西北典型城區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載力研究

王志秀，鐘艷霞，田 欣，楊海江，陳 鋒

(寧夏大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，銀川 750021)

城市湖泊濕地是生態(tài)系統(tǒng)極為重要的組成部分，作為公共資源，具有一定的社會公益性，不僅承擔(dān)著供水、提供水產(chǎn)品等經(jīng)濟(jì)功能，同時(shí)也為游客提供景觀欣賞、休閑度假和水上娛樂等旅游功能，以及調(diào)洪蓄水、調(diào)節(jié)氣候的生態(tài)功能[1]，因而受到政府部門和學(xué)者的關(guān)注。

水環(huán)境承載力是表征人類生產(chǎn)生活和水環(huán)境協(xié)調(diào)程度的指標(biāo)，同時(shí)也是協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要依據(jù)[2]。水環(huán)境承載力研究從水環(huán)境、宏觀經(jīng)濟(jì)、人口、社會等眾多因素之間的關(guān)系入手，從本質(zhì)上反映環(huán)境與人類活動間的辯證關(guān)系[3]，以促進(jìn)水環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會的協(xié)調(diào)發(fā)展[4]。

關(guān)于湖泊濕地水環(huán)境承載力，國外有部分學(xué)者對此做出相關(guān)研究。Huang G研究了遷徙性的水禽與濕地水質(zhì)之間的聯(lián)系[5]，認(rèn)為水鳥數(shù)量與濕地水質(zhì)有很大關(guān)聯(lián)，并提出水鳥對濕地水質(zhì)磷的允許載荷量。國內(nèi)對于湖泊濕地水環(huán)境承載力的研究相對較多，但研究的關(guān)注點(diǎn)主要在集中在我國東部地區(qū)：選取的研究區(qū)域包括太湖[6,7]、東江湖[8]、東湖[9]。西北地區(qū)干旱少雨，水資源總量、人均水資源量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國平均水平，是我國典型的缺水區(qū)域。隨著一帶一路戰(zhàn)略的實(shí)施，西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)得到較快的發(fā)展，城市發(fā)展過程對湖泊濕地的影響，這些城區(qū)湖泊濕地承載當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長帶來的壓力狀況，以及湖泊濕地對城市發(fā)展的作用研究成為重要課題。但關(guān)于西北地區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載力的研究報(bào)道較少。

文章分別選取了三個(gè)典型的西北城區(qū)湖泊濕地：銀川市鳴翠湖、石嘴山市星海湖、中衛(wèi)市香山湖作為研究對象，通過計(jì)算水環(huán)境承載力指數(shù)進(jìn)行評價(jià)，比較三市城區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載能力之間的差異，以期發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)城市發(fā)展對湖泊濕地的影響。

1 研究區(qū)域概況

1.1 自然狀況

寧夏回族自治區(qū)位于35°14′～39°23′N，104°17～107°39′E，深居西北內(nèi)陸高原，屬于典型的大陸性半濕潤半干旱氣候，全年日照充足，年平均降水量在300 mm左右，降水集中于6-9月，蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣干燥，溫差較大，無霜期短，全年平均氣溫在5～9 ℃之間。寧夏濕地資源共分為河流濕地、湖泊濕地和人工濕地3類，面積20.72 萬hm2，占國土面積的4%左右，主要分布在黃河、艾依河、清水河和騰格里沙漠、毛烏素沙漠沿線[10]。

1.2 社會經(jīng)濟(jì)狀況

銀川市2017年末常住人口達(dá)222.54 萬人，全市地區(qū)生產(chǎn)總值1 803.17 億元，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為3.6∶51.0∶45.4。銀川市環(huán)境優(yōu)美，是中國空氣質(zhì)量最佳的城市之一、西北地區(qū)人均綠地?fù)碛辛孔畲蟮某鞘小?/p>

石嘴山市是一座新興城市，是國家重要煤炭工業(yè)城市、寧夏能源重化工和原材料工業(yè)基地，號稱“塞上煤城”。全市地區(qū)生產(chǎn)總值534.98億元，全市三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為5.2∶60.4∶34.4。全年能源消費(fèi)總量1 500.06 萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。

中衛(wèi)市全市常住人口115.75 萬人，2017年全市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值374.14 億元，全市三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為14.1∶44.7∶41.2。中衛(wèi)市依托得天獨(dú)厚的生態(tài)自然資源，全面實(shí)施全域旅游戰(zhàn)略，打造全域旅游城市，大力推進(jìn)旅游市場秩序規(guī)范化、旅游服務(wù)精細(xì)化，不斷促進(jìn)旅游業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

