基于SPA-MC耦合模型的陜西省水環境生態安全水平動態評價

楊法暄, 徐盼盼, 錢會,*, 任文豪, 史紫薇

基于SPA-MC耦合模型的陜西省水環境生態安全水平動態評價

楊法暄1,2, 徐盼盼1,2, 錢會1,2,*, 任文豪1,2, 史紫薇1,2

1. 長安大學水利與環境學院, 西安 710054 2. 旱區地下水文與生態效應教育部重點實驗室, 西安 710054

水環境生態安全與一個區域生態系統的良性循環息息相關。為了對陜西省水環境生態安全水平進行合理評價, 結合陜西省水生態現狀, 基于DPSBR概念模型構建水生態安全水平評價體系, 采用SPA-MC(集對分析—馬爾科夫鏈)耦合模型對陜西省2000—2017年水環境安全狀況進行了動態評價, 并提出適應性建議。結果表明: 陜西省2000—2017年水環境生態安全水平整體上呈現先升高后降低的趨勢, 2001—2010年明顯升高, 2011—2017年降低; 2010—2012年安全水平最高, 為“較安全”水平, 2001、2002年安全水平最低, 為“較不安全”水平; 層級水平上, “生態壓力”和“生態基礎”對陜西省水環境生態安全水平的影響最大, 指標水平上“水資源開發利用率”與“水土保持面積”的影響最大; 預測陜西省2018—2025年水環境生態安全水平將長期處于“臨界安全”狀態, 且逐步向“較安全”水平轉變。重視水土保持工作和水污染防治工作, 是持續改善陜西省水環境生態安全狀況的重要舉措。研究成果對陜西省水環境的有效保護以及生態建設政策的制定具有指導意義。

水環境; 生態安全; SPA-MC; 動態評價; 陜西省

0 前言

生態安全問題與一個區域乃至一個國家生態系統的安全水平息息相關, 并且已經影響到了人類的生存與發展[1–2]。改革開放以來, 我國在經濟發展取得長足進步的同時生態安全問題也變得日益嚴重, 為了實現生態系統的永續發展, 研究生態安全問題勢在必行[3]。水環境生態安全作為生態安全的重要組成部分已愈來愈成為人們關注的焦點, 其概念是在生態系統中, 水體的水量、水質能夠滿足其內部及周圍環境生態正常并持續的運轉, 并能保證人類社會良性循環發展, 簡稱水生態安全[4]。

國內外學者針對水環境生態安全水平進行了大量研究。Narain等認為城市化進程、城市水生態安全以及城市周邊居民健康狀況三者之間存在密切關系[5]。Yongtai Ren等建立了一個相似云模型來模擬復雜區域水安全系統的演化機制, 并對建三江和銀川地區的水環境生態安全水平進行了評價[6]。Jin Xu等引入PSR框架模型構建城市水環境安全評價體系, 采用熵權法確定相應評價指標的權重, 對天津市水生態安全水平的時序變化趨勢進行分析[7]。彭濤等基于集對分析與可變模糊集耦合模型以廣州市為例進行了城市水環境生態安全水平評價研究, 從障礙因子的角度分析了城市水生態安全水平的變化機理[8]。張麗等以南京市為研究對象, 采用綜合指數評價法計算得到南京市水環境生態安全綜合指數評價值, 并建立綜合指數評價值與生態安全評價之間的等級關系,對南京市水環境生態安全水平進行等級評價[9]。范語馨基于GIS和RS技術, 利用模糊層次分析法對三峽水庫生態屏障區湖北段的生態環境脆弱性進行了評價, 并分析了主要影響因素[10]。前人的研究主要集中于針對研究區域采用合適的方法對以往水環境生態安全水平的變化趨勢進行分析, 缺少對未來水環境生態安全水平的動態預測研究。

