基于PSR的泾河流域人居环境生态安全评价及发展策略

the Development Strategy of Jinghe River Basin

虞春隆 | Yu Chunlong朱颖彬 | Zhu Yingbin党纤纤 | Dang Xianxian

3中图分类号 TU-023 文献标识码 A 文章编号 1003-739X（2018）05-0001-03 收稿日期 2017-05-26摘 要 该文借助GIS平台，在反复模拟实验、实地调研修正的基础上，建立了基于PSR（压力—状态—响应）的泾河流域人居环境生态安全评价体系，确定了人居环境生态安全指数，根据泾河流域地域特征，将生态安全度由高到低分为5个等级：安全、较安全、预警、中警和重警。在此基础上对泾河流域人居环境生态安全等级空间分布特征进行论述和分析，提出重警区的 “梁峁、坡地生态保护+宽的川道生态控制+沟道水系生态廊道网络”的生态空间模式和中警区、预警区的“沟壑生态保护+塬面生态控制+沟道水系生态廊道网络”的生态空间模式。

关键词 泾河流域 PSR模型 人居环境 生态安全评价 发展策略

Abstract With the help of GIS platform, through repeated simulation experiments, site investigation and correction, we set up human settlements ecological security evaluation systems based on PSR(Pressure-State-Response) in Jinghe river basin, determine its ecological security index. Ecological safety from high to low is divided into five levels: safety, less safety, early warning, moderate warning and serious warning. We further reveal the appropriateness and space distribution pattern of human settlement in Jinghe river basin. Finally, we propose the development strategies for early warning, moderate warning and serious warning district. Keywords Jinghe river basin, PSR model, Human settlements, Ecological security evaluation, Development strategy

经济的发展推动了社会和人类进步的同时也给地球带来了各种各样的环境问题。黄土高原的生态与环境危机，已经成为地区发展的重要制约因素，人口众多、水土流失加剧、土地资源进一步减少、水资源短缺等问题，成为影响地区经济进一步可持续发展和社会稳定的因素。流域本身是一个生态系统，以流域为单元进行人居环境研究突出区域的自然属性，将流域作为一个整体来进行生态系统与社会、经济系统综合研究。区域生态安全评价作为流域人居环境研究的主要内容之一，可以为区域环境管理、决策提供科学的依据[1]。1 研究区域概况泾河是渭河最大的支流，发源于宁夏六盘山东麓，流经泾川，于长武县亭口附近先后纳马莲河、蒲河、黑河等支流，在陕西高陵县陈家滩附近注入渭河（图1）。

泾河流域总面积为46538km2，涉及陕西省、甘肃省和宁夏回族自治区，共有城镇（乡）327个，其中地级市2个（庆阳市和平凉市），县城21个，乡镇304个。总人口523.24万人。泾河流域是黄土高原人口、城镇最为密集的区域之一，同时也是黄土高原人居环境建构和防止生态破坏、环境污染的主要区域。2 建立生态安全评价体系2.1 研究方法

流域是一个复杂的系统，流域内各部分之间以及局部与整体之间都具有较强的相关性，且影响流域生态安全的因素也较多，因此流域生态安全评价与分析是一项复杂而艰巨的课题[2-3]。20世纪80年代末，经济合作与发展组织（OECD）与联合国环境规划署（UNEP）提出了PSR（压力—状态—响应）模型，成为目前生态安全评价领域最为常用的方法[4-5]。PSR评价方法综合性强、灵活度大、因果脉络清晰等优点，能够体现人类活动、社会经济、自然环境间的相互联系[6-7]。因此本文采用基于PSR模型构建泾河流域的生态安全评价体系。2.2 评价指标体系建构

区域生态安全的指标体系不仅要充分体现出该区域生态安全的现状与综合水平，还要反映各子系统之间的相互关系、相互影响以及行为主体的安全意识、应对能力和应对措施[8]。

通过对泾河流域生态环境与经济发展现状的分析研究，提出人口增长率、人口密度、人均耕地面积、人均水资源量、千人拥有卫生科技人员数、三废处理率、环境治理投入占GDP比重等29个泾河流域人居环境生态安全指标（图2）。

先锋·理论Theory丨 Pioneer·1

表1 指标层判断矩阵结果

2.3 数据标准化、权重及安全指数的确定

地形地貌D11坡度D13地表破碎程度确定权重的方法很多，有德尔菲法、环D11坡度16.6比法、模糊矩阵求递法、AHP （层次分析D13地表破碎程度1/6.61法）等，在本文中采用AHP，对系统中各有关因素进行两两比较评判，通过对这种比较评判结果的综合计算处理，建立相应的判断矩阵（表1）。

2.4 各因子（数据）标准化值

数据标准化处理是指为了在多因子综合分析计算时，体现各个因子要素间的公平与合理性，而对不同量纲的数据进行等级划分，实现统一标准下的定量化表达[9]。在本文中采用极差法[10]，因子与环境正向相关，值越大则表示环境质量越好，公式为：