1.3 湖泊濕地

銀川市湖泊濕地眾多，古有“七十二連湖”之說，現(xiàn)有“塞上湖城”之美稱。鳴翠湖國家濕地公園位于銀川市興慶區(qū)掌政鎮(zhèn)境內(nèi)，湖區(qū)面積為666.7 hm2，其中濕地面積為548 hm2，[11]是國家AAAA級旅游景區(qū)，是我國首批、全國第三家被國家林業(yè)局命名的國家濕地公園，也是西部地區(qū)黃河流域首家濕地公園。

星海湖位于石嘴山市大武口區(qū)境內(nèi)，總面積43 km2，湖水面積23.42 km2，[12]屬黃河水系，湖區(qū)地處賀蘭山東麓洪積扇下沿，毗鄰石嘴山市老城區(qū)東側(cè)[13]。星海湖湖泊濕地中分布有人工魚塘、稻田，在城市中發(fā)揮著防洪護(hù)田、蓄水養(yǎng)禽、旅游等重要功能。

香山湖國家濕地公園(試點(diǎn))位于寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市，總面積564 hm2，水深10 m。公園內(nèi)鳥類眾多，水質(zhì)清澈，環(huán)境優(yōu)美，是市民休閑娛樂的好去處。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 DPSIR模型

DPSIR(驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng))模型是由PSR模型演變而來，1993年由歐洲環(huán)境署(EEA)為綜合分析和描述環(huán)境問題以及其和社會發(fā)展的關(guān)系提出的[14]，它將框架內(nèi)的五個(gè)范疇之間的因果關(guān)系聯(lián)系在一起，用于分析和評估人類作用于水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的社會和生態(tài)問題[15]，框架能夠在一定程度上系統(tǒng)揭示和深入剖析人與環(huán)境之間的因果關(guān)系[16]。驅(qū)動力通常需要考慮政府的社會和經(jīng)濟(jì)政策，以及包括工業(yè)在內(nèi)的經(jīng)濟(jì)和社會目標(biāo)[17]；壓力主要指人類對水環(huán)境帶來威脅的經(jīng)濟(jì)活動；狀態(tài)主要反映人類旅游活動對湖泊濕地水質(zhì)造成的影響以及水環(huán)境質(zhì)量狀況[14]，影響反應(yīng)湖泊濕地水環(huán)境所處的狀態(tài)對環(huán)境、人類社會經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響[18]；響應(yīng)反映的是社會團(tuán)體或個(gè)人對環(huán)境變化的反應(yīng)，以及政府為了阻止、補(bǔ)償、改善或適應(yīng)環(huán)境的變化而做出的政策改革[19]。

2.2 數(shù)據(jù)來源與指標(biāo)體系構(gòu)建

2.2.1 數(shù)據(jù)來源

文中選取的指標(biāo)數(shù)據(jù)中，水質(zhì)狀態(tài)數(shù)據(jù)來源于實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測結(jié)果，其余數(shù)據(jù)來源于2016年環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)、寧夏統(tǒng)計(jì)年鑒、水資源公報(bào)，銀川年鑒、銀川市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、銀川統(tǒng)計(jì)信息網(wǎng)、各市政府網(wǎng)、各市環(huán)保局官網(wǎng)等。

2.2.2 構(gòu)建指標(biāo)體系

城市湖泊主要受到社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的影響[9]，因此文章在遵循科學(xué)性原則、協(xié)調(diào)性、系統(tǒng)性、可操作性[20]原則的基礎(chǔ)上，根據(jù)DPSIR模型，選取了影響城市湖泊濕地水環(huán)境承載力的相關(guān)社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，并結(jié)合生態(tài)環(huán)境指標(biāo)、水質(zhì)測定指標(biāo)等建立湖泊濕地水環(huán)境承載力評價(jià)指標(biāo)體系。

2.2.3 權(quán)重確定

評價(jià)指標(biāo)不同，其重要程度不同。為將各個(gè)指標(biāo)的重要性做出定量分配，需對各指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重的確定。確定權(quán)重常用的方法有層次分析法、德爾菲法、熵值法等。為了避免權(quán)重受到主觀影響，選擇客觀賦權(quán)法----熵值法。各指標(biāo)及權(quán)重值見表1。

