何艷虎，郭紅江，譚 倩,潘煒杰，陳淑英

(1.廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境生態(tài)工程研究院，廣東 廣州 510006；2.廣東省流域水環(huán)境治理與水生態(tài)修復(fù)重點實驗室，廣東 廣州 510006)

伴隨著我國區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的逐步實施，經(jīng)濟社會發(fā)展與資源環(huán)境保護之間的矛盾日益凸顯，高強度人類活動驅(qū)動下引發(fā)的流域水資源枯竭、水環(huán)境污染與水生態(tài)退化現(xiàn)象層出不窮。且由于各地區(qū)資源稟賦、地理區(qū)位和發(fā)展階段的不同，體現(xiàn)出較為明顯的空間差異性，客觀上阻礙了我國經(jīng)濟社會的均衡協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。近年來，伴隨生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略和河(湖)長制的實施，我國涉水問題的生態(tài)空間管控的相關(guān)研究也迅速發(fā)展并取得許多成果[1-4]，在水生態(tài)空間管控指標(biāo)體系[5-8]、流域生態(tài)保護紅線及生態(tài)空間劃分方法[9-13]、水生態(tài)空間管控策略[14-16]等關(guān)于水生態(tài)空間管控的理論與實證方面的研究逐步深入。流域水生態(tài)空間功能與管控分類是基于人類經(jīng)濟社會活動對水生態(tài)空間的功能需求而進行的[17]，需要統(tǒng)籌考慮流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)承載力問題，而流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)承載力一般在空間上又表現(xiàn)出顯著差異性[18-24]。此外，流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能相輔相成，相互制約，密不可分。例如，水環(huán)境是水資源利用消耗產(chǎn)生的各種污染物的最終歸宿，其不只與水有關(guān)，而是一個與水資源、水生生物和污染密切相關(guān)的綜合體，水環(huán)境變化直接影響著水生生物的生存與繁衍[12]。本文在分析流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能強弱空間分異的基礎(chǔ)上，借鑒景觀生態(tài)學(xué)中景觀功能交互作用[25-26]的研究成果，定量分析流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能間的交互作用，依各涉水功能間的互動關(guān)系實際確定其交互作用類型是沖突、協(xié)同還是兼容，綜合識別出流域顯著的水問題類型，進而提出相應(yīng)的水問題管控策略，以提升流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)承載力，保障流域水安全。

1 研究區(qū)概況

廣東省東江流域位于我國華南濕潤區(qū)，流域內(nèi)的深圳、廣州、東莞、惠州等城市是粵港澳大灣區(qū)的重要組成部分，還承擔(dān)著向灣區(qū)核心城市香港供水的重任，在我國經(jīng)濟社會發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位。東江發(fā)源于江西省尋烏縣椏髻缽山，自東北向西南注入珠江口，是下游城市深圳和香港的主要供水水源[27]。東江流域面積35 340 km2，廣東省境內(nèi)為31 840 km2，流經(jīng)梅州、河源、韶關(guān)、惠州、東莞，以及廣州和深圳等粵港澳大灣區(qū)核心城市(圖1)。沿江各地市1990年以來經(jīng)濟社會發(fā)展迅速，人口集聚，河道外生產(chǎn)和生活需(用)水增長迅猛，廢污水排放量大，流域面臨著水資源短缺、水環(huán)境污染與水生態(tài)退化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

圖1 廣東省東江流域概況

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來源于廣東省東江流域內(nèi)廣州(增城)、深圳、東莞、惠州(惠州市區(qū)、龍門、博羅、惠東、惠陽)、韶關(guān)(新豐)、河源等地市統(tǒng)計年鑒、環(huán)境狀況公報和水資源公報等資料，整理得到2017年各地區(qū)原始指標(biāo)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

