基于隐患因素的生态安全机理与评价方法研究——以辽河流域为例

摘要

区域生态安全是国家安全的基础。随着人类活动对生态环境形成的巨大压力，日益严重且类型众多的灾害构成生态安全的现实或潜在的巨大威胁。目前生态安全主要针对确定性因素，基于“压力—状态—响应”(P-S-R)机理框架进行生态安全评价研究，评价结果反映区域总体的安全状态。但是在实际生产生活中人们关注的不仅是确定性因素影响，而且是隐患因素的影响；不仅是生态安全的现时状态，而且是生态安全未来发展趋势；不仅是生态安全的总体结论，而且是生态安全的空间差异。生态安全是动态性的，其演变过程、趋势和风险更重要。生态安全是地域性的，具体地域需要具体分析。生态安全是相对性的，不同的主体，在不同情况下，安全是不同的。针对生态安全特点和P-S-R 框架研究的不足，本文围绕国家教育部博士点基金项目《辽河流域生态系统管理及生态安全》和辽宁省教育厅青年基金资助项目《基于GIS辽河流域生态安全评价与预警研究》的任务，从地理科学和安全科学视角探讨了区域生态安全隐患因素、空间评价以及安全预警等问题。主要研究结果如下： 1．从“生态隐患”视角提出区域生态安全概念。区域生态安全是安全状态、隐患因素、演变趋势、时间、空间以及安全主体的函数。“生态安全”的概念既包括相对状态(生物与环境或与其他生物之间的相对状态)安全，又包括相互关系(生物与环境或与其他生物之间的相互关系)安全，是关于时间和空间的连续函数。生态安全是一个空间概念，又是一个过程概念。生态安全研究必须包含隐患因素分析；安全防范重点应集中在隐患因素上；安全评价必须突出空间评价；安全预警应关注隐患因素。 2．基于隐患因素分析了生态安全状态演变的机理。生态安全演变过程在于隐患的触发或发展。存在隐患，就存在安全状态或相互安全关系恶化的可能性。隐患触发传递是安全的危险因素，推进安全状况恶化的演变；隐患响应控制是管理行为，抑制恶化态势的演变，二者共同决定生态安全演变的结果，并根据格雷厄姆法(Graham)，提出隐患指数的度量。生态安全演变的关键在于隐患指数，隐患指数越大，生态安全恶化演变的可能性越大；隐患指数越小，生态安全恶化演变的可能性越小。最大隐患指数指示生态安全最差(悲观)演变状态；最小隐患指数指示生态安全最好(乐观)演变状态；最可能隐患指数指示生态安全最可能演变的状态。 3．确立生态安全状态——隐患综合评价指标体系。评价生态安全，不但评价安全状态，还要评价安全隐患、针对生态安全事件的有效响应。生态安全评价指标不仅要反映生态系统各子系统的安全状态，还要反映各子系统之间的隐患因素影响，以及行为主体的安全意识、应对能力和应对措施的效率。根据评价对象各组成部分之间的相互关系与相互影响构建区域生态安全状态—隐患综合评价指标体系。内容包括基于P-S-R框架而构筑的多层次状态评价指标体系，基于五大圈层(大气圈、水圈、岩石圈、生物圈以及人类活动)结构而构筑的多维多层次生态安全隐患评价指标体系。评价指标充分考虑影响因子的时间和空间的差异，适合于GIS技术的空间评价。 4．提出生态安全状态—隐患耦合评价方法。状态指数和隐患指数作为生态安全评价的两个目标，各有特征。状态指数越大越好(安全级别越小越安全)，而隐患指数越小越好。根据多目标决策乘法准则，提出状态——隐患耦合指数评价方法。状态指数评价采用陈守煜模糊隶属度模型计算；隐患指数评价采用事故分析的格雷厄姆法(Graham)计算。评价指标因子权重均采用模糊——熵值综合权重。耦合指数既反映隐患因素影响下的生态安全状态，又指示生态安全演变过程可能导致的各种危机情形，适于作为生态安全预警指数。根据耦合指数曲线提出预警等值线的定义及创建方法。 5．提出“行政单元——动态格网”交互赋值方法，应用GIS网格技术实现生态安全“可视化”评价。生态安全不但关注区域总体安全，更应当关注区域内部安全的差异以及不同安全属性单元的相互作用，所以需要引入GIS技术。针对不同的安全影响要素空间递变特点以及数据的来源途径，探讨了“行政单元——动态格网”交互赋值技术，应用Mapbasic编写了不同空间图层之间交互赋值程序，并在 MapInfo、Vm26 环境下实现应用。基于GIS插值功能和赋值方法实现生态安全评价模型计算，创建网格专题地图、预警等值线(面)以及三维专题图，可视化展示生态安全评价与预警的空间差异。 6．以辽河流域为例进行实证研究。基于隐患因素的辽河流域生态安全机理与评价研究属于开创性研究工作。基于 Maplnfo 平台建立辽河流域 2.5 Km×2.5 Km 的生态安全状态——隐患综合评价指标因子GRID数据库。基于GIS网格技术定量评价生态安全空间差异，评价结果与实地考察基本一致，与欧盟环境综合项目的水管理子项目结果之间也有较高程度的一致性，说明了这种研究方法具有一定的科学性。根据状态—隐患耦合指数创建了生态安全最可能状态的预警等值线(面)，最悲观状态的预警等值线(面)，最乐观状态的预警等值线(面)，为制定区域生态化发展战略和规划提供决策支持，也为下一步建设生态安全预警系统打下基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1生态安全研究综述

