王英剛 鄔松柏 趙傳起 王留鎖

(1.沈陽(yáng)大學(xué)區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110044； 2.遼寧省生態(tài)環(huán)境保護(hù)科技中心，遼寧 沈陽(yáng) 110161)

隨著人口的增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源污染、水生態(tài)受損等水環(huán)境問(wèn)題日益突出，已成為制約人類可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。為了改善水環(huán)境狀況，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量水環(huán)境承載力的研究，建立了不少評(píng)價(jià)方法[1-3]。進(jìn)行水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)首先需要建立指標(biāo)體系[4]。張靜等[5]從社會(huì)經(jīng)濟(jì)、水資源和水生態(tài)3個(gè)方面出發(fā)選定評(píng)價(jià)指標(biāo)。王寒等[6]運(yùn)用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重并進(jìn)行水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)。王志秀等[7]利用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重并進(jìn)行水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)。

本研究在前人的基礎(chǔ)上突出水環(huán)境的生態(tài)功能、環(huán)境要素以及人類活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系，構(gòu)建了基于水資源相關(guān)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)和水污染控制相關(guān)3個(gè)子系統(tǒng)耦合的水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用主觀賦權(quán)的層次分析法和客觀賦權(quán)的熵值法組合方法對(duì)指標(biāo)賦權(quán)，并應(yīng)用于遼寧鐵嶺各縣(市、區(qū))的2012—2016年水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)，為鐵嶺制定水環(huán)境保護(hù)政策提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 指標(biāo)體系

水資源相關(guān)子系統(tǒng)指標(biāo)包括產(chǎn)水模數(shù)、全年降水量、生活用水定額、人均水資源量、農(nóng)業(yè)用水耗水率。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)子系統(tǒng)指標(biāo)包括人口密度、人均GDP、城鎮(zhèn)居民可支配收入、工業(yè)GDP增長(zhǎng)率、第三產(chǎn)業(yè)比重。

水污染控制相關(guān)子系統(tǒng)指標(biāo)包括工業(yè)廢水重復(fù)利用率、工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值用水量、工業(yè)萬(wàn)元GDP廢水排放總量、城鎮(zhèn)生活污水排放量、工業(yè)萬(wàn)元GDP化學(xué)需氧量排放強(qiáng)度。

為了消除評(píng)價(jià)指標(biāo)間的量綱差別，實(shí)現(xiàn)不同指標(biāo)間的可比性，對(duì)各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，使其結(jié)果處于0～1。常用的數(shù)據(jù)歸一化處理方法有線性標(biāo)準(zhǔn)化法和離差標(biāo)準(zhǔn)化法，由于工業(yè)GDP增長(zhǎng)率等數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)負(fù)值，因此選用離差標(biāo)準(zhǔn)化法進(jìn)行歸一化處理，正向指標(biāo)的歸一化公式見(jiàn)式(1)，負(fù)向指標(biāo)的歸一化公式見(jiàn)式(2)。

(1)

(2)

式中：Eij’為j年i指標(biāo)的歸一化值；Eij為j年i指標(biāo)的原始值；Emin和Emax分別為i指標(biāo)的最小值和最大值。單位根據(jù)實(shí)際情況而定。

1.2 指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源

社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)子系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于2012—2016年的鐵嶺統(tǒng)計(jì)年鑒；水資源相關(guān)子系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于2012—2016年的鐵嶺水資源公報(bào)；水污染控制相關(guān)子系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)據(jù)中的工業(yè)廢水重復(fù)利用率主要來(lái)源于2012—2016年的鐵嶺水資源公報(bào)，部分缺失數(shù)據(jù)由各縣(市、區(qū))工業(yè)企業(yè)排放口的環(huán)保部門監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)補(bǔ)足，工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值用水量由2012—2016年的鐵嶺水資源公報(bào)中的工業(yè)用水量與鐵嶺國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)中的工業(yè)產(chǎn)值計(jì)算得出，工業(yè)萬(wàn)元GDP廢水排放總量、工業(yè)萬(wàn)元GDP化學(xué)需氧量排放強(qiáng)度來(lái)源于2012—2016年的鐵嶺統(tǒng)計(jì)年鑒，城鎮(zhèn)生活污水排放量來(lái)源于2012—2016年的鐵嶺水資源公報(bào)。以2012年的消費(fèi)者物價(jià)指數(shù)為100，對(duì)人均GDP、工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值用水量進(jìn)行價(jià)格影響消除的處理。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重確定

按照權(quán)重產(chǎn)生方法的不同，指標(biāo)賦權(quán)分為主觀賦權(quán)和客觀賦權(quán)兩大類[8]。本研究綜合利用主觀賦權(quán)的層次分析法[9]和客觀賦權(quán)的熵值法[10]分別計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。然后利用式(3)進(jìn)行組合賦權(quán)[11]。指標(biāo)體系及賦權(quán)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 指標(biāo)體系及權(quán)重

(3)

