黃土高原典型礦區(qū)水環(huán)境承載力研究

康 娜, 楊永剛, 李洪建, 李晉昌

(1.山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 山西 太原 030006;

2.山西大學(xué) 黃土高原研究所, 山西 太原 030006; 3.中國科學(xué)院 生態(tài)環(huán)境研究中心, 北京 100085)

黃土高原典型礦區(qū)水環(huán)境承載力研究

康 娜1, 楊永剛2,3, 李洪建2, 李晉昌2

(1.山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 山西 太原 030006;

2.山西大學(xué) 黃土高原研究所, 山西 太原 030006; 3.中國科學(xué)院 生態(tài)環(huán)境研究中心, 北京 100085)

摘要：[目的] 認(rèn)清黃土高原礦區(qū)的水環(huán)境承載力，科學(xué)合理地利用有限的水資源。[方法] 以黃土高原典型礦區(qū)——山西省古交市為例，基于其水文、生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的實(shí)際情況，選取了水資源利用率、人均水資源可利用量、人均供水量、生態(tài)需水率、生活需水定額、需水量模數(shù)、供水量模數(shù)、耕地灌溉率和萬元工業(yè)產(chǎn)值需水量9項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建水環(huán)境承載力量化模型，對(duì)試驗(yàn)區(qū)2000，2010，2020和2030年的水環(huán)境承載力水平進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。[結(jié)果] 各年綜合評(píng)判結(jié)果顯示其水環(huán)境承載力屬于中等偏低的不安全水平，試驗(yàn)區(qū)不僅存在資源型缺水，還存在水質(zhì)型缺水和工程型缺水的狀況。[結(jié)論] 水資源的開發(fā)利用要注重開源節(jié)流、鞏固基礎(chǔ)工作和重視生態(tài)目標(biāo)以提高黃土高原區(qū)域及類似地區(qū)的水環(huán)境承載力水平。

關(guān)鍵詞：模糊評(píng)價(jià)模型; 水環(huán)境承載力; 礦區(qū); 生態(tài)需水; 評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)

黃土高原礦區(qū)水資源遭受著采礦活動(dòng)影響破壞、過度開采及污染浪費(fèi)等多重壓力，打破了生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。認(rèn)清黃土高原礦區(qū)的水環(huán)境承載力，科學(xué)合理地利用有限水資源已迫在眉睫。目前，國內(nèi)外應(yīng)用于水環(huán)境承載力研究的方法較多。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法[2]由于參變量的控制問題更適用于短中期研究；主成分分析法適用于同一時(shí)間不同地區(qū)的研究；多目標(biāo)決策或規(guī)劃法只注重整體最優(yōu)，且建模和求解較難；背景分析法和常規(guī)趨勢(shì)法更多注重單因素的分析，忽略了各因子之間的聯(lián)系[3]；模糊綜合評(píng)價(jià)法是指通過模糊數(shù)學(xué)的方法對(duì)各主要影響因素進(jìn)行單因子分析，再通過各因素的權(quán)重集和評(píng)判矩陣綜合得出評(píng)價(jià)結(jié)果[1,3]，該結(jié)果簡單直觀，能比較真實(shí)而全面的反映研究區(qū)長期的水環(huán)境承載力情況[4]。該法在技術(shù)方法上主要結(jié)合：IAHP法、AHP法、Delphi法、灰色關(guān)聯(lián)分析法和3S技術(shù)等。在區(qū)域上主要涉及：西北干旱地區(qū)的阿克蘇河[5]和瑪納斯河[6]等流域尺度；中國[7]和西北新青陜甘寧5省等大區(qū)域尺度[8-10]；烏魯木齊、石河子、克拉瑪依[11]、蘭州市[12]、河津市[13]和長武縣[14]等縣市尺度等。而針對(duì)黃土高原礦區(qū)水環(huán)境承載力的研究較少，對(duì)礦區(qū)水環(huán)境承載力水平的認(rèn)識(shí)還很模糊。

