山东大学水资源自然生态环境质量评价.pdf

济南市作为黄河流域下游重要的省会城市，其水资源条件优越，却又面临严重缺水的困境。长期的供需不匹 配导致当地水资源自然生态环境非常脆弱。本文构建以水资源为单一目标的城市生态环境评价体系，且区别于以往 研究对短期城市水资源生态环境发展趋势进行研究，结果表明：（：（1）济南市水资源自然生态环境质量持续向好发展;（2）“十三五”时期的国家生态政策、黄河政策等对济南市的水资源自然生态环境改善起到了重要的作用；（3）城市的 建成区绿地空间、城市透水面积等指标的增加与水资源自然生态环境的改善呈正比关系，未来济南市的蓝绿空间网 络建设将成为改善济南市水环境的重要手段。关键词：济南市;水资源；自然生态环境;黄河流域生态保护和高质量发展水资源是构成人体的主要成分,更在人类的生 存与发展之中发挥着不可替代的作用叫然而，随着 城市发展脚步不断加快,城市“水资源紧约束问题”逐渐突显成为城市发展的主要矛盾。由此，人们的水 资源保护意识开始觉醒，并于中共中央关于制定国 民经济和社会发展的十三个五年规划的建议中首 次提出“以水定城”这一概念,为城市指出了一条水 资源导向下的新的发展路线叫在政策与现实的双 重导向下，“城市一水资源”的耦合之路将成为未来 城市发展的主旋律。因此对城市水资源进行客观的 认识与评价,对实现城市的高质量、可持续发展至关 重要。济南市拥有着丰富的水资源本底，但是随着城 市发展带来的一系列供需不匹配、生态环境破坏等 问题，导致其水资源自然生态环境非常脆弱。“十三 五”以来,济南市城市水资源总量始终呈现一个稳步 上涨趋势，而人均用水量则不断下降（图1）,并且始 终低于国际公认的严重缺水标准线500m3/人回。因 此，本文针对济南市的水资源自然生态环境特征及 其影响因子，借鉴现有的城市生态环境评价指标体 系，提出一套以水资源为单一目标的城市生态环境 评价体系，并以此评估济南市近年来的水资源生态 环境变化趋势，以期为济南市未来的城市高质量发 展提供借鉴。1研究区域与数据来源1.1研究区域概况济南市（3601-3732 N,116ll-11744E）位 于山东省中部，南依泰山，北跨黄河，全市面积 102 44km2,地势南高北低，依次为低山丘陵、山前倾 斜平原、黄河冲击平原。区域内河流水系较为丰富，其气候类型为温带大陆性气候，有着四季分明、日 人M水页aofii.t Ajisja）第资hr图1 2016-2020济南市水资源总量及人均水资源量情况第一作者：李雪41（1995-）,女,在读研究生,研究方向为风景园林规划与设计 hellolixueyul 2022年第2期李雪饪,等:济南市水资源自然生态环境质量评价 5 照充足的特点。济南市全年平均气温13.6T,降水 614.0mm叫2019年,莱芜撤市变区，划入济南市，为 保证研究区域的统一性,本文以2019年后的济南市 区划范围为研究区域范围。2016至2020年,济南市 林地、草地、耕地、未利用地面积不断减少，而建设用 地、水域面积则不断增加（表1）。整体看来，“十三 五”时期济南市处于稳步发展阶段，建设用地面积未 出现爆发式增长，并且在习近平生态文明思想的引 导下，其生态环境基础得到一定程度的改善。1.2研究数据来源本文所采用水资源相关基础数据均来自济南 市统计年鉴2 017-2 02 1）（济南市水土保持公报 2016-20202016-2 02 0济南市环境质量简报 2016-2020山东省水资源公报及相关文献；土地 数据来自地理空间数据云（http：/ 8遥感数据进行解析获 得。本文选取了济南市2 016-2 02 0年共计5年的影 像图为原始数据，时间设定为每年的6月-9月，云 量小于5%,使用ENVI5.3软件，通过目视将济南市 土地类型划分为林地、草地、耕地、建设用地、水域及 未利用地六个部分（图2）（表1）。2济南市水资源自然生态环境质量评价指 标体系的构建单项指标的筛选应当以反映济南市水资源自然 生态环境特征为基本原则，以突出水资源自然生态 环境变化为导向，同时兼顾指标数据的可获得性与 度量性,重点在于探索城市发展对水资源自然本底 的影响。人类活动的干扰持续对水资源的自然环境 产生影响，水利工程的建设、城市不透水面的铺设以 及对水资源的过分索取等人类活动均对水资源的自 然环境造成着不可挽回的伤害。