水环境安全及其指标体系研究以济南市为例.docx
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水环境安全及其指标体系研究以济南市为例
水环境安全及其评价指标体系研究-以济南市为例
摘要：
针对人类对水的需求的严峻形势，在环境安全研究逐渐成为科研热点的背景下探讨并系统提出了水环境安全这一新概念；在可持续发展指标体系研究的基础上，运用“压力（Pressure）一状态（Situation）一响应（Response）”（PSR）概念模型建立了水环境安全评价指标体系；应用综合指数法进行了水环境安全的综合评价；最后以济南市为例做了实证研究，并对其水环境安全保障提出了一些建议。
关键词：
水环境；安全；指标体系；济南
1水环境安全研究进展
人类发展的历程，是一个不断躲避各种危险，追求安全状态的奋斗过程。
伴随着对安全认识的加深，人类对安全的理解也从单纯追求人类的生存安全出发的狭义的安全（生产技术性安全），发展到融人了人的社会属性的广义的安全（社会政治性安全）。
西方国家把广义安全分为了传统的国家安全及非传统安全（由一些新的因素如环境、网络等造成的国家安全问题）。
随着环境的不断恶化和环境问题的日趋突出，人们越来越认识到只偏重经济效益而忽视环境保护，则人类所创造的经济效益最终会因为环境恶化危及人类的生存而丧失殆尽。
早在1977年美国环境专家莱斯特·R·布朗就将环境含义明确引入安全概念，此后对环境安全的探讨也越来越多，环境安全研究成为科学研究的热点，受到越来越多的重视。
综合国内外研究成果，本文认为环境安全指的是使环境处于一种良好的状态，既能使人类的生存和生活不受到威胁，同时环境本身有较高的舒适度，环境系统维持其正常功能。
环境安全就其本质而言是人类的生存安全，是与人类社会的社会经济发展息息相关的重大社会问题。
水被视为“生命之源”，人们一天也离不开水。
城市的兴起与扩大，特别是人口的剧烈增长和工业的发展，水的安全问题也相伴而生。
20世纪70年代以来，水的安全引起了各国政府、学术界与民间团体等的广泛关注。
伴随着环境安全成为研究热点，水环境安全作为一个更新的研究方向，正方兴未艾。
1.1水环境安全的概念
当前人们对水安全研究较多的是从一种资源安全的角度来进行研究，水安全某种意义上说就是指水资源安全。
同时，在对水资源安全的研究上，较多的研究集中于地表水，地下水提及很少，对于地下水资源的安全，常见的是单独列出来进行研究，地表水和地下水的系统性研究上略显不足。
在研究水环境时，存在着偏重水质污染和破坏问题，近年来兴起了生态需水的研究，也还停留在定性阶段。
水不仅仅是一种资源，同时也是环境的重要组成部分。
水环境安全的主要内容也是指水多、水少、水脏的问题，但它更强调的是把水作为一个环境要素，强调水环境是一个完整的生态系统，是水量与水质的统一体，包括地表水环境和地下水环境，是一个动态的概念，而不是一种为人类的利用程度的概念。
水的安全应该首先满足水环境的安全，在此基础上保障的水资源安全才是可以使水得到可持续利用。
综上所述，本文认为水环境安全的概念应该定义如下：
水体保持足够的水量、安全的水质条件以维护其正常的生态系统和生态功能，保障水中生物的有效生存，周围环境处于良好状态，使水环境系统功能可持续正常发挥，同时能较大限度的满足人类生产和生活的需要，使人类自身和人类群际关系处于不受威胁的状态。
1.2水环境安全的涵义、外延及特性
水环境安全的内涵主要包括自然型水环境安全，如干旱、洪涝、河流改道等，以及人为型水环境安全，如水量短缺、水质污染、水环境破坏等。
其外延指的是由水环境安全引发的其他安全，如粮食安全、经济安全和国家安全等。
水量短缺、水质污染等水环境问题不是一个局部性的问题，涉及几乎所有国家和全人类的安全，并且不可避免的融人了政治、经济等综合因素。
水环境包括地表水环境和地下水环境，是一个完整的生态系统，水环境安全也兼具有自然和人为两重性。