本文基于對(duì)黃土高原典型礦區(qū)——山西省古交市水文、生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的調(diào)查分析，構(gòu)建水環(huán)境承載力量化模型，對(duì)研究區(qū)2000，2010，2020和2030年的水環(huán)境承載力水平進(jìn)行評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)。研究以期對(duì)黃土高原類似地區(qū)的水資源管理與水效益提高提供科學(xué)依據(jù)與參考[15-16]。

1研究區(qū)概況

1.1　自然條件

試驗(yàn)區(qū)古交市地處37°40′6″—38°8′9″N，111°43′8″—112°21′5″E，屬于北溫帶大陸性氣候，夏季炎熱多暴雨，冬季寒冷少雨，多年平均氣溫為8.7 ℃，多年平均降水為473.2 mm，從東南向西北遞減，時(shí)空分布不均，年蒸發(fā)量為年降水量的4.1倍。位于山西省太原市的西北部，汾河一庫和汾河二庫、蘭村泉域及太原市之間，山地丘陵面積占全區(qū)總面積的95.8%，僅有4.2%屬于河谷平川，平均海拔1 607 km[17]；

1.2　社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件

試驗(yàn)區(qū)國土面積為1 584 km2，2000年人口為20.57萬人，2010年人口為20.53萬人。該區(qū)煤炭資源豐富，占全省煤炭儲(chǔ)量的5%，煤炭資源分布廣泛，占全市面積的47.6%，以能源、化工為主，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，由山西省統(tǒng)計(jì)年鑒，古交市2000年工業(yè)總產(chǎn)值為369 034萬元，2010年工業(yè)總產(chǎn)值為417 465萬元。

2研究方法

2.1　數(shù)據(jù)來源

研究依據(jù)2000—2010年《山西省統(tǒng)計(jì)年鑒》《山西省水資源公報(bào)》《中國水資源供需預(yù)測(cè)分析》等相關(guān)資料，結(jié)合試驗(yàn)區(qū)野外調(diào)查，基于試驗(yàn)區(qū)實(shí)際情況，對(duì)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理和分析計(jì)算。

基于30 m空間分辨率的數(shù)字高程模型(DEM)圖像，利用ArcGIS水文分析模塊等功能，生成了流域盆地和集水范圍(附圖22)。汾河從西部的李八溝流入至東側(cè)的一步巖流出進(jìn)入太原市內(nèi)，全長約46 km，南北兩側(cè)的獅子河、屯蘭川、原平川和大川河等支流呈扇形匯入其中，兼有山地型和夏雨型的特征，該區(qū)年平均水資源總量為1.64×108m3，其中，地表水為9.43×107m3，地下水8.48×107m3，重復(fù)計(jì)算量為1.53×107m3[18]。

2.2　水環(huán)境承載力量化評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建[5,8,19]

2.2.1構(gòu)建關(guān)系矩陣R設(shè)定兩個(gè)有限集合U={U1,U2,…,Um}，V={V1,V2,…,Vn}，U代表評(píng)判因素集，V代表評(píng)語集，R為模糊評(píng)判矩陣：

(1)

式中：rij——第i個(gè)因素對(duì)第j個(gè)等級(jí)的隸屬度，矩陣中的第i行即代表第i個(gè)因素對(duì)應(yīng)第j個(gè)等級(jí)的單因素評(píng)判結(jié)果。

2.2.2AHP法計(jì)算權(quán)重模糊矩陣A層次分析法是圍繞決策問題建立一個(gè)多因素相互作用的大系統(tǒng)，利用評(píng)價(jià)因素構(gòu)成一個(gè)多層次結(jié)構(gòu)分析模型，通過確定判別矩陣，求出最大特征值，將特征向量歸一化處理得到各因子權(quán)重的方法[6]。首先，運(yùn)用成對(duì)比較法構(gòu)造判斷矩陣S：

(2)