本文综合众多国内 外专家对水循环、水环境、水安全等内容的研究，将 水资源自然生态环境的评价因子归为形态、质量和 功能三大层面，并诠释其自然环境特性，同时在其之 下设定相应的指标层（表2）卜化2.1水资源的形态水资源的形态评价反应人类活动对水资源的影表1 2016-2020济南市土地利用面积年份林地草地耕地建设用地水域未利用地20161422.65901.126107.701723.7387.541.1120171418.45895.476099.551728.56100.721.1120181412.16887.386089.731734.52118.951.1020191407.21884.056080.271738.34132.901.0820201403.98881.316073.111742.06142.321.08 6 2022年第2期表2水资源自然生态环境质量评价指标体系目标层准则层指标层单位指标属性核心区m2+孤岛m2-孔隙m2-形态边缘区m2+环道区m2+桥接区m2+支线m2+年降水量亿n?+水资源量亿n?+质量建成区绿地覆盖率%+济南市水建成区绿化率%+资源自然水质达标率%+生态环境减少泥沙淤积亿亦+质量湖泊洪水调蓄量亿n?+水库洪水调蓄量亿卅+绿地水涵养量亿M+S02吸收量万t+NOx吸收量万t+功能烟粉尘吸收量万t+COD吸收量万t+N吸收量万t+P吸收量万t+绿地降温增湿量kwh+水面降温增湿量kwh+注:+为正向指标,-为负向指标改变等一系列非人力可对抗的自然灾害阿。水质部 分以地表水环境质量评价办法(试行)为评价标 准，以IV类水资源为最低达标等级，计算该年度水质 量达标率冋。水资源的数量则充分考虑水资源保留 环境，除常规的年降水量、水资源总量外，应当将影 响水资源保持的城市绿化因素考虑在内，因此本文 将建成区绿地覆盖率、建成区绿化率两项指标列入 其中。2.3水资源的功能水资源的功能评价反应的是其对人类活动的包 容程度，水资源是维持人类生命不可或缺的组成成 分，然而其除了为人类所用，还对人类的生存环境有 着强大的调节作用。研究表明,水资源的调节功能关 系到空气、温度、水土保持等多个方面，而其调节内 容与人类活动有着密切的联系。本文综合前人研究，选取洪水调蓄、泥沙调节、气温控制、污染物降低等 12项指标做为评价要素，对评价区域的水资源功能 进行量化评价问。3评价指标处理和评价方法3.1评价指标标准化处理本文通过水资源的形态、质量、功能三大层次,详细筛选后共计24项指标对济南市的水资源自然 生态环境进行评价。所选指标内又有2项负向指标 和22项正向指标，为保证相关指标数据分析的一致 性，因此对24项指标进行数据标准化处理冋。正向指标标准化公式:&=Xmini)Xmini)max(i)min(i)max(i)min(i)1,2,3,n),n)响范围，其形态层以其景观格局指数为度量方法，对 水资源形态格局进行量化评价。根据各项指标含义，将其分为正向指标与负向指标两个层面叫 其中，以 水资源的核心区域、具有防护作用的边缘区及起到 连接作用的环道区、桥接区、支线为正向指标，受人 类活动影响的孔隙与代表形态破碎度的孤岛为负向 指标2.22.2水资源的质量水资源的质量评价反应的是其对人类活动的承 载能力，主要表现为质与量两个方面。人类活动的强 度必须始终处于水资源承载能力之下，以满足水资 源供需平衡为基础条件,否则城市的发展必然导致 水资源自身环境失衡，进而引发洪涝灾害、地质结构负向指标标准化公式:K尸max(i)-Ximax(i)-Xi max(i)min(i)max(i)min(i)1,2,3,n),n)式中脸为指标标准化值,X：,X：为第i项指标,min,min(i)与maX(i)maX(i)分别为第i项指标的最大值与最小值。3.2基于爛权法的指标权重计算炳为热力学概念，可以度量系统的无序程度。1984年,Shannon提出“信息爛”的概念，由此对信息 进行度量网。设有“个评价指标个评价年份，由 此形成原始指标矩阵P：Ail-V12-XuX21 X22-也.4i，其中寻一月E2022年第2 2期李雪锤，等:济南市水资源自然生态环境质量评价7计算第孔个评价指标的炳值弘：E E尸 J J 当爲二0 时 jPUnPO)lnmlnm计算第n个评价指标的差异性系数d：d：d”=l-E”计算第n个评价指标的权重Wn：Wn：以权重礦”为基础，计算水资源自然生态环境 质量综合得分情况K”悶：4评价结果根据济南市2 016-2 02 0年的数据利用爛权法 计算得出相关指标权重(表3)。从整体权重变化看 来，各类指标的权重变化较小，其对水资源自然生态 环境质量的影响相对平均;功能准则层占据较大比 重，其对水资源自然生态环境质量起到决定性的影 响。从单一指标权重看来，边缘区、建成区绿化率与 建成区绿地覆盖率指标权重最大，由此可以证明人 类的城市建设活动对水资源的自然生态环境质量影 响较大;水库洪水调蓄量权重较小，该指标与水库库 容关联较大，因此水利设施的影响相对较小。