汪嘉楊,翟慶偉,郭 倩,陶韻竹 (成都信息工程大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,四川 成都 610041)

太湖流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)研究

汪嘉楊*,翟慶偉,郭 倩,陶韻竹 (成都信息工程大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,四川 成都 610041)

構(gòu)建“驅(qū)動(dòng)力D(人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展)-壓力P(水資源問(wèn)題與污染排放)-狀態(tài)S(水質(zhì)變化)-影響I(自然生態(tài)、水土資源)-響應(yīng)R(污水處理、用水普及)-管理M(綠化、投資)”(DPSIRM)評(píng)價(jià)模型,并從社會(huì)經(jīng)濟(jì)、水資源、水質(zhì)狀態(tài)、投資管理等方面選取指標(biāo),建立具有3層結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.引入變異系數(shù)法進(jìn)行各指標(biāo)權(quán)重賦值,計(jì)算太湖流域2005～2014年的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指數(shù),獲得相應(yīng)評(píng)價(jià)等級(jí).結(jié)果表明:太湖流域水環(huán)境承載力有明顯好轉(zhuǎn),評(píng)價(jià)等級(jí)從2005年的Ⅲ級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)?014年的Ⅱ級(jí).壓力指標(biāo)所起作用最為顯著,狀態(tài)指標(biāo)緊隨其后,其次是驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)、影響指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo),管理指標(biāo)作用相對(duì)較小.10年間,驅(qū)動(dòng)力子系統(tǒng)指數(shù)明顯呈上升趨勢(shì),影響和管理子系統(tǒng)的指數(shù)出現(xiàn)波動(dòng),壓力、狀態(tài)和響應(yīng)子系統(tǒng)的指數(shù)均隨年份增長(zhǎng)而呈上升趨勢(shì),壓力子系統(tǒng)指數(shù)上升幅度最大,表明2005～2014年太湖流域水環(huán)境對(duì)工農(nóng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的承載能力在增強(qiáng).對(duì)水環(huán)境承載力影響程度最大的指標(biāo)中,萬(wàn)元GDP水耗和單位工業(yè)產(chǎn)值廢水排放量都屬于壓力子系統(tǒng)指標(biāo),表明壓力子系統(tǒng)指標(biāo)所起作用最為顯著.研究表明,構(gòu)建的太湖流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的 DPSIRM 模型具有實(shí)用性和可行性,可以為區(qū)域水環(huán)境規(guī)劃與綜合管理的科學(xué)決策提供依據(jù).

DPSIRM模型；變異系數(shù)法；水環(huán)境承載力；評(píng)價(jià)；太湖流域

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,水環(huán)境污染問(wèn)題日益突出,嚴(yán)重影響了水環(huán)境的承載能力,引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注.作為衡量社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水環(huán)境協(xié)調(diào)程度的指標(biāo)[1],水環(huán)境承載力(WECC)成為衡量人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境協(xié)調(diào)程度的判據(jù),對(duì)其進(jìn)行理論和實(shí)踐的深入研究,不僅可以為科學(xué)制定水環(huán)境保護(hù)和管理決策提供依據(jù),而且對(duì)優(yōu)化流域水環(huán)境、水資源的配置,協(xié)調(diào)流域生態(tài)建設(shè)、人民生活、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源、水環(huán)境的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2-3].

目前,國(guó)外對(duì)水環(huán)境承載力的研究較少,且大都將其納入到可持續(xù)發(fā)展的范疇進(jìn)行研究[4-8],尚未形成統(tǒng)一的概念和完善的理論體系.對(duì)水環(huán)境承載力的研究主要集中在國(guó)內(nèi),20世紀(jì) 90年代以來(lái),眾多專家學(xué)者從不同的角度紛紛提出了與之相關(guān)的概念、研究方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和計(jì)算模型等[9-14].但水環(huán)境承載力的理論研究和實(shí)踐研究尚處于探索階段,水環(huán)境承載力的概念、內(nèi)涵、特征不統(tǒng)一,量化方法也沒有形成成熟的理論體系,不同的研究方法又各有側(cè)重.