3 西北典型城區(qū)湖泊水環(huán)境承載力評價(jià)結(jié)果與分析

3.1 數(shù)據(jù)計(jì)算與分析

由于指標(biāo)的量綱不同，難以進(jìn)行比較，因此使用SPSS 17.0對所有指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。由各指標(biāo)的權(quán)重值與數(shù)據(jù)歸一化值的乘積得到每個(gè)湖泊濕地的水環(huán)境承載力總得分(表2)

表1 水環(huán)境承載力指標(biāo)及權(quán)重Tab.1 Index and weight of water environmental carrying capacity

既：

式中：Wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值；Pi為第i個(gè)指標(biāo)的歸一化值。

表2 水環(huán)境承載力分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Classification standard of water environmental carrying capacity

從表1可以看出，權(quán)重較大、對水環(huán)境承載力影響力強(qiáng)的指標(biāo)有：污水處理回用量、人均公園綠地面積、工業(yè)廢水處理量、DO、森林覆蓋率等。準(zhǔn)則層權(quán)重大小為：狀態(tài)>響應(yīng)>壓力>驅(qū)動力>影響。狀態(tài)子系統(tǒng)的綜合權(quán)重最大，表明湖泊水質(zhì)狀況對水環(huán)境承載力影響最大。

經(jīng)過計(jì)算(圖1)，銀川市、石嘴山市、中衛(wèi)市城區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載力得分分別是0.685 5 、0.352 1、0.571 2 。銀川市城區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載力最高，石嘴山市最低。銀川市的“驅(qū)動力、狀態(tài)、響應(yīng)”得分值較高，表明銀川市生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r較好，湖泊濕地水質(zhì)狀況較好，且政府在環(huán)境治理與改善方面發(fā)揮的作用明顯，生態(tài)環(huán)境明顯優(yōu)于其他城市；石嘴山市“驅(qū)動力、壓力”值較高，“影響、響應(yīng)”值偏低，表明石嘴山市生態(tài)環(huán)境承載度較差，環(huán)境治理水平低，人口增長與經(jīng)濟(jì)發(fā)展為其水環(huán)境承載力帶來巨大壓力；中衛(wèi)市城區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載力水平介于銀川市與石嘴山市之間，“影響”得分值較高，“狀態(tài)”得分適中，但“壓力”得分較高，說明中衛(wèi)市湖泊濕地水環(huán)境承載力狀況相對較好，但較高的人口密度給資源、環(huán)境帶來較大壓力。

圖1 各子系統(tǒng)承載力得分Fig.1 Score of bearing capacity of each subsystem

由水環(huán)境承載力分級標(biāo)準(zhǔn)(表2)[7,21]可以判斷，銀川市、中衛(wèi)市城區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載力處于“基本可承載”水平，而石嘴山市處于“弱可承載”水平。

3.2 DPSIR 模型子系統(tǒng)水環(huán)境承載力評價(jià)分析

3.2.1 驅(qū)動力子系統(tǒng)

三市驅(qū)動力子系統(tǒng)水環(huán)境承載力得分值：銀川>石嘴山>中衛(wèi)，這是由于銀川市作為寧夏回族自治區(qū)首府，是寧夏的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，其人均GDP、城市化率均為最高，其余指標(biāo)在三市中均處于中上水平；石嘴山市是一座新興的煤炭工業(yè)城市，依托重工業(yè)的發(fā)展，其人均GDP、城市化率均僅次于銀川，而人口自然增長率在三市中最低，為0.565%，濕地面積最高達(dá)415 hm2；黃河流經(jīng)中衛(wèi)市，其降水量、地表水資源量最高，水資源狀況較好，但同時(shí)由于回族人口較多，人口自然增長率高達(dá)0.984%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全國平均水平，而人均GDP、城市化率、濕地面積在三市中最低。

3.2.2 壓力子系統(tǒng)

壓力子系統(tǒng)指標(biāo)主要涉及經(jīng)濟(jì)活動對水資源的消耗等方面。三市壓力子系統(tǒng)得分值：中衛(wèi)>銀川>石嘴山，中衛(wèi)市重點(diǎn)發(fā)展特色農(nóng)業(yè)、冶金等工業(yè)，對水資源需求量大，因此萬元GDP水耗是銀川市的4.14倍，石嘴山市的2.56倍，成為其“壓力”最大的主要影響因子；銀川市萬元GDP水耗、人均用水量在三市中均為最小，但由于人口、工業(yè)向中心城市的集聚，人口密度、工業(yè)廢水排放量、城鎮(zhèn)生活用水量成為限制其水環(huán)境承載力的重要壓力因子；石嘴山市人均用水量較大，其余指標(biāo)在三市中均處于中等水平。