鑒于流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能是保障流域經(jīng)濟發(fā)展功能和生態(tài)服務(wù)功能的重要成分，且流域內(nèi)各地區(qū)水資源稟賦、經(jīng)濟社會發(fā)展水平和地理區(qū)位不盡相同，水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能強弱在空間上存在客觀差異性。因此，本文以廣東省東江流域10個行政區(qū)為研究單元，基于保障有效水資源供給、維持良好水環(huán)境質(zhì)量與提升完整水生態(tài)功能的價值取向和目標(biāo)定位，從水資源、水環(huán)境與水生態(tài)3個方面，進行流域各地區(qū)水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能評價，評價體系見圖2(圖中括號內(nèi)數(shù)字為指標(biāo)權(quán)重)。

圖2 流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能評價指標(biāo)體系

由圖2可見，流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能相輔相成，密不可分。水資源有效供給能力的提升在保證河道外生產(chǎn)生活用水、促進經(jīng)濟社會發(fā)展的同時，也帶來了大量廢污水排放，有可能造成水環(huán)境污染。但另一方面，經(jīng)濟社會發(fā)展水平的提升也增強了人民群眾對水環(huán)境質(zhì)量提升的需求，提供了水污染防治的技術(shù)資金保障。水資源的有效供給與水環(huán)境質(zhì)量提升為水生態(tài)修復(fù)及其功能完善提供了基礎(chǔ)，水資源供給結(jié)構(gòu)的變化(如生產(chǎn)生活用水搶占生態(tài)用水等)則有可能導(dǎo)致水生態(tài)功能的進一步退化。因此，需要基于上述流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能的空間格局，研究它們的相互作用類型，進而識別出流域各地區(qū)顯著的水問題類型。

流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能的計算涉及多項指標(biāo)，各指標(biāo)單位不同，為消除單位量綱的影響，運用極值法對原始指標(biāo)數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用熵值法[28]計算指標(biāo)權(quán)重并乘以各指標(biāo)的歸一化值得到各指標(biāo)的評價值，分別將各個功能的指標(biāo)評價值相加進而得到各功能的評價值，并通過ArcGIS進行空間可視化處理。運用自然間斷點分級法[29]依據(jù)評價值的大小將水資源、水環(huán)境和水生態(tài)3類承載力由高到低劃分為優(yōu)、良、中、較差和差5個等級。

水資源、水環(huán)境與水生態(tài)3類涉水功能空間可視化的結(jié)果一定程度上可以反映出功能間的交互作用。流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能間的交互作用是指流域一種涉水功能對其他涉水功能的影響，可以分為3類：沖突、協(xié)同和兼容。沖突是指兩種功能間存在競爭關(guān)系，一種功能增強另一種功能則相應(yīng)減弱；協(xié)同是指兩種功能間可以相互增強；兼容是指兩種功能共存時不會減弱或增強彼此的功能。由于數(shù)據(jù)分布存在不滿足正態(tài)分布的情況，故本文采用Spearman等級相關(guān)系數(shù)[30]定量描述流域涉水功能間的交互作用。

3 結(jié)果與分析

3.1 評價等級空間格局

流域水資源、水環(huán)境和水生態(tài)功能的強弱可由相應(yīng)的評價等級來表征。廣東省東江流域水資源、水環(huán)境和水生態(tài)功能評價等級結(jié)果見表1。由表1可以看出，水資源功能評價等級差的地方是新豐，較差的是增城和惠州市區(qū)；新豐地區(qū)多山地，水資源量少且需水量較大，這樣的矛盾使得該地水資源問題尤為突出；增城位于廣州市轄區(qū)范圍，地理位置上和東莞相鄰，西南方向靠近珠江口，人口聚集，且只有部分支流流經(jīng)該地，水資源量較少，但其人均生活用水量卻很高，水資源壓力較大；惠州市區(qū)水資源量最少，但其生活和工業(yè)用水量較大，水資源問題也比較突出。東莞、博羅、龍門和惠陽4地客觀上存在水資源稟賦、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟社會發(fā)展水平的差異，水資源功能評價等級為中等；東莞位于流域下游，東江干流穿過，水資源較為豐富，境內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)達，人口聚集，人均生活用水量大，但其工業(yè)用水效率較高；龍門境內(nèi)河流較少，與博羅生活用水量相似，但龍門多山地，工業(yè)用水量較低；惠陽人均生活用水量和龍門以及博羅相近，但是萬元工業(yè)增加值用水量比龍門高比博羅低，單位GDP用水量遠小于龍門。深圳和惠東的水資源功能評價等級為良；深圳人口密集，生活用水量大，但其發(fā)展是以高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)為主，工業(yè)用水效率高；惠東多山地，人口少，水資源量較豐富，萬元工業(yè)增加值用水量也不高，單位GDP用水量處于中等水平。河源市區(qū)位于流域上游，多山地，城鄉(xiāng)建設(shè)用地少，人口基數(shù)小，生活用水量低，且水資源總量豐富，水資源功能評價等級為優(yōu)。