一般來(lái)說(shuō),環(huán)境承載力指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動(dòng)、環(huán)境質(zhì)量狀況之間的數(shù)量關(guān)系是非常復(fù)雜的,因此很難確定.另外,所選取的指標(biāo)不僅與人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)有關(guān),還受到許多偶然因素的影響,這些都給環(huán)境承載力的研究帶來(lái)了一定困難[15].因此,水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的核心是采用何種指標(biāo)體系來(lái)反映“社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境”復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模與環(huán)境質(zhì)量.常見的指標(biāo)體系的構(gòu)建方法有PSR(壓力-狀態(tài)-響應(yīng))模型、DSR(驅(qū)動(dòng)力-狀態(tài)-響應(yīng))模型[16-17],以及在此基礎(chǔ)上的DPSIR(驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng))模型[18]以及 DPSIRM(驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)-管理)模型,用于表征資源或環(huán)境系統(tǒng)的概念與復(fù)雜因果關(guān)系結(jié)構(gòu).目前,DPSIRM模型已用于水資源安全[19]、湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康[20]等方面.但總體來(lái)說(shuō),DPSIRM 模型相關(guān)的研究工作與參考文獻(xiàn)較少,特別在水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)方面未見報(bào)道.因此,本文以DPSIRM模型為基礎(chǔ),構(gòu)建流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并引入變異系數(shù)法進(jìn)行權(quán)重賦值,用于2005～2014年太湖流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià),并對(duì)DPSIRM模型中驅(qū)動(dòng)力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)和管理6個(gè)子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析,解析太湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的水環(huán)境承載能力變化,以期為科學(xué)制定流域水環(huán)境保護(hù)和管理決策提供依據(jù),為流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)提供一條途徑.

1 基于DPSIRM模型框架的流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 DPSIRM模型框架

圖1 DPSIRM模型框架Fig.1 DPSIRM model framework

流域生態(tài)系統(tǒng)是綜合多個(gè)指標(biāo)的系統(tǒng),人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)流域產(chǎn)生的影響越來(lái)越大,對(duì)產(chǎn)生的水環(huán)境效應(yīng)從正向和逆向分別分析:首先,人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生流域的兩類正向壓力,一是水資源的供需問(wèn)題,二是污染物的富集和排放,直接影響流域水體的質(zhì)和量的改變;對(duì)應(yīng)地,水資源的供需受到影響、水環(huán)境惡化;然后,水環(huán)境狀態(tài)的惡化促使社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)逆向反饋,采取一定的處理與調(diào)控措施來(lái)改善水環(huán)境狀態(tài).

考慮到這樣的雙向作用,并且為盡可能全面地反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)水環(huán)境的影響,本文構(gòu)建DPSIRM“驅(qū)動(dòng)力 D(人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展)-壓力P(水資源問(wèn)題與污染排放)-狀態(tài) S(水質(zhì)變化)-影響I(自然生態(tài)、水土資源)-響應(yīng)R(污水處理、用水普及)-管理 M(綠化、投資)”評(píng)價(jià)模型,如圖1所示.

圖2 太湖流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 Evaluation index system of water environmental carrying capacity in Taihu River Basin

1.2 流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

平衡社會(huì)環(huán)境和水環(huán)境承載力之間的相互關(guān)系是當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,而指標(biāo)體系的建立可以量化承載主客體之間相互關(guān)系的大小[11],因此指標(biāo)的選取需要反映出水環(huán)境的自然屬性以及人類活動(dòng)的影響,即水環(huán)境的功能.

評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取是評(píng)價(jià)工作的關(guān)鍵,要建立指標(biāo)體系,首先要找到所有反映水環(huán)境承載力的相關(guān)指標(biāo),包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、水資源指標(biāo)、水質(zhì)狀態(tài)指標(biāo)、投資管理指標(biāo)等;其次,通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn),根據(jù)流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)水環(huán)境的影響,識(shí)別所找指標(biāo)中的共性和差異,進(jìn)行調(diào)整,視情況合并或剔除;第三,通過(guò)查找以統(tǒng)計(jì)年鑒為代表的資料,遵循可得性原則,剔除數(shù)據(jù)不可獲得的指標(biāo);第四,將指標(biāo)分為D驅(qū)動(dòng)力、P壓力、S狀態(tài)、I影響、R響應(yīng)、M管理這6個(gè)評(píng)價(jià)類別,建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.本文選取了 20個(gè)指標(biāo)要素,建立具有3層結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖2).

