建陽區(qū)水環(huán)境承載能力評價及應用

肖陳軍

(南平市建陽生態(tài)環(huán)境保護綜合執(zhí)法大隊，福建 南平 354200)

近年來，學術界對水環(huán)境承載能力的研究主要集中在概念、模型、評價方法等方面[1-2]，水資源承載力和環(huán)境承載力理論相互結合，水環(huán)境承載能力的量化方法不斷完善，研究的深度、可操作性和應用性不斷提高。但仍存在不足和局限性，在研究尺度上多為市級、區(qū)域性的評價[3]，而小流域和河段尺度的水環(huán)境承載能力評價幾乎未見，也未形成一套系統(tǒng)的理論方法體系。

水環(huán)境承載能力是一個地區(qū)生存發(fā)展的基礎，支撐并制約著城市的發(fā)展建設。目前，建陽區(qū)在水資源、水環(huán)境方面持續(xù)保持優(yōu)良，隨著南平行政中心向建陽遷移和武夷新區(qū)的建設，建陽必然迎來一輪大發(fā)展的機遇，如何科學、合理地保護水環(huán)境，支撐經濟可持續(xù)發(fā)展，將在很大程度上影響建陽的發(fā)展前景。本文對建陽區(qū)開展環(huán)境承載能力分區(qū)評價，以期為制訂區(qū)域可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與實施計劃提供科學依據。

1 區(qū)域概況

建陽區(qū)位于福建省南平市中部，介于27°06′N～27°43′N，117°31′E～118°38′E之間，下轄區(qū)童游、潭城等2個街道和11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積3383km2，年平均氣溫18.1℃，年平均降雨量1742mm。建陽區(qū)水資源豐富、總體水質優(yōu)良，流域面積200～500km2的有5條，超過1000km2的有3條，分別是崇陽溪、南浦溪、麻陽溪。

2 研究方法

2.1 評價分區(qū)

采用美國ESRI提供的ArcGIS模塊，利用數字高程模型(DEM)進行建陽區(qū)的地表水文分析，模擬了水流方向、提取了水網，以建陽區(qū)國省控斷面為基礎，結合福建省小流域水質監(jiān)測斷面，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為最小行政單元，對建陽區(qū)集水區(qū)和控制單元進行劃分(見表1)，本研究共劃分了9個控制單元。

表1 建陽區(qū)控制單元劃分

2.2 評價指標篩選

本研究利用頻率分析法對研究水環(huán)境承載能力的文獻，以及規(guī)劃、標準、規(guī)范等文件進行統(tǒng)計分析，建立指標原始數據庫，統(tǒng)計確定使用頻率較高、內涵較豐富的指標。

2.2.1 指標初步篩選

經過梳理，文獻指標共計240個，文件指標共計151個，合并歸類保留高頻指標得到水資源指標10個、水環(huán)境指標7個、水生態(tài)指標7個、土地利用指標5個，各指標出現(xiàn)的頻率見表2。

表2 各指標出現(xiàn)頻率

2.2.2 評價指標體系建立

在此基礎上，考慮指標的全面性、層次性和可操作性，結合建陽區(qū)水生態(tài)環(huán)境特征對指標進行合并和分解，兼顧代表性和差異性確定指標體系。指標體系包括水環(huán)境承載能力評估指標和約束性指標，其中約束性指標為一票否決性指標，分為水質年均值達標率和用水總量控制達標情況；評估指標劃分為4個目標層、12項一級指標和23項二級指標，指標體系見表3。

2.3 評價模型

目前采用的水環(huán)境承載力評價方法主要有模糊綜合評判法、指標體系綜合法、系統(tǒng)動力學法、多目標決策分析法、人工神經網絡法等[4-6]，本文采用指標體系綜合法對區(qū)域水環(huán)境承載力進行量化評價。

2.3.1 基礎數據歸一化

對評價樣本數據采取分段性變換進行歸一化處理，將評價標準分成1～m級區(qū)間值，m級指標標準歸一化值取1，Xm～0之間的樣本歸一化值在0～1之間。樣本的歸一化計算公式如下:

if(Xm>X1),Yi(X)=

(1)

if(Xm

(2)

