太湖流域水資源承載力特征分析及評價研究

卞錦宇，宋 軒，耿雷華，顏 冰

(1.南京水利科學(xué)研究院，水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210029；2.南京市水利規(guī)劃設(shè)計院，南京 210001)

0 引 言

太湖流域依水而生、依水而興，流域內(nèi)大部分地區(qū)屬于平原河網(wǎng)地區(qū)，湖泊星羅棋布，河網(wǎng)水系發(fā)達(dá)，水鄉(xiāng)河網(wǎng)孕育著流域的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。改革開放以來，太湖流域工業(yè)化、城市化進(jìn)程飛速，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，人民生活水平不斷提高。但是，由于工業(yè)化進(jìn)程初期發(fā)展模式過于粗放，加之流域人口增長迅速，污染物排放量超過了污染消納和自凈能力，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，使得流域水資源矛盾十分突出，水資源和水環(huán)境承載能力日益薄弱，水污染嚴(yán)重，水質(zhì)型缺水問題突出。主要表現(xiàn)為①本地水資源量不足，太湖流域多年平均水資源總量為176.0 億m3，流域人均本地水資源僅為全國的1/5；②用水效率低，2016年太湖流域總用水量335.8 億m3，人均用水量557 m3，萬元工業(yè)增加值用水量81 m3，高于全國平均水平，與先進(jìn)地區(qū)差距不小；③水污染嚴(yán)重，2016年太湖流域Ⅰ～Ⅲ類河長占評價河長百分比為28.2%，Ⅳ、Ⅴ類占比為63.1%，劣Ⅴ類占比8.7%，湖泊水體處于中度富營養(yǎng)狀態(tài)[1]。

雖經(jīng)過多年來的水環(huán)境綜合治理，水環(huán)境狀況有所改善，但平原湖泊水體流動弱、水體置換較慢，自凈能力差，生態(tài)功能退化，水質(zhì)型缺水問題難以在短期內(nèi)解決，已成為制約太湖流域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的瓶頸。造成這些問題的主要原因是人口經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展布局與水資源不匹配、與水生態(tài)格局不協(xié)調(diào)、水資源水環(huán)境承載負(fù)荷不均衡。嚴(yán)峻的水資源水環(huán)境形勢迫切需要開展太湖流域水資源承載能力評價，建立有效科學(xué)的評價體系，客觀判斷水資源承載能力與支撐小康社會建設(shè)、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展布局的匹配關(guān)系，并采取有效的管控措施，遏制對水資源的不合理使用和對水環(huán)境的污染，以此促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與流域水資源承載能力相適應(yīng)。

目前，對太湖流域水資源承載力已有一定的研究，大多側(cè)重于水環(huán)境承載力[2-4]，從水資源系統(tǒng)角度的研究尚不多見，對流域水資源承載力的概念、內(nèi)涵、特征還未有系統(tǒng)分析，量化方法也沒有形成成熟的理論體系，不同的研究方法又各有側(cè)重，總體上流域承載力的理論研究和實(shí)踐研究尚處于探索階段。

1 太湖流域水資源承載力內(nèi)涵

太湖流域內(nèi)大部分地區(qū)屬于平原河網(wǎng)地區(qū)，河網(wǎng)水系發(fā)達(dá)，水資源支撐著流域的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，其承載力具有自然資源承載力的一般內(nèi)涵，同時還具有其特定的內(nèi)涵，概括如下。

(1)水資源承載力問題歸根結(jié)底是可持續(xù)性發(fā)展問題，應(yīng)當(dāng)在可持續(xù)發(fā)展的背景下認(rèn)識和處理水資源承載能力問題[5]。太湖流域歷來以魚米水鄉(xiāng)聞名于世，有著豐沛的上游來水，以及縱橫交錯的河網(wǎng)水系，但經(jīng)歷了社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，太湖流域水資源供需矛盾日趨突出。流域內(nèi)的污染物排放量遠(yuǎn)大于河湖等水體的納污能力，河湖水體污染嚴(yán)重，常年存在水質(zhì)型缺水現(xiàn)象，飲用水源地水質(zhì)安全問題突出。流域內(nèi)的水生態(tài)環(huán)境日益退化，由于泥沙淤積、圍湖墾殖和養(yǎng)殖等影響，湖泊萎縮顯著、近岸呈沼澤化發(fā)展趨勢，生物多樣性和生態(tài)穩(wěn)定性下降。太湖流域水環(huán)境經(jīng)歷了“50年代淘米洗菜，60年代洗衣灌溉，70年代水質(zhì)變壞，80年代末魚蝦絕代，90年代人體生癌，2000年代藍(lán)藻襲來……”的變化，流域的社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展道路受到了嚴(yán)重的干擾。為了應(yīng)對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中各類生態(tài)環(huán)境問題，流域水資源承載力的提出應(yīng)以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，承載能力的提高應(yīng)以可持續(xù)發(fā)展為內(nèi)核，通過承載主體的可持續(xù)發(fā)展支撐客體的可持續(xù)發(fā)展。

(2)太湖流域水資源承載力與水環(huán)境、水生態(tài)是緊密相關(guān)的。太湖流域河湖水體污染、水質(zhì)惡化、藍(lán)藻大面積爆發(fā)，充分說明沒有健康的水環(huán)境、水生態(tài)，再豐富的水資源也支撐不了社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，因此不應(yīng)當(dāng)忽視水資源承載力中水環(huán)境污染、水生態(tài)破壞的作用?；谶@樣的認(rèn)識，在考慮太湖流域水資源對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的承載能力時，應(yīng)足夠重視水環(huán)境水生態(tài)對于社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的承載能力，將其放于與水資源承載能力相同的位置。因此太湖流域水資源承載力內(nèi)涵從最初單純地從水量出發(fā)的水資源承載力到后來由于污染問題日益嚴(yán)重而被提出的水環(huán)境承載力，再到考慮整個生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展，流域水資源承載力內(nèi)涵不斷外延包含了水資源承載力、水環(huán)境承載力及其他與水有關(guān)的水生態(tài)承載力，反映了在不同的歷史發(fā)展時期流域水資源承載力內(nèi)涵的不斷豐富與轉(zhuǎn)變。