为得出济南市水资源自然生态环境变化趋势，根据综合得分情况公式计算得到济南市2 016-2 02 0 年水资源自然生态环境质量得分情况(表4)。5分析与结论本文通过构建济南市水资源自然生态环境质量 评价指标体系，应用爛权法确定权重,得出了影响济 南市水资源自然生态环境质量的指标重要性与“十 三五”时期济南市水资源自然生态环境综合评分，并 以此展开分析评价。(1)济南市水资源自然生态环境质量持续向好 发展。区别于以往文章针对长线水资源状况评价，本文针对短期水资源进行评价，得出了完全相反的 评价结果。从表4可以看出，济南市“十三五”时期的 水资源自然生态环境质量评分总体呈现上升趋势。各项评分均稳步提升，仅2017年水资源自然生态环 境质量准则层评分较低，主要受到当年干旱气候条 件的影响，因此不具有太大参考价值。(2)济南市水资源自然生态环境与国家政策导 向关联较大。2016年作为“十三五”开局之年，其整表3水资源自然生态环境质量评价指标权重目标层准则层指标层权重核心区0.0430孤岛0.0426孔隙0.0432形态0.2970边缘区0.0433环道区0.0426桥接区0.0422支线0.0401年降水量0.0416质量0.2081水资源量0.0420建成区绿地覆盖率0.0433建成区绿化率0.0433济南市水资 源自然生态 环境质量水质达标率减少泥沙淤积0.03790.0428湖泊洪水调蓄量0.0428水库洪水调蓄量0.0334绿地水涵养量0.0417SO2吸收量0.0409功能NOx吸收量0.04070.4949烟粉尘吸收量0.0409COD吸收量0.0428N吸收量0.0428P吸收量0.0428绿地降温增湿量0.0406水面降温增湿量0.0428表4济南市2016-2020年水资源自然生态环境质量评价得分年份形态质量 功能综合20160.03290.1123 0.19040335720170.18470.0749 0.22250.482120180.17810.1471 0.27780.603020190.23890.1271 0.28980.655820200.26790.1526 0.32240.7429体评分相较于其他四年明显较低，这是由于当时仍 然受到“十二五”末期的影响，且缺少水资源相关的 主导性政策支持。随着十九大的召开，习近平生态文 明思想在其后的城市发展中起到了重要的指引作 8 2022年第2期用，也因如此,2018年济南市的水资源自然生态环 境评分出现明显的增长拐点，而其中功能评分增长 最为明显。2019年，“黄河流域生态保护和高质量发 展”列入国家重大发展战略，济南市作为沿黄重要的 省会城市,黄河为其中的主要地表水面，在该战略的 影响之下,2019年的水资源自然生态环境形态评分 明显增长。(3)济南市水资源自然生态环境质量提升与城 市绿地建设息息相关。从权重计算结果可知，与水 资源相关的绿地空间对水资源自然生态环境的影响 远大于其自身环境，而其中又以城市绿地建设活动 关联性最大。因此，推测严重性缺水城市的建成区绿 地空间、城市透水面积等指标的增加与水资源自然 生态环境的改善呈正比关系，未来济南市的蓝绿空 间网络建设将成为改善济南市水环境的重要手段。参考文献1 刘灿辉，金文龙,孙英杰，等.水足迹视角下的太湖流域水 资源利用评价J/OL.中国农村水利水电,2022.1-16.2 冯奎，李庆.以水定城的系统视角与实施路径几区域经济 评论,2019(03):118-123.夏军，翟金良，占车生.我国水资源研究与发展的若干思考 几地球科学进展,2011,26(09)：905-915.4济南市统计局.济南统计年鉴M.北京：中国统计出版社，2017-2021.田俊峰，吴丽.基于爛权的模糊可变集合在区域水安全评 价中的应用J河南科学,2018,36(05):676-682.6 查木哈，吴琴，马成功，等基于DPSIR模型评价内蒙古水 环境承载力口内蒙古农业大学学报(自然科学版),2020,41(06):65-73.7 马静，段娜，吕如兰，等城市水循环健康的评价方法及其 应用以邯郸市主城区为例J.科学技术与工程,2021,21(33):14372-14378.8 徐心一，张晨，朱晓东.海绵城市建设水平评价与分区域控 制策略J.水土保持通报,2019,39(01):203-211.9 刘颂，何禧.基于MSPA的区域绿色基础设施构建以 苏锡常地区为例J.风景园林,2017(08):98-104.10 金荻.基于人均需水量预测的水资源人口承载力研究几 规划师,2015,31(S1):314-317.11 济南市生态环境局济南市环境质量简报.2016-2020.12 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