dn o ww a t e rs h o r t a g ea n dp o l l u t i o nh a v es e r i o u s l yt h r e a t e n e dw a t e rs e c t u t vo r l i a nr i v e rb a s i n 1 h s p a p e ra n a l y z e d t h em e c h a n i s m sa n dj r f f i u e n c e sc o n t r o l l i n gt h ew a t e r s e c u r i t ys t a t e so j l i a or i v e rb a s i nb a s e do nr e c e n tr e s e a r c h p r o g r e s so f e c o l o g i c a ls e c u r i t y a n dt h e t u l l y u n d e r s t a n do f b a s i ct h e o r i e so f e c o l o g i c a ls e c u r i t ya n dw a t e r s e c u r i t y a i m i n g a tt h em a i nw a t e r s e c u r i t yp r o b l e m so f t h er i v e rb a s i n , a ni n d e xs y s t e mo f w a t e rs e c u r i t ya s s e s s m e n to f l i a or i v e r b a s i nw i t hac l e a rh i b e r a r c h yw a se s l a b l i s h e d0 1 1b a s i so fa h pm e t h o da n dp s rm o d e i a n d w i t hm a t h e m a t i cm o d e l s ，t a k i n gt h em a i nb r a n c h e sa n dc i t i e si nl i a nr i v e rb a s i na ss t u d y i n g t a r g e t s ，r e g i o n a lw a t e rs e c u r i t y a s s e s s m e n th a db e e nm a d e ，w a t e rs e c u r i t yi n d e x e so l 、e a c h a s s e s s i n gu n i t sb e e nc a l c u l a t e da n ds e c u r i t ys t a t e sb e e ng r a d e d l h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tw i t h t h ea d j u s t m e n to fi n d u s t r i a ls t r u c t u r e sa n d l a r g ei n v e s t m e n t si ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，w a t e r s e c u r i t ys t a t eo ft h ew h o l er i v e rb a s i nw a si ng o o dc o n d i t i o n ，a n dp a r t so ft h er i v e rb a s i nh a d k e p tag o o d t r e n d t 1 1 ew a t e rs e c u r i t ys t a t e so fh u n r i v e r , t a i z ir i v e ra n dd a l i a or i v e rb a s i n w e r e s u p e r i o rt ol i a or i v e r s h e n y a n g ，a n s h a n ，f u s h u n ，b e n x ih a dm e tt h eg o o ds l a t eo fw a t e r s e c u r l t y ；b u tl i a o y a n g ，t i d i n g ，e t c s t i l ln e e d e dm o r ei n v e s t m e n t st o i m p r o v et h e i rc u r r e n t s t a t e s t h ea s s e s s m e n tr e s u l t sa l s op r o v e dt h e f e a s i b