目標(biāo)層設(shè)為流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià),方案層包括以下6類子系統(tǒng):

(1)驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)(D):在城鎮(zhèn)化發(fā)展的過(guò)程中,人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)起主導(dǎo)作用,因此選取人口數(shù)據(jù)及相關(guān)經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)數(shù)據(jù),如圖2所示.其中,人口密度反映流域人口是否超負(fù)荷,單位GDP能耗反映經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和能源利用效率的變化,人均GDP反映區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的高低,是了解和把握流域宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況的有效工具.城鎮(zhèn)化率反映城市化對(duì)水資源的壓力,是衡量流域社會(huì)組織程度和管理水平的重要標(biāo)志.有效灌溉面積占播種面積比例反映農(nóng)田水利建設(shè)情況,體現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水效率.

(2)壓力指標(biāo)(P):驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生壓力,壓力指標(biāo)可通過(guò)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的影響來(lái)衡量,如工業(yè)污水排放、農(nóng)藥化肥使用、用水量等.本文篩選指標(biāo)如圖2所示.其中,單位工業(yè)產(chǎn)值廢水排放量是衡量經(jīng)濟(jì)–環(huán)境的一種宏觀指標(biāo),也是預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水環(huán)境影響的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).單位耕地面積化肥施用量間接反映化肥中的氮磷元素對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的作用.萬(wàn)元GDP水耗反映水資源消耗情況及用水利用效率.人均耕地面積反映人口對(duì)資源和環(huán)境的壓力.

(3)狀態(tài)指標(biāo)(S):以太湖歷年水質(zhì)狀況來(lái)表示.其中,總氮和總磷是反映水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要指標(biāo).高錳酸鹽指數(shù)是反映水體中有機(jī)及無(wú)機(jī)可氧化物質(zhì)污染的常用指標(biāo).氨氮是水體中的主要耗氧污染物.

(4)影響指標(biāo)(I):在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響下,水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化,自然資源遭受沖擊.人均水資源量是衡量可利用水資源程度的指標(biāo)之一,森林覆蓋率是反映森林資源的豐富程度和生態(tài)平衡狀況的重要指標(biāo).

(5)響應(yīng)指標(biāo)(R):流域湖泊生態(tài)系統(tǒng)受到影響后,作用于人類社會(huì),人類通過(guò)污水處理等措施對(duì)其反饋.其中,污水處理率反映人類對(duì)生產(chǎn)生活活動(dòng)造成環(huán)境污染的補(bǔ)償作用,廢水治理設(shè)施處理能力反映廢水治理設(shè)施的配套程度及運(yùn)行情況,用水普及率反映供水普及的平均水平.

(6)管理指標(biāo)(M):管理其實(shí)也和響應(yīng)類似,都是人對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的積極改善措施,本文選用兩個(gè)政府的管理性措施指標(biāo).建成區(qū)綠化覆蓋率是衡量城市綠化水平的主要指標(biāo),環(huán)境污染治理投資占GDP比重是衡量環(huán)境保護(hù)投入的重要指標(biāo)之一,前者是對(duì)城鎮(zhèn)化負(fù)面影響的抗衡,后者是整體的改善投入.

1.3 各指標(biāo)等級(jí)劃分

確定評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)是:(1)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo),盡量采用規(guī)定的等級(jí)分類值;(2)有參考文獻(xiàn)的,引用文獻(xiàn)列出的評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn);(3)統(tǒng)計(jì)分析2005～2014年全國(guó)各省指標(biāo)數(shù)據(jù),對(duì)其排序,選取第 5%和第 95%作為最優(yōu)值或最劣值,根據(jù)最優(yōu)值和最劣值,劃分為5個(gè)等級(jí);(4)在沒有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)文獻(xiàn)分級(jí)數(shù)據(jù)可參考的情況下,尋求專家經(jīng)驗(yàn)值.流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)如表1所示.

表1 流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)Table 1 Evaluation indexes of water environmental carrying capacity

2 基于變異系數(shù)法的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)

2.1 單指標(biāo)評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算

需對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,使指標(biāo)值介于[0,1]之間,這里采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法:

越大越優(yōu)型(正向指標(biāo)):

越小越優(yōu)型(負(fù)向指標(biāo)):

式中:xi為第i個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值,xim和xiM分別是為指標(biāo)i設(shè)置的極小值和極大值.