因此，水环境安全具有全球性、综合性、系统性、动态性以及两重性等特性。
1.3水环境安全与可持续发展
水环境安全描述的是水环境处于一种自身环境能够有效发挥其正常功能，同时保障人类社会经济发展的状态，是保障人类可持续发展的有利条件。
实现水环境安全，即保障水环境生态系统的正常发挥，有效实现水环境的社会效应，从而实现水环境系统的可持续发展，是充分、合理利用水环境的目标。
可见，可持续发展是水环境安全的理论指导，其研究成果对水环境安全的研究有很大的借鉴和指导作用。
水环境安全的研究将有力的充实可持续发展理论的发展，是可持续发展的有机组成部分。
因此，水环境安全与可持续发展二者紧密相连，是人类利用水环境系统的初级目标和最终目标，是一个问题不同层次的追求目标。
2水环境安全指标体系及其评价方法
2.1水环境安全指标体系的建立
量化水环境安全是水环境安全研究中一个基础而又非常重要的工作。
如何用合适的评价模式有效地评价水环境安全，研究区域的水环境和社会经济及生态环境系统，指导区域水环境保护，实现社会经济、生态环境和水环境的综合效益，从某种意义上来说也是关系国计民生的大事。
基于“压力（Pressure）一状态（Situation）一响应（Response）”（PSR）指标体系建立模式，综合考虑建立指标体系的科学性、系统性、可操作性、定性与定量相结合等原则，结合本文提出的水环境安全的概念，继承可持续发展和水科学研究的成果，建立了如下水环境安全指标体系，见表1。
表1水环境安全PSR指标体系
指标类型
压力指标
状态指标
反应指标
社
人口增长率
人均GDP
万人具高等学历人数
会
GDP增长率
城镇恩格尔数
农村人增长率纯收入
经
人均粮食
城市化率
人均受教育年限
济
工业总产值
人均寿命
有机肥使用率
绿化覆盖率
工业重复用水率
生
化肥施用负荷
污径比
水土流失治理率
态
湿地面积占国土面积比重
城市人均绿地
土地退化治理率
环
有效灌溉面积占耕地面积比重
水土流失面积
畜禽烘使处理率
境
水产品总产量
城市水功能区水质达标率
污水集中处理率
环保投资占GDP的百分比
水体BOD浓度
人均水资源量
氟病区饮水解决率
水
地下水开采程度
亩均水资源量
环境用水
环
水资源利用率
人均日生活水
地下水水质达标率
境
漏斗面积
防洪标准
除涝达标率
河流污染百分比
水问题导致的死亡人数
抗旱达标率
水质安全人口比例
2.2水环境安全评价方法
本文对水环境安全评价采取的方法是综合指数法，即首先确定评价指标，然后将评价指标的实际值与指标值（或标准值、其一特征值）相比，进行数据归一化处理，得出一系列无量纲指数；其次对评价参数赋权，将各单元参数的无量纲指数和参数权重进行加权平均，得出综合评价指数，再将综合指数按一定间隔划分为等级。
该方法便于横向和纵向的对比分析，目前在很多评价研究中有着较为普遍的应用；同时选用了层次分析法（AHP）赋权技术。
3实例研究-济南市水环境安全
济南市作为山东省省会，是全省政治、经济、文化、教育中心，南依泰山，北跨黄河，地处鲁中南低山丘陵与鲁西北冲积平原的交接带上.境内河流主要有黄河、小清河两大水系，湖泊有大明湖、白云湖等.属于暖温带大陆性季风气候区，四季分明，日照充分，年均降雨量677.8mm。
但是，济南市的水资源状况却不容乐观。
济南市共11各水功能区，2012年年平均值评价中水质达到Ⅱ类的只有三个，仅占27.3%；水质为劣Ⅴ类的却有4各，占36.4%。
水资源紧缺，是我市国民经济和社会发展的重要制约因素。
3.1济南市水环境安全指标体系的建立
依据表1建立的指标体系框架，结合济南市的实际情况和资料获取的难易程度，将济南市水环境安全指标体系分为综合层、系统层和指标层，选取了19个指标用来描述济南市水环境安全。
具体指标体系建立见图1。
城市化率0.1354#
人均粮食0.0532
社会经济系统0.163人均GDP0.3683
