水环境安全是20世纪末提出的一个重要概念，2000年荷兰海牙“第二届世界水论坛及部长级会议”宣言指出：水环境安全就是确保每个人都能够得到充裕的洁净水，并确保人们免受与水相关的灾害威胁[1].浙江省人均水资源量只有1 760 m3，已经逼近世界公认的1 700 m3警戒线[2].虽然，浙江省单位面积水资源量排全国第4，但由于80%的水资源分布于山区，所以人口集中、经济发达的浙东是重点缺水地区，主要有供需缺口大、结构矛盾突出、污染严重、有效利用率低等问题.针对水环境安全问题，浙江省省委、省政府提出了“五水共治”的重要决策.治水不仅是深化改革惠民生的要求，也是有效投资促转型、现代文明树新风、绿色发展优环境的需要.因此，对浙江省治水决策前后水环境的安全状况进行评估，对“五水共治”规划目标下阶段水环境安全预警状态及治水行动成效具有重要的现实意义.
“压力-状态-响应”(PSR)模型，是联合国环境规划署针对可持续发展机理研究提出的一个概念框架[3-4].很多专家利用该模型对不同区域水环境安全进行了评估研究.林媚珍等[5]运用PSR概念模型建立指标体系，对中山市生态安全进行评估，用安全值衡量安全程度，从而将定性的评价结果量化.沈静[6]采用“驱动力-压力-状态-响应”(DPSR)模型，以城镇化进程作为水环境的驱动力，从压力、状态、响应3个角度对影响水环境安全的因素进行分类，从四方面构建了城镇化进程中衡量水环境安全的指标体系.本研究基于PSR模型对浙江省“五水共治”决策前后水环境安全进行评估预警，从时间序列上分析浙江省“五水共治”分阶段规划背景下水环境安全的动态演变趋势，以为浙江省治水工作提供参考依据.
1 评价指标体系与分析方法 1.1 PSR模型指标体系的构建PSR模型包括3个并列又相互作用的要素.其中，“压力”是指社会系统中限制可持续发展的一些因素；“状态”不仅反映社会状态，而且反映生态环境状态；“响应”是人类保护资源环境过程中所采取的有效措施[7].本文依据PSR模型，构建包括压力、状态和响应三方面目标体系.每个目标体系下包括治污水，防洪、排涝，保供水和抓节水4个指数.每个指数下根据科学性、完整性、系统性、独立性、代表性和可操作性的原则，选取若干个评价指标构建PSR评估模型[8-9].本研究采用34项评估指标，构建水环境安全评估模型(见表 1)，涵盖了社会经济、自然资源和生态环境等各个方面，具有较强的适用性和代表性.评估体系指标中的数据时间点为2013，2014，2015，2017，2020年，各指标数据来源于浙江省相应年份的统计年鉴、浙江省水资源公报、浙江省“十三五”环保规划等. PSR模型各指标原始值见表 1.
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表 1 水环境安全PSR模型的指标体系及年份值 Table 1 Index system of PSR model and year value for water environment security |
本研究采用层次分析法(AHP)确定水环境安全评估指标的权重系数. AHP方法是指标权重确定的一种有效方法，以建立层次清晰的指标体系结构为目的，把相互关联的要素按隶属关系划分为若干层次，建立准则层-指数层、指数层-指标层的判断矩阵[10].结合全省各级五水共治办及高校、科研院所等20多位专家学者对指数和指标的独立打分，利用yaahp软件得到各要素的相对重要性权重，并计算判断矩阵的随机一致性比例，要求一致性比例CR小于0.1，最后求得各指标的综合权重[9]. PSR模型的各指标权重见表 2.
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表 2 PSR模型中各指标的权重系数 Table 2 Weighting factors of each index in PSR model |
主要基于时间序列分析对浙江省水环境安全进行评估预警，因此，采用与指标最优值对比的方式对样本数据进行归一化处理，公式如下：
| $ X' = \frac{X}{{{X_{\rm{s}}}}}, $ | (1) |
X′为正向指标，数值越大越安全.
| $ \mathit{X'' = }\frac{{{X_{\rm{s}}}}}{X}, $ | (2) |
X″为负向指标，数值越小越安全.
式(1)和(2)中，X为原始值；X′，X″为归一化值；Xs为标准值.当X′，X″计算值大于1时，取值1. PSR模型各指标无量纲标准化数值见表 3.
