王若冰

（伊科凱爾碳減排有限責(zé)任公司，澳大利亞 布雷賽德市 3195）

水環(huán)境承載力，指在某一時(shí)期、某種狀態(tài)下，某一區(qū)域或流域水環(huán)境對(duì)人口、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的支持能力[1]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和發(fā)展，水環(huán)境承載力的理論研究和方法應(yīng)用得到了不斷地豐富和完善，研究成果已廣泛應(yīng)用于各地的戰(zhàn)略規(guī)劃、政策和計(jì)劃的制定。黨的十八屆三中全會(huì)審議通過(guò)的《中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問(wèn)題的決定》，提出建立資源環(huán)境承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制，對(duì)水土資源、環(huán)境容量超載區(qū)域?qū)嵭邢拗菩源胧?，以期?shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的良性循環(huán)。隨后，由中共中央辦公廳 國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于建立資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警長(zhǎng)效機(jī)制的若干意見(jiàn)》中進(jìn)一步將承載力預(yù)警工作推向規(guī)范化、常態(tài)化和制度化。隨著《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》提出“建立水環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)體系，實(shí)行承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警”的要求，“十三五”期間，水環(huán)境承載力的內(nèi)涵在水生態(tài)和水環(huán)境容量的基礎(chǔ)上得以擴(kuò)展和延伸，基于水資源-水環(huán)境-水生態(tài)的“三水”復(fù)合評(píng)價(jià)體系被正式提出[2]，并開(kāi)始應(yīng)用于流域水環(huán)境承載力的評(píng)估、預(yù)警工作。

遼河流域?yàn)槿彼畢^(qū)域，水資源分配極不平衡，由于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)升級(jí)轉(zhuǎn)型和人民生活質(zhì)量提高，水資源消耗量巨大，環(huán)境資源約束與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展矛盾顯著，水資源、水生態(tài)承載能力不足，流域水污染防治形勢(shì)依然嚴(yán)峻[3?5]。目前，承載力的研究多集中在城市、區(qū)域或者大尺度的流域?qū)用妫劢乖诳刂茊卧刃〕叨攘饔虻某休d力評(píng)估、預(yù)警則較少涉及[6?9]。因此，如何構(gòu)建基于小尺度流域的承載力評(píng)估預(yù)警體系，使其具有代表性和適用性，是推廣水環(huán)境承載力亟待解決的問(wèn)題之一。

本研究選取遼河流域典型的優(yōu)先控制單元——亮子河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，開(kāi)展水環(huán)境承載力評(píng)估預(yù)警研究，并以此作為“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”的重要依據(jù)之一，促進(jìn)控制單元污染減排、產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境保護(hù)協(xié)同發(fā)展，為整個(gè)遼河流域的水環(huán)境承載力評(píng)估預(yù)警提供支撐，進(jìn)而推廣到國(guó)內(nèi)其他類似流域。

1 資料與評(píng)價(jià)方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所涉及到的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2012～2018年的《鐵嶺市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《鐵嶺市水資源公報(bào)》、鐵嶺市環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及《遼寧省水污染防治工作方案》、《關(guān)于建立資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警長(zhǎng)效機(jī)制的若干意見(jiàn)》等文件。

1.2 亮子河流域概況

亮子河屬于遼河一級(jí)支流，發(fā)源于昌圖縣，經(jīng)開(kāi)原市慶云鎮(zhèn)后匯入遼河，全長(zhǎng)114 km。亮子河流域是我國(guó)北方的畜禽污染嚴(yán)重、水生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞的典型地區(qū)。流域內(nèi)污染源包括城鎮(zhèn)生活污染、工業(yè)污染、畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染和農(nóng)業(yè)面源污染等，致使河流水質(zhì)變差，2014和2015年連續(xù)2年為劣V類水質(zhì)。根據(jù)鐵嶺市環(huán)境質(zhì)量公報(bào)以及地方環(huán)保局所提供的環(huán)統(tǒng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出流域內(nèi)的COD和氨氮等廢水污染物的排放情況。亮子河流域內(nèi)近年來(lái)污染物和水資源量的變化情況，見(jiàn)圖1。

圖1 亮子河流域污染物排放及水資源量

圖1可知，流域內(nèi)COD和氨氮的排放總量逐年降低，2018年有所反彈；生活源COD和氨氮的變化不大，但工業(yè)源COD和氨氮排放量明顯降低；農(nóng)村及城鎮(zhèn)生活污染源所占比重較大，工業(yè)污染源所占比重較小，這與重污染企業(yè)的關(guān)停、污染治理水平的提高密切相關(guān)。廢水排放量呈逐年上升的趨勢(shì)，2015年達(dá)到峰值。2014年，水資源總量大幅下降54.23%，加劇了流域內(nèi)水資源短缺的現(xiàn)狀。雖然COD和氨氮排放總量略有下降，但以生活源為主的污染物排放量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源污染仍未得到有效遏制，流域水污染防治形勢(shì)依然十分嚴(yán)峻。