式中：xij——因素xi對(duì)因素xj的相對(duì)重要性程度；其次，通過Matlab計(jì)算判斷矩陣S的最大特征根值λmax，并將其對(duì)應(yīng)的特征向量歸一化處理后得到各指標(biāo)的權(quán)重；最后，計(jì)算一致性指標(biāo)CI=(λmax-n)/(n-1)和隨機(jī)一致性比率CR=CI/RI，檢驗(yàn)權(quán)重系數(shù)分配的合理性，當(dāng)CR<0.1時(shí)，表明權(quán)重值有效，其中，n為評(píng)價(jià)因素的個(gè)數(shù)，RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，通常1，2，3，4階判斷矩陣對(duì)應(yīng)的RI值分別為0，0，0.58，0.9。

權(quán)重值通過檢驗(yàn)后，得到U上的模糊子集A，代表評(píng)判因素重要程度的權(quán)重系數(shù)：

(3)

式中：ai——第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，表示對(duì)A的隸屬度，在一定程度上表示Ui評(píng)定等級(jí)的能力。

2.2.3綜合評(píng)判模型模糊評(píng)判公式為：

(4)

式中：B——V上的模糊子集；bj——等級(jí)Vj對(duì)綜合評(píng)判所得模糊子集B的隸屬度，代表綜合評(píng)判的結(jié)果。

2.2.4計(jì)算綜合評(píng)分值綜合評(píng)定時(shí)，首先將評(píng)價(jià)因素劃分為j個(gè)等級(jí)，同時(shí)對(duì)每個(gè)等級(jí)進(jìn)行打分和賦值，評(píng)分值為cj，結(jié)合矩陣B中所得bj的值，按照公式(5)對(duì)水環(huán)境承載力進(jìn)行綜合評(píng)分。

(5)

式中：k——為突出優(yōu)勢(shì)等級(jí)的作用而設(shè)的系數(shù)，通常在半濕潤半干旱地區(qū)k值為1，最后計(jì)算所得的α值越大，水環(huán)境承載力水平越高，潛力也越大。

3結(jié)果分析

水環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，其承載力水平的大小受水資源條件(數(shù)量和質(zhì)量)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平(供應(yīng)和需求)以及維持自然環(huán)境正常運(yùn)轉(zhuǎn)的生態(tài)需水量等多層次因素的制約[9]。因此，本文以75%降水保證率(中等干旱年)和常規(guī)節(jié)水方案為前提，運(yùn)用構(gòu)建的水環(huán)境評(píng)價(jià)量化模型對(duì)試驗(yàn)區(qū)不同水平年(2000年為基準(zhǔn)年，2010年為近期預(yù)測(cè)年，2020年為中期預(yù)測(cè)年，2030年為遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)年)的水環(huán)境承載力狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

3.1　礦區(qū)水文地質(zhì)分析

目前，試驗(yàn)區(qū)的主要煤礦有：央企華潤集團(tuán)所屬的原相礦，西山煤電集團(tuán)所屬的西曲礦、鎮(zhèn)城底礦、馬蘭礦、東曲礦和屯蘭礦，年產(chǎn)過百萬噸的嘉樂泉礦和爐峪口礦，以及古交市政府所屬的礬石溝礦和石千峰礦等(圖1)。

注：1.西曲礦； 2.鎮(zhèn)城底礦； 3.馬蘭礦； 4.東曲礦； 5.屯蘭礦； 6.嘉樂泉礦； 7.爐峪口礦； 8.原相礦； 9.大川礦； 10.礬石溝礦； 11.石千峰礦。

圖1研究區(qū)煤礦和焦化廠分布

黃土高原典型礦區(qū)—古交試驗(yàn)區(qū)的煤田主要是石炭、二疊紀(jì)煤層，即含煤層覆蓋于寒武、奧陶紀(jì)的巖溶含水地層之上，因此，采礦活動(dòng)會(huì)破壞地表水和地下水的水力聯(lián)系導(dǎo)致水資源減少和地下水“礦坑水化”[15]，使得試驗(yàn)區(qū)面臨著資源型缺水和水質(zhì)型缺水的雙重壓力，生態(tài)不斷惡化。研究區(qū)分為兩大構(gòu)造地貌單元：東部、北部(灰?guī)r)和西南部(大理巖)以流水侵蝕為主的構(gòu)造侵蝕類型，中南部以風(fēng)力剝蝕為主的構(gòu)造剝蝕類型，地質(zhì)構(gòu)造和巖性特征復(fù)雜[17]，使得地表水和地下水的轉(zhuǎn)化較強(qiáng)烈。據(jù)相關(guān)研究，目前，受采礦活動(dòng)的影響，試驗(yàn)區(qū)的孔隙地下水開采已達(dá)到極限狀態(tài)，裂隙水已接近枯竭，深層巖溶地下水的水量也出現(xiàn)了衰減，水質(zhì)不斷惡化。