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表 3 各指标无量纲标准化数值 Table 3 Dimensionless standardized values of each index |
水环境安全评估的综合指数为各子指标的加权和[11]：
| $ {\mathit{S}_\mathit{i}} = \sum\limits_{i = 1}^m {{W_j}{Y_{ij}}, } $ | (3) |
其中，Si为水环境安全评估综合指数；Wj为各指标的权重；Yij为各指标数据标准化后的数值.同时，参考吴舜泽等[12]的《国家环境安全评估报告》，采用综合指数分级方法，将水环境安全综合指数划分为5个等级，如表 4所示.
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表 4 水环境安全等级标准 Table 4 Level standard of water environment security |
利用权重系数与归一化数据，得到PSR模型中“压力-状态-响应”的各指数变化情况，如图 1所示.
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图 1 水环境安全准则层相对安全度值 Fig. 1 Relative safety value of water environment security for criteria layer |
从图 1中可以看出，浙江省治水前后及今后的若干年内，水环境安全压力、状态、响应3个指数均有所提升.其中，状态层提升最快，由2013年的0.676 2升高到2020年的0.956 0，提升了41.38%；压力层改善趋势较为平缓，由2013年的0.637 6升高到2020年的0.746 5，仅改善了17.08%. 图 1直观地展示了浙江省面临的水环境安全问题，从中可以发现，随着“五水共治”工作的开展及持续推进，浙江省水环境安全状态较治水前有了较大幅度的改善，到2020年，将达到很高的层次.然而, 浙江省作为经济大省，面临的水环境安全压力依旧很大，经济的快速发展将对水环境安全造成持续影响.
2.2 水环境安全综合指数分析利用权重系数与归一化数据，计算得到浙江省治水前后水环境安全综合指数的变化情况，如图 2所示，指数对应的安全等级如表 5所示.
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图 2 浙江省水环境安全综合指数的变化情况 Fig. 2 Composite index value of water environment security in Zhejiang province |
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表 5 浙江省水环境安全等级变化情况 Table 5 Level trend of water environment security in Zhejiang province |
从图 2和表 5中可以看出，浙江省治水前后及今后若干年，水环境安全综合指数将保持持续改善的趋势.治水前的2013年，浙江省水环境处于预警状态(0.599 9)，开展治水工作2 a来，2015年水环境已达到较安全状态(0.701 0).随着“五水共治”工作分阶段相继实施，2017年和2020年水环境安全综合指数将分别达到0.754 5和0.798 9，较2015年分别上升7.63%和13.97%.按照水环境安全状态的分级标准，浙江省水环境将维持在较安全接近安全的临界状态.可见，在“五水共治”政策强有力的推动下，到2020年浙江省水环境将得到明显改善.
2.3 水环境安全排警调控虽然，在“五水共治”规划情景下，浙江省的水环境安全状况将有显著改善，但距离全面安全状态还有提升的空间.结合水环境安全指标归一化数值及指标权重分析，选取部分指标作为影响水环境安全的胁迫因子，参照各类先进标准并结合可行性分析，将胁迫因子作为重点改善对象，构建胁迫因子排警调控方案.其中，胁迫因子调控方案情景1为调整优化“万元GDP废水排放量”“主要污染物(COD)排放负荷”和“环境污染治理投资总额占GDP比重”3个指标.将万元GDP废水排放量调控在7.00 t，主要污染物(COD)排放负荷调控在5.60 t·km-2，环境污染治理投资总额占GDP比重调控在2.40%；情景2为调整优化“万元GDP废水排放量”“主要污染物(COD)排放负荷”“环境污染治理投资总额占GDP比重”“规模以上高耗水型行业生产总值比重”和“人均供水管道长度”5个指标，在情景1的背景下, 规模以上高耗水型行业生产总值比重调控在30.00%，人均供水管道长度3.50 km.分析可知，在胁迫因子管控方案情景1状态下，2020年浙江省水环境安全综合指数将达0.811 5，比规划情景下同期高1.56%，水环境呈安全状态；在胁迫因子管控方案情景2状态下，2020年浙江省水环境安全值为0.819 5，虽然较于调控方案1有所上升(上升了1.02%)，但水环境安全度整体趋向平稳，显示出胁迫因子调控的边际递减效应.
3 结论与建议综合采用PSR模型和AHP方法，对浙江省治水前后的水环境安全进行了评估预警.主要结论与建议如下：
3.1随着浙江省“五水共治”行动的推进，浙江省水环境安全度在治水前后有了较大的改善，2014年水环境迈入较安全的状态，且各项指数均平稳提高.可见，持续稳定的治水政策的推进对水环境安全度的提升十分重要.