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

確定指標(biāo)權(quán)重的方法很多,大致分為主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法和組合賦權(quán)法三大類,主觀賦權(quán)法包括層次分析法、德爾菲法等,客觀賦權(quán)法包括熵值法、變異系數(shù)法等,而組合賦權(quán)法是主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法相結(jié)合的方法[21].由于客觀賦權(quán)法不以人的主觀判斷為依據(jù),避免了專家賦權(quán)的偏向性,能較為客觀地反映指標(biāo)的相對(duì)重要性,因此本文選取了客觀賦權(quán)法——變異系數(shù)法來(lái)確定各指標(biāo)權(quán)重.

變異系數(shù)法的基本思想是:在多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中,如果某項(xiàng)指標(biāo)在所有被評(píng)價(jià)對(duì)象上觀測(cè)值的變異程度較大,它能夠明確地區(qū)分開各被評(píng)價(jià)對(duì)象在該方面的水平,則該指標(biāo)應(yīng)賦予較大的權(quán)重;反之,則應(yīng)賦予較小的權(quán)重[21].計(jì)算各指標(biāo)的變異系數(shù)和權(quán)重如下:

式中:σi為第i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差;為第i項(xiàng)指標(biāo)的平均值;Vi為第i項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù).

流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算公式為:

式中,Ii為第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值;Wi為指標(biāo)i的權(quán)重.

3 太湖流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)實(shí)例分析

太湖流域位于長(zhǎng)江三角洲的核心部位,面積36500km2,其中江蘇省占 53%,浙江省占 33.4%,上海占13.5%,安徽省占0.1%.太湖流域湖泊眾多,以太湖為中心,相互交匯連成一體的河湖水系.

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與計(jì)算

太湖流域行政區(qū)劃范圍主要包括江蘇省鎮(zhèn)江、常州、無(wú)錫、蘇州 4市,浙江省嘉興、湖州和杭州 3市及上海市大部分區(qū)域,本文對(duì)上述涉及地級(jí)市(包括其轄區(qū))的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì).此外,流域中所包括的安徽部分由于占據(jù)比例太小(0.1%)且不方便獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)不予納入;同理,南京市高淳縣的數(shù)據(jù)資料也不作分析.

此次研究所涉及到的太湖流域的人口數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、環(huán)保數(shù)據(jù)、城市建設(shè)數(shù)據(jù)等,主要來(lái)自《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》、《浙江統(tǒng)計(jì)年鑒》、《江蘇統(tǒng)計(jì)年鑒》、《上海統(tǒng)計(jì)年鑒》、《鎮(zhèn)江統(tǒng)計(jì)年鑒》、《常州統(tǒng)計(jì)年鑒》、《無(wú)錫統(tǒng)計(jì)年鑒》、《蘇州統(tǒng)計(jì)年鑒》、《嘉興統(tǒng)計(jì)年鑒》、《湖州統(tǒng)計(jì)年鑒》和《杭州統(tǒng)計(jì)年鑒》,少部分其他數(shù)據(jù)來(lái)自各相關(guān)部門官方網(wǎng)站及新聞報(bào)道等.查閱統(tǒng)計(jì)年鑒得到2005～2014年鎮(zhèn)江、常州、無(wú)錫、蘇州、嘉興、湖州、杭州和上海各市的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),將各市各指標(biāo)數(shù)據(jù)平均,得到太湖流域2005～2014年各指標(biāo)數(shù)據(jù).將太湖流域 2005～2014年數(shù)據(jù)代入式(1)～(5),得到各指標(biāo)權(quán)重如圖3所示.

從圖 3可以看出,指標(biāo)對(duì)綜合水環(huán)境承載力影響程度最大指標(biāo)依次為:單位工業(yè)產(chǎn)值廢水排放量＞氨氮＞萬(wàn)元 GDP水耗＞人均 GDP ＞單位GDP能耗＞人均水資源量＞廢水治理設(shè)施處理能力＞TP＞環(huán)境污染治理投資占GDP比重.其中,萬(wàn)元GDP水耗和單位工業(yè)產(chǎn)值廢水排放量都是壓力子系統(tǒng)指標(biāo),表明壓力子系統(tǒng)指標(biāo)所起作用最為顯著.