3.2　量化因子的選取計(jì)算

基于水環(huán)境系統(tǒng)的層次性，按照評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的科學(xué)性、可用性、可靠性、整體性(定性和定量)和典型性等原則[7]，結(jié)合水資源供需分析，考慮典型試驗(yàn)區(qū)水資源利用的具體情況，從其水環(huán)境條件、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境狀況4個(gè)方面出發(fā)，選取9項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)(表1)。

表1　試驗(yàn)區(qū)水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

其中，在供需水量指標(biāo)的選取和計(jì)算中充分考慮了采礦活動(dòng)對(duì)水環(huán)境的影響。主要指標(biāo)的具體計(jì)算方法與過程見下：

(1) 人口增長預(yù)測(cè)。運(yùn)用趨勢(shì)外推法，即通過收集長系列的數(shù)據(jù)得出擬合模型計(jì)算。

(2) 需水量的預(yù)測(cè)。包括生態(tài)需水、生活需水和生產(chǎn)(第一、二、三產(chǎn)業(yè))需水。

生態(tài)需水量的計(jì)算具有實(shí)際和長遠(yuǎn)意義，主要包括河道內(nèi)(維持河道系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的生態(tài)基流水量)和河道外(城鎮(zhèn)河湖、綠地、環(huán)境衛(wèi)生需水量、地下水超采回灌需水量及水土保持需水量等)的生態(tài)環(huán)境需水量，通過資料中不同水平年的合理規(guī)劃面積和各類用地的生態(tài)需水定額計(jì)算得出。生活需水的預(yù)測(cè)通過城鄉(xiāng)人口數(shù)量及對(duì)應(yīng)的需水定額得出。第一產(chǎn)業(yè)(農(nóng)林牧漁畜業(yè))需水量通過各類用地面積和需水定額得出；第二產(chǎn)業(yè)(工業(yè)和建筑業(yè))需水量的計(jì)算根據(jù)實(shí)際情況，以煤炭、火電工業(yè)的萬元產(chǎn)值取水量為主，結(jié)合各類工業(yè)總產(chǎn)值分區(qū)分行業(yè)預(yù)測(cè)得出；第三產(chǎn)業(yè)需水量通過預(yù)測(cè)的產(chǎn)值和需水定額得出。

(3) 供水量的預(yù)測(cè)。為保障汾河二庫和深層巖溶地下水的水質(zhì)安全[20]，試驗(yàn)區(qū)工礦企業(yè)和居民生活所排放的污水必須經(jīng)達(dá)標(biāo)后再排放和回用，試驗(yàn)區(qū)近期和中期規(guī)劃的地下水開采量將減少，中水利用工程將增多，2020年之后將有引黃水作為外來水源供給本區(qū)，預(yù)測(cè)年份的供水量數(shù)據(jù)即根據(jù)這些資料綜合計(jì)算得出。

3.3　評(píng)價(jià)等級(jí)的確定

各評(píng)價(jià)因子分級(jí)指標(biāo)的確定借鑒了相關(guān)研究[5,8,14]中用到的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和一些專家的建議，結(jié)合試驗(yàn)區(qū)水資源現(xiàn)狀，將評(píng)價(jià)因子的水環(huán)境承載力影響程度劃分為3個(gè)等級(jí)(表2)：V1屬良好級(jí)別，代表研究區(qū)水環(huán)境承載力和開發(fā)潛力均較大，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約力較小；V2屬中等級(jí)別，代表該區(qū)的水資源開發(fā)利用程度較大，水環(huán)境承載力水平較小，但在合理調(diào)控水資源的前提下仍具有一定的開發(fā)利用潛力；V3級(jí)別則代表水環(huán)境承載力水平已達(dá)到極限，開發(fā)利用潛力較小，如果不采取節(jié)水、調(diào)水、污水回用和轉(zhuǎn)變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等相關(guān)措施，區(qū)域的發(fā)展將受到嚴(yán)重的制約。