由表1可見，惠州市區(qū)的水環(huán)境功能評價等級為差，惠州市區(qū)面積相對較小，人口比較集中，萬元工業(yè)增加值廢水排放量為所有地區(qū)中最高，生活污水和工業(yè)廢水排放量較大，水環(huán)境問題尤為突出。水環(huán)境功能評價等級為較差的是博羅、龍門、惠東和河源市區(qū)，不難發(fā)現(xiàn)這幾個地區(qū)城鎮(zhèn)建成區(qū)面積和人口密度較小；博羅、龍門和惠東3地城市生活污水處理效率一般，萬元工業(yè)增加值廢水排放量略高，工業(yè)廢水排放量較大；河源市區(qū)生活污水排放量較少，但萬元工業(yè)增加值廢水排放量很高，尤其是市區(qū)工業(yè)廢水排放量大。東莞人口密度大，工業(yè)發(fā)達，大小企業(yè)集聚，雖然其生活污水和工業(yè)廢水排放量大，但已投入大量資金來治理環(huán)境尤其是水環(huán)境問題，污水處理效率高，水功能區(qū)的水質(zhì)狀況已得到明顯改善，水環(huán)境功能評價等級為中等。水環(huán)境功能評價等級為良的地區(qū)是增城，雖然其萬元工業(yè)增加值廢水排放量較大，但有著較低的生活污水排放量和較高的城市生活污水處理效率，水環(huán)境整體狀況較好。水環(huán)境功能評價等級為優(yōu)的地區(qū)是深圳和新豐；深圳雖然有著高密度的人口及龐大的廢污水排放量，但憑借其雄厚的經(jīng)濟實力，污水處理率最高，而且其以高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)為主，對環(huán)境影響較?。恍仑S人口少、經(jīng)濟發(fā)展水平一般，且多林地，城市建成區(qū)面積小，生活污水和工業(yè)廢水排放量也很小，水環(huán)境質(zhì)量好。

表1 廣東省東江流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能評價結(jié)果

由表1可見，東江流域水生態(tài)功能評價等級最差的是東莞，較差的是深圳和增城；不難發(fā)現(xiàn)這3個地區(qū)均為人口聚集區(qū)，東莞城鎮(zhèn)建設(shè)面積比較大，且城鎮(zhèn)建設(shè)不斷向周圍擴張，全市森林覆蓋率較低，僅靠近深圳的部分林區(qū)比較集中；深圳森林覆蓋率要略高于東莞，但由于人口規(guī)模龐大且高度聚集，產(chǎn)業(yè)發(fā)達，大量排放的生產(chǎn)生活廢水、垃圾使其水功能區(qū)的水質(zhì)問題依舊十分嚴(yán)峻；增城位于廣州城區(qū)邊緣地帶，近年來承接了大量產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，高速發(fā)展帶來的污染使其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不斷惡化，水功能區(qū)的水質(zhì)狀況不容樂觀。水生態(tài)功能評價等級為中等的地區(qū)有博羅、惠州市區(qū)、惠陽和河源；從地理位置上看，這幾個地區(qū)主要位于東江流域的中游和上游，人口相對較少，且森林覆蓋率較前幾個地區(qū)高?；輺|瀕臨南海，區(qū)域內(nèi)人口主要集中在西部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)，東部地區(qū)多林地，森林覆蓋率較高，生態(tài)環(huán)境用水量較低，水生態(tài)功能評價等級為良。龍門和新豐森林覆蓋率最高，轄區(qū)內(nèi)無大面積的城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)，水功能區(qū)的水質(zhì)較好，水生態(tài)功能評價等級為優(yōu)。

