復(fù)合模型下典型河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境承載力研究
——以浙江省臺(tái)州市椒江區(qū)為例

趙 祥

中國(guó)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，上海 200335

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人類(lèi)對(duì)水的需求量與品質(zhì)要求越來(lái)越高。但同時(shí)，這也導(dǎo)致了水污染對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來(lái)的壓力越來(lái)越大，水污染的范圍與程度越來(lái)越大，水資源短缺與水環(huán)境的不斷惡化已經(jīng)成為制約人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要因素之一，威脅著人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的命脈。水環(huán)境承載力這一關(guān)鍵命題的提出，正是對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的直接回應(yīng)。而如何評(píng)價(jià)一個(gè)區(qū)域的水環(huán)境承載能力與如何依據(jù)水環(huán)境承載能力指導(dǎo)區(qū)域的規(guī)劃和發(fā)展已然成為當(dāng)前各級(jí)政府高度重視的問(wèn)題，也是當(dāng)前水科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題［1］。

本文從水環(huán)境承載力的理論基礎(chǔ)出發(fā)，以浙江省臺(tái)州市椒江區(qū)為例，圍繞河網(wǎng)地區(qū)水環(huán)境承載力定量定性分析的關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)研究，遵循河網(wǎng)水文水力的基本特性，建立河網(wǎng)水量水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，研究河網(wǎng)地區(qū)的水體納污能力；構(gòu)建考慮河網(wǎng)納污能力的水環(huán)境承載力綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，基于綜合評(píng)價(jià)模型研究河網(wǎng)地區(qū)水環(huán)境承載力的影響因素與影響程度。通過(guò)上述復(fù)合模型對(duì)典型河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境承載力的分析研究，來(lái)尋找平原河網(wǎng)地區(qū)水環(huán)境治理的應(yīng)對(duì)策略。

1 研究區(qū)概況

本文研究范圍為椒江區(qū)除椒江以北及海域外所有的區(qū)域，位于溫黃平原北部，域內(nèi)水系北以椒江為界，南以鮑浦長(zhǎng)浦為界，西接黃巖區(qū)永寧江水系，東臨大海，河網(wǎng)密布，縱橫交錯(cuò)。區(qū)域人均水資源占有量1650m3，僅達(dá)到全國(guó)平均水平的四分之三，供需矛盾突出，加之水質(zhì)惡化和水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)遭破壞，從而導(dǎo)致研究區(qū)可利用的淡水資源減少和水資源供需矛盾的加劇。

2 水環(huán)境承載力研究框架

2.1 河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境承載力基本特征

水環(huán)境承載力的概念應(yīng)該是融合水環(huán)境容量（狹義）、水環(huán)境的功能、水資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)支撐能力等多方面的概念，綜合反映了水環(huán)境承載力的社會(huì)經(jīng)濟(jì)內(nèi)涵、可持續(xù)發(fā)展內(nèi)涵、空間內(nèi)涵和時(shí)間內(nèi)涵［2-4］。河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境承載力不僅包含上述內(nèi)涵與特征，同時(shí)還兼具了河網(wǎng)區(qū)所特有的特征，因而河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境承載力區(qū)別于其他水環(huán)境承載力的研究，它的研究區(qū)是一個(gè)水系發(fā)達(dá)，河流縱橫交錯(cuò)，河網(wǎng)密布的城市區(qū)域，雖然在這些區(qū)域水系的結(jié)構(gòu)都是網(wǎng)狀式，但由于城鎮(zhèn)化的程度不同，必然導(dǎo)致研究區(qū)不同區(qū)域的河網(wǎng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不同的變化，而河網(wǎng)結(jié)構(gòu)的自然度［5］表征了不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)水平，也影響了不同地區(qū)的水環(huán)境承載力，這是河網(wǎng)密布地區(qū)所獨(dú)有的一個(gè)特征。

2.2 水環(huán)境容量計(jì)算模型

在水動(dòng)力模型與水質(zhì)模型計(jì)算的基礎(chǔ)上，本文采用控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)計(jì)算法來(lái)計(jì)算研究區(qū)及各劃分單元的水環(huán)境容量?？刂茢嗝嫠|(zhì)達(dá)標(biāo)法是指在保證水功能區(qū)控制斷面達(dá)標(biāo)的情況下，利用已建立的河網(wǎng)一維非穩(wěn)態(tài)水量水質(zhì)模型，模擬研究區(qū)河網(wǎng)各計(jì)算斷面的水質(zhì)過(guò)程，得出各概化排污口的污染物允許排污量，進(jìn)而得出研究區(qū)及各劃分單元的水環(huán)境容量。