表2　各評(píng)價(jià)因子的分級(jí)指標(biāo)

為更好的反映和定量分析不同水平年試驗(yàn)區(qū)水環(huán)境的承載力水平，參考全國水資源供需分析和相關(guān)研究中的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按照每個(gè)級(jí)別的大小分別賦予0.95，0.5和0.05的評(píng)分值[13,19]，數(shù)值越高，水環(huán)境承載力水平越高，開發(fā)潛力越大。表2顯示，評(píng)價(jià)因素U2，U3和U4與水環(huán)境承載力水平呈負(fù)相關(guān)，其余因素與水環(huán)境承載力呈正相關(guān)。

3.4　評(píng)判矩陣R的計(jì)算——相對(duì)隸屬函數(shù)

根據(jù)以上分析可知：評(píng)判因素集U={U1,U2,…,U9}，評(píng)語集V={V1,V2,V3}，評(píng)判矩陣中的rij可以通過評(píng)價(jià)因素的實(shí)際值和分級(jí)指標(biāo)臨界值進(jìn)行計(jì)算。由表2可以看出，各等級(jí)之間數(shù)值是平滑過渡的，但評(píng)語等級(jí)存在著相差一級(jí)的跳躍現(xiàn)象，對(duì)于中間區(qū)間V2，令其落在區(qū)間中點(diǎn)時(shí)的隸屬度為1，落在兩側(cè)邊緣點(diǎn)的隸屬度為0.5，中點(diǎn)向兩側(cè)則按線性遞減處理[6]；對(duì)于兩側(cè)區(qū)間V1和V3則相反，令其距臨界值越遠(yuǎn)屬于兩側(cè)區(qū)間的隸屬度就越大，位于臨界值上屬兩側(cè)等級(jí)的隸屬度各為0.5[12]。按照上述方法和相對(duì)隸屬函數(shù)的含義，構(gòu)造了各評(píng)價(jià)等級(jí)的相對(duì)隸屬函數(shù)：

(6)

(7)

(8)

式中：K1，K3——V1和V2，V2和V3等級(jí)的臨界值； K2——中間等級(jí)V2的區(qū)間中點(diǎn)值，K2=(K1+K3)/2。

根據(jù)所選因素與水環(huán)境承載力的正負(fù)相關(guān)關(guān)系知，對(duì)于正相關(guān)因素U1和U5-U9選取公式(6)—(8) 進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于負(fù)相關(guān)因素U2，U3和U4只需要將公式(6)—(8) 中的“≤”改為“≥”，“<”改為“≤”用原公式計(jì)算即可。圖2和圖3分別為正負(fù)相關(guān)性評(píng)價(jià)因子的相對(duì)隸屬函數(shù)圖解：

圖2　正相關(guān)評(píng)價(jià)因子相對(duì)隸屬函數(shù)

圖3　負(fù)相關(guān)評(píng)價(jià)因子相對(duì)隸屬函數(shù)

通過公式(6)—(8)，可以得出各因素對(duì)應(yīng)于各等級(jí)的隸屬度rij，其中，ri1=μvl(Ui)，ri2=μv2(Ui)，ri3=μv3(Ui)(i=1,2,…,9)，經(jīng)計(jì)算分別得到2000，2010，2020和2030年這4個(gè)水平年的評(píng)判矩陣R1，R2，R3，R4：