3.2 水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能交互作用

表2為東江流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能評價指數(shù)的Spearman相關(guān)系數(shù)，可以看出它們之間不存在明顯的相關(guān)關(guān)系。其中，水資源與水生態(tài)為負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.055，說明二者相關(guān)性很小，這與表1中結(jié)果一致，如，新豐的水資源功能評價等級為差，而水生態(tài)功能評價等級為優(yōu)，惠州市區(qū)的水資源評價等級為較差，但水生態(tài)評價等級為中等。水資源與水環(huán)境也為不顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.200，如，新豐水資源功能評價等級差，而水環(huán)境功能評價等級卻為優(yōu)，河源市區(qū)水資源功能評價等級為優(yōu)而水環(huán)境功能評價等級卻為較差。水生態(tài)與水環(huán)境相關(guān)系數(shù)為-0.224，同樣也存在不顯著的負(fù)相關(guān)性，如，河源市區(qū)和博羅的水環(huán)境功能評價等級較差，其水生態(tài)功能評價等級為中等。另外，新豐和惠陽的水生態(tài)以及水環(huán)境功能評價等級也未呈現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。由表2可知，3個涉水功能間相關(guān)系數(shù)為負(fù)，說明其不存在協(xié)同作用；雖然3個涉水功能間相關(guān)系數(shù)為負(fù)值，但在α=0.05的顯著性水平上不存在相關(guān)性，所以三者間并不存在沖突作用。因此，廣東省東江流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能三者之間無顯著相關(guān)性，交互作用類型為兼容。

表2 水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能評價指數(shù)Spearman相關(guān)系數(shù)

3.3 顯著水問題類型識別

根據(jù)優(yōu)勢功能的劃分方法，即某類功能的指標(biāo)評價值大于該類功能均值加0.5倍標(biāo)準(zhǔn)差則為優(yōu)勢功能[31]，結(jié)合流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能間的交互作用類型，本文最終將廣東省東江流域各地區(qū)劃分為6種涉水問題顯著類型。每一種涉水問題顯著類型即代表在某一地區(qū)內(nèi)該類涉水功能相對于另外一種或者兩種來說較弱，而非顯著型表示該區(qū)域的3種涉水功能較為均衡，處于中游水平。

a.水資源問題顯著型。屬于該類型的地區(qū)為新豐，新豐屬于典型的山區(qū)縣，和其他地區(qū)相比，新豐水資源總量少且萬元工業(yè)增加值用水量和單位GDP用水量較大，造成新豐地區(qū)水資源短缺，與其水生態(tài)和水環(huán)境情況相比，新豐的水資源承載能力較弱，所以應(yīng)注重節(jié)約用水同時減少非必要的水資源輸出。

b.水環(huán)境問題顯著型。屬于該類型地區(qū)為惠東，惠東瀕臨南海，是一個沿海山區(qū)縣，森林覆蓋率較好，東江的支流、西枝江流經(jīng)該境，水資源狀況良好，用水量相對較少。制鞋業(yè)為惠東的支柱型產(chǎn)業(yè)，包括制鞋業(yè)在內(nèi)的制造業(yè)的發(fā)展使得惠東地區(qū)產(chǎn)生了一定程度的工業(yè)廢水，污水處理效率相對較低而生活污水排放量又相對較高，和其水資源和水生態(tài)狀況相比，水環(huán)境問題較為突出?；輺|作為沿?？h區(qū)，可適當(dāng)加大海產(chǎn)品服務(wù)業(yè)，降低制造業(yè)規(guī)模，充分發(fā)揮其地理位置優(yōu)勢作用，改善水環(huán)境現(xiàn)狀。

