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南四湖是我國北方最大的淡水湖泊,也是南水北調東線工程山東段中的重要輸水通道和調蓄湖泊,在維護經濟發展和區域生態平衡方面具有重大的戰略意義。自20世紀80年代以來,由于周邊地區各類高污染工業對湖水污染日趨嚴重,沿湖濕地盲目圍墾,以及對湖區資源的掠奪性開發,致使南四湖的生態環境明顯惡化,沿湖濕地大面積減少,湖泊生態安全受到嚴重威脅。調水前期,山東省和流域內各級地方政府對南四湖實施了一系列“治、用、保”的工程與措施,使南四湖水質得到了根本改善和促進。然而,由于南四湖流域處于工業化和城鎮化進程加速、經濟高速增長期,流域資源消耗、工業結構性污染、城鎮生活污染和農村面源污染等問題,在今后較長時間內將持續影響南四湖的生態安全。因此,科學診斷流域社會經濟對南四湖生態安全的影響程度,確定合理保護思路,對維護南四湖生態健康,確保南水北調水質有重要意義。當前,國內外在流域社會經濟對湖泊生態安全的影響評估方面還沒有形成一個統一的指標體系,國家江河湖泊生態環境保護專項《湖泊生態安全調查與評估技術指南》中的指標也在不斷總結修改。本研究從驅動力和壓力2個方面選擇社會經濟影響指標,建立湖泊生態安全的社會經濟影響評價指標體系,以期為湖泊生態安全的社會經濟影響評估提供方法借鑒;以南四湖流域2000-2010年社會經濟發展數據為依據,科學評估近10年來流域社會經濟活動對南四湖湖泊生態系統影響的狀況,可為南四湖流域生態環境管理和決策提供更加科學的依據,促進南四湖流域社會經濟與環境和諧發展,保障南水北調工程順利實施。
1研究區域
南四湖位于山東省濟寧市微山縣,是我國華北地區最大的淡水湖泊,也是南水北調東線工程山東段中的重要輸水通道和調蓄湖泊,是集水源供應、防洪灌溉、水產養殖、休閑旅游和航運等綜合功能的水庫型湖泊,其匯水流域包括山東、江蘇、河南、安徽4省32個縣市(區)。本研究中的南四湖流域是指在山東省境內的匯水流域,包含濟寧、菏澤、棗莊3市和泰安寧陽1縣,總面積2.89萬km2。該區域以南四湖和京杭大運河為界分為湖東和湖西兩部分,湖東為魯中南低山丘陵和山前沖洪積平原區,地勢由東北向湖區方向傾斜;湖西為黃河中下游沖積而成的黃泛平原,地勢西高東低。流域地質構造上屬華北地區魯西南斷塊凹陷區,內部分布著大量的斷裂構造和褶皺構造,各山之間分布有許多小型盆地和谷地。該區屬暖溫帶季風氣候,四季分明,多年陸地平均氣溫為13.3~15℃,平均無霜期為199~210d。年平均降水量在59~820mm左右,多年沿湖陸地的平均蒸發量為1702mm。南四湖流域水資源總量為55.91億m3,其中地表水資源量22.45億m3,地下水資源量33.49億m3。河道屬于淮河流域泅水系,主要河流有濟水、濮水、沮水、雍水、菏水等。該區土壤類型有棕壤褐土、潮土、鹽土、風沙土、砂姜黑土和水稻土6個土類。主要土地利用類型為耕地和建設用地,分別占流域總面積的67.72%和16.72%;水域濕地在該區域所占面積比重為6.75%,高于草地與林地所占比重;未利用地面積較小,占流域總面積的0.47%。南四湖流域共有28個區(市、縣),401個鄉鎮(街道辦事處),15723個村(居)委會。2010年,流域內總人口為2273.1萬人,以農業人口為主,占總人口的72.60%;2000-2010年人口年增長率0.5%~1.6%。2010年流域國民經濟總產值為5343億元(占全省的12.8%),是2000年(1053億元)的5倍多,年增長率9.6%~27.2%。