1.3 研究方法

采用加權(quán)求和的向量模法計(jì)算水環(huán)境承載力[10]，見(jiàn)式（1）。

水環(huán)境承載力的數(shù)值越接近1，表明承載力狀態(tài)越好。指標(biāo)權(quán)重是指標(biāo)在評(píng)價(jià)過(guò)程中不同重要程度的反映，根據(jù)權(quán)重的計(jì)算方法，可分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩大類。主觀賦權(quán)法由專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行主觀判斷而得到權(quán)重，該方法易受到評(píng)價(jià)者個(gè)人主觀制約，不能夠真實(shí)可靠的體現(xiàn)出客觀性?？陀^賦權(quán)法是根據(jù)指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系或各指標(biāo)的變異系數(shù)來(lái)確定權(quán)重，以數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，能夠減少主觀性帶來(lái)的制約，但對(duì)于異常的數(shù)據(jù)較敏感，也存在著某些不足。本研究采用主觀與客觀相結(jié)合的方法，對(duì)層次分析法和熵值法得到的權(quán)重進(jìn)行1:1的比例分配，進(jìn)而確定全局權(quán)重[1,10?11]。

1.4 預(yù)警等級(jí)的判定

依據(jù)《關(guān)于建立資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警長(zhǎng)效機(jī)制的若干意見(jiàn)》，按照“三級(jí)五色法”對(duì)亮子河流域的承載力進(jìn)行評(píng)估預(yù)警，即：超載、臨界超載、不超載3個(gè)等級(jí)，預(yù)警等級(jí)從高到低依次為紅色、橙色、黃色、藍(lán)色和綠色5種顏色。結(jié)合承載力的計(jì)算結(jié)果，確定水環(huán)境承載預(yù)警劃分標(biāo)準(zhǔn)和信號(hào)顏色。

（1）承載力數(shù)值介于 [0, 0.20)：超載-巨警，表明水環(huán)境承載力供需矛盾特別突出，生態(tài)、資源破壞嚴(yán)重，水環(huán)境系統(tǒng)功能喪失，難以自然恢復(fù)，資源環(huán)境約束對(duì)流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重限制，以紅色示警。

（2）承載力數(shù)值介于 [0.20, 0.40)：超載-重警，表明水體環(huán)境受到明顯破壞，流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)困難較大，水資源、水環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會(huì)關(guān)系失衡，對(duì)流域可持續(xù)發(fā)展具有明顯限制，以橙色示警。

（3）承載力數(shù)值介于 [0.40, 0.60)：臨界超載-中警，表明流域內(nèi)水環(huán)境受到較大破壞，生態(tài)系統(tǒng)功能受較大影響，水資源、水環(huán)境對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的約束較為明顯，對(duì)流域可持續(xù)發(fā)展具有一定影響，以黃色示警。

（4）承載力數(shù)值介于 [0.60, 0.80)：臨界超載-輕警，表明水環(huán)境承載力受到一定破壞，流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)受一定影響但可以維持功能性，水資源、水環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展面臨一定威脅，以藍(lán)色示警。

（5）承載力數(shù)值介于 [0.80, 1.00]：不超載-無(wú)警，表明水環(huán)境受到破壞程度較輕，或基本未受破壞，流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)功能完整，污染現(xiàn)象較少或得到控制和預(yù)防，水資源、水環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系較為協(xié)調(diào)，以綠色示警。

2 結(jié)果與分析

2.1 指標(biāo)體系與權(quán)重

流域水環(huán)境承載能力受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、水資源情況、水污染治理和水生態(tài)環(huán)境等多種因素的影響，是這些因素彼此聯(lián)系、彼此制約和彼此耦合的結(jié)果?；谒Y源-水環(huán)境-水生態(tài)的“三水”復(fù)合評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建了亮子河流域水環(huán)境承載力指標(biāo)體系，該指標(biāo)體系由“水環(huán)境、水生態(tài)、水資源承載力”3個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，下設(shè)15個(gè)評(píng)估指標(biāo)[2]。指標(biāo)體系及其定義、權(quán)重，見(jiàn)表1。

