左瑞琦，李安娜，畢　攀

(石家莊經(jīng)濟學(xué)院水資源與環(huán)境學(xué)院，河北 石家莊 050031)

滄州地區(qū)地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力評價

左瑞琦，李安娜，畢攀

(石家莊經(jīng)濟學(xué)院水資源與環(huán)境學(xué)院，河北 石家莊 050031)

[摘要]隨著人口的快速增長、資源的不合理開發(fā)，產(chǎn)生了一系列的生態(tài)環(huán)境問題。依據(jù)滄州地區(qū)水文地質(zhì)條件、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境條件等實際情況并參考和前人的研究成果，構(gòu)建科學(xué)合理的評價指標(biāo)體系，并運用使用層次分析法計算權(quán)重，對滄州地區(qū)地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力進行評價。

[關(guān)鍵詞]層次分析法；地下水；生態(tài)環(huán)境支撐能力

滄州市地處河北省東南部，東鄰渤海，北依天津，南接山東，西連衡水廊坊。滄州市是國務(wù)院確定的經(jīng)濟開放區(qū)、沿海開放城市之一，也是石油化工基地和北方重要陸海交通樞紐，是環(huán)渤海經(jīng)濟區(qū)和京津冀都市圈重要組成部分。滄州市處于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量為581 mm，多年平均氣溫為12.5℃。境內(nèi)較大的河流有漳衛(wèi)河、子牙河、南排河和京杭大運河。滄州地區(qū)地下水礦化度由西向東逐漸升高，東部地區(qū)普遍較高，部分地區(qū)甚至超過10 g/L。

地下水對生態(tài)環(huán)境的支撐能力指的是地下水系統(tǒng)對與地下水埋藏條件密切相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)，即對植被、湖泊、濕地和土地質(zhì)量狀況就有直接的支撐或保護的作用或效應(yīng)。滄州地區(qū)由于地下水過量開采及不合理開發(fā)利用，已經(jīng)產(chǎn)生了較多的地質(zhì)及生態(tài)環(huán)境問題，如，地下水水水位下降、地下水降落漏斗、地面沉降、土壤鹽漬化、濕地退化等。為了修復(fù)和保護該地區(qū)地質(zhì)生態(tài)環(huán)境，本文開展了地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力進行評價，以便為實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展良性循環(huán)提供科學(xué)依據(jù)。

1評價體系構(gòu)建

1.1選取指標(biāo)的原則

進行地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力評價時，指標(biāo)體系選取的合適與否將會直接影響到評價結(jié)果的準(zhǔn)確性、客觀性和可靠性。因策在選取指標(biāo)時，應(yīng)遵循以下原則：

科學(xué)性原則：指標(biāo)體系的設(shè)計必須建立在一定的科學(xué)理論基礎(chǔ)上，能夠客觀的反映研究區(qū)自然資源、生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟現(xiàn)狀以及相互之間的協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系，重點凸顯滄州地區(qū)生態(tài)環(huán)境特征以及生態(tài)環(huán)境演變與社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在互饋機制。

層次性原則：反映地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力的要素很多，其表現(xiàn)形式和反映程度差別很大，可根據(jù)各要素之間的內(nèi)在聯(lián)系，分層次和類別進行標(biāo)定，將各要素歸類為不同指標(biāo)，最后一指標(biāo)評價地下水對生態(tài)環(huán)境的支撐能力。

主導(dǎo)元素原則：上面講了，反映地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力的要素很多，但在一個地區(qū)往往是幾個生態(tài)環(huán)境問題制約著該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和社會環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。所以在指標(biāo)選擇或權(quán)重確定時，要給與充分思考，體現(xiàn)主導(dǎo)要素的作用。

動態(tài)性原則：地下會系統(tǒng)在氣候、人類活動扥因素影響下，地下水系統(tǒng)的各種水文地質(zhì)要素和地下水資源的數(shù)量、質(zhì)量處于不斷變化之中，所以地下水對生態(tài)環(huán)境的支撐能力也是有變化的。這種變化是動態(tài)的、延續(xù)的。所以在設(shè)置評價指標(biāo)和權(quán)重時，要充分考慮這種變化的過程和趨勢。