3.2.3 狀態(tài)子系統(tǒng)

狀態(tài)子系統(tǒng)主要指湖泊濕地水質(zhì)現(xiàn)狀。三市狀態(tài)子系統(tǒng)得分值：銀川>中衛(wèi)>石嘴山。石嘴山市由于長期重工業(yè)污染的積累，污染物的排放導(dǎo)致水質(zhì)狀況變差，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[22]分級來看，總磷、總氮兩項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)分別為：0.453、2.883 mg/L，均超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中五類水的限值，其余指標(biāo)也多處于4類水平，導(dǎo)致“狀態(tài)”得分遠(yuǎn)低于其他兩市。而銀川市注重環(huán)境保護(hù)與改善，水體環(huán)境較好，因此狀態(tài)子系統(tǒng)整體水平較高；中衛(wèi)市未對香山湖濕地進(jìn)行旅游開發(fā)，且保護(hù)較好，因此水質(zhì)狀況優(yōu)良，屬于二類水。

3.2.4 影響子系統(tǒng)

影響子系統(tǒng)主要包括：人均水資源量、空氣質(zhì)量優(yōu)良率、干旱指數(shù)。三市影響子系統(tǒng)得分排名為：中衛(wèi)>銀川>石嘴山。中衛(wèi)市受黃河水的給養(yǎng)，人均水資源量、空氣質(zhì)量優(yōu)良率均高于另外兩市，而干旱指數(shù)低于另兩市，環(huán)境狀況較好；石嘴山市位于寧夏最北部，靠近沙漠，降水少，干旱指數(shù)達(dá)11.98，成為“影響”子系統(tǒng)的主要限制因子；銀川市由于人口密度大，人均水資源量僅有88.63 m3，成為影響其水環(huán)境承載力的限制性因子。

3.2.5 響應(yīng)子系統(tǒng)

三市響應(yīng)子系統(tǒng)得分值：銀川>中衛(wèi)>石嘴山。銀川市作為寧夏回族自治區(qū)首府，生態(tài)環(huán)境狀況較好，對環(huán)境治理投入力度大，城市環(huán)境優(yōu)美，建成區(qū)綠化覆蓋率、森林覆蓋率、污水處理回用量、工業(yè)廢水處理量等在三市中均處于最高水平，因此該子系統(tǒng)得分高于另兩市；中衛(wèi)市響應(yīng)子系統(tǒng)的得分明顯低于銀川市，還需增加環(huán)境保護(hù)投入；石嘴山市該子系統(tǒng)得分最低，為0.025 8，能夠明顯反映其環(huán)境治理水平較低，需加大環(huán)保力度。

3.3 三市湖泊濕地水環(huán)境承載力與城市發(fā)展關(guān)系分析

銀川市作為寧夏回族自治區(qū)首府，素有“塞上湖城”的美譽(yù)。在城市發(fā)展過程中，市政府注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)，努力改善生態(tài)環(huán)境，注重濕地環(huán)境開發(fā)與保護(hù)相結(jié)合，在環(huán)境改善方面卓有成效，污水處理、公園綠地建設(shè)、水質(zhì)改善等眾多方面成效較好，因此其城區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載力得分為0.686，相對較高，處于基本可承載水平。

湖泊濕地較高的承載力水平能夠?yàn)槌鞘邪l(fā)展提供優(yōu)良環(huán)境，增加城市魅力。近年來西部旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，銀川市作為西北地區(qū)重要的中心城市，其優(yōu)良的環(huán)境不僅吸引越來越多的游客，也吸引更多的投資，一步步促進(jìn)城市發(fā)展。由此說明湖泊濕地水環(huán)境承載力與城市發(fā)展之間有著相互促進(jìn)的積極作用。在未來的發(fā)展中，銀川市承載力水平仍有提升空間，可通過進(jìn)一步提高水資源利用效率、增強(qiáng)市民節(jié)水意識等相關(guān)方面著手改善。