1.1生态安全研究视角

1.1.1基于环境科学的概念

1.1.2基于生态学的概念

1.1.3基于安全科学的解释

1.1.4基于地缘政治学的解释

1.2生态安全评价研究

1.2.1基本评价体系

1.2.2主要评价方法

1.2.3评价手段与途径

1.2.4主要评价地域

1.3生态安全预警研究

1.4存在问题与展望

1.4.1存在问题

1.4.2研究展望

1.5本章小结

2基于隐患因素的生态安全机理

2.1区域生态安全关注的问题

2.1.1生态安全演变趋势

2.1.2生态安全隐患

2.1.3生态安全的空间差异

2.2基于隐患因素的生态安全概念理解

2.2.1基于隐患因素的生态安全再定义

2.2.2基于隐患因素的生态安全评价特点

2.3基于隐患因素的生态安全演变影响机理

2.3.1隐患触发传递机理

2.3.2隐患响应控制机理

2.3.3生态安全演变影响机理

2.4本章小结

3基于隐患因素的生态安全评价体系、方法与技术

3.1状态——隐患综合评价体系

3.1.1基于P-S-R框架状态评价指标体系

3.1.2基于五大圈层结构隐患评价指标体系

3.2评价方法

3.2.1评价原则、技术路线与工作流程

3.2.2指标量化与赋值

3.2.3模糊—熵值权重法

3.2.4状态—隐患耦合指数测算

3.2.5预警等值线创建

3.2.6专题地图生成

3.3 GIS技术应用

3.3.1模型实现过程

3.3.2流域GIS数字化

3.3.3评价因子数据库建立

3.3.4评价空间单元划分

3.3.5 GIS空间插值技术

3.3.6评价因子量化与赋值

3.4本章小结

4典型区实例研究

4.1辽河流域概况

4.1.1自然环境概况

4.1.2社会经济概况

4.2生态安全概况

4.2.1资源胁迫

4.2.2环境污染

4.2.3灾害频繁

4.3生态安全GIS网格数据库建立

4.3.1辽河流域GIS数字化

4.3.2状态—隐患综合评价指标体系建立

4.3.3指标因子数据赋值

4.3.4 GRID数据库建立

4.4基于隐患因素辽河流域生态安全评价

4.4.1状态指数计算与分析

4.4.2隐患指数计算与分析

4.4.3耦合指数计算与分析

4.4.4预警专题地图创建

4.5辽河流域生态安全管理对策

4.5.1教育方面对策

4.5.2行政方面对策

4.5.3经济方面对策

4.5.4法律方面对策

4.5.5技术方面对策

4.5.6公众参与

4.6小结

结论

参考文献

创新点摘要

附录

攻读博士学位期间发表学术论文情况

攻读博士学位期间主持与参与项目情况

致 谢