i l i t yo f p s rm o d e li np r a c t i c e a tl a s t s o m e s p e c i f i cs u g g e s t i o n sa n dm e a s l a e sw e r ep r o p o s e dt om a i n t a i nt h ew a t e rs c c u r i t yo fl i a or i v e r b a s i na n dac o n c e p to f w a t e r s e c u r i t ym a i n t e n a n c es y s t e mw a sa d v a n c e do i lb a s i so f t h er e s u l t s & t h i sr e s e a r c h k e yw o r d s ：e c o l o g i c a ls e c u r i t y ；w a t e rs e c u r i t ya s s e s s m e n t ；i n d e x s y s t e m ，1 1 一 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 大连理工大学或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢 意。 作者签名： 显邀日期：五隘：i ：翟 大连理： _ = 大学硕士学位论文 1 引言 1 1 问题的提出 1 1 1 世界生态安全形势恶化 近几十年来，世界人口的激增和科学技术的巨大进步使得人类以前所未有的规模和 速度改变着生存环境。全球人地矛盾的日趋尖锐，使生态环境在总体上有恶化的趋势， 主要表现为全球变暖、臭氧层空洞的出现与迅速扩大、土地退化加剧、水生态平衡失 调、林草植被破坏严重、生物多样性锐减等现象。人类正在不断面临新的威胁，各类灾 害性的生态问题一次次向人类敲晌警钟，世人必须清醒地认识到影响国家安全的因素己 不仅仅是国防安全、政治安全和经济安全。在此形势下，国内外许多学者相继扩充了 “国家安全”的概念，同时提出了“生态安全”、“环境安全”、“资源安全”等新的 概念和问题，生态安全就此浮出水面。生态安全不仅是当前地学、资源与环境科学，而 且也是生态学的前沿任务和主要的应用领域【l j 。 1 1 2 我国生态安全面临严重危机 目前，我国生态安全问题已在国土、水、生命健康和生物等四个方面突出表现出 辩r _ 一 当前我国国土资源面临着诸多问题，构成了对生态安全的严重威胁，主要表现在以 下方面：水土流失严重，土地荒漠化加剧，土壤质量变差，非农业建设用地大幅度增加 使耕地资源在不断减少。而在水安全问题方面，湖泊退化是水环境恶化的重要表现，同 时，我国水资源受到严重污染并严重短缺。环境与健康安全有着直接联系：化学污染产 生的“环境激素”，通过环境介质和食物链进入人体或野生动物体内，干扰其内分泌系 统和生殖功能，影响后代的生存和繁衍，再加上饮用水污染、大气污染、食品污染，使 生命健康受到严重威胁。而在生物安全问题上，生态环境的破坏和对野生动植物的滥捕 滥猎加剧了生物消亡的速度，“基因污染”也严重破坏生物多样性【2 】。 1 1 3 维护辽河流域水安全势在必行 辽宁省位于中国东北部，对中国的经济发展至关重要。辽宁省自然资源丰富，自然 资源的开发带来了工业的迅猛发展，包括煤矿、化工生产和机械制造。辽宁省还足农业 生产的重要区域，在辽河流域大约有二百万公顷土地是耕地，占总流域面积的2 9 。 辽宁省的工业和农业基地集中在辽河流域肥沃的中央平原，同时这里也是人口聚集地 区，拥有沈阳、抚顺、鞍山、本溪、营口、辽阳、盘锦和铁岭等大城市。 辽河流域水安全评价研究 在辽宁省内构成辽河流域的三条主要河流是辽河、浑河和太子河。由于重工业比重 较大和长期以来忽视环境保护，辽河流域多年来饱受环境恶化之苦。目前，辽河流域已 被认为是中国受环境污染最严重的流域之一。水资源匮乏及水资源污染严重给辽河流域 的水安全带来严重威胁。改变辽河流域环境恶化的局面已成为省政府当前的重点工作。 长久以来，宏观调控在这里大型工业基地的发展过程中没有给予水资源保护足够的 重视，无限度的开采和使用水资源使流域内的水资源濒临枯竭。同时由于许多工厂生产 效率低、设备陈旧，大量未经处理的污水排放到自然界，使水环境问题更加严重。因 此，维护辽河流域水安全势在必行。 1 2 国内外同类研究综述 1 2 1 生态安全基础理论 1 2 1 1 生态安全的概念与含义 生态安全是近年来新提出的概念，尽管它的出现频率越来越高，其意义越来越被人 们所认识，但是，生态安全的确切含义却没有科学的界定，其定义更未科学规范，不同 的理解和体验依然有一定的随意性。 肖笃宁口j 等认为，生态安全有广义和狭义的两种理解。