陜西省位于絲綢之路經濟帶核心區域, 研究其水環境生態安全水平, 對于“一帶一路”經濟帶的可持續發展具有重大的意義[11]。本研究在前人水環境生態安全水平評價方法的基礎上, 結合陜西省水生態現狀, 創建DPSBR概念模型, 從生態動力()、生態壓力()、生態狀態()、生態基礎()以及生態響應()5個層級選取21個指標, 采用主客觀結合賦權法對相應指標進行賦權, 運用集對分析與馬爾科夫鏈(SPA-MC)耦合模型對陜西省2000—2017年水環境生態安全水平進行動態評價, 檢驗了模型的適用性并對2018—2025年的水生態安全水平作出預測。該研究對陜西省水資源可持續發展, 水環境有效保護以及生態建設相關政策的制定具有現實指導意義。

1 研究區概況

陜西省位于中國內陸腹地, 黃河中游, 介于東經105°29′—111°15′和北緯31°42′—39°35′之間, 總面積20.56萬km2。全省以秦嶺為界分為長江水系與黃河水系, 主要有渭河、涇河、洛河、無定河和漢江、丹江、嘉陵江等。陜西省屬干旱半干旱地區, 水資源總量為449.13億m3, 年平均降水量為760.5 mm,人均水資源量為1174.49 m3, 水資源地域分布南北不均, 且夏季降水多、冬季少, 多年平均降水量表現為陜南＞關中＞陜北[12]。陜西省水體污染嚴重, 從參與評價的主要河流水系來看, 漢江、嘉陵江、伊洛河、丹江水系水質為優, 其余水系為輕度污染。陜西省水環境監測中心評價結果顯示, 2018年Ⅰ—Ⅲ類水質河長占總評河長的81.8%, Ⅳ—Ⅴ類河長占12.4%, 劣Ⅴ類占5.8%, 主要超標項目為氨氮和化學需氧量。

2 數據與方法

2.1 數據來源

文中所用陜西省各年度社會經濟效益與水資源開發利用情況數據來自2001—2018年《中國統計年鑒》《陜西統計年鑒》, 水資源量以及各項水文數據來自2000—2017年《陜西省水資源公報》。

2.2 研究方法

2.2.1 指標體系的構建

由于綜合評價的復雜性, 其指標選取方法無統一認識。目前被廣泛用于區域生態安全水平評價的指標選取模型主要有PSR、DPSIR、DPSIRM概念模型[13-15], 本文在借鑒上述模型的同時, 充分考慮生態系統安全的內涵, 在遵循科學性、系統性、綜合性、易獲性、典型性等原則[16]的基礎上, 設計出DPSBR概念模型。根據PESBR概念模型內涵, 結合陜西省水環境生態現狀, 建立涵蓋生態動力()、生態壓力()、生態狀態()、生態基礎()以及生態響應()5個層級21個評價指標的陜西省水環境安全評價指標體系。根據指標屬性分成正向與負向指標, 其詳細信息及權重見表1。

2.2.2 評價指標的賦權

評價指標的賦權指通過某種方法確定各項指標在評價體系中所占的權重大小, 它的合理與否直接決定了評價結果的科學性和正確性。目前, 被廣泛應用的賦權方法可以分為主觀和客觀賦權法兩大類。其中, 主觀賦權法主要包括層次分析法(AHP)[10]、專家咨詢法等; 客觀賦權法主要包括主成分分析法[17]、熵權法[18]、均方差法[19]等, 此兩類方法均有各自的優缺點。為了充分利用二者的優點, 本文采用將層次分析法與均方差法進行線性加權的主客觀結合賦權法進行權重的確定, 這樣既能考慮到決策者的主觀評價又能體現評價指標的客觀性, 使指標賦權結果更加合理。指標綜合權重W依公式(1)進行計算:

式中:表示第項指標,=1,2,…,21;W表示第項指標的綜合權重;w表示第項指標通過層次分析法計算出來的主觀權重,w表示第項指標通過均方差法計算出來的客觀權重;表示線性加權系數, 0<<1。本文取0.5, 表示客觀賦權與主觀賦權同等重要, 計算結果見表1。