2010年,南四湖流域城鎮化率27.3%,比2000年增加6.3個百分點,但仍低于全國水平(36%~50%)。2010年流域內三大產業比重為13∶55∶32,與2000年(26∶41∶33)相比第二產業比重上升較快。區域內工業結構性污染較為突出,造紙、化工、農副食品加工業等重污染行業依然是工業點源的主要污染來源,2010年化學需氧量(COD)和氨氮排放負荷分別達到22.8萬t和2.32萬t。在社會經濟的影響下,2010年南四湖高錳酸鹽指數、COD、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)和總磷(TP)的濃度分別為5.09、25.37、0.29、0.69、0.11和0.14mg/L,按照《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)分別屬于Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅴ類,其中COD和總磷尚未達到規劃調水水質(Ⅲ)要求。
2數據與方法
2.1研究方法研究技術流程為:構建評價指標體系→選取評價因子/指標→評價因子/指標量化分級→因子/指標權重確定→單因子評價和綜合評價。(1)評價指標體系構建。按照科學性、系統性、可獲得性和代表性原則,從驅動力和壓力2個方面選擇社會經濟影響指標。驅動力反映流域所處的人類社會經濟系統的相關屬性,可以分為人口、經濟和社會3個部分;而壓力指標反映人類社會對湖泊的直接影響,突出反映在流域污染負荷和入湖河流水質、水量2個方面(表1),其中,流域污染負荷為表征流域污染物排放壓力的指標,包括單位面積點源或面源污染物入湖量。(2)權重獲取。將評價指標做成調查表,邀請專家進行打分,滿分為10分,分值越高表示越重要。通過對咨詢結果進行整理,形成判斷矩陣,計算指標的權重系數。在單要素層單因子分析基礎上,運用加權求和方法進行逐級歸并集成各因子的屬性。
2.2數據獲取與處理(1)社會經濟:人口和經濟數據來源于流域各縣市(區)統計年鑒;城鎮用地比重和耕地比重來源遙感調查和土地利用變更調查;水利影響指數通過水利投資總額占GDP的比重得到;入湖河流的污染物濃度和河流水量來源于主要河流監測斷面數據。(2)流域污染負荷:點源污染物主要自于工業點源和生活點源污染,其總量分別用污水排放總量和污染物濃度(工業按照國家污水綜合排放(GB8978-88)標準二級、生活按照國家生活污水排放標準(GB18918-2002)一級B)計算得出;工業和生活污水排放量來源于社會經濟統計年鑒。面源污染物總量由農村生活污水、種植業污染和畜禽養殖污染三部分組成,其中農村生活污水污染物排放量照人均排污系數法計算;種植業污染按照化肥使用量及其有效成分含量計算得到;畜禽養殖污染物排放量計算按照畜禽類型和單體排污系數計算得到;農村人口、種植業化肥使用量和畜禽養殖情況來源于社會經濟統計年鑒和農村統計年鑒。(3)主要入湖河流污染物濃度:南四湖主要入湖河流有53條,其中較大的有20余條,本研究選擇城郭河、北沙河、新薛河、洸府河、泗河、白馬河、西支河、洙水河、趙王河、洙趙新河、萬福河、東漁河、韓莊運河、嶧城沙河等14條入湖河流的最后一個省控斷面數據為基礎,根據濃度加權法獲取入湖河流的污染物濃度。由于指標數據量綱差異較大,為了消除量綱的影響并充分體現指標值差異的影響,本研究將指標因子按照影響程度分為5級。各等級所對應的指標范圍和賦分見表2。為了準確獲取各指標值在各分級值(表2)上的取值,本研究按照實際值所在區間,按照區間比例獲取各因素的分值。指標實際取值(X)與指標分級賦值(Y)的關系。根據評價體系和指標分級體系,結果值En的取值為[0,100]。為了更好地反映南四湖流域社會經濟活動對湖泊影響的不同程度,最終評價結果分為5級。5級依次代表人類社會經濟活動對南四湖影響的5種表征狀態:輕微、較輕、一般、較重、嚴重;分別賦分為:80~100、60~80、40~60、20~40、0~20。