3.5　權(quán)重矩陣A的確定

利用層次分析法(AHP法)首先確定目標(biāo)層為水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。準(zhǔn)則層為水資源量指數(shù)(U2)，供水狀況指數(shù)(U1，U3，U7)，需水狀況指數(shù)(U5，U6，U8，U9)和生態(tài)安全指數(shù)(U4)。指標(biāo)層為U1-U9各評(píng)價(jià)因素。其中，各層評(píng)價(jià)因素滿足CR<0.01的一致性檢驗(yàn)，權(quán)重值合理有效(表3)。通過歸一化處理和加權(quán)平均，確定U1—U9的權(quán)重矩陣為(0.143 4，0.129 4，0.123 6，0.158 5，0.080 5，0.102 9，0.089 0，0.080 5，0.092 1)。

根據(jù)各評(píng)價(jià)因子對(duì)試驗(yàn)區(qū)水環(huán)境承載力影響程度的大小，參照全國水資源評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和山西省水環(huán)境承載力的相關(guān)研究成果，結(jié)合試驗(yàn)區(qū)水資源狀況對(duì)各因素進(jìn)行分析。水資源利用率最能反映出水資源供需狀況和可持續(xù)利用的程度，人均水資源可利用量和人均供水量能很好的反映出人口對(duì)區(qū)域水資源的需求狀況，同時(shí)，考慮到試驗(yàn)區(qū)采礦活動(dòng)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞的事實(shí)，生態(tài)環(huán)境需水將對(duì)未來生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和水資源可持續(xù)利用具有較大影響，所以，分別賦予0.13，0.12，0.12，0.13的權(quán)重值，其余因素均為0.1，得到權(quán)重矩陣(0.13，0.12，0.12，0.13，0.10，0.10，0.10，0.10，0.10)。

為保障權(quán)重值選取的科學(xué)性和典型性，將兩種結(jié)果求平均值后得到權(quán)重矩陣A=(0.14，0.12，0.12，0.14，0.09，0.10，0.10，0.09，0.10)。

表3　試驗(yàn)區(qū)評(píng)價(jià)因子權(quán)重值與一致性檢驗(yàn)

3.6　綜合評(píng)分值的計(jì)算與分析

結(jié)合評(píng)判矩陣R和權(quán)重矩陣A的計(jì)算結(jié)果，對(duì)水環(huán)境承載力進(jìn)行模糊綜合評(píng)判。如2000年(現(xiàn)狀年)水環(huán)境承載力的多因素評(píng)判矩陣為：

B1=A×R1=

結(jié)合表2中評(píng)價(jià)因素3個(gè)等級(jí)的評(píng)分值cj可以求出2000年試驗(yàn)區(qū)水環(huán)境承載力的綜合評(píng)分值α1：

(9)

按照相同的方法和步驟，分別得出2010，2020和2030年不同等級(jí)的多因素綜合評(píng)價(jià)隸屬度B的評(píng)判結(jié)果及綜合評(píng)分值αi(表4)。

表4　試驗(yàn)區(qū)水環(huán)境承載力綜合評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果

4結(jié) 論

綜合評(píng)判結(jié)果bj對(duì)中高評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度越大，評(píng)分值αi越高，表明水資源的開采程度越低，水環(huán)境承載力水平越高，反之，則水資源的開采程度越高，水環(huán)境承載力水平越低。

(1) 綜合評(píng)判結(jié)果bj對(duì)V1隸屬度最大(0.327 1)且評(píng)分值αi最高(0.532 9)的年份是現(xiàn)狀水平年，這與2000年試驗(yàn)區(qū)的社會(huì)發(fā)展水平較低，水資源開采技術(shù)不高，且用水量較少的現(xiàn)狀相符；同時(shí)，評(píng)分值αi最高值小于0.55，說明試驗(yàn)區(qū)水資源雖仍具備一定的開采潛力，但水環(huán)境承載力水平已較小，水資源供需矛盾較突出。

(2) 從2000—2030年，綜合評(píng)判結(jié)果bj對(duì)V1的隸屬度和評(píng)分值αi均逐漸減小但幅度變緩，說明隨著試驗(yàn)區(qū)人口的增加和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)地表水和地下水的開采力度不斷加大，水環(huán)境承載力水平不斷下降，但由于后期規(guī)劃供水工程和引黃水量的增加，水環(huán)境承載力的下降幅度減緩，這說明試驗(yàn)區(qū)存在工程型缺水的現(xiàn)狀。