恩格尔系数0.1534
农民人均纯收入0.2345
万人具高等学历人数0.0731
污径比0.1084
济南市人均绿地0.2031
水环境生态环境系统0.297湿地面积占国土面积比重0.0677
安全水产品总产量0.1484
污水集中处理率0.1268
工业重复用水率0.2780
有效灌溉面积占耕地面积比重0.0677
地下水水质达标率0.1667
河流污染百分比0.1667
水环境系统0.540人均水资源量0.1667
水资源利用率0.1667
环境用水0.1667
人均日生活用水量0.1667
综合层系统层指标层
注#图中数字是用AHP法赋权技术所得的指标权重值
图l水环境安全指标体系框架
3.2济南市水环境安全评价
指标子安全度用相关评价函数进行模型计算，本文采取的是指数小于1的幂函数：
y=a+bx1/2；得出各个指标的子安全度及其权重，再加权计算出系统安全度的值，然后再根据三个系统安全度的权重，加权计算，进行水环境安全的综合评价。
根据国际公认的一些指标值和各种标准，再参考近年来我国社会人口和经济发展的实际状况，确定了水环境评价指标的核算标准，见表2。
表2水环境安全评价指标核算标准
指标
最差值
及格值
最优值
人均GDP/元
800
24000
农民人均纯收入/元
3500
10000
人均粮食/kg
100
400
万人具高等学历人数
200
1180
城市化率（%）
1
100
城镇居民恩格尔系数
0.4
0.2
污径比
1
0.04
城市人均绿地面积/m2
0.01
8
工业重复用水率（%）
60
100
湿地面积占国土面积比重
0.05
0.225
有效灌溉面积占耕地面积比重（%）
80
100
水产品总产量/吨
30000
60000
水资源利用率（%）
0.4
0.1
环境用水/万立方米
6000
14000
地下水水质达标率（%）
50
100
河段污染百分比（%）
100
30
人均日生活用水量/kg
220
600
污水集中处理率（%）
80
100
人均水资源量/m3
100
1700
对应x取最差值时，y取o；x取及格值时，y取0.6；x取最优值时，y取1。
每个指标的子安全度计算模型的确定见表3。
表3指标评价函数
指标
评价函数
人均GDP
y=-0.134+0.005x1/2
农民人均纯收人
y=0.01x1/2
人均粮食
y=0.6+0.006x1/2
万人具高等学历人数
y=0.32+0.02x1/2
城市化率
y=-0.462+1.462x1/2
城镇居民恩格尔系数
y=1.563-2.159x1/2
污径比
y=0.75-0.75x1/2
城市人均绿地面积
y=-0.022+0.220x1/2
工业重复用水率
y=-0.209+0.66x1/2
湿地面积占国土面积比重
y=2.264-2.667x1/2
有效灌溉面积占耕地面积比重
y=-2.789+3.789x1/2
水产品总产量
y=-0.775+1.775x1/2
水资源利用率
y=1.40-1.226x1/2
环境用水
y=-2.789+3.789x1/2
地下水水质达标率
y=-0.366+1.366x1/2
河段污染百分比
y=0.0885-0.885x1/2
人均日生活用水量
y=0.339+0.0271x1/2
污水集中处理率
y=-2.789+3.789x1/2
人均水资源量
y=-0.19+0.019x1/2
以2012年为现状年，将有关指标的数值代人上述计算模型中，得到各指标子安全度值。
在此，同时以全国的数据作了一下比较，见表4。
表42012年济南市水环境安全指标子安全度计算
指标
济南
全国
指标值
安全度
指标值
安全度
人均GDP
69444
0.118
8184
0.318
农民人均纯收人
11786
0.109
2476
0.498
人均粮食
143.744
0.672
373
0.559
万人具高等学历人数
1085