3結果分析
按照上述方法對2000-2010年南四湖流域社會經濟對生態安全的影響進行評價(圖1)。2010年南四湖流域社會經濟影響評價結果得分為45.37,按照湖泊試點的等級術語為“一般”。這表明南四湖流域社會經濟壓力較大,接近生態閾值,系統尚穩定,但敏感性強,已有少量的生態異常出現,湖泊水質處于Ⅲ~Ⅳ水質狀態。社會經濟和水體環境經濟兩項因子得分分別為52.51和52.30,也屬于“一般”級別,然而水體污染負荷評分值為28.93,屬于“較重”級別,這說明流域點源、面源污染負荷是影響南四湖生態安全的最主要因素。2000-2010年,南四湖流域社會經濟對南四湖生態安全的影響評分值區間一直處于[40,60]的“一般”影響程度,但是評分值呈現波動減少的趨勢,這說明社會經濟的影響不斷增強。從社會經濟、水體污染負荷、水體環境狀態,3個單指標來看:(1)社會經濟指標評分值呈現波動減少的趨勢,影響級別由“較輕”轉變為“一般”。這主要是隨著社會經濟的發展人口密度、人均GDP、城鎮用地比重不斷增加,而耕地比重不斷減少造成的。(2)水體污染負荷評分呈現不斷減少的趨勢,影響級別由“一般”轉變為“較重”。(3)入湖河流狀態評分呈現先增后減再增加的趨勢,并且這一趨勢以2006年為拐點,這主要是2006年南四湖流域實施了新的《山東省南水北調沿線水污染物綜合排放標準》使得污染排放要求加嚴,各地相應采取措施減少污染物排放,使得主要河流水體的水質大幅度改善。(4)3個指標之間存在因果關系,即社會社會經濟壓力的增大,導致水體污染負荷的加大,但是水體污染負荷得分小于社會經濟壓力得分,這說明流域農業(尤其是種植業和畜禽養殖)和工業在流域污染負荷方面放大了社會經濟活動的影響。
4結論
(1)流域社會經濟對南四湖生態安全的影響評估關鍵是指標因子的選擇。人口密度、人口增長率和人均GDP是反映人口和經濟發展的最通用指標,而將城鎮用地比重、耕地比重和水利工程影響作為反映社會指標與以往研究有所差異,這主要是考慮耕地和城鎮用地是各種土地利用類型中,受人類活動影響最大的2種土地利用類型,這2種土地類型的轉換最能體現人類對地表的改造作用;而水利工程不僅對工程所在地、上下游、河口乃至全流域的自然環境和社會環境都會產生一定的影響,而且能夠影響水環境容量、湖濱生態系統、水體自凈能力及湖濱面源污染的截留能力。(2)南四湖流域社會經濟對南四湖湖泊生態安全影響較為嚴重。2010年南四湖流域社會經濟影響評價結果得分為45.37,按照湖泊試點的等級術語為“一般”。社會經濟和水體環境經濟兩項影響屬于“一般”級別,然而水體污染負荷屬于“較重”級別,這說明當前南四湖流域點源、面源污染負荷是影響南四湖生態安全的最主要因素。(3)2000-2010年,南四湖流域社會經濟對南四湖生態安全的影響評分值區間一直處于[40,60]的“一般”影響程度,但是評分值呈現波動減少的趨勢,這說明社會經濟的影響不斷增強。社會經濟影響的3個指標之間存在因果關系,即社會社會經濟壓力的增大,導致水體污染負荷的加大,但是水體污染負荷得分小于社會經濟壓力得分,這也從另外一個側面說明了流域農業(尤其是種植業和畜禽養殖)和工業在流域污染負荷方面放大了社會經濟的影響。
作者:張寶雷 梁凱 張淑敏 單位:山東師范大學人口 資源與環境學院 山東財經大學區域經濟研究院