(3) 各年綜合評(píng)判結(jié)果bj對(duì)于中等級(jí)別V2和最低級(jí)別V3的隸屬度較大，表明試驗(yàn)區(qū)的水環(huán)境承載力屬于中等偏低的不安全水平；煤炭等主要工業(yè)需水量占總需水量的比例較大，生態(tài)需水量所占比例較小，節(jié)水工程和引水工程建設(shè)不足，使得試驗(yàn)區(qū)陷入資源型缺水、水質(zhì)型缺水和工程型缺水的局面。

試驗(yàn)區(qū)水環(huán)境承載力處于低水平，水資源供需矛盾比較突出，在今后水資源開發(fā)利用中應(yīng)更加注重開源節(jié)流，鞏固和完善基礎(chǔ)工作；合理開發(fā)利用與跨區(qū)域調(diào)水相結(jié)合，增加水資源供應(yīng)量；調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與廢污水回用相結(jié)合，提高水資源利用率；在水源區(qū)或生態(tài)脆弱區(qū)禁止開礦，以減少污染源；生產(chǎn)生活目標(biāo)與生態(tài)目標(biāo)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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A Study on Water Environmental Carrying Capacity of Typical Mining Area in Loess Plateau

KANG Na1, YANG Yonggang2,3, LI Hongjian2, LI Jinchang2

(1.CollegeofEnvironmentalandResourceSciencesofShanxiUniversity,Taiyuan,Shanxi

030006,China; 2.InstituteofLoessPlateau,ShanxiUniversity,Taiyuan,Shanxi030006,China;

3.ResearchCenterforEco-environmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China)

Abstract：[Objective] To recognize the water environmental carrying capacity in mining areas in Loess Plateau in order to use the limited water resources scientifically and efficiently.[Methods] Taking Gujiao City of Shanxi Province, a typical mining area in Loess Plateau as a case study, based on its hydrological, ecological, social and economic conditions, we selected nine evaluation indexes including utilization rate of water resources, per capita available volume of water resources, per capita water supply quantity, ecological water requirement quantity, water demand quota of lives, modulus of water requirement and supply, irrigation rate of cultivated land and water requirement quantity of industrial output per ten thousand yuan. We then constructed a quantitative model to evaluate and predict the water environmental carrying capacity in 2000, 2010, 2020 and 2030, respectively.[Results] According to the final integrated evaluation values in each year, the carrying capacity in the area was in moderate level, and weak and unsafe due to the scarcity of water resources water pollution and incomplete water-providing engineering constructions. [Conclusion] Some countermeasures were proposed for the development and utilization of water resources, including opening up the source and regulating the flow, the consolidation of foundation work, the consideration of ecological aims and so on, to improve water environmental carrying capacity in study area and other similar regions of Loess Plateau.

Keywords:fuzzy assessment model; water environmental carrying capacity; mining area; ecological water requirement; evaluation and prediction

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)01-0274-07

中圖分類號(hào)：TV213.4

通信作者：楊永剛(1982—),男(漢族),山西省運(yùn)城市人,博士，副教授,主要從事水文水資源方面研究。E-mail:gangyongyang@126.com。

收稿日期：2013-12-12修回日期：2014-01-21

資助項(xiàng)目：山西省青年科技研究項(xiàng)目“生態(tài)脆弱礦區(qū)水生態(tài)退化成因與修復(fù)重建技術(shù)集成研究”(2012021026-3); 山西省軟科學(xué)研究項(xiàng)目“煤炭開采對(duì)山西省水資源的影響評(píng)價(jià)及防治對(duì)策”(2014041016-1); 國家國際科技合作專項(xiàng)“山西汾河流域水資源聯(lián)合調(diào)控技術(shù)合作研究”(2012DFA20770)

第一作者：康娜(1988—),女(漢族),山西省太原市人,碩士研究生,研究方向?yàn)樗乃Y源。E-mail:kangna_sxu@163.com。