前者以国际应用系统分析研 究所( i a s a ，1 9 9 9 ) 提出的定义为代表：生态安全是指在人的生活、健康、安乐、基 本权利、生活保障来源、必要资源、社会次序和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，组成一个复合人工生态 安全系统。狭义的生态安全是指自然和半自然生态系统的安全，即生态系统完整性和健 康的整体水平反映。 郭中伟从生态系统的角度定义生态安全。他认为【硼生态安全是指一个生态系统的结 构是否受到破坏，其生态功能是否受到损害。“生态安全”的显性特征是生态系统所提 供的服务的质量或( 和) 数量的状态。当个生态系统所提供的服务的质量或数量出现 异常时，则表明该系统的生态安全受到了威胁，即处于“生态不安全”状态。因此。“生 态安全”包含2 重含义：一是生态系统自身是否安全，即自身结构是否受到破坏；二是 生态系统对于人类是否安全，即生态系统所提供的服务是否满足人类的生存需要。 1 2 1 2 生态安全的基本特性 2 人连理j ：人学硕十学位论文 ( 1 ) 整体性 生态安全具有整体性，即所谓的“蝴蝶效应”。局部生态环境的破坏可能引发全局 的环境问题，甚至会使整个国家和民族乃至全球的生存条件受到威胁。因此，各国应重 视国际间的生态环境合作，以求得共同的生态安全利益。 ( 2 ) 综合性 生态安全包括诸多方面，而每个方面又有诸多的影响因素，有生态方面的，也有社 会和经济方面的，这些因素相互作用，相互影响，使生态安全显得尤为复杂。 ( 3 ) 区域性 区域性是指生态安全问题不能泛泛而谈，应该有针对性。选取的地域不同，对象不 同，则生态安全的表现形式也会不同，各区域研究的侧重点也应不同，而随之得出的结 果以及采取的措施同样会不同。 ( 4 ) 动态性 万事万物都是发展变化的，生态安全也不例外。生态安全会随着其影响要素的发展 变化而在不同时期表现出不同的状态，可能朝着好转的方向发展，也可能呈现恶化的趋 势。因此，控制好各个环节使其向良性发展是维持生态安全的关键。 ( 5 ) 战略性 对于某个国家或地区乃至全球来讲，生态安全是关系到国计民生的大事，具有重要 的战略意义。只有维持生态安全，才可能实现经济持续发展，社会稳定、进步，人民安 居乐业；反之，经济衰退，社会动荡，生态难民流离失所。在制定重大方针政策和建设 项目的同时，应该把生态安全作为一个前提1 5 1 。 ( 6 ) 不可逆性 生态环境的支撑能力有其一定限度，一旦超过其自身修复的“阀值”，往往造成不 可逆转的后果，比如野生动物、植物一旦灭绝就永远消失了，人力无法使其恢复。像西 南地区出现的“石漠化”土地，流失的土壤人力无法使其恢复。这种环境问题也是不可 逆转的。 ( 7 ) 长期性 许多生态环境问题一旦形成，要想解决它就要在时间和经济上付出很高代价。比如 改变沙化土地，使之恢复原来的面貌，往往要数十年甚至几代人的努力，经济代价也很 高。如为了防止我国沙漠的蔓延并使之部分沙漠化土地得到恢复，恐怕要付出上万亿元 的投入才有可能。又如滇池污染的治理，历时十年，投入4 0 多亿元，效果不大。人们 为此议论纷纷。 3 辽河流域水安全评价研究 ( 8 ) 全球性 正如全球经济一体化之后，国与国之间的经济安全密切相关一样，生态安全也是跨 越国界的。一国的生态灾难有可能危及邻国的生态安全，如国际性河流中上游国家的 污染物排放或渗漏，就有可能危及下游国家的用水安全。实际上，目前世界各国已经面 临各种全球性环境问题，包括气候变化、臭氧层破坏、生物多样性迅速减少、土地沙 化、水源和海洋污染、有毒化学品污染危害等。在生态安全上，各国有着相当广泛的共 同利益，因而也最有可能开展国际合作砸1 。 1 2 1 3 生态安全的分类 ( 1 ) 按生态安全的要素划分，生态安全可分为： 资源安全：是指一个国家或地区经济发展和人民生活所需的自然资源能持续、稳定 和以合理的价格得到保障【7 1 。按资源类别，可将资源安全区分为战略性资源安全和非战 略性资源安全。又可分为水资源安全、能源资源安全、土地资源安全、矿产资源安全 等。 环境安全口】：环境都是相对于主体而言的，一般来说，环境的主体是人，丽安全是 通常是主体存在的一种不受威胁、没有危险的状态，安全是人类基本需要中最根本的一 种，而环境安全可以看作是与人类生存、生产活动相关的生态环境及自然资源基础( 特 别是可更新资源) 处于良好的状况或不遭受不可恢复的破坏。 生物安全：广义的生物危害【9 】应包括生物体( 动物、植物、微生物，主要是致病性 微生物) 或其产物( 来自于各种生物的毒素、过敏源等) 对健康、环境、经济和社会生 活的现实损害或潜在风险，其狭义概念应为由于人为操作或人类活动而导致生物体或其 产物对人类健康和生态环境的现实损害或潜在风险，主要包括：基因技术、操作病原体 ( 活的生物及其代谢产物) 和由于人类活动是非土著生物进入特定生态区域及生物入侵 等所造成的危害。 生态系统安全：生态系统安全f ”就是指各类生态系统具有完整的组份与结构( 非生 物环境、生产者、消费者和分解者) 和稳定健康的生态服务功能，并且能够承受生态系 统外界施加的各种影响。 ( 2 ) 按研究的范围不同将生态安全概念分为三种：即全球生态安全、国家生态安 全和区域生态安斜1 0 1 。 全球生态安全指的是地球上各个国家或地区，他们的生存和发展所需的生态环境处 于不受或少受破坏与威胁，达到一种不同国家或地区之间生态相互协调、促进的状态。 所谓国家生态安全，是指从国家的角度考虑一国生存和发展所处生态环境不受或少受破 4 大连理：i ：大学硕士学位论文 坏和威胁的状态。而区域生态安全就是指一个区域的自然群落能满足区域持续生存的需 要，而不损害自然环境的潜力。区域生态安全是国家生态安全的基础，实施国家生态安 全战略又是维护区域生态安全的保障，全球生态安全则是生态安全实现的最高境界。 1 2 2 生态安全国内外研究进展 1 2 2 1 国外生态安全研究进展 生态安全一词从提出至今，大约已有十多年的历史。早在1 9 8 9 年，国际应用系统 分析研究所( i a s a ) 就提出要建立优化的全球生态安全监测系统，并指出生态安全的 涵义是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和人类适 应环境变化的能力等方面不受威胁“ 。美国著名环境学家n o r m a nm y e r s 1 2 1 于1 9 9 3 年指 出生态安全是地区的资源战争和全球的生态威胁而引起的环境退化。继而波及经济和政 治的不安全，并将此概念广泛宣传于学术期于u 和国际会议上。s t e v el o n e r g a n i l 3 论述了 生态安全与可持续发展的关系，他指出两个概念都与人类安全相连。可持续发展为达到 人类安全的目的提供了标准化的方针，而生态安全为不安全的根本原因提供了分析的框 架。 围绕生态环境与安全的相互关系，美国、英国、德国和加拿大等国以及北约、欧洲 安全与合作组织、欧盟、联合国等国际组织开展了大量研究讨论。出现了一批代表性的 研究报告和著作。如北约的国际背景下的环境与安全( e n v i r o n m e n t a l & s e c u r i t yi n a l li n t e m a f i o n a lc o n t e x t , 1 9 9 9 ) ；德国夕 交部、环境部、经济合作部的环境和安全：通 过合作预防危机( e n v i r o n m e n t a la n ds e c u r i t y ：c r i s i sp r e v e n t i o nt h r o u g hc o o p e r a t i o n , 2 0 0 0 ) ；美国的环境变化和安全：项目报告( e n v i r o n m e n t a lc h a n g e & s e c u r i t y p r o j e e tr e p o r t ：t h ew o o d r o ww i l s o nc e n t r e ，2 0 0 0 ) ；加拿大的环境，短缺和暴力 ( e n v i r o n m e n t , s e c u r i t ya n dv i o l e n c e ，1 9 9 9 ) 等。 1 9 9 2 年联合国召开环境与发展高峰会议，专题商讨危害全球生态安全的环境问 题，并通过了会议宣言和相关的公约。鉴于环境问题的严重发展，联合国决定于2 0 0 2 年9 月在约翰内斯堡再次召开环境与发展高峰会议，进一步商讨生态安全大计。 在众多的研究讨论中，美国的动向特别引人注目，白宫、国务院、国防部、能源 部、中央情报局、环保局、国防大学，以及南方军区和中央军区，都在生态环境于安全 问题的讨论上扮演了重要角色。美国国防部1 9 9 3 年成立了“环境安全办公室”，并自 1 9 9 5 年起每年向总统和国会提交关于环境安全的年度报告。美国前国防部长佩里1 9 9 6 年1 1 月2 0 日指出： “一个强有力的环境规划，是个强有力的国防的有机组成部 分。”美国白宫1 9 9 6 年发表的国家安全科学和技术战略指出：“环境压力加剧所 一5 辽河流域水安全评价研究 造成的地区性冲突或者国家内部冲突，都可能使美国卷入代价高昂而且危险的军事干 预、维护和平或者人道主义活动。”美国环保局1 9 9 9 年9 月提交了题为环境安全： 通过环境保护加强国家安全的报告。 2 0 0 1 年3 月，英国外交部( 环境政策司) 和国际发展部( 冲突事务司) 在伦敦召 开了“环境安全与冲突预防”( e n v i r o n m e n t a ls e c u r i t y a n d c o n f l i c t p r e v e n d o n ) 国际研讨 会。会议主题主要包括：环境与冲突预防；防务系统对促进环境安全之作用；种族问题 和环境安全挑战等。其目的主要在于研究如何防范和干预环境冲突，并建立相应的国际 干预机制，从而消除影响国际安全的不稳定因素。这也是目前关于环境安全讨论中争议 最集中的问题【1 “。 在宏观上，国外研究主要围绕生态安全的概念及生态安全与国家安全、民族问题、 军事战略、可持续发展和全球化的相互关系而展开。