表1 水環(huán)境承載力指標(biāo)體系的構(gòu)成及權(quán)重

利用污染物的現(xiàn)狀入河量與環(huán)境容量的比值，環(huán)境容量利用率，來(lái)反映流域內(nèi)污染物的納污能力與可污染控制能力。水、氣和土壤等自然環(huán)境都有承受污染物的最高限值，如果污染物存在的數(shù)量超過(guò)最大容納量（環(huán)境容量），此時(shí)環(huán)境系統(tǒng)的生態(tài)平衡和正常功能將被破壞。固定源在線監(jiān)測(cè)達(dá)標(biāo)率是指項(xiàng)目評(píng)價(jià)期內(nèi)，流域內(nèi)重點(diǎn)排污源的在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)的達(dá)標(biāo)情況。計(jì)算方法為每天達(dá)標(biāo)個(gè)數(shù)/總個(gè)數(shù)。該指標(biāo)簡(jiǎn)單、直觀、易獲取，可直接反映出亮子河流域的水污染控制情況。水資源開(kāi)發(fā)利用率是指流域內(nèi)的供水總量與水資源總量的比值，本文中體現(xiàn)的是水資源開(kāi)發(fā)利用的程度。

2.2 亮子河流域水環(huán)境承載力承載狀態(tài)和預(yù)警等級(jí)的確定

利用離差標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，按照加權(quán)求和法，計(jì)算出亮子河優(yōu)控單元的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)值，將預(yù)警等級(jí)的劃分分別應(yīng)用到COD和氨氮為污染物的承載力計(jì)算結(jié)果中，見(jiàn)圖2。

圖2 亮子河流域水環(huán)境承載力與預(yù)警等級(jí)

圖2可知，以不同污染物計(jì)算的承載力呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，即2012和2013年承載力較好，預(yù)警等級(jí)為臨界超載，2012年為黃色警情，2013年水環(huán)境承載力轉(zhuǎn)好，變?yōu)樗{(lán)色警情，其他年份均為超載-橙色，未出現(xiàn)紅色重警。從亮子河流域內(nèi)的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)看，2012～2013年的水資源量較為豐富，社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況良好，水環(huán)境的承載狀況較好。2014年之后，承載力出現(xiàn)較為明顯的下降趨勢(shì)，2014～2018年變?yōu)槌d-橙色警情。承載力最差的年份為2016年，評(píng)估數(shù)值僅為0.25，已經(jīng)接近超載-紅色預(yù)警。承載力的結(jié)果與流域內(nèi)的水質(zhì)、水量等因素有關(guān)，也與流域內(nèi)的經(jīng)濟(jì)、人口等因素密切相關(guān)，2013年以后承載力的下降與預(yù)警等級(jí)的提高，與這些年份中水資源的減少和經(jīng)濟(jì)的下滑密不可分。

2.3 水環(huán)境承載力報(bào)警原因分析

通過(guò)分析可知，亮子河流域的水環(huán)境承載力數(shù)值在0.27～0.75之間，差距較為明顯。對(duì)承載力超載的原因進(jìn)行分析，結(jié)合指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算子系統(tǒng)目標(biāo)層的貢獻(xiàn)比例，見(jiàn)表2。對(duì)目標(biāo)層專項(xiàng)承載狀態(tài)分析可知，亮子河評(píng)估單元水環(huán)境子系統(tǒng)得分最高，其貢獻(xiàn)率也最高（平均分45.65%），水生態(tài)的平均評(píng)分0.119 6，貢獻(xiàn)率排名第二；水資源平均評(píng)分為0.121 4，貢獻(xiàn)率最低，為23.74%。

表2 亮子河流域水環(huán)境承載力子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值變化趨勢(shì)

各目標(biāo)層評(píng)估結(jié)果如下。

（1）水環(huán)境：歷年得分介于0.099 7～0.293 1分之間，除去評(píng)分較低的2016年之外，其他年份差距較小。從貢獻(xiàn)率角度分析，水環(huán)境子系統(tǒng)對(duì)于整體承載力的貢獻(xiàn)率最高，2017年高達(dá)62.59%。水環(huán)境子系統(tǒng)的歷年評(píng)分變化不大，說(shuō)明從水環(huán)境納污和水環(huán)境凈化角度看，亮子河流域水環(huán)境專項(xiàng)承載狀況沒(méi)有明顯的惡化趨勢(shì)，并不是承載力變差的主要原因。雖然2016年的COD和氨氮排污量低于2013年，受到遼寧老工業(yè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)下降的影響，2013年的經(jīng)濟(jì)情況要好于2016年，綜合比較下，2013年的污染物排放強(qiáng)度低于2016年，因此，2013年水環(huán)境子系統(tǒng)的承載力較高。分析亮子河水質(zhì)超載的原因，除了工業(yè)污染源的排放外，一些小支流農(nóng)村生活、養(yǎng)殖污水污染也對(duì)水功能區(qū)水質(zhì)產(chǎn)生一定影響，導(dǎo)致水功能區(qū)超載。由于水環(huán)境子系統(tǒng)的評(píng)分和貢獻(xiàn)率較大，需要在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)與治理，防止水環(huán)境質(zhì)量變差。