3.2分析治污水，防洪、排涝水，保供水和抓节水4个方面指数，治污水仍然是今后浙江省“五水共治”的重中之重.治污水，防洪、排涝水，保供水和抓节水相辅相成，对今后浙江省“五水共治”政策的完善与推进意义重大.
3.3在“五水共治”分阶段规划情景下，浙江省2017年和2020年水环境安全度值将分别达到0.754 5和0.798 9，维持在较安全、接近安全的临界状态.可见，在目前的规划情景下，虽然水环境安全有较大的改善，但要达到安全状态仍任重而道远.
3.4结合胁迫因子分析，在3项胁迫因子调控和5项胁迫因子调控方案的情景下，2020年浙江省水环境安全度将分别达到0.811 5和0.819 5，说明适当调控胁迫因子将促进浙江省水环境迈入安全状态，但也存在调控边际效应.
| [1] |
邱德华. 区域水安全战略的研究进展水科学进展[J].
水科学进展, 2005, 16(2): 305–312.
QIU D H. Research advances in regional water security strategy[J]. Advances in Water Science, 2005, 16(2): 305–312. |
| [2] |
朱法君, 王亚红. 浙江省水资源可持续利用总体思路及对策研究[J].
浙江水利科技, 2010(4): 1–4.
ZHU F J, WANG Y H. Sustainable usage of water resources in Zhejiang province:Overall idea and strategy[J]. Zhejiang Hydrotechnics, 2010(4): 1–4. |
| [3] |
叶正伟, 孙艳丽. 基于PSR模型的江苏沿海大开发地区水环境安全评价——以盐城市为例[J].
水土保持研究, 2013, 20(6): 197–202.
YE Z W, SUN Y L. Assessment on water environment security in the coastal development region in Jiangsu based on PSR model-A case study in Yancheng city[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2013, 20(6): 197–202. |
| [4] | OECD. Core Set of Indicators for Environmental Performance Review. Environmental Monograph No. 83[R]. Paris: OECD, 1993. |
| [5] |
林媚珍, 许阳萍, 谢鸿宇, 等. 基于PSR-AHP方法的中山市生态安全评价[J].
华南师范大学学报, 2010, 4: 107–111.
LIN M Z, XU Y P, XIE H Y, et al. Ecological security assessment of Zhongshan city based on the "pressure-status-response"-analytic hierarchy method[J]. Journal of South China Normal University, 2010, 4(4): 107–111. |
| [6] |
沈静. 城镇化进程中崇明主要城镇水环境安全研究[D]. 上海: 华东师范大学, 2008.
SHEN J. Study on Water Environment Safety of Chongming Major Towns in the Process of Urbanization[D]. Shanghai: East China Normal University, 2008. http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y1371369 |
| [7] |
陈甲球. PSR模型在资源环境保护中的应用分析[J].
石材, 2006(7): 28–30.
CHEN J Q. Application of PSR model in resource and environment protection[J]. Stone, 2006(7): 28–30. |
| [8] |
刘焱序, 李春越, 任志远, 等. 基于LUCC的生态型城市土地生态敏感性评价[J].
水土保持研究, 2012, 19(4): 125–130.
LIU Y X, LI C Y, REN Z Y, et al. Land eco-sensitivity assessment based on LUCC in ecological city[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2012, 19(4): 125–130. |
| [9] |
何月峰, 沈海萍, 冯晓飞, 等. 基于压力-状态-响应模型和"五水共治"决策的浙江省水环境安全评价[J].
水资源保护, 2016, 32(6): 104–122.
HE Y F, SHEN H P, FENG X F, et al. Assessment of water environmental security in Zhejiang province based on PSR model and policy of co-governance of five water categories[J]. Water Resources Protection, 2016, 32(6): 104–122. |
| [10] | MASKREY A. Disaster Mitigation:A Community Based Approach[M]. Oxford: Oxfam, 1989. |
| [11] |
韩宇平, 阮本清. 区域水安全评价指标体系初步研究[J].
环境科学学报, 2003, 23(20): 267–272.
HAN Y P, RUAN B Q. Research on evaluation index system of water safety[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2003, 23(20): 267–272. |
| [12] |
吴舜泽, 王金南, 周劲松, 等.
国家环境安全评估报告[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 2006.
WU S Z, WANG J N, ZHOU J S, et al. National Environmental Safety Assessment Report[M]. Beijing: China Environmental Science Press, 2006. |