1 9 9 6 年地球公约的面对全 球生态安全的市民条约中，约有1 0 0 多个国家的2 0 0 多万人签字。该条约建立在生态 安全、可持续发展和生态责任的基础之上，要求各成员国和各团体组织互相协调利益， 履行责任和义务【l2 】。1 9 9 8 年发表的生态安全与联合国体系中，各国专家就生态安 全的概念、不安全的成因、影响和发展趋势发表了不同看法，其中有悲观危机的观点， 有中立的客观认识，也不乏积极乐观的见解“5 “ 。总之，生态安全作为一个热点已被 越来越多的专家学者和行政长官乃至平民百姓所重视。 从微观角度看，目前国外关于生态安全的研究主要集中在2 个方面：一是基因工程 生物的生态( 环境) 风险与生态( 环境) 安全；二是化学物质的施用对农业生态系统健 康及生态( 环境) 安全的影响“耵。 1 2 2 2 国内生态安全研究进展 国内的生态安全研究虽不多见，但近年来有增长趋势，但应该说还停留在探索阶 段，尚未形成格局，并且没有形成该研究领域的理论框架和方法体系。 2 0 0 0 年1 1 月，在国务院发布的全国生态环境保护纲要【嘲中，我国首次明确提 出了“维护国家生态环境安全”的目标。 2 0 0 1 年3 月的全国人大、全国政协两会期间，环境保护、生态建设成为代表和委 员们的热门论题【2 0 】。代表、委员谈到，在新中国成立后制定的所有五年计划中，“十 五”计划将生态建设和环境保护摆在了突出的位簧。在“十五”计划中，发展的目标有 两个：一个是经济的发展，一个是生态的建设，二者相辅相成，都是提高人民生活质量 的重要内容。 。6 火连理一人学硕十学位论文 之后，于2 0 0 1 年4 月2 1 日2 5 日，中央电视台焦点访谈栏目播出中国生态安全 报告 2 1 1 ，从我国生态灾难、沙漠化、森林及湿地功能减退等方面，连续5 天分五集介绍 我国生态安全的严峻形势，使公众的生态安全忧患意识增强。 由于生态安全的概念尚未统一，生态安全以多样化的形式出现。部分学者1 2 2 - 2 3 1 认为 环境安全与生态安全是一致的，一些学者口 2 5 1 比较系统全面地论述了我国的资源安全问 题。国家环保总局在全国范围开展了生物安全调查，于2 0 0 0 年制定了国家生物安全框 架。也有人 2 6 - 2 9 对粮食安全、食物安全、水安全现状与发展作了阐述并提出我国的对 策。俞孔坚等 3 0 - 3 1 1 则将生态安全概念引入生物保护的景观格局研究札论述了景观生态 安全。郭中伟口2 】对国家生态安全维护体系做了理论探索。 1 2 3 生态安全评价 1 2 3 1 概念 生态系统综合评价包括生态环境质量评价、生态风险评价、生态系统健康评价等内 容，总的来讲，生态安全评价属于生态系统综合评价的一种。生态安全评价，是指在生 态环境质量评价成果的基础上，按照生态系统本身为人类提供服务功能的状况和保障人 类社会经济与农业可持续发展的要求，对生态环境因自己生态系统整体，对照一定的标 准，进行的生态安全状况评估。 我国生态安全评价研究刚刚起步，目前还处于初级阶段。主要表现在三个方面：一 是处于生态安全概念体系的建立与形成阶段：二是处于国外生态安全评价研究理论和方 法的学习引进准备阶段；三是只在局部领域如自然保护区生态安全设计( 局地物种 多样性保护) ，进行了试验性研究。 1 2 3 2 生态安全评价的方法 生态安全评价属于一种综合评价，但目前还没有专门的用于生态安全评价的方法， 因此在分析评价过程中借用在各类综合评价中常用的方法，如： 综合指数法：指数法和综合指数法是建设项目环境影响评价中的规定评价方法，可 以将其拓展而用于其它领域的综合评价之中。其最大和有效的功能是可以将分散指标的 信息，通过模型集成，形成关于对象综合特征的信息，帮助人们从整体上认知、分析和 深入研究。但在应用领域中，必须解决评价标准、权重、量化等问题，这就是综合模型 评价技术”“。 模糊综合评价法( f u z z y 综合评判) ：不管是多层评价还是单层评价模型，其中关 键的两步是：确定因素评价矩阵r 和计算模糊评判子集b = a o r ，其特点是：考虑了客 观事物内部关系的错综复杂，考虑了价值系统的模糊性，但模糊综合评价中，模糊隶属 一7 ， 辽河流域水安全评价研究 函数的确定及指标参数的模糊化会掺杂人为因素并丢失有用的信息，而且各指标权重的 确定，也存在着过多的主观依赖性p 4 】。 层次分析法( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s 简称a h p ) 由美国运筹学家、匹兹堡大学 教授a l s a t t y 于7 0 年代提出1 3 5 】。层次分析法是一种将思维过程数学化的方法，它不仅 能够简化系统的分析与计算，还有助于决策者保持其思维过程的一致性。目前，层次分 析法在国土整治、土地利用规划、区域生态环境质量评价、自然资源的合理利用和分配 等领域已有广泛应用，在生态环境评价方面也已有一些应用实例。 