2.3 水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

在水量水質(zhì)模擬和水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究河網(wǎng)區(qū)的水環(huán)境承載力。本文基于科學(xué)性、整體性、層次性、動(dòng)態(tài)性及研究區(qū)特殊性的原則，采用了層次分析法與模糊綜合法建立了椒江區(qū)河網(wǎng)水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從水資源、水體納污和經(jīng)濟(jì)社會(huì)三個(gè)子系統(tǒng)著手，將椒江區(qū)河網(wǎng)水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系分為目標(biāo)層（A）、準(zhǔn)則層（B）、指標(biāo)層（C）三個(gè)層次。

3 水環(huán)境容量承載率計(jì)算

由于缺乏研究區(qū)河網(wǎng)各項(xiàng)水力水質(zhì)參數(shù)資料，本文選取研究區(qū)河網(wǎng)水系的西北部作為本次調(diào)水試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行水量水質(zhì)同步監(jiān)測(cè)，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)水試驗(yàn)核心區(qū)。該區(qū)域幾乎覆蓋了本文研究區(qū)內(nèi)的葭芷街道、白云街道的全部河網(wǎng)地區(qū)，且大部分的水文水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面位于此區(qū)域內(nèi)，其水動(dòng)力條件與水污染物的時(shí)空變化特征（遷移、轉(zhuǎn)化等）都具有較強(qiáng)的代表性，因而研究成果可以作為研究區(qū)大河網(wǎng)水環(huán)境數(shù)學(xué)模型構(gòu)建與水體納污能力計(jì)算的重要參考依據(jù)。

通過(guò)核心區(qū)河網(wǎng)的概化、河道斷面的概化、邊界條件的選取、模型參數(shù)的反復(fù)調(diào)試等步驟，模擬核心區(qū)在原型調(diào)水期間的水量水質(zhì)變化過(guò)程，在模型模擬結(jié)果在允許誤差范圍內(nèi)的情況下，確定出核心區(qū)水環(huán)境模型的各項(xiàng)參數(shù)值，模型參數(shù)的驗(yàn)證情況較好，模擬值與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差基本在10%以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足了河網(wǎng)水量水質(zhì)模型的構(gòu)建要求。

通過(guò)不斷地調(diào)整模型中排污口（各劃分單元）的污染物入河量數(shù)值，直至研究區(qū)內(nèi)水功能區(qū)各控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)（各功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)III-IV 類(lèi)），認(rèn)為模型中各排污口的當(dāng)前污染物入河量為各排污口可允許排污的最大值，也就等同于各劃分單元的河網(wǎng)納污能力的具體數(shù)值。綜合各單元2010 年污染物入河量的計(jì)算成果與各單元河網(wǎng)的納污能力計(jì)算成果，計(jì)算得出各劃分單元的水環(huán)境容量承載率，研究區(qū)COD 納污能力為4161.2t/y，水環(huán)境容量承載率0.5；氨氮納污能力為257t/y，水環(huán)境容量承載率0.36。

4 水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)

4.1 重要指標(biāo)計(jì)算

除計(jì)算各片區(qū)水環(huán)境承載率指標(biāo)外，根據(jù)各指標(biāo)涵義結(jié)合實(shí)際資料，計(jì)算出各指標(biāo)實(shí)際值，具體指標(biāo)包括人均水資源量、河網(wǎng)生態(tài)環(huán)境需水保證率、河網(wǎng)結(jié)構(gòu)自然度、城鎮(zhèn)化率、恩格爾系數(shù)、截污率。

4.2 研究區(qū)水環(huán)境承載能力綜合評(píng)價(jià)

（1）指標(biāo)權(quán)重值確定。水環(huán)境承載力系統(tǒng)是一個(gè)具有多因子的復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)包含了不確定性和模糊性，而層次分析法在多目標(biāo)和多準(zhǔn)則的復(fù)雜系統(tǒng)中具有一定的優(yōu)越性，因此，本文采用該法確定出各層次指標(biāo)的權(quán)重。

（2）模糊綜合評(píng)價(jià)。對(duì)于河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境承載力來(lái)說(shuō)，可承載與不可承載之間的界定十分模糊，且各個(gè)子系統(tǒng)與因素之間不確定性很多，本文采用模糊數(shù)學(xué)的隸屬度概念去定量描述河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境承載力。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)［6］，本文將河網(wǎng)水環(huán)境承載力的狀況分為不可承載（0～0.2）、極弱承載（0.2～0.4）、弱承載（0.4～0.6）、基本承載（0.6～0.8）、良好承載（0.8～1.0）。

4.3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

研究區(qū)水環(huán)境承載力指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明：

（1）2010 年各單元水環(huán)境承載力度量在0.16～0.88 之間，整體水環(huán)境承載力普遍不高，且各區(qū)域的水環(huán)境承載能力差異較大，主城區(qū)與城郊區(qū)水環(huán)境承載力相比其他地區(qū)較低，在空間上呈現(xiàn)出“主城區(qū)＜城郊區(qū)＜一般城鎮(zhèn)區(qū)＜遠(yuǎn)郊區(qū)”的格局，僅有位于遠(yuǎn)郊區(qū)的椒江農(nóng)場(chǎng)其水環(huán)境承載狀態(tài)較為良好，其他區(qū)域的承載能力都未達(dá)到“及格線”（度量值為0.6）。