式(1)、(2)中，Yi(X)為第i類待評價樣本的歸一化值，Xn為第n級評價標準值，X為樣本值，m為樣本最大分級數。指標承載度值越接近 1，表明現(xiàn)狀承載狀態(tài)越差; 指標承載度值越接近 0，表明現(xiàn)狀承載狀態(tài)越好。

2.3.2 標準分級和權重確定

目前，評價因子權重確定的方法主要分為主觀賦權法和客觀賦權法，客觀賦權法又分為層次分析法、排隊法、權衡分析法等[7]，本研究選取比較廣泛且較為成熟的層次分析法來確定因子權重。

層次分析法通過把復雜問題分解成各個組成因素，進而將這些因素按支配關系分組形成遞階層次結構，確定決策方案相對重要性的總排序，主要步驟包括判斷矩陣的構造、各指標權重的計算和一致性檢驗。當一致性指標 CR<0.1時，認為判斷矩陣的一致性是可以接受的，權重分配合理; 當CR≥0.1時，應該對判斷矩陣做適當修正。

對選取的23項承載能力評估二級指標進行標準分級。指標標準采用 4 級劃分，代表優(yōu)、良、中、差4 個質量等級。指標標準值的確定依據:①國家現(xiàn)有的標準，并參照先進標桿城市的水平；②結合全省、南平市及各縣區(qū)的水資源狀況、水環(huán)境狀況、水生態(tài)狀況和土地利用現(xiàn)狀，通過調查研究和專家咨詢確定指標標準分級，環(huán)境承載能力評價指標、標準分級和權重見表3。

表3 環(huán)境承載能力評價指標、標準分級和權重

2.3.3 承載狀態(tài)的量化

利用綜合指數法進行流域水環(huán)境承載能力評估，通過加權求和，構建綜合評估指數值，對各控制單元水環(huán)境承載狀態(tài)進行量化。承載狀態(tài)的量化模型如下：

(3)

式(3)中，Yi(X)為第i類待評價樣本的歸一化值，βi為第i個指標的權重系數。R為承載狀態(tài)的評價結果，取值范圍在0～1之間，其大小反映地區(qū)水環(huán)境承載力的程度，依據承載能力大小分為 4 種狀態(tài):0≤R<0.3為綠色(狀態(tài)優(yōu)秀); 0.3≤R<0.5為藍色(狀態(tài)良好); 0.5≤R<0.7 為黃色(一般狀態(tài)); 0.7≤R≤1.0為紅色(危機狀態(tài))。

3 評價結果和討論

3.1 評價數據來源和評價分級

“水域面積占比、植被覆蓋岸線比、農業(yè)開發(fā)強度”等3類數據，采用2018年15米分辨率衛(wèi)星遙感影像解譯得到?！棒~類保有指數”引用《福建省河湖健康藍皮書(2019—2020年)》中“魚類保有指數”值?！八娬咀钚∠滦沽髁勘Ｕ下省睌祿碓从诟＝ㄊ∩鷳B(tài)云平臺水電站下泄流量月均監(jiān)測數據統(tǒng)計?！八亮魇省庇山枀^(qū)水利局提供的2018年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)水土流失數據構成。其余評價數據，均采用2019年南平市和建陽區(qū)統(tǒng)計年鑒、水資源公報、環(huán)境質量公報、環(huán)境統(tǒng)計數據，以及第二次污染源普查的相關基礎數據，并經核算得到。