表1 陜西省水環境生態安全水平評價指標及含義

注:i﹢/﹣(=1,2,···,21)中﹢/﹣代表該指標為正向/負向指標; 正向指標數值越大生態系統越安全, 負向指標數值越小, 生態系統越安全。

2.2.3 指標分級

結合陜西省水環境生態現狀, 參照相關文獻水環境生態安全分級標準[8,19], 并根據專家經驗將水環境生態安全水平評價指標等級劃分為安全(Ⅰ級), 較安全(Ⅱ級), 臨界安全(Ⅲ級), 較不安全(Ⅳ級),不安全(Ⅴ級), 并由此確定陜西省水環境生態安全水平等級, 具體分級情況見表2:

2.2.4 評價和預測模型

采用SPA-MC耦合模型對陜西省水環境生態安全水平進行動態分析。集對分析法(SPA)將評價等級()與評價指標(X)作為兩個集合構成一個集對(,), 得到=5的多元聯系度:

式中,μ代表評價等級與評價指標X之間的聯系度,代表指標個數,a、b、分別代表指標X對于不同等級的同一聯系度、對立聯系度和差異聯系度,i、i、i、為對應對立度系數和差異度系數,w為對應各指標的權重。

令

則式(2)變為:

對于正向指標, 指標值與評價等級之間的聯系度的計算公式如下[17]:

表2 水環境生態安全水平評價指標等級劃分標準

注: ①聯合國人居環境署評價標準; ②國內先進省份發展水平; ③國家建設部頒布的宜居城市科學評價標準; ④國家環保模范城市建設考核指標標準。

對于負向指標, 指標值X與評價等級之間的聯系度的計算公式如下:

式中,1,2,3,4分別為Ⅰ～Ⅳ級界限值。

最后, 采用置信度來確定評價對象的安全水平等級:

式中: λ為置信度, 其取值范圍一般為[0.5,0.7],本文取0.6。即若1≥0.6, 則該區域水環境生態安全水平評價等級為安全, 若ν+ν≥0.6, 則評價等級為較安全, 以此類推。

預測模型采用馬爾科夫鏈(MC), 馬爾科夫鏈是指時間和狀態均連續的馬爾科夫過程, 其特點是無后效性, 即當過程在時刻t所處的狀態已知時, 過程在大于t的時刻t+△t所處狀態的概率特性只與過程在t時刻所處的狀態有關, 而與t之前狀態無關[20]。設((t)∣(t))為t時刻的狀態轉移至t時刻的狀態轉移概率。設時間狀態集合為=t,t,t,···,t則將((t)∣(t))為狀態轉移矩陣。

在某一時間段[t,t+△t]內, 評價指標的安全等級通常會隨的變化而變化, 假設t時刻共有T個指標處于非常安全等級, 到t+時刻有T個指標依然處于非常安全級別,T個指標變為較安全級別,T個指標變為臨界安全級別,T個變為較不安全級別,T個變為不安全級別, 且滿足T=T+T+T+T+T, 故[t,t+△t]內的安全狀態轉移向量為:

式中,w(t)代表狀態各狀態轉移類型的權重值, 同理可以得到P,3,P,P的狀態轉移向量, 進而得到此時間段內的狀態轉移矩陣P:

由上式計算出若干時間段上的狀態轉移矩陣, 并假設各矩陣所占權重相等, 則可由此求出平均狀態轉移矩陣,進而由平均狀態轉移矩陣求出[tm,tm+nΔt]時段上水環境生態安全水平評價等級如下:

式中,、b、分別代表時刻t的原始統一度、對立度、差異度。P(Δt)為(Δ)時段后的狀態轉移矩陣, (1,1,2,3,)為同一度、對立度、差異度系數。此時得到目標時間相應的預測值v, …,v。

由于馬爾科夫鏈具有遍歷性,p△t符合查普曼-柯爾莫哥洛夫方程, 即pΔt隨著的增大逐漸趨近于恒定值。因此,t+Δ時刻的水環境生態安全水平聯系度預測值經過多個周期的狀態轉移之后將最終達到穩態[21]。再者, 聯系度具有歸一性, 則水環境生態安全水平評價穩態值可由以下方程組求出:

其中,為單位矩陣,為平均狀態轉移矩陣。解上述方程組得到水環境生態安全水平評價穩態值為:

3 結果與分析

3.1 陜西省水環境生態安全水平評價

利用陜西省2000—2017各項指標基礎數據, 根據式(2-5)結合已求各項指標權重值采用集對分析法分別計算出各年度的多元聯系度, 并根據置信準則(6)判斷各年度水環境生態安全水平評價等級(見表3)。由表3可以看出陜西2000—2017年水環境生態安全水平除了2001、2002年為較不安全水平以外, 其余年份均為臨界安全或較安全水平, 整體上呈臨界安全水平。查詢相關資料可知2001、2002年陜西省水環境污染情況較為嚴重, 六大江河水體污染加劇導致水環境安全狀況與經濟發展極不協調, 因此處于較不安全水平, 經過各級政府的層層治理, 水環境生態安全狀況得以逐漸改善[22]。

圖1為聯系度累積求和變化趨勢圖, 觀察聯系度累計求和曲線的變化趨勢得到安全水平變化趨勢。由此可以得出陜西省2000—2017水環境生態安全水平年際變化方面整體上呈現先升高后降低的趨勢, 其中2001—2012年聯系度累計求和值1,1+2與置信度0.6的距離逐漸縮小, 這說明此時間段內陜西省水環境生態安全水平呈現明顯升高趨勢, 這主要得益于經濟的快速發展引起水資源配置水平的提高以及水環境承載力的提升[23]; 2012—2017年聯系度累計求和值1,12與置信度0.6的距離逐漸增大, 安全水平呈降低趨勢, 究其原因, 一是2012年以來水環境污染問題日趨嚴重, Ⅰ類河長占比由2012年的6%下降至2017年的1%; 二是水土保持形勢不容樂觀, 2012—2017年間水土保持面積由9512.3 千公頃下降至7820.06 千公頃, 下降率達17.79%。

表3 陜西省2000—2017年水環境生態安全水平評價結果

圖1 聯系度累計求和變化趨勢圖

Figure 1 Trend chart of cumulative sum and change of connection degree

3.2 層級生態安全水平評價

采用集對分析法分別對生態動力()、生態壓力()、生態狀態()、生態基礎()以及生態響應()五個層級進行生態安全水平評價, 進而得到水環境生態安全水平動態變化的主要機理。各層級評價結果如表4, 并根據各層級聯系度累計求和變化趨勢圖(圖2)進行逐一分析。

表4 層級生態安全水平等級評價結果

3.2.1 生態動力()

生態動力層所含指標對水環境生態安全水平起提升作用, 是水環境持續健康發展的主要驅動力。通過主客觀結合賦權法求出此層級在評價體系中所占權重大小為0.1656, 四項指標中Ⅰ類河長占比(3)所占權重最大, 為0.0493。結合表3和圖2可以看出, 生態動力層生態安全水平整體上呈現先升高后下降的趨勢, 同陜西省整體水環境安全水平變化趨勢較為一致, 其具體表現為首先由2000—2005年的不安全上升至2006—2008的較不安全, 進而上升至2009、2010的臨界安全, 然后下降至近年來的較不安全水平, 因此總體上呈較不安全水平。導致該水平的主要原因是陜西省水環境污染情況嚴重, Ⅰ類河長占比較小, 2017年其大小僅為1%, 遠低于全國平均水平。為此陜西省應加大河流水體污染治理力度, 優化水資源配置, 提升水資源生態驅動水平, 使水環境成為生態安全的強大驅動力。

圖2 評價準則聯系度累計求和變化趨勢圖

Figure 2 Trend chart of cumulative summation and change of evaluation criteria

3.2.2 生態壓力()

生態壓力層指對水環境生態安全水平產生負面影響的因子或因素組成的集合, 在評價體系中起著重大作用, 所占權重為0.2324, 在五個層級中權重最大, 其所含六個指標中生活污水中的COD量(7)所占權重最大, 人口密度(5)所占權重最小。生態壓力安全水平除2000—2001出現嚴重下降之外, 其余年份年際變化不顯著, 整體態勢較平穩, 呈升高趨勢, 近幾年呈較安全水平。自2000年以來, 陜西省生活、工業污水治理水平顯著提升, 劣Ⅴ類河長占比自2000年的22.6%下降至2017年的10.3%, 較好緩解了水環境的生態壓力。但是, 隨著經濟社會的迅速發展, 城鎮化水平的顯著提高, 城市人口大量提升, 水資源污染與浪費加重, 水環境生態壓力將會大幅增大, 全省水環境整體安全水平不容樂觀, 需制定出相關抗壓預防政策。