c.水生態(tài)問題顯著型。屬于該類型的地區(qū)為深圳，和其他幾個地區(qū)相比，深圳經(jīng)濟發(fā)達、人口密集，城市化進程快，建設(shè)用地不斷向周圍擴張，其森林覆蓋率處于較低水平。此外，深圳以高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展為主，傳統(tǒng)的對環(huán)境污染影響較大的工業(yè)企業(yè)發(fā)展在深圳受到限制，其工業(yè)用水量遠小于其他地區(qū)，由工業(yè)生產(chǎn)帶來的水環(huán)境污染問題相較于其他地區(qū)并不是很嚴(yán)重，但深圳眾多的人口使得其生活污水排放量居高不下，雖然全市加大水污染治理投資，但是目前形勢依舊十分嚴(yán)峻，水功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo)率低，進而造成突出的水生態(tài)問題。因此，合理控制水資源消耗，提高人們的節(jié)水和環(huán)保意識將有助于深圳的水生態(tài)文明建設(shè)。

d.水資源-水環(huán)境問題顯著型。屬于該類型的地區(qū)為龍門，龍門屬于典型的多山地區(qū)，森林覆蓋率較高，水資源量一般，水質(zhì)狀況相對較好，但是其單位GDP用水量較高，工業(yè)廢水排放量較大，并且污水處理效率相對較低，綜合三者情況來看，龍門地區(qū)水資源和水環(huán)境問題比較突出，短期內(nèi)可通過引流或者降低水資源消耗量來改善水資源供給現(xiàn)狀，同時控制生活污水和工業(yè)廢水的排放量并加大污水處理效率，以此來改善水資源與水環(huán)境問題。

e.水生態(tài)-水環(huán)境問題顯著型。屬于該類型地區(qū)為河源市區(qū)，河源市區(qū)地處東江中上游，面積較大，三大河流(東江、北江、韓江)貫穿境內(nèi)，水資源總量豐富，生態(tài)環(huán)境用水量相對較大。河源市區(qū)多山區(qū)，人口密度相對較小，但城市生活污水處理率較低，且由于其境內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，工業(yè)用水量和工業(yè)廢水排放量很大，因此導(dǎo)致其水質(zhì)狀況較差，水功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo)率低。因此，相對于水資源來說，河源市區(qū)水生態(tài)和水環(huán)境問題比較突出，未來需要降低工業(yè)廢水排放量，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高用水效率和污水處理率，以改善其水生態(tài)和水環(huán)境問題。

f.非顯著型：屬于該類型的地區(qū)共有5個，分別為增城、東莞、博羅、惠州市區(qū)和惠陽，在空間上分布較為集中，同時也是人口聚集區(qū)，水資源、水生態(tài)與水環(huán)境問題均不突出。這些地區(qū)水資源總量不多，但是由于人口稠密，產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達，生活和工業(yè)用水量較大。相對來講，東莞水功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo)率較低，需加大污水處置力度和水環(huán)境治理投資；增城本地水資源量偏低，需增加供水安全保障體系建設(shè)，持續(xù)推進節(jié)約用水；博羅單位GDP用水量較高，需進一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高用水效率；惠州市區(qū)萬元工業(yè)增加值廢水排放量為流域各地市最高，需持續(xù)推進節(jié)能減排，在提高用水效率的同時，配套完善污水處理設(shè)施，降低可能帶來的水環(huán)境問題的風(fēng)險。

4 結(jié) 論

a.廣東省東江流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能空間格局呈顯著差異性。水資源功能的優(yōu)良等級主要分布在河源、惠東等流域的東北片區(qū)；水環(huán)境功能為優(yōu)良等級的片區(qū)分布較散，主要分布在新豐、增城和深圳等地；水生態(tài)功能的優(yōu)良等級主要分布在流域中游的新豐、龍門片區(qū)。

b.水資源與水環(huán)境、水生態(tài)功能呈現(xiàn)不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，三者的交互作用類型為兼容。

c.基于流域水資源、水環(huán)境與水生態(tài)功能狀態(tài)和功能間的交互作用類型識別，將東江流域各地區(qū)劃分為6種涉水問題顯著類型：水資源問題顯著型、水環(huán)境問題顯著型、水生態(tài)問題顯著型、水資源-水環(huán)境問題顯著型、水生態(tài)-水環(huán)境問題顯著型和非顯著型。