其中，“水資源開發(fā)利用率”采用了2014—2019年建陽區(qū)水資源公報里的水資源量，2019年水資源公報的農田灌溉畝均用水量、城鎮(zhèn)人均公共用水量、城鎮(zhèn)居民人均生活用水量、農村居民人均生活用水量，2019年建陽區(qū)環(huán)境統(tǒng)計數據的工業(yè)企業(yè)耗水量，2019年建陽區(qū)統(tǒng)計年鑒的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口，第二次污染源普查中耕地和園地的面積?！叭f元工業(yè)GDP耗水量、萬元農業(yè)GDP耗水量、萬元第三產業(yè)GDP耗水量”采用2019年建陽區(qū)統(tǒng)計年鑒中各鄉(xiāng)鎮(zhèn)第一產業(yè)、第二產業(yè)、第三產業(yè)地區(qū)生產總值，2019年建陽區(qū)環(huán)境統(tǒng)計數據的工業(yè)企業(yè)耗水量，2019年水資源公報的農田灌溉畝均用水量、第二次污染源普查中耕地和園地的面積，2019年建陽區(qū)統(tǒng)計年鑒的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口。工業(yè)、農業(yè)和城鎮(zhèn)生活的COD、NH3-N、TN、TP排放強度，采用2019年環(huán)境統(tǒng)計數據和2019年建陽區(qū)統(tǒng)計年鑒中各鄉(xiāng)鎮(zhèn)第一產業(yè)、第二產業(yè)、第三產業(yè)地區(qū)生產總值數據。

建陽區(qū)水環(huán)境承載力指標體系各指標原始值、所處分級見表4。

表4 建陽區(qū)水環(huán)境承載力指標體系各指標原始值、所處分級

3.2 評價結果和分析

2019年，建陽區(qū)納入水質考核斷面年均值水質均滿足斷面水質考核要求；用水總量為3.56億m3，滿足南平市水資源管理“三條紅線”控制目標。

3.2.1 建陽區(qū)水環(huán)境承載力

建陽區(qū)水環(huán)境承載能力綜合評估指數為0.489(見表5)，處于藍色(狀態(tài)良好)。

表5 建陽區(qū)水環(huán)境承載力評估結果

建陽區(qū)的土地利用指數評價結果僅占其權重的29.9%，而水資源、水環(huán)境、水生態(tài)分別占53.1%、47.4%和53.2%。因此，水資源、水環(huán)境、水生態(tài)還有較大的提升空間。

由表4可知，從水資源分析，建陽區(qū)水資源稟賦較好，但工業(yè)和農業(yè)用水效率較低，節(jié)水力度不足；從水環(huán)境分析，建陽區(qū)水質較好，但是第三產業(yè)的COD、NH3-N、TN和TP，以及農業(yè)TN污染排放強度大，污染控制力度不足；從水生態(tài)分析，建陽區(qū)水生態(tài)主要是受水電梯級開發(fā)和水電站最小下泄流量不足的影響，部分河流水電站間距不足20km，月均下泄流量保障率僅72%，嚴重影響河流水生態(tài)。

根據建陽區(qū)承載力狀況，建議建陽區(qū)大力開展工業(yè)清潔化改造，強化用水大戶管理，推進設施農業(yè)、高標準農田建設，提高用水效率；推進城鎮(zhèn)污水處理廠一級A提標改造，完善城鄉(xiāng)污水收集管網，強化農業(yè)總氮污染控制；強化電站最小下泄流量管控，保障河道生態(tài)用水，并逐步推進小水電退出。

3.2.2 各控制單元水環(huán)境承載力

根據建陽區(qū)水環(huán)境承載能力評估結果(見表6)，建陽區(qū)9個控制單元的綜合評估指數R位于0.458～0.526之間，書莒溪、崇陽溪建陽段上游、麻陽溪上游、麻陽溪中下游和徐宸溪處于藍色(狀態(tài)良好)；其余控制單元處于黃色(一般狀態(tài))，各控制單元均有承載余量。

表6 建陽區(qū)水環(huán)境承載力評估結果

建陽區(qū)應以南浦溪、崇陽溪建陽段中下游、后崇溪、漳溪等4個控制單元為重點，推進水環(huán)境承載能力提升。

4 結論

①建陽區(qū)水環(huán)境承載力處于藍色(狀態(tài)良好)，9個控制單元中4個處于黃色(一般狀態(tài))，各控制單元均有承載余量。

②采用頻率分析法能有效梳理和優(yōu)化承載力指標；采用指標分級評價能有效描述影響區(qū)域水環(huán)境承載力大小的指標因素，為提出有針對性的措施提供依據。

③運用多極關聯(lián)評價模型，詳細定量評價區(qū)域水環(huán)境承載力的大小和狀態(tài)，但由于指標分級的依據或標準不一，因此如何合理確定指標分級標準值需要繼續(xù)進一步探討。