（2）從各劃分單元的主要影響因子來(lái)看，①主城區(qū)的問(wèn)題主要體現(xiàn)在水資源與水體納污子系統(tǒng)上，區(qū)內(nèi)人口密度大、人均水資源量匱乏、生態(tài)環(huán)境需水保證率不高、河網(wǎng)結(jié)構(gòu)自然度偏低、COD 和NH3-N 環(huán)境容量承載率偏低等，造成了區(qū)域內(nèi)水環(huán)境承載力嚴(yán)重不足，而社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)對(duì)主城區(qū)水環(huán)境的支撐能力相對(duì)較高，尤其體現(xiàn)在污水管網(wǎng)截污率上；②城郊區(qū)的主要問(wèn)題體現(xiàn)在人均水資源量不足、河網(wǎng)水體納污能力偏低、污水管網(wǎng)截污率不高等方面，區(qū)內(nèi)聚集了大量的外地流動(dòng)人口，而城市的各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施尚不能滿(mǎn)足城郊區(qū)人口的負(fù)載要求，如生活污水直排河道內(nèi)、生活垃圾傾入水體、建筑侵占水面等等，使得該區(qū)域內(nèi)的河網(wǎng)水體環(huán)境承受著極大的壓力，水環(huán)境問(wèn)題十分突出；③一般城鎮(zhèn)區(qū)的主要問(wèn)題體現(xiàn)在人均水資源量不足、水體納污能力不足、污水管網(wǎng)截污率偏低等方面，該區(qū)域內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展比主城區(qū)和城郊區(qū)相對(duì)落后，城市的各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施還亟需得到改善，尤其是污水管網(wǎng)的覆蓋率遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到要求，區(qū)內(nèi)河網(wǎng)水體水質(zhì)不斷惡化、水體納污能力降低，導(dǎo)致水環(huán)境承載力偏低，但一般城鎮(zhèn)區(qū)的河網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征、城鎮(zhèn)化進(jìn)程、恩格爾系數(shù)等指標(biāo)的度量值相對(duì)較高，表明其經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與水環(huán)境保持著相對(duì)較好的協(xié)調(diào)性。

4.4 水環(huán)境改善措施與建議

（1）水資源系統(tǒng)策略。建立用水效率控制紅線，實(shí)施用水效率控制制度，構(gòu)建高效控污節(jié)水型社會(huì)；合理開(kāi)發(fā)利用區(qū)內(nèi)外水資源，建立用水總量控制紅線；構(gòu)建完善的雨洪資源利用工程體系，提升雨洪資源利用率，滿(mǎn)足城市生態(tài)需水。

（2）水體納污系統(tǒng)策略。建立水功能區(qū)限制納污紅線，強(qiáng)化研究區(qū)水功能區(qū)管理，控制各區(qū)域污染物入河量；嚴(yán)格控制點(diǎn)源污染排放，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時(shí)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染治理，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)行業(yè)與水環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

（3）經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)策略。加強(qiáng)城市污水收集系統(tǒng)工程建設(shè)，有效降低生活污染源入河量；通過(guò)自然與人工手段科學(xué)有效地加強(qiáng)區(qū)域河網(wǎng)水系整治，構(gòu)建層次豐富、脈絡(luò)相通的河湖健康水系［8］；完善城市郊區(qū)與一般城鎮(zhèn)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施，提升經(jīng)濟(jì)社會(huì)承載能力；健全政策法規(guī)體系，為維持水環(huán)境系統(tǒng)運(yùn)行提供保障；加快區(qū)域循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，保證區(qū)域資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

在水環(huán)境承載力理論的研究基礎(chǔ)上，將水體納污能力作為水環(huán)境承載力重要的一部分，結(jié)合水資源承載與經(jīng)濟(jì)社會(huì)承載子系統(tǒng)，共計(jì)8 項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建水環(huán)境承載力指標(biāo)評(píng)價(jià)體系?；趯哟畏治龇ê湍：C合評(píng)價(jià)法，對(duì)研究區(qū)各劃分單元河網(wǎng)水環(huán)境承載力進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。在本文的實(shí)例研究中，碰到了一些資料不足（缺乏和精度不夠）的問(wèn)題，對(duì)研究區(qū)水環(huán)境承載力的大小評(píng)估產(chǎn)生了一定的誤差，而遙感、地理信息系統(tǒng)GIS 等領(lǐng)域的深入研究與運(yùn)用可以幫助獲取數(shù)量更多、精度更高的資料，對(duì)于擴(kuò)展水環(huán)境承載力研究廣度和加深其研究深度具有非常重要的作用。