1 （1）

公式1中，D为指标的标准化值；di为实际值，dmax为实际最大值；dmin为实际最小值。

如果因子对环境的影响是逆向相关（水土流失面积越大，则环境质量越差），则公式为：

（2）

2.5 综合评价

指标体系模型的建立立足于环境要素的定量化表达与分析及其这些要素的相互关系和对于区域环境状况的影响关系的定量表达，通过一系列的计算而形成环境状况的定量化表达结果。综合评价指数采用加权求和的方式，公式如下：

（3）

公式3中，Ej为第j个评价单元综合指数，Ki为第i个参评因子定量表达值，Kp为该因子的权重。

在本文中利用Arcgis的Raster Calculator函数直接计算，并且以栅格的形式体现计算结果，同时也可以输出量化的数据[11]。输入的公式如下：

S=D1×K1+D2×K2+……+D29×K29 （4）公式4中，D1、D2、……、D29分别为各因

2子的评价结果；K1、K2、……、K29分别为各因子所对应的权重。2.6 生态安全等级

通过综合评价，获得泾河流域人居环境生态安全评价指数，在此基础上利用ARCGIS软件处理空间数据、图形数据以及

图1 泾河流域在黄土高原中的地理区位

图2 评价指标体系

利用SPSS软件处理各类统计数据，然后与现图3 泾河流域生态安全指数和等级

状调研进行比对，采用自然间断点Natural

2HA 05/2018Breaks（Jenks）分级方法确定生态安全等级（图3,表2）。

泾河流域生态安全度总体趋势为由南向北递减，南部阶地区属于安全状态，北部丘陵沟壑区属于重警状态。综合指数最高的区域主要分布在泾河入渭河口平原阶地、六盘山、子午岭、较大的塬面中心处（董志塬、宫河塬等），综合指数50以上，属于安全状态；综合指数最低的区域分布在泾河流域西北部的马莲河上游环江流域、蒲河流域上游和洪河流域的中游，综合指数在32～37，属于重警状态。流域整体的生态安全度较低。

从行政区划分析，综合指数最高是麟游县（只有北部在流域境内）、泾源县和泾阳县，平均指数50以上，属于安全状态；综合指数最低的为环县（全部在流域境内），平均指数只有35.6，属于重警状态；镇原县的平均综合指数为42.3，属于中警状态。3 生态安全策略3.1 生态重警区域分析

（1）原因分析

生态重警区集中在马莲河和蒲河流域的上游区，主要行政区域有环县和镇原县。

马莲河流域上游地形地貌属陇东黄土高原丘陵沟壑区，处于南部残源沟壑区向北部沙漠区的过渡地带。地貌可分为：西部掌地丘陵沟壑区、北部梁峁丘陵沟壑区、南部残塬沟壑区和中部环江河谷区。丘陵沟壑区和残塬沟壑区的综合指数平均只有32，周边地带森林面积极少，人工造林存活率、成活率都很低，植被的匮乏加上非法开采、乱牧、自然灾害等原因，导致水土流失、风蚀沙化和气候等生态问题严重恶化。中部环江河谷区河道较宽、土壤肥沃、和耕地面积较大、较平整，综合指数为45，处于预警状态。

蒲河流域上游地形地貌为丘陵沟壑区和残塬沟壑区。由于涧河、潘阳涧河和其他冲沟的侵蚀、切割，形成了总体较为破碎的地貌，综合指数为36，且很不均衡，指数最高的在塬面48.5，最低的在洪河沟坡35.8。

（2）发展策略

根据丘陵沟壑区和残垣沟壑区的人居规模、人居现状和建设目标，其发展策略应是河流廊道和水土保持生态建设相结合的“梁峁、坡地生态保护+宽的川道生态控制+沟道

水系生态廊道网络”的生态空间模式。

黄土丘陵沟壑区和残垣沟壑区的梁峁、表2 泾河流域生态安全指数和等级

等级阙值（综合指数）面积（km2）比例％状态生态安全度坡地、沟头、残塬应进行保护，村落向川道集中，并进一步扩大人居密集区规模。同时改变以往对资源的不合理利用方式，弱化人居活动对环境的不良干扰。川道区的空间模式是沿川道河流轴线和道路轴线呈“分散型的多中心组团”模式。对于较窄的川道区，水土资源已基本开发，发展空间有限，应进行分期生态移民，保护川道。

水系生态廊道是指以主要河道及其支流水系构成生态廊道网络，以水系和防冲林建设为主。在沟坡稳定的支毛沟内修建土谷坊，在松软的滑塌虚土上种植根系发达的芨芨草、沙棘等灌木林和多年生牧草，稳定沟床沟坡。

3.2 生态预警区和中警区分析

（1）原因分析

生态预警区和中警区集中在马莲河流域的中下游、蒲河流域的下游和泾河主干区域的中下游，行政区域有庆城县、彭阳县、崇新县、平凉市崆峒区、泾川县、彬县和永寿县，还有西峰区、宁县、长武县、淳化县和灵台县除黄土塬面以外的区域。