0.979
175
0.585
城市化率
62.756
0.120
29.9
0.337
城镇居民恩格尔系数
30.8
0.419
25
0.099
污径比
35.799
0.750
0.016
0.665
城市人均绿地面积
19.862
0.958
6.8
0.552
工业重复用水率
95.18
0.230
67.87
0.951
湿地面积占国土面积比重
0.98
0.376
0.65
0.901
有效灌溉面积占耕地面积比重
68.598
0.593
43.1
0.357
水产品总产量
45169
0.466
13542
0.539
水资源利用率
66.133
0.570
19.5
0.841
环境用水
11174
0.412
6723
0.156
地下水水质达标率
27.3
0.771
66.7
0.75
河段污染百分比
36.3
0.244
37.6
0.342
人均日生活用水量
136.6
0.656
219
0.739
污水集中处理率
89.83
0.226
95
0.904
人均水资源量
226.488
0.267
2189.4
0.699
从表4的计算结果来看，现状年对济南市水环境安全影响比较大的几个指标（安全度小于0.5）主要是人均GDP、农民人均纯收入、城市化率、城镇居民恩格尔系数、工业重复用水率、湿地面积占国土面积比重、水产品总产量、环境用水、河段污染百分比、污水集中处理率、人均水资源量等；对济南市水环境安全有一定影响（安全度在0.5一0.75之间）的是人均粮食、污径比、有效灌溉面积占耕地面积比重、水资源利用率、人均日生活用水量等。
此外，济南市在城市绿地、地下水保护等方面做的成绩比较突出，这些因素使济南市生态环境得到较大的改善，对济南市水环境安全只有轻微影响或者没有太多影响。
对于全国来说，对水环境安全影响最大的几个指标主要是有效灌溉、人均GDP、城市化率、恩格尔系数等，有一定影响的是人均绿地，水土流失治理等。
从各子系统的安全度可见，济南市生态环境子系统安全度略高于全国平均水平，社会经济子系统略低于全国平均水平，但水环境子系统却远低于全国平均水平，是影响济南市水环境安全的脆弱系统。
说明济南市生态环境条件略高于全国水平，这是因为济南市为建设生态市，生态环境意识逐渐增强，在生态环境治理上的投入有所增加，经过一系列的改革和整治，生态环境得到一定的改善，但仍有待于继续加强；济南市的社会经济发展水平与全国平均水平基本相当；但水环境面临的形式严峻，水环境条件非常差，远远低于全国平均水平。
因此，解决水环境系统存在的问题，是提高济南市水环境安全度的关键。
4济南市水环境安全的保障对策
针对济南市水资源利用出现的问题以及对北京市水环境安全的计算评价，本文对实例城市济南市水环境安全保障提出了一些粗浅的建议。
即全面节水，提高水资源利用效率；提高技术水平，保护水环境，建设防污型社会；结合区域实际，根据水环境状况合理确定和调整产业结构；加大环保投人，坚持生态环境建设；加快经济建设，为治理水环境提供坚实后盾；大力提高全民保护水环境的意识，鼓励全民参与，加强法制建设；统一管理体制，保障水的可持续利用等等。
通过技术手段、经济手段、管理体制、公众意识、政策引导、法律措施等整体推进，同时实施，互相促进，以保障水环境安全。
水环境安全是一个庞大的概念，围绕水环境安全还有很多研究和工作。
本文在水环境安全及其评价研究方面做了粗浅的探讨。
就济南市来说，历史和现状年的结果都表明人均水资源量、水资源利用率、污径比、污染河段百分比等因素是济南市水环境安全的敏感因子，水环境系统是影响济南市水环境安全的脆弱系统，尽管近年来济南市加大环保力度和环境治理投人，使生态环境获得很大的改善，社会经济保持着稳定上升的势头，解决水环境系统的问题，保护水环境，实现水环境安全仍然任重而道远。
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