可操作性原則：設(shè)置的評價指標(biāo)物理意義要明確，數(shù)據(jù)易于獲取，易于定量計算、比較和分析；在確保評價結(jié)果能過正確反映客觀實際條件，指標(biāo)的設(shè)置盡可能簡介，以保證評價工作的順利進行。

1.2評價指標(biāo)體系的建立

根據(jù)上述評價指標(biāo)的選取原則，結(jié)合滄州地區(qū)的實際情況，地下水對生態(tài)環(huán)境的支撐能力評價體系共選取了3各指標(biāo)9個要素。詳見表1。

1.3指標(biāo)要素分析

根據(jù)上述建立的評價指標(biāo)體系，結(jié)合滄州地區(qū)升天環(huán)境狀況以及工作區(qū)現(xiàn)有的資料程度，確定研究區(qū)地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力評價的指標(biāo)要素體系。

1.3.1評價目標(biāo)

地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力(A1)：指地下水系統(tǒng)對陸表植被或湖泊、濕地或土質(zhì)良性維持的作用或效應(yīng)，如果地下水發(fā)生變化時生態(tài)系統(tǒng)仍維持相對穩(wěn)定或變化甚微，我們稱地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力強，有利于地下水的持續(xù)利用；相反，當(dāng)?shù)叵滤到y(tǒng)發(fā)生變化時，與其相互關(guān)聯(lián)的生態(tài)環(huán)境隨之出現(xiàn)明顯變化，甚至出現(xiàn)明顯破壞，我們稱地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力弱，制約著地下水的持續(xù)利用。

1.3.2地下水對生態(tài)環(huán)境的支撐能力評價指標(biāo)及要素

植被環(huán)境變化(B1)：是指地下水系統(tǒng)的變化對陸表植被生態(tài)系統(tǒng)生存和發(fā)展?fàn)顩r的影響。其主要表現(xiàn)為植被覆蓋率(C1)和植被發(fā)育程度(C2)，我們將其作為評價指標(biāo)(B1)的評價要素。

土地質(zhì)量變化(B2)：是指由于地下水的影響土壤質(zhì)量狀況的變化，主要表現(xiàn)為土地沙化(C3)、土地鹽漬化(C4)、土壤污染(C5)和耕地面積(C6)要素的變化。

水體環(huán)境變化(B3)：是指地下水對地表濕地或河流、湖泊環(huán)境質(zhì)量的作用狀況。其主要表現(xiàn)要素有濕地變化(C7)、地表水環(huán)境質(zhì)量(C8)和淺層地下水礦化(C9)等。

表1　地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力評價指標(biāo)體系表

2評價方法

2.1權(quán)重計算

地下水與生態(tài)環(huán)境之間具有非常復(fù)雜的關(guān)聯(lián)性，相互關(guān)聯(lián)、相互制約的因素眾多。評價地下水對生態(tài)環(huán)境的支撐能力的強與弱，首先將眾多的因素按照他們之間的相互關(guān)系分級別分層次的建立起一個評價指標(biāo)系統(tǒng)，這樣的一個復(fù)雜系統(tǒng)，目前最好的評價方法是層次分析法。

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP)是一種多準(zhǔn)則思維的方法，它將定性分析和定量分析相結(jié)合，把人們的思維過程層次化和數(shù)量化，在目標(biāo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要的數(shù)據(jù)情況下尤為實用。自20世紀(jì)70年代美國運籌學(xué)家沙坦(T.L.Saaty)提出以來，此方法在實際應(yīng)用中發(fā)展很快。

運用AHP進行決策時，大體可分為4個基本步驟：

(1)分析系統(tǒng)中各因素之間的關(guān)系，建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)(見表1)；

(2)對同一層次的各元素關(guān)于上衣層次中某一準(zhǔn)則的重要性進行兩兩比較，構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣。建立了遞階層次結(jié)構(gòu)后，上下層之間元素的隸屬關(guān)系就別確定了，假定上一層的元素Bk作為準(zhǔn)則，對下一層的元素C1、C2、…Cn有支配關(guān)系，我們的目的是在準(zhǔn)則Bk之下按它們的相對重要性賦予C1、C2、…Cn相應(yīng)的權(quán)重，并按相對重要性從弱到強使用1-9的比例標(biāo)度表示元素C1、C2、…Cn兩兩相對重要關(guān)系，并構(gòu)建兩兩比較判斷矩陣；