分別計(jì)算各子系統(tǒng)的權(quán)重,如圖4所示.可以看出對(duì)水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)率大小:壓力子系統(tǒng)指標(biāo)所起作用最為顯著,狀態(tài)子系統(tǒng)指標(biāo)緊隨其后,其次是驅(qū)動(dòng)力子系統(tǒng)指標(biāo)和影響子系統(tǒng)指標(biāo),響應(yīng)子系統(tǒng)指標(biāo)和管理子系統(tǒng)指標(biāo)作用相對(duì)較小.

將流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系數(shù)據(jù)(表1)代入公式(1)～(5),由圖 3確定的各指標(biāo)權(quán)重,計(jì)算得出水環(huán)境承載力各評(píng)價(jià)等級(jí)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為:FⅠ(強(qiáng))∈[0.9673, 0.7688], FⅡ(較強(qiáng))∈(0.7688, 0.5624], FⅢ(一般)∈(0.5624, 0.3373), FⅣ(較弱)∈(0.3373, 0.1158), FⅤ(弱)∈(0.1158, 0).

圖3 各指標(biāo)權(quán)重Fig.3 Weight of each index

圖4 各子系統(tǒng)權(quán)重比例Fig.4 Weight ratio of each subsystem

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

3.2.1 水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指數(shù)分析 將江蘇省鎮(zhèn)江、常州、無(wú)錫、蘇州,浙江省嘉興、湖州、杭州和上海共 8個(gè)城市的數(shù)據(jù)平均,獲得2005～2014年太湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境各指標(biāo)數(shù)據(jù),代入公式(1)～(5),由圖3確定的各指標(biāo)權(quán)重,計(jì)算得出太湖流域 2005～2014年的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)綜合指數(shù),根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)得到對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí),如圖5所示.

圖5 2005年～2014年水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指數(shù)變化Fig.5 Water environmental carrying capacity evaluation index change in 2005 ～2014

由圖 5可以看出,2005～2014年太湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指數(shù)是逐漸增加,評(píng)價(jià)等級(jí)從Ⅲ級(jí)(一般)轉(zhuǎn)變?yōu)棰蚣?jí)(較強(qiáng)),有明顯的改善,太湖流域近年的治理是有效的.其中指數(shù)跨度最大的是 2006～2008年這段時(shí)間,實(shí)際中,2005和2007年太湖都出現(xiàn)了藍(lán)藻暴發(fā)事件,促使太湖流域管理的加強(qiáng),特別是太湖管理委員會(huì)的成立,加快了太湖流域的治理,促進(jìn)了太湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水環(huán)境的協(xié)調(diào).

3.2.2 各評(píng)價(jià)子系統(tǒng)分析 從各評(píng)價(jià)子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指數(shù)來(lái)看,驅(qū)動(dòng)力子系統(tǒng)明顯呈上升趨勢(shì),影響子系統(tǒng)和管理子系統(tǒng)的指數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)情況,壓力、狀態(tài)和響應(yīng)子系統(tǒng)的指數(shù)均隨年份增長(zhǎng)而處于上升趨勢(shì)(圖6).壓力子系統(tǒng)指數(shù)上升幅度最大,從0.1050上升到0.2384,表明2005～2014年太湖流域?qū)まr(nóng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的承載能力在增強(qiáng).相對(duì)而言,狀態(tài)子系統(tǒng)和響應(yīng)子系統(tǒng)的增長(zhǎng)效率較為緩慢.影響子系統(tǒng)變化不大,而管理子系統(tǒng)指數(shù)在2011年出現(xiàn)最低值,在2008年出現(xiàn)最高值,表明2008年管理力度最大,其余時(shí)間較為平穩(wěn),存在小幅度波動(dòng).

3.2.3 各評(píng)價(jià)子系統(tǒng)內(nèi)指標(biāo)分析 (1)驅(qū)動(dòng)力子系統(tǒng)指標(biāo)(圖7):2005～2014年,其制約因素主要是人均 GDP.由于太湖流域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),人口眾多,人均GDP高出全國(guó)平均水平較多,且近年來(lái)發(fā)展速度很快,該指數(shù)較高,使得整個(gè)驅(qū)動(dòng)力子系統(tǒng)的指數(shù)較高.