1 2 4 生态安全预警 生态安全预警f 3 6 l 手旨就工程建设、资源丌发、国土整治等人类活动或各种自然灾害对 生态系统所造成的外界影响进行预测、分析与评价；确定区域生态环境质量和生态系统 状态在人类活动影响下的变化趋势、速度以及达到某一变化闽值的时间等，并按需要适 时地提出恶化或危害变化的各种警戒信息及相应的对策措施。 1 2 4 1 预警标准 生态安全预警是以生态安全评价为基础的，因此，可以根据生态安全评价结果将生 态安全质量状况进行分级，而每个级别均具有一个定性或定量的状态描述，一般用生态 安全综合指数表征生态安全状态的好坏。当生态安全状况有所下降并到达某一变化范围 内，就可报警。这样根据生态安全指标及其变化，不仅可以准确了解区域开发等人类活 动对生态系统影响的大小和利弊，而且还可把握不同时期内各生态安全要素或系统所处 的状态及其变化趋势和速度，为进行生态安全预警提供了全面和综合的信息。 1 2 4 2 预警类型 目前预警研究中主要将其分为以下类型： ( 1 ) 按预警的内涵分p 7 j 不良状态预警对已处于恶化状态或对人类活动造成危害的生态系统做出预警。包 括较差状态预警和恶劣状态预警。 恶化趋势预警当生态系统安全指数下降超过一定程度，即使尚未达到恶化或危害 程度，但处于连续退化的过程中，需对其未来可能进入警戒状态做出预警。 恶化速度预警生态系统恶化速度快慢将对人类调控采用的措施提出不同要求。应 密切注意恶化趋势迅猛、恶化速度超过正常水平的生态系统，对其及时做出预警。 ( 2 ) 按预警对象分 单因子预警仅就某一生态系统因子的演变趋势、速度及后果做出预警。 8 一 大连理j ：大学硕士学位论文 子系统预警通过对组成予系统的若干单因子进行综合分析的拱础上，进一步分析 子系统的演变趋势、演变速度和后果。 大系统预警对研究区域整个复合生态大系统做出全面的综合评价预测后，对其总 演化趋势、速度和后果做出预警。 】，2 。4 3 国内外生态安全预警研究 最初的生态安全预警是建立在生态预报的基础之上的。俄罗斯是较早开展生态安全 预警研究的国家，把俄罗斯科学院地理所编制的全苏尖锐生态状况分布图( 1 ；8 0 0 万) 作为国家生态预报的基础，图中将全苏分成灾难性、危机性和临界性共3 级生态状 况，2 0 0 余个生态状况尖锐区。继俄罗斯之后，欧美国家分别从不同侧面开始进行生态 预警方面的研究，如美国为了防治西南部大草原的沙化，开始把植物之间的裸露区指 数、牧草盏度、长命草盖度、营养性繁殖体盖度等作为沙漠化的早期预警指标，采用卫 星监测和地面观测相结合的方法确定草场生态系统由正常发展到有风险和沙漠化不同阶 段的临界值【l u o 国内生态安全预警研究近年来迅速兴起并同益受到学术界的重视，中国科学院将 “国家生态安全的监测、评价与预警系统”研究作为2 0 0 0 年的重大项目。目前，已有 一些专家学者从不同角度围绕生态安全预警进行了研究：傅伯杰【3 “、陈国阶p 1 等人对区 域生态环境预警的原理和方法进行了较深入的研究 部分学者以乌江流域、疏勒河流 域、山西煤矿、洞庭湖1 3 “、三峡库区等地为例做了生态环境预警的案例分析，取得了 较好的结果。 1 2 5 水安全 水是生命之源，一切生物都离不开水，没有水就没有生命。然而。随着经济的迅猛 发展以及人口的大幅增加，用水量快速上升。加之对水源不合理的开发利用，使地表下 沉，地下水位下降，水污染严重，人均供水量骤减，导致世界上许多国家面临水源危 机，1 9 7 7 年2 月联合国就向全世界发出警告：“水在不久将成为一项严重的社会危 机，石油危机之事的下个危机便是水”。因此，水资源问题已不仅仅是资源问题，也 成为关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。 2 0 0 0 年3 月在荷兰海牙召开的世界部长级会议和2 0 0 0 年8 月在瑞典斯德哥尔摩召 开的世界水论坛的主题都是“2 1 世纪水安全”。2 0 0 0 年在斯德哥尔摩召开国际水讨论 会，从1 9 9 1 年开始每年一次，到2 0 0 0 年已经开了1 0 次。在海牙会议上提出【4 2 ：为 实现2 l 世纪水安全，我们面临着“满足基本需求；保证食物供应；保护生态系统：共 9 辽河流域水安全评价研究 享水资源；控制灾害；赋予水价值：合理管理水资源”等一系列挑战，并提出了相应的 对策。 1 2 5 1 水安全的概念及内涵和外延 所谓水安全指的是，在现在或将来，由于自然的水文循环波动或人类对水循环平衡 的不合理改变，或是二者的耦合，使得人类赖以生存的区域水状况发生对人类不利的演 进，并正在或将要对人类社会的各个方面产生不利的影响，表现为干旱、洪涝、水量短 缺、水质污染、水环境破坏等等方面；并由此可能引发粮食减产、社会不稳、经济下滑 及地区冲突等h w 。 水安全的内涵包括三个方面：一是水安全的自然属性，即产生水安全问题的直接因 子是自然界水的质、量和时空分布特性；二是水安全的社会经济属性，即水安全问题的 承受体是人类及其活动所在地社会与各种资源的集合；三是水安全的人文属性，即安全 载体对安全因子的感受，就是人群在安全因子作用到安全载体时的安全感。