3.2.3 生態狀態()

生態狀態層主要涉及水環境客觀自然狀況或整體用水耗水狀況, 例如地表水資源量(12)、總供水量(13), 其主要特征是客觀性、自然性。陜西省水環境生態狀態整體上呈先升高后降低的趨勢, 總體上呈臨界安全水平, 但自2015年以來下降趨勢明顯, 且全省總供水量自2000年以來增大了18.22%, 形式依然嚴峻，所以應端正對待水生態環境的態度, 持續加大生態保護力度, 維持并爭取進一步優化水環境生態安全水平。

3.2.4 生態基礎()

生態基礎層包括綠地覆蓋率(16)、總輸沙量(17)、水土保持面積(18)三個指標, 總權重達到了0.2186, 是提升水環境安全水平的重中之重。由圖2可以看出, 生態基礎層安全水平年際變化明顯, 是五個層級中最不穩定的一個, 這也體現了生態基礎的脆弱性。從指標角度來看, 自2000年以來, 陜西省通過大面積植樹造林, 綠地覆蓋率提升了15.78%; 水體總輸沙量年際變化幅度較大, 不易控制; 水土保持面積大幅度減小, 水土保持工作形勢依然嚴峻。

3.2.5 生態響應()

生態響應指人類針對水環境所采取的改變其初始狀態的相關措施或行為。污水處理率(19)、水資源開發利用率(21)可以較好反映響應程度的大小。生態響應層安全水平整體上呈遞增的趨勢, 從最初的較不安全升高至近年來的較安全水平。加大水利設施投資力度, 加強水利工程建設, 優化水環境配置是陜西省提升水環境生態安全水平的主要途徑。自2000年以來, 陜西省政府在制訂并落實相關水資源相關政策的基礎上, 積極開展重大水源工程建設, 如黑河水利樞紐建設工程、引漢濟渭工程等; 開展河流綜合整治工作, 積極推行河長制初見成效; 重視水環境污染治理工作, 污水處理率提升了76.64%; 深化水資源管理改革, 落實水資源消耗總量和強度“雙控”管理等, 這些都是提升水環境安全水平的積極響應。

3.3 陜西省水環境生態安全水平動態預測

3.3.1 模型驗證

以2000—2012年各項指標數據為基礎, 采用馬爾科夫預測模型驗證2013—2017年水環境生態安全水平, 驗證結果如表5。由驗證結果可知, 陜西省2013—2017年水環境生態安全水平等級預測結果與實際評價等級一致, 最大平均相對誤差僅為0.0710, 整體平均相對誤差在合理范圍內, 證明預測結果達到陜西省未來水環境安全水平預測精度要求。

3.3.2 水生態安全水平預測

在驗證馬爾科夫預測模型精度合理性的條件下, 以2000—2017年各年度數據為基礎數據, 根據式(7)分別計算出2000—2001、2001—2002、…、2016—2017等各時段的狀態轉移矩陣, 并求取平均狀態轉移矩陣如下[24]:

表5 陜西省2013—2017年水環境生態安全水平預測精度驗證

帶入式(10)求得陜西省水環境生態安全水平評價穩態值為:

陜西省水環境生態安全水平穩態值處于臨界安全水平, 這與陜西省歷年水環境生態整體安全水平一致, 從而間接證明了此模型的可行性。首先取2000—2017年各年度聯系度v的平均值作為初始時刻t的聯系度, 以此預測2018年度的聯系度, 然后取2001—2018年各年度聯系度v的平均值作為初始時刻t+Δt的聯系度預測2019年度的聯系度, 依次類推得到2018—2025年度的預測值與評價結果如表6:

從表6可以看出, 陜西省2018—2025年水環境生態安全水平將長期處于臨界安全狀態, 聯系度12持續增大, 尤其是2由2018年的0.2892增大至2025年的0.3147, 增加了8.8%,v下降了近15.1%, 置信度向0.5以上靠近, 這說明水環境生態安全水平未來將呈現臨界安全向較安全過渡的狀態, 水環境整體優化趨勢明顯。