圖6 各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指數(shù)Fig.6 Evaluation index of each subsystem

圖7 驅(qū)動(dòng)力子系統(tǒng)指標(biāo)指數(shù)Fig.7 Index value of driving force layer

(2)壓力子系統(tǒng)指標(biāo)(圖8):壓力子系統(tǒng)4個(gè)指標(biāo)中,制約因素主要為單位工業(yè)產(chǎn)值廢水排放量,由于太湖流域的工業(yè)發(fā)達(dá),工業(yè)廢水排放量較多.但從圖上也能明顯看出,單位工業(yè)產(chǎn)值廢水排放量指數(shù)逐年遞減,這 10年的改善較大,繼續(xù)控制下,能達(dá)到較好狀態(tài).相比之下,農(nóng)業(yè)污染指標(biāo)(單位耕地面積化肥施用量)對(duì)壓力子系統(tǒng)指數(shù)的影響稍小.太湖流域人均耕地面積(0.3541±0.0688畝)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國(guó)其他很多地區(qū),因此這一指標(biāo)成為了影響子系統(tǒng)指數(shù)最大的制約因素,且2005～2014年,太湖流域的人均耕地面積不斷減少,逼近最劣值.壓力子系統(tǒng)總指數(shù)上升進(jìn)度最大,可以看出工農(nóng)業(yè)及生活生產(chǎn)對(duì)水環(huán)境的污染強(qiáng)度都是在減小的.

圖8 壓力子系統(tǒng)指標(biāo)指數(shù)Fig.8 Index value of pressure layer

(3)狀態(tài)子系統(tǒng)指標(biāo)(圖9):根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[22]的分級(jí)進(jìn)行分析:高錳酸鹽指數(shù)除了在2009年勉強(qiáng)達(dá)到了地表水Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外,其他幾年均處于Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);氨氮指標(biāo)從2005年的0.44mg/L到2014年的0.16mg/L,處在Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);總磷指標(biāo)幾乎沒有改善,從 2005年的0.08mg/L到 2014年的 0.07mg/L,期間一直在0.06～0.10mg/L之間波動(dòng),屬Ⅳ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);總氮指標(biāo)情況則最為嚴(yán)重,2005～2011年屬于劣Ⅴ類水質(zhì),2012～2014年處于Ⅴ級(jí)狀態(tài).

(4)影響子系統(tǒng)指標(biāo)(圖 10):人均水資源量的評(píng)價(jià)指數(shù)2005～2009年呈上升狀態(tài),處于良好的改善趨勢(shì),但2009～2014年指數(shù)變動(dòng)很大,出現(xiàn)2個(gè)峰值,這表明近年來(lái)太湖流域水資源的情況很不穩(wěn)定.太湖流域浙江省森林覆蓋率位居全國(guó)前列,而江蘇省、上海市的森林覆蓋率較低,因此,應(yīng)該繼續(xù)投入對(duì)自然資源的保護(hù)和綠化的栽培,尤其是江蘇和上海區(qū)域.

圖9 狀態(tài)子系統(tǒng)指標(biāo)指數(shù)Fig.9 Index value of state layer

圖10 影響子系統(tǒng)指標(biāo)指數(shù)Fig.10 Index value of effect layer

(5)響應(yīng)子系統(tǒng)指標(biāo)(圖 11):太湖流域的響應(yīng)指標(biāo)包括污水處理率、廢水治理設(shè)施處理能力和用水普及率,其中起到制約作用的指標(biāo)是廢水治理設(shè)施處理能力,該指標(biāo)指數(shù)在2005～2014年呈上升趨勢(shì).

(6)管理子系統(tǒng)指標(biāo)(圖 12):管理子系統(tǒng)中起主要制約作用的指標(biāo)是環(huán)境污染治理投資占GDP比重,處于不斷波動(dòng)的狀態(tài),雖然國(guó)家重視并投入治理太湖有多年,但太湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展快,投資并沒有隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展而正向變化,因此制約了管理子系統(tǒng)的整體改善.建成區(qū)綠化覆蓋率雖然處于上升趨勢(shì),但改善十分不明顯.在治理太湖流域水環(huán)境的問(wèn)題上,管理措施還有待加強(qiáng).

圖11 響應(yīng)子系統(tǒng)指標(biāo)指數(shù)Fig.11 Index value of response layer

圖12 管理子系統(tǒng)指標(biāo)指數(shù)Fig.12 Index value of management layer

4 結(jié)論

4.1 DPSIRM模型為分析流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與水環(huán)境之間互相影響的關(guān)系搭建了一個(gè)框架,揭示出流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中人、水環(huán)境相互作用的鏈?zhǔn)疥P(guān)系.基于DPSIRM模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有全面、實(shí)用、方便、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn),有效地反映了太湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的水環(huán)境承載能力變化情況,該指標(biāo)體系具有可行性和科學(xué)性,為其他流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)提供一條途徑.