因此，水安 全是国家或区域安全的基础条件之一，是战略资源安全的重要组成部分，水安全问题从 形成和发展阶段就深深打上了国家或区域的烙印。 水安全的外延指的是由水安全引发的社会经济安全和生态环境安全，以及这些系统 下面的子系统如社会经济系统下的粮食安全、政治稳定等【删。 1 2 5 2 中国水安全存在的主要问题m 1 ( 1 ) 水量有限，供不应求 我国水资源贫乏、短缺的问题不容乐观。人口占世界的2 2 ，而淡水量仅占世界的 7 左右，人均占有量不足2 2 0 0 m 3 年，不到世界人均水平的1 4 ，我国已被列入世界 1 3 个人均水资源贫乏国之一。目前，全国一半的城市缺水，其中严重缺水的达1 3 0 个，全国城市每年缺水6 0 亿m 3 ，不少城市为此不得不实行定时供水。此外，当前全国 农村目前1 3 3 亿h m 2 耕地中，尚有0 5 5 亿h m 2 为无灌溉条件的干旱地，有0 9 3 亿h m 2 草场缺水，全国每年有0 2 亿h m 2 农田受早灾威胁，农村8 0 0 0 万人和6 0 0 0 万只家禽饮 水困难。农业缺水量达3 0 0 0 亿i n 3 。水的贫乏、短缺供不应求的危机现实，亟需认真对 待。 ( 2 ) 污染严重，水功能衰退 近年来，我国水体污染日益严重，全国每年排放污水量高达5 6 0 亿吨，除7 0 的工 业废水和不到1 0 的生活污水经处理排放外，其余污水未经处理直接排入江河湖海，致 使水质严重污染和恶化，其中辽河、海河污染严重，淮河水质较差，黄河水质不容乐观 1 0 人连理j ：人学硕士学付论文 ( 黄河五类和劣五类水质占了1 1 4 个监测断面的6 3 1 ) 而且，海河、辽河、淮河水资 源开发程度超过7 9 ，远远高出国际关于内陆河流4 0 的开发限值。 全国1 1 8 个大中城市的水质监测数据表明：8 6 城市河流受到了不同程度的污染， 高达6 4 4 的城市地下水受到严重污染，3 3 的城市地下水受到轻度污染，仅有2 5 的 ( 3 个) 城市的地下水尚未受到污染。从全国情况看，水污染态势呈总体恶化趋势，形 势十分严峻。水污染正从东部向西部发展，从支流向干流延伸，从城市向农村蔓延，从 地表向地下渗透，从区域向流域扩散。全国9 5 万k m 河川，有1 9 万k m 受到污染， 0 5 万k m 受到严重污染，清江变浊，浊水变臭，鱼虾绝迹，令人触目惊心。松花江、 淮河、海河和辽河水系污染严重，水体功能严重衰退【帅】。 ( 3 ) 生态环境严重恶化 6 0 年代，中国地下水开采量仅是2 0 亿m 3 3 0 亿m 3 ，而目前已突破1 0 0 0 亿 一，占全国供水总量的2 0 。有1 0 0 多座城市地下水位持续下降，华北地区的地下水位 每年以商达0 3 m 3 m 的速度下降，目前全国有2 0 0 个县市共发现7 5 7 处地面裂缝，其 中西安市最为严重。由于地下水位下降，在辽宁、河北、山东、江苏等沿海地区，发生 大面积的海水入侵，面积已达1 5 0 0 k m 2 。水土严熏流失，据统计，我国每年流失的土壤 近5 0 亿吨。建国以来全国兴建的8 6 万座水库，总库容为4 0 0 0 多亿m 3 ，已淤积损失库 容1 l o ，淤废重点水库2 2 座。此外，因河道淤塞而导致通航能力下降，全国河道通航 里程由6 0 年代的1 7 2 万k m 降低至1 0 。8 万k m 。自1 9 7 2 年以来，黄河几乎连年断流， 且一年比一年严重，除下游断流情况严重外，各支流控制站亦多数出现断流，甚至1 9 9 6 年和1 9 9 8 年黄河源头发生前所未有的断流现象。1 9 9 8 年辽河千流新城子段断流3 7 天。由于森林植被受到严重破坏，水资源平衡受到破坏，一方面造成水源减少，加上水 土流失，河湖淤塞，一些地区连年干旱，另一些地区连年出现洪涝灾害。1 9 4 9 年 1 9 9 1 年的4 2 年中，全国每年平均受灾面积7 8 0 万k m 2 ，成灾面积4 3 1 万k m 2 。近十 年，长江、黄河、淮河等江河连续发生了百年一遇的特大洪涝灾害。我国是一个河流众 多的国家，主要河流沿岸人口集中、城市密布，全国约有l 1 0 的国土面积位于河流洪 水位以下，而该地带集中了全国人口的4 0 ，工业总产值的6 0 ，洪水威胁成了经济发 展的一大忧患。干早缺水也是我国经济社会发展的主要障碍之一，每年因缺水影响工业 产值约2 3 0 0 亿元。农业受早面积由7 0 年代的o 1 1 亿h r n 2 增加到1 9 9 7 年的o ，3 3 亿 h r n 2 。由水资源缺乏而引起的旱灾在松辽平原、黄土高原、云贵高原等地区年减产粮食 2 0 0 万吨3 0 0 万吨。 辽河流域水安全评价研究 辽河是我国七大江河之一，辽河水系分为辽河和大辽河两个水系。辽河主源发源于 河北省七老图山脉的光头山，流经河北、内蒙古、辽宁、吉林四省( 区) ，经盘山注入 渤海，全长1 3 4 5 k m 。