4 討論

從評價結果來看, 2000—2017年間陜西省水環境整體安全水平波動幅度不大, 整體上呈“臨界安全”水平。自2000年以來呈現先明顯升高后降低的變化趨勢, 這與前人研究結果一致[23,25], 與實際相符。陜西省水環境安全水平常年處于“臨界安全”水平的原因有以下幾點: 一是人口密度大且節水意識較差, 2000—2017年全省人口密度常年維持在180人·km-2左右, 近幾年呈現增長趨勢; 二是水資源總體匱乏且時空分布不均, 陜西省地處西北地區, 人均水資源擁有量僅為全國平均水平的一半, 產水模數為全國水平的70%; 三是生態環境狀況整體上不容樂觀, 水土流失嚴重, 水污染情況嚴峻, 2017年全省劣Ⅴ水河長占比仍在10%以上[23]。

表6 陜西省2018—2025年水環境生態安全水平等級預測結果

從指標層面來看, 水資源開發利用率(21)以及水土保持面積(18)所占權重最大, 分別為0.0966和00958, 這說明水資源的開發利用程度以及水土保持狀況對陜西省水生態安全有著重大影響。2000—2017年陜西省水資源開發利用率以及水土保持面積變化幅度較大, 水資源開發利用程度增大, 水土保持狀況惡化均是水生態產生風險的重要原因。層級方面, “生態壓力層”和“生態基礎層”中指標所占權重較大, 分別為0.2324和0.2186。由此可見, 陜西省社會經濟系統不穩定性和水環境生態基礎本底脆弱性是水生態安全風險的主要控制因素[26]。對比陜西省水環境整體與各層級安全水平年際變化趨勢發現, “生態動力”與“生態響應”兩個層級與整體安全水平變化趨勢擬合程度較好, 年際變化趨勢大致一致, 且在2010年安全水平均呈現出峰值, 這說明兩層級各指標之間相關程度較高, 對整體水環境的影響程度也較高。由此可見, 持續推動生態驅動力建設, 及時對出現的水環境生態問題做出積極響應不失為一種良久之策。

根據評價結果, 陜西省繼續提升水環境生態安全水平必須從以下幾個方面做起。首先, 要堅持并繼續大力開展大型水源工程建設。近20年來, 陜西省水資源時空分布不均以及結構性缺水問題由于各大水源工程項目的開展得到明顯改善。但是隨著經濟社會的快速發展, 城市用水量將大大增加, 供水壓力將持續增大, 陜西省水資源分布將繼續呈現南多北少的規模, 所以應繼續興建跨區域調水工程, 加大儲水設施建設力度, 集中解決水資源時空分布不均問題。其次, 應繼續重視水污染治理工作。要增加水污染處理設施投入, 重點開展河流水污染防治工作, 加大監管力度, 進一步鞏固“河長制”所取得的成果。最后要繼續重視水土保持工作, 加大水土保持林種植力度, 擴大水土保持面積, 持續改善陜西省水環境生態安全狀況。

水生態安全評價研究的重難點之一在于如何構建評價指標體系和分級標準。本次評價指標選取方法創新性地使用了“DPSBR”概念模型, 利用5個層級21個指標對水環境生態安全水平的影響因素進行了全面的涵蓋, 但考慮到數據獲取的難易程度, 仍有指標如生態需水量、農田灌溉設施滿足率、城市地表水水質狀況等數據不齊全, 未能用于相關評價工作, 故以后需加強相關數據的監控, 及時收集整理此類數據。在主客觀結合賦權中, 由前人研究可知線性加權系數θ取值范圍一般在0.4—0.6[19,27]。分別取端點值0.4、0.6進行主客觀權重的線性加權, 采取數學方法分別與=0.5下的賦權結果進行顯著性差異分析。當分別取0.4和0.6時, 賦權結果差異不大。=0.4和=0.5、=0.6和=0.5兩組F檢驗結果顯示: 在=0.01和=0.05的水平下兩組結果差異均不顯著。本文認為主觀意愿與客觀規律同等重要, 故取0.5。