中衛(wèi)市作為一座新興的旅游城市，實(shí)施旅游帶動戰(zhàn)略，注重城市形象建設(shè)，對環(huán)境改善投入較大，香山湖作為其中一個(gè)重要的城市湖泊濕地，其水質(zhì)狀況非常好，但中衛(wèi)市萬元GDP水耗和工業(yè)廢水排放量較大，使壓力子系統(tǒng)狀況相對較差，其城區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載力得分值為0.571，僅次于銀川；影響子系統(tǒng)得分值最高，為79.0，表明中衛(wèi)市環(huán)境狀況相對較好。中衛(wèi)市作為西部旅游重要的站點(diǎn)，相對較高的水環(huán)境承載力反映出中衛(wèi)市的總體環(huán)境水平較好，促進(jìn)中衛(wèi)市整體旅游舒適度的提升；旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動整座城市的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長，促進(jìn)城市的進(jìn)一步發(fā)展，二者之間形成良性循環(huán)。為促進(jìn)旅游城市的建設(shè)，中衛(wèi)市還需合理控制人口增長、提高水資源利用效率、加快城市化建設(shè)、利用旅游資源優(yōu)勢和特色農(nóng)產(chǎn)品相結(jié)合，大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，提升城市化水平。

石嘴山市作為重工業(yè)城市，長期工業(yè)污染累積使環(huán)境質(zhì)量狀況較差，加之政府對環(huán)境改善的重視度較小，湖泊濕地較差的水質(zhì)狀況阻礙水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，承載力總得分值僅為銀川市的51.36%。石嘴山市狀態(tài)子系統(tǒng)中得分為0.045，僅為銀川市的23.91%，中衛(wèi)市的25.11%，全氮、全磷含量均超過國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分類中五類水的最高限值，表明石嘴山市湖泊濕地水質(zhì)環(huán)境狀況非常差，富營養(yǎng)化嚴(yán)重，急需全面改善；石嘴山市響應(yīng)子系統(tǒng)得分值最低，為0.025 8，僅占銀川市的14.24%，森林覆蓋率、人均公園綠地面積、污水處理回用量、工業(yè)廢水處理量、城鎮(zhèn)生活污水處理率、空氣質(zhì)量優(yōu)良率在與其他市相比較均最低，而人均用水量和干旱指數(shù)最高，說明石嘴山市環(huán)境狀況較差，在未來的城市轉(zhuǎn)型過程中，需要在環(huán)保方面加大投入力度，增強(qiáng)市民的環(huán)境保護(hù)意識。由此可見，城市整體的水環(huán)境承載力水平能夠反映城市生態(tài)環(huán)境狀況。近年來隨著石嘴山市的轉(zhuǎn)型發(fā)展和政府部門的重視度提升，惡性循環(huán)正在轉(zhuǎn)變，其生態(tài)環(huán)境、湖泊濕地水環(huán)境承載力有望逐步改善，并對城市發(fā)展帶來更多積極的作用。

4 結(jié) 語

本文基于DPSIR模型，構(gòu)建西北地區(qū)典型城區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載力評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算湖泊濕地水環(huán)境承載力指數(shù)，評價(jià)結(jié)果如下。

(1)從各子系統(tǒng)得分來看，銀川市的驅(qū)動力、狀態(tài)、響應(yīng)子系統(tǒng)得分值在三市中最高，表明銀川市對生態(tài)環(huán)境治理投入力度大，見效明顯，生態(tài)環(huán)境狀況較好。中衛(wèi)市壓力、影響子系統(tǒng)得分值最高，其余子系統(tǒng)多處于中等水平，表明其需在減少資源消耗、控制人口增長等方面做出努力。石嘴山市狀態(tài)、影響、響應(yīng)子系統(tǒng)得分值最低，表明限制石嘴山市水環(huán)境承載力水平的主要因子為該三個(gè)子系統(tǒng)，即湖泊濕地水質(zhì)狀態(tài)和環(huán)境治理水平。因此在未來的生態(tài)治理中需著重加大這兩方面的投入，改善湖泊濕地水質(zhì)，加強(qiáng)城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)。

(2)就各市評價(jià)結(jié)果而言，銀川市、石嘴山市、中衛(wèi)市三市城區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載力得分分別是0.685 5 、0.352 1、0.571 2，銀川市城區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載力水平大于中衛(wèi)市，這兩市承載力水平遠(yuǎn)大于石嘴山市。銀川市和中衛(wèi)市處于基本可承載水平，而石嘴山市水環(huán)境承載力為弱可承載。

(3)湖泊濕地水環(huán)境承載力水平能夠反映城市綜合發(fā)展?fàn)顩r，同時(shí)作用于城市的進(jìn)一步發(fā)展，因此需全面重視、提升城區(qū)湖泊濕地水環(huán)境承載力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和宜居環(huán)境的建設(shè)。