4.2 各子系統(tǒng)的權(quán)重分析表明:壓力子系統(tǒng)指標(biāo)所起作用最為顯著,狀態(tài)子系統(tǒng)指標(biāo)緊隨其后.對(duì)綜合水環(huán)境承載力影響程度最大指標(biāo)中,萬(wàn)元GDP水耗和單位工業(yè)產(chǎn)值廢水排放量都為壓力子系統(tǒng)指標(biāo),表明壓力子系統(tǒng)指標(biāo)所起作用最為顯著.

4.3 從各評(píng)價(jià)子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指數(shù)來(lái)看,驅(qū)動(dòng)力子系統(tǒng)明顯呈上升趨勢(shì),影響子系統(tǒng)和管理子系統(tǒng)的指數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)情況,壓力、狀態(tài)和響應(yīng)子系統(tǒng)的指數(shù)均隨年份增長(zhǎng)而處于上升趨勢(shì).壓力子系統(tǒng)指數(shù)上升幅度最大,表明2005～2014年太湖流域?qū)まr(nóng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的承載能力在增強(qiáng).相對(duì)而言,狀態(tài)和響應(yīng)子系統(tǒng)的增長(zhǎng)效率較為緩慢.影響子系統(tǒng)變化不大,而管理子系統(tǒng)指數(shù)2008年出現(xiàn)最高值,表明 2008年管理力度最大,其余時(shí)間較為平穩(wěn),存在小幅度波動(dòng).

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Study on water environmental carrying capacity evaluation in Taihu lake Basin.

WANG Jia-yang*, ZHAI Qing-wei, GUO Qian, TAO Yun-zhu (College of Resources and Environment, Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610041, China). China Environmental Science, 2017,37(5)：1979～1987

The evaluation index system with three-layer structure had been established for the evaluation of water environmental carrying capacity according to construction of DPSIRM model. The DPSIRM model mainly involved Driving Force (D: population, socio-economic development), Pressure (P: water problems and pollution emissions), State (S: water quality changes), Impact (I: natural ecology, water and soil resources), Response (R: sewage treatment and water penetration) and Management (M: green, investment). Several indexes were chosen from socio-economic, water resources, water quality status, investment management and other aspects. And the variation coefficient method was used to determine the weight of each index in order to calculate the evaluation index of water environment carrying capacity in Taihu Lake Basin from 2005 to 2014 for assessing the effect of social economy on water environment. The results indicated that the economic and environmental carrying capacity of Taihu Lake Basin exhibited a significant improvement from Grade III in 2005 to Grade II in 2014. The Pressure indicator plays the most significant role, followed by State, Drive force, Impact and Response in sequence. The Management indicator has the weakest impact in the six subsystems. During the decade, the Driving force indicator exhibits a clear upward trend; the Impact and Management indicators were in undulation; other indicators such as the Pressure, State and Response increased year by year. The results suggest that the carrying capacity of Taihu Lake Basin on industrial and agricultural economic development is enhanced from 2005 to 2014. Among all evaluation indexes, both water consumption per million yuan GDP and wastewater discharge per unit of industrial output could be attributed to the pressure indicator, indicating that the pressure indicator exhibited a comprehensive impact on water environment evaluation. The DPSIRM model was therefore proved to be practical and feasible for evaluating the water environment carrying capacity of Taihu Lake Basin, and also provided the basis formaking the scientific strategic decision on the planning and integrated management of regional water environment.

DPSIRM model；variation coefficient method；water environment carrying capacity；evaluation；Taihu Lake Basin

X143

A

1000-6923(2017)05-1979-09

汪嘉楊(1980-),女,四川瀘州人,副教授,博士,主要從事環(huán)境規(guī)劃和政策研究.發(fā)表論文50余篇.

2016-10-10

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51209024);國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金資助項(xiàng)目(13BGL009);四川省社科項(xiàng)目(SC15TJ019);四川省教育廳項(xiàng)目(15ZA0192,16ZA0207)

* 責(zé)任作者, 副教授, wjj@cuit.edu.cn