(3)由判斷矩陣計算被比較元素對于該準(zhǔn)則的相對權(quán)重。目前常用的相對權(quán)重計算方法有和法、根發(fā)、特征根法、最小二乘法和對數(shù)最小二乘法。在得到相對權(quán)重后還需進行一致性檢驗；

(4)計算各層元素對系統(tǒng)目標(biāo)的合成權(quán)重，并進行排序。為了得到遞階層次結(jié)構(gòu)中每一層次中所有嚴(yán)肅相對于總目標(biāo)的相對權(quán)重，需要把單一準(zhǔn)則下元素相對權(quán)重的結(jié)果進行適當(dāng)?shù)慕M合，并進行總的判斷一致性檢驗。這一步驟是由上而下逐層進行的，最終計算結(jié)果得出最底層次元素，即決策方案優(yōu)先順序的相對權(quán)重和整個遞階層次模型的判斷一致性檢驗。

層次分析法的最終結(jié)果是得到相對于總的目標(biāo)各決策方案的優(yōu)先順序權(quán)重，并給出這一組排序權(quán)重所依據(jù)的整個遞階層次結(jié)構(gòu)所有判斷的總的一致性指標(biāo)，為決策提供科學(xué)依據(jù)。

2.2綜合評價

利用層次分析法獲得各層元素的總排序權(quán)值后，需要計算各層元素的綜合評價指數(shù)，建立相應(yīng)的評分級標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進行目標(biāo)層、指標(biāo)層和要素層的中和評價。

本次進行滄州地區(qū)地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力評價，首先利用層次分析法建立各種評價指標(biāo)的權(quán)重，計算各元素的綜合指數(shù)，建立地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力評價的綜合指數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定各單元的綜合評價界別，形成地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力綜合評價圖系。

2.2.1綜合指數(shù)計算

評價綜合指數(shù)可利用下式計算：

式中：R為中和評價指數(shù)；ci為評價參數(shù)的權(quán)重(由層次分析法獲得)；Xi為評價參數(shù)(歸一化后的參數(shù)值)；n為評價參數(shù)的個數(shù)。

2.2.2要素層各要素對指標(biāo)層影響的劃分標(biāo)準(zhǔn)

影響研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的因素很多，而且也很復(fù)雜，在表 中已列出與地下水水有關(guān)的主要因素，為了在層次分析中構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，使兩兩要素更科學(xué)的比較，結(jié)合研究區(qū)生態(tài)環(huán)境實際情況，建立了要素層對指標(biāo)層影響的劃分標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2　要素層各要素對指標(biāo)層影響的劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2.3綜合指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)滄州地區(qū)的實際情況并參考相關(guān)的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和前人的研究成果，將地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力評價的綜合指數(shù)劃分為5級，其換分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3　地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力評價分級標(biāo)準(zhǔn)表

3評價結(jié)果

根據(jù)前面層次分析的基本理論和方法，結(jié)合研究區(qū)的具體實際，對滄州地區(qū)進行了地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力評價，評價結(jié)果見圖1。

從滄州地區(qū)地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力評價圖中可以看出，滄州地區(qū)大部分地區(qū)為地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力中等區(qū)域；任丘市西北部為地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力較強區(qū)；支撐能力較弱區(qū)也占有較大面積，主要分布在黃驊市南部及北部、海興縣北部、南皮縣南部、鹽山縣西部、泊頭市中部、獻縣東部、河間縣中部及東南部和滄縣西部等地區(qū)；黃驊市中部及滄縣西部為支撐能力弱區(qū)。總體來說，由于淺層水水質(zhì)較差，滄州地區(qū)地下水對生態(tài)環(huán)境的支撐能力為中等偏弱，內(nèi)陸地區(qū)支撐能力強于沿海地區(qū)。

圖1　滄州地區(qū)地下水對生態(tài)環(huán)境支撐能力評價圖

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[收稿日期]2016-03-14

[作者簡介]左瑞琦(1988-)，男，河北臨城人，在讀碩士研究生，主攻方向：水文地質(zhì)。

[中圖分類號]P641.8

[文獻標(biāo)識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)03-0063-03