本研究的区域界定为辽宁省内的两大汇水区即；辽河流域和浑太 大辽河流域。研究区内有六座城市：沈阳、鞍山、抚顺、辽阳、盘锦和铁岭及另外四个 城市( 本溪、锦州、营口、阜新) 的局部地区( 见图2 1 及附图a ) 。 图2 1 研究范围 f i g 2 1s t u d ya r e a 2 1 自然地理状况 2 1 1 地势 辽宁省的地貌特点是“六山、一水、三分田”。辽宁省的中部地区是约2 7 。9 0 0 平方 公里的辽河平原。海拔高度依次是从铁岭南起5 0 米，到营口和渤海海岸降到3 米。东南 部和东部是“千山”山脉，海拔高度9 0 0 米。千山山脉也是辽河研究区域东部边界。 医巫吕山脉是辽河平原的西部边界，位于大辽河与大凌河之间，其海拔高度达8 0 0 米。辽河平原北部是龙首山丘陵地区，海拔高度3 0 0 米，辽河进入平原前流经此山脉。 1 2 大连理一l 大学硕士学位论文 2 1 2 地质 辽宁省的地质资源非常丰富且复杂，除志留纪和泥笳纪之外，还具有从太古代到第 四纪的局部地层。 辽宁东部和西部山区的地质由多种火成岩和沉淀岩构成。此类地质的矿藏资源丰 富，储量在全国举足轻重。主要矿产有煤、铁、铅、锌、铜、镁、钼、锰、云母、硼 砂、黄令和金刚砂。受8 次地壳构造的影响，辽宁的地质构造有诸多东西向和东北西南 向裂面。近年来的地震证明有些裂面仍然活跃。深层地下循环水也通过裂缝到达地表生 成温泉。 辽宁省先进的地势主要是第三纪辽河谷的地叛后生成的。辽河流域在辽东和辽西两 山脉之间形成了一片平坦低谷。在整个第三纪，山区的流失土持续沉寂在辽河谷，沉积 土质达1 ，0 0 0 米厚。沿积层中含有丰富的石油、天然气、页岩和煤层气。 第四纪的湖积冲刷和冰川沉积构成了辽宁省的主要地下含水层。含水层中有砾石、 砂层，厚度达4 2 0 米，中间还有海相生成的粘土层。 2 】3 气候 辽宁省具有典型的东北大陆季风气候，四季分明。春季干燥多风( 4 5 月) ，夏季 多雨炎热( 6 8 月) ，秋季日光充足( 9 一l o b ) ，冬季漫长寒冷( 1 1 月至次年3 月) 。 全年无霜期平均少贝1 j 1 4 7 天( 铁岭地区) ，多则1 8 1 天( 营口地区) 。 2 1 4 水文 研究区域内年平均降水量明显分布不均，西北部的阜新、章武地区降水量仅5 0 0 毫 米年，东部本溪、抚顺、清原可达8 0 0 毫米侔。东部降水多，主要受山区的影响，高 降水区集中在辽河流域的上游。从每年的1 0 月到次年的4 月，在西伯利亚的亚洲高压带 的影响下，干燥气流进入中国及亚洲的中心地区。从5 月到9 、l o 月份，由于亚洲大陆升 温，这一地区成为低气压的部分，风从太平洋吹入。正是由于这些暖湿的风，带给辽 宁省和本研究区域出现的绝大部分年降雨。这种季节性的风向变化成为亚洲季风。 概括地说，研究区域的水文特征是地区性降雨相对少、特殊的季节性降雨模式贯穿 全年以蒸发量大。这就造成了河流流量低，并且，由于在研究区域的流域内人类活动的 结果，流量将进步减小。 1 3 辽河流域水安全评价研究 2 1 5 水文地质 辽宁的东、西部山区，主要地下水源潜藏在基岩的裂隙中。另外，还有很多喀斯特 熔岩地下含水层，尤其是在辽阳太子河流域的上游。该流域的一些地方还出现了冲积 含水层。 辽宁最大的地下水水源是辽河流域的第四纪冲积含水层，其厚度从含水层边缘的几 米，到靠近渤海附近的4 0 0 多米。含水层是粘土层分开的多层渗透冲积层构成。由于粘 土层是间断的，降低了粘土层保护浅层地下含水层、防止来自地表污染的能力。该含水 层的特点是很容易发生水平或垂直上的变化。含水层最大的渗透出现在山前附近的粗砂 冲积层。渗透一般随着远离山体的距离而降低。锦州地区开采石油期间，发现了一个距 地面5 0 0 1 0 0 0 米深的含水层，其面积超过了辽河平原。它可能是万年前补给形成的一 个远古含水层，目前还不清楚它是否以及如何与目前水文循环有联系。降雨及河流的渗 透补给了第四纪冲积含水层。山前地下泉水的补给也是可能的，尤其是在喀斯特岩溶地 区【4 6 】。 2 2 社会经济 2 2 1 综合经济 2 0 世纪中叶，辽宁省成为中国的主要工业基地。由于其自然资源丰富( 煤、石 油、天然气、铁矿、铜和铝) ，第一和第2 2 产业一直主宰着地方的经济。( 详见表 2 4 ) 表2 1国内生产总值各产业比例 t a b l e 2 1r a t i o o f e a c h i n d u s a y a c c o r d i n g t o g d p 1 4 人连理。j ：大学硕十学位论文 2 0 0 2 年辽宁省全年实现国内生产总值为5 4 5 8 2 2 亿元。其中第一产业增加值5 9 0 2 0 亿元；第二产业增加值2 6 0 9 8 5 亿元；第三产业增加值2 2 5 8 1 7 亿元；三次产业增加值占 国内生产总值的比重威l o 8 ：4 7 8 ：4 1 4 ；人均国内生产总值1 2 9 8 6 院。按产值增长较快 的产业主要是冶金工业、石化工业、电子及通信