式中：Ci、Wi和Si分別為指標(biāo)i的組合權(quán)重、層次分析法權(quán)重和熵值法權(quán)重。

水環(huán)境承載力等級(jí)劃分目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，本研究參考文獻(xiàn)[12]將水環(huán)境承載力等級(jí)劃分為5個(gè)等級(jí)：0～0.2為不可承載狀態(tài)，>0.2～0.4為嚴(yán)重超載狀態(tài)，>0.4～0.6為中度超載狀態(tài)，>0.6～0.8為輕度超載狀態(tài)，>0.8為可承載狀態(tài)，其中小于等于0.8都為超載狀態(tài)。

1.3.2 水環(huán)境承載力計(jì)算

參考陳林華等[13]采用的加權(quán)疊加法計(jì)算水環(huán)境承載力，計(jì)算公式見(jiàn)式(4)。

(4)

式中：Aj為j年的水環(huán)境承載力。

2 結(jié)果與討論

2.1 水環(huán)境承載力的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

2012—2016年遼寧鐵嶺7個(gè)縣(市、區(qū))及鐵嶺全市的水環(huán)境承載力見(jiàn)表2，等級(jí)劃分結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 鐵嶺的水環(huán)境承載力

表3 鐵嶺的水環(huán)境承載力等級(jí)

2012—2016年，鐵嶺全市及各縣(市、區(qū))的水環(huán)境承載力變化趨勢(shì)大致相同，大都處于中度超載狀態(tài)或嚴(yán)重超載狀態(tài)，呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)。2012、2013年，水環(huán)境承載力還較好，沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重超載狀態(tài)的縣(市、區(qū))，有些縣(市、區(qū))還只是處于輕度超載狀態(tài)。受2014年大旱和降雨量驟減的影響，水環(huán)境污染加劇，各縣(市、區(qū))的水環(huán)境承載力都有下降，全部都處于中度超載狀態(tài)。2015年各縣(市、區(qū))的產(chǎn)水模數(shù)又變小，人均水資源量也減少，而城鎮(zhèn)生活污水排放量、工業(yè)萬(wàn)元GDP廢水排放總量和工業(yè)萬(wàn)元GDP化學(xué)需氧量排放強(qiáng)度增加，導(dǎo)致大多數(shù)縣(市、區(qū))的水環(huán)境承載力進(jìn)一步下降，其中昌圖、開(kāi)原的水環(huán)境承載力分別降到了0.273 6、0.389 5，屬于嚴(yán)重超載狀態(tài)。2016年全年降水量和人均水資源量增加，工業(yè)GDP增長(zhǎng)率提高，鐵嶺全市的水環(huán)境承載力又出現(xiàn)好轉(zhuǎn)的跡象，恢復(fù)到了中度超載狀態(tài)，但還是低于2012、2013年的水平。

2.2 水環(huán)境承載力的子系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果

由表4可以看出，2012—2016年鐵嶺全市水資源相關(guān)子系統(tǒng)和水污染控制相關(guān)子系統(tǒng)的承載力變化與綜合評(píng)價(jià)結(jié)果比較一致，都是2012、2013年較好，2014、2015年下降，2015年降到最低，2016年得以恢復(fù)，由此也可以看出水資源相關(guān)子系統(tǒng)與水污染控制相關(guān)子系統(tǒng)具有相互影響的內(nèi)在聯(lián)系。社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)子系統(tǒng)不同，其2015年的承載力比2013、2014年高，主要受經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型過(guò)程中第三產(chǎn)業(yè)比重增加和工業(yè)GDP增長(zhǎng)率回升的影響。因此，鐵嶺的水環(huán)境承載力主要與水資源相關(guān)子系統(tǒng)和水污染控制相關(guān)子系統(tǒng)相關(guān)，前已述及，產(chǎn)水模數(shù)變小，人均水資源量減少，城鎮(zhèn)生活污水排放量、工業(yè)萬(wàn)元GDP廢水排放總量和工業(yè)萬(wàn)元GDP化學(xué)需氧量排放強(qiáng)度增加，是2015年水環(huán)境承載力較低的重要原因。

表4 各子系統(tǒng)的水環(huán)境承載力

3 結(jié)論與建議

基于水資源相關(guān)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)和水污染控制相關(guān)3個(gè)子系統(tǒng)耦合的水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)鐵嶺的水環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，鐵嶺全市及各縣(市、區(qū))2012—2016年水環(huán)境承載力變化趨勢(shì)大致相同，大都處于中度超載狀態(tài)或嚴(yán)重超載狀態(tài)，呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)。分析子系統(tǒng)的承載力發(fā)現(xiàn)，鐵嶺的水環(huán)境承載力主要與水資源相關(guān)子系統(tǒng)和水污染控制相關(guān)子系統(tǒng)相關(guān)。

對(duì)于提高鐵嶺的水環(huán)境承載力提出以下幾個(gè)方面的建議：(1)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，節(jié)約用水，提高工業(yè)和農(nóng)業(yè)的用水效率，保護(hù)水資源；(2)明確當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)，優(yōu)化布局，在推進(jìn)第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)形成系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈，加快社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型；(3)加強(qiáng)污水治理，確保達(dá)標(biāo)排放，從源頭上減少污染物排放；(4)提高自然水體的納污能力，建設(shè)生態(tài)補(bǔ)水控制性工程、生態(tài)濕地長(zhǎng)廊工程等。