（2）水生態(tài)：水生態(tài)子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)值沒(méi)有大幅度變化，從2013年開(kāi)始呈下降趨勢(shì)，但2016年后出現(xiàn)回升現(xiàn)象。表明亮子河流域水生生境維持和水生生物保育狀況維持狀況較好，水生態(tài)子系統(tǒng)不是承載力變差的直接原因。

（3）水資源：水資源子系統(tǒng)從2013年后，評(píng)價(jià)值快速下降，到2017年與2018年時(shí)，已經(jīng)降至0.015左右，對(duì)承載力的貢獻(xiàn)度也從40%下降到5%以下。2013年以后亮子河流域的水資源量大幅度下降，導(dǎo)致子系統(tǒng)內(nèi)其他指標(biāo)也隨之降低，因此承載力呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析可知，水資源量不足是亮子河流域水環(huán)境承載力報(bào)警的主要原因。

2.4 流域承載力的排警決策

從預(yù)警結(jié)果來(lái)看，近年來(lái)，亮子河流域水環(huán)境無(wú)法容納社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的巨大壓力，整個(gè)水系統(tǒng)趨于退化狀態(tài)，無(wú)法協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展，必須施行相應(yīng)的排警決策。

（1）水環(huán)境管控措施。對(duì)流域內(nèi)涉及地區(qū)，執(zhí)行排放標(biāo)準(zhǔn)的特別排放限值，規(guī)定更加嚴(yán)格的排污許可要求，加大新建、改建、擴(kuò)建項(xiàng)目重點(diǎn)污染物排放的減量置換，暫緩實(shí)施區(qū)域性排污權(quán)交易。推進(jìn)污水處理及再生利用設(shè)施提標(biāo)改造，增加高品質(zhì)再生水利用規(guī)模。橙色警情解除后，應(yīng)繼續(xù)實(shí)施嚴(yán)格的排污許可管理，實(shí)行建設(shè)項(xiàng)目的重點(diǎn)污染物排放減量置換。

（2）水生態(tài)管控措施。加強(qiáng)對(duì)流域內(nèi)自然生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)，劃定管控紅線，實(shí)施最嚴(yán)格的保護(hù)措施，最大程度地保障整體生態(tài)安全。針對(duì)河道周邊垃圾和畜禽散養(yǎng)會(huì)對(duì)河流水質(zhì)造成面源性的污染，進(jìn)行河道清淤和底泥修復(fù)工程，增強(qiáng)河流自我修復(fù)的生態(tài)功能。

（3）水資源管控措施。對(duì)流域內(nèi)涉及地區(qū)，應(yīng)全方位節(jié)約用水、提高用水效率。提高再生水、礦井水和雨水等非常規(guī)水源的利用率，增加供水總量。優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推廣使用節(jié)水新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備。制定并嚴(yán)格實(shí)施用水總量削減方案，對(duì)主要耗水領(lǐng)域?qū)嵤﹪?yán)格的節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)水資源費(fèi)差別化征收政策，積極推進(jìn)水資源稅改革試點(diǎn)。橙色警情解除后，應(yīng)嚴(yán)格管控用水總量，加大節(jié)水和非常規(guī)水源利用力度，強(qiáng)化水資源保護(hù)和入河排污監(jiān)管。

3 結(jié)論

以亮子河優(yōu)先控制單元為研究區(qū)域，對(duì)其水環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)估、預(yù)警，得到了以下結(jié)論：2012年和2013年承載力為臨界超載，2012年為黃色警情，2013年水環(huán)境承載力轉(zhuǎn)好，變?yōu)樗{(lán)色警情，2014～2018年均為超載-橙色警情，未出現(xiàn)紅色重警。承載力的預(yù)警結(jié)果與流域內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、水資源量和環(huán)境保護(hù)等因素密切相關(guān)，經(jīng)過(guò)分析可知，水資源量不足是亮子河流域水環(huán)境承載力報(bào)警的主要原因。水環(huán)境子系統(tǒng)對(duì)承載力的貢獻(xiàn)率最高，需要加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)與治理，提高水體納污能力。針對(duì)預(yù)警結(jié)果，提出了相應(yīng)的排警決策，包括水環(huán)境管控、水生態(tài)管控和水資源管控等。