5 結論

陜西省2000—2017年水環境生態安全水平整體上呈現先升高后降低的趨勢，2001—2010年明顯升高，2011—2017年降低, 其中2010—2012年安全水平最高, 為“較安全”水平，2001、2002年最低, 為“不安全”水平, 其余年份均為“臨界安全”水平。層級水平上, “生態壓力”和“生態基礎”兩個層級對陜西省水環境生態安全水平的影響最大; 指標水平上, “水資源開發利用率”與“水土保持面積”的影響最大。2017年“生態壓力”與“生態響應”兩層級為“較安全”水平, “生態動力”與“生態狀態”為“較不安全”水平, “生態基礎”的安全水平最差, 為“較不安全”水平, 且其具有明顯的脆弱性, 年際變化最大?；隈R爾科夫預測模型, 陜西省2018—2025年水環境生態安全水平將長期處于“臨界安全”狀態, 有明顯的向“較安全”水平轉變的趨勢。

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Dynamic assessment of water environment ecological security level in Shaanxi province based on SPA-MC model

YANG Faxuan1,2,XU Panpan1,2, QIAN Hui1,2,*, REN Wenhao1,2, SHI Ziwei1,2

1. School of Water and Environment, Chang'an University, Xi'an 710054, China 2. Key Laboratory of Subsurface hydrology and Ecology Effects in arid areas, Ministry of Education, Xi'an 710054, China

The ecological safety of water environment is closely related to the virtuous cycle of a region's ecosystem. In order to make a reasonable assessment of the ecological safety level of water environment in Shaanxi Province, combined with the current situation of water ecology in Shaanxi Province, a water ecological safety level evaluation system was constructed based on the DPSBR model. And the SPA-MC (Set Pair Analysis-Markov Chain) coupling model was used to dynamically evaluate the water environment safety situation in Shaanxi Province from 2000 to 2017, and adaptive suggestions are put forward. The results show that the ecological safety level of water environment in Shaanxi Province from 2000 to 2017 showed an overall trend of increasing first and then decreasing. It increased significantly from 2001 to 2010 and decreased from 2011 to 2017; the highest level of security was from 2010 to 2012, which was "safety" level, the lowest level of safety in 2001 and 2002, which is the "less safe" level. At the hierarchical level, "ecological pressure" and "ecological foundation" had the greatest impact on the level of ecological safety of the water environment in ShaanxiProvince. Among all the indicators, "the utilization ratio of water resources" and "soil and water conservation area" had the greatest impact on the water ecological security level of Shaanxi Province. It is predicted that the water environment ecological security level of Shaanxi Province from 2018 to 2025 will remain in a state of "critical safety" for a long time from 2018 to 2025, and will gradually change to "safer" state. Attaching importance to soil and water conservation and water pollution prevention is an important measure to continuously improve the ecological security of the water environment in Shaanxi Province. This study has guiding significance for the effective protection of water environment and the formulation of ecological construction policy in Shaanxi Province.

water environment; ecological security; SPA-MC; dynamic evaluation; Shaanxi province

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.01.005

楊法暄, 徐盼盼, 錢會, 等. 基于SPA-MC耦合模型的陜西省水環境生態安全水平動態評價[J]. 生態科學, 2022, 41(1): 39–49.

YANG Faxuan,XU Panpan, QIAN Hui, et al. Dynamic assessment of water environment ecological security level in Shaanxi province based on SPA-MC model[J]. Ecological Science, 2022, 41(1): 39–49.

X826

A

1008-8873(2022)01-039-11

2020-05-26;

2020-06-09

國家自然科學基金(41931285, 41790441); 中央高?；究蒲袠I務費專項資金(300102292901); 國家111引智計劃項目(B08039)

楊法暄(1996—), 男, 山東菏澤人, 碩士, 工程師, 主要從事水文與水資源方面研究, E-mail: yfx6755@163.com

錢會(1963—), 男, 博士, 教授, 博導, 主要從事水文地質方面研究, E-mail: qianhui@chd.edu.cn