泾河主干区域地形地貌主要分为塬梁沟壑区、梁峁沟壑区和泾河谷地。塬梁沟壑区和梁峁沟壑区经长期流水侵蚀和外营力的剥蚀作用形成地势起伏、沟壑纵横的黄土侵蚀地貌，属于生态中警区。谷地分为河漫滩和一、二级阶地，一级阶地平坦，高出河床10～20m，是主要粮、果、菜生产区；二级阶地高出河床100～120m，地貌多呈掌状塬梁，属于生态预警区。

马莲河流域和蒲河流域的中、下游地形地貌为黄土塬沟壑区。除塬面外其他区域沟壑纵横、坡陡沟深；沟岸扩张、沟底下切、沟壑密度加大；河水含沙量大、淤积河道、抬高河床，给下游造成危害。

（2）发展策略

根据该区域的人居规模、人居现状和建设目标，其生发展策略应是河流廊道和水土保持生态建设相结合的“沟壑生态保护+塬面生态控制+沟道水系生态廊道网络”的生态空间模式。

黄土塬沟壑区、沟头区、沟道区进行生态保护，村落向塬面集，缓坡修筑水平梯田

131.91～37.896636.12237.90～44.1713185.98344.18～47.369030.03447.37～50.959254.99550.96～64.438215.3发展林果基地、封坡育林育草对坡地进行保护[12]。

塬面生态控制，是在水系生态廊道的基础上，营造大型的植被斑块，形成人居与生态的隔离和过渡区，以农地景观和植被建设为主。平整土地，增加水流入渗，减少地表径流，营造护田林网，采用先进的灌溉技术。在塬边建设沟头防护林，阻止沟头继续侵蚀塬面。根据塬面村落的立地条件和塬面的生态功能定位，其理想的空间结构模式是“以塬面水平条田为基底的多中心组团的网状”模式。塬面自然景观和村落人工景观有机结合的景观生态系统。以大面积的水平方田为基底，以道路、林网为廊道，村落斑块和植被斑块镶嵌的有机结合生态景观格局。

以沟壑为骨架、主沟道为“生态主廊道”、支毛沟为“生态次廊道”生态廊道网络，廊道的联系和辐射功能是促进未来生物多样性进化的重要结构，该区域以生态建设、退耕还林为主，进行严格生态保护。生态廊道以水系和防冲林建设为主。

资料来源：文中图表均为作者自绘或自摄。

参考文献[1] 王如松，欧阳志云. 对我国生态安全的若干科学思

考[J]. 科技与社会，2007， 22 ( 3 ) ： 223 - 229.[2] 王宏昌，等. 辽西大凌河流域生态安全评价[J]. 应

用生态学报，2006（12）：2426-2430.

[3] 杨勇，任志远. 泾河流域中下游生态安全评价与分

析[J]. 干旱区研究，2009（3）：441-446.[4] 张祥义，赵文廷．基于ＰＳＲ模型的河北省土地

生态安全评价的分区[Ｊ]．贵州农业科学，2013（８）：207－211.

[5] 王青，李富程，李国蓉，等. 基于“压力—状态—响

应”框架的长江上游防护林健康评价[J]. 长江流域资源与环境，2010（8）：953-958.

[6] 刘凌冰．甘肃省土地生态安全评价研究[Ｄ]．西

14.33恶劣重警状态28.47差中警状态19.49一般预警状态19.98较好较安全状态17.73良好安全状态安：西北农林科技大学，2014．

[7] 李中才，等. 基于PSR方法的区域生态安全评价[J].

生态学报，2010，30（23）：6495－6503.[8] 王大庆. 黑龙江省生态足迹与生态安全分析[M].

哈尔滨：黑龙江人民出版社，2009.

[9] 刘东霞，卢欣石. 呼伦贝尔草原生态环境脆弱性评

价[J]. 中国农业大学学报，2008（5）：48-54.[10] 徐建华. 现代地理学中的数学方法[M]. 北京：高

等教育出版社，2002.

[11] 虞春隆，周若祁. 基于栅格数据的小流域人居

环境适宜性评价方法研究[J]. 华中建筑，2008（1）：4-7.

[12] 于汉学. 黄土高原沟壑区人居环境生态化理论与

规划设计方法研究[D]. 西安：西安建筑科技大学，2007.

基金项目：住房和城乡建设部软科学研究资助项目（编号：2014-R1-006）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（编号：xjj2013005）作者信息：虞春隆，博士，西安交通大学人居环境与建筑工程学院

副教授，国家一级注册建筑师，国家注册城市规划师，minfish.2007@mail.xjtu.edu.cn

朱颖彬，西安交通大学人居环境与建筑工程学院硕士

研究生

党纤纤，博士，西安交通大学人居环境与建筑工程学院

讲师

先锋·理论丨 Pioneer·Theory3