(3)無論是水資源承載力、水環(huán)境承載力還是水生態(tài)承載力，都具有社會經(jīng)濟(jì)屬性內(nèi)涵。根據(jù)水資源承載的主客體理論，太湖流域水資源承載能力主體是水資源系統(tǒng)、水環(huán)境系統(tǒng)，承載的客體是人類社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)，承載的主客體相互依存、缺一不可。沒有水資源的支撐能力，社會經(jīng)濟(jì)無法發(fā)展，同樣沒有社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，水資源的支撐就無意義。其社會經(jīng)濟(jì)屬性具體表現(xiàn)為水資源支撐全流域六千萬人、七萬億元GDP的生存與發(fā)展，是水資源承載主體對承載客體的最重要的功能，但同時社會發(fā)展規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展布局的改變也作用于水資源承載能力，即主體與客體存在雙向影響。

2 太湖流域水資源承載力特征

結(jié)合太湖流域水資源、水環(huán)境、水生態(tài)特點(diǎn)，太湖流域水資源承載力特征總結(jié)如下。

(1)水資源功能的多樣性。太湖流域由于其河道縱橫、水面豐富，有“水鄉(xiāng)澤國”的美譽(yù)，許多城鎮(zhèn)沿河而建，直到今天仍有許多居民依水而居，如太湖流域著名的水鄉(xiāng)古鎮(zhèn)周莊、甪直、西塘、朱家角等，人民生活處處與水相關(guān)，水的文化滲透在生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。臨水而居，與水為鄰，太湖流域各城市均注重建立人水和諧共處的新型人水關(guān)系，發(fā)展濱水經(jīng)濟(jì)，美化景觀水系，提升城市價值。過去人們對于太湖流域水資源的利用主要包括飲用水、洗米洗菜、洗衣做飯等生活用水、農(nóng)田灌溉、漁業(yè)養(yǎng)殖、航運(yùn)交通等主要幾個方面。隨著人口的聚集和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類活動對自然資源的影響日漸顯著，水資源的基本功能也發(fā)生了巨大變化，由原來較為單一的生活、灌溉、航運(yùn)等發(fā)展為更為豐富的飲用水源、航運(yùn)交通、景觀休閑、生態(tài)服務(wù)、文化根基等多樣的功能，極大地豐富了流域水資源承載力內(nèi)涵，反映了水資源承載客體的多樣性特征。

(2)水量支撐的多源性。太湖流域本地水資源量嚴(yán)重不足，多年平均水資源總量為176億m3，人均水資源量不足全國人均占有量的20%，位居全國各省區(qū)倒數(shù)第八位。因此，太湖流域供水量除取用流域內(nèi)的河湖水源外，必須依靠調(diào)引長江水和錢塘江水。太湖流域的供水水源主要以地表水資源為主，流域內(nèi)的水資源開發(fā)利用工程主要包括西部和西南部山丘區(qū)的水庫與塘壩；平原區(qū)的大小湖蕩，特別是流域內(nèi)的大型湖泊；沿江水系的部分河道，這些河道可以調(diào)引長江水和錢塘江水；平原區(qū)的河網(wǎng)水系等。

根據(jù)2016年太湖流域水資源公報，2016年太湖流域供水總量335.8 億m3，本地水源供水140.5 億m3，其中太湖供水15.8 億m3、太浦河供水2.7 億m3、望虞河供水0.1 億m3，長江水源供水190.0 億m3，錢塘江水源供水5.3億m3。水量多源性反映了太湖流域水資源承載主體的多樣性特征。

(3)水質(zhì)影響的決定性。太湖流域水資源的主要問題，除了總量特別是人均數(shù)量嚴(yán)重不足外，最重要的是水體污染嚴(yán)重。地表水資源受到排污入河污染物的影響，導(dǎo)致了水體污染而使水資源喪失了使用價值，造成的水資源浪費(fèi)和對生態(tài)系統(tǒng)的破壞，其對社會發(fā)展會產(chǎn)生多方面的影響。由于水質(zhì)污染嚴(yán)重，流域近50%的水資源不能利用，大大地加深了水資源的短缺矛盾。同時，不同水質(zhì)類型的水量均存在一定程度的短缺現(xiàn)象，從需要量而言，水資源缺口最大的是用于工業(yè)的Ⅳ類水，在區(qū)外調(diào)水補(bǔ)充后，缺口仍然很大，2015年缺水總量達(dá)到147.7 億m3，缺水量約占可用水資源的50%，近幾年由于水環(huán)境治理的加大，這一比例已逐年減少，但總體情況仍不容樂觀。當(dāng)水資源缺乏而從區(qū)外調(diào)水時，首先補(bǔ)充的是城鄉(xiāng)居民生活用水，也是對Ⅱ、Ⅲ類水的補(bǔ)充，若再需要的話就是補(bǔ)充Ⅳ類的工業(yè)用水，而用于農(nóng)業(yè)的Ⅴ類水，則通常由劣Ⅴ類水代替，同時還將擠占景觀和生態(tài)等用水，加劇生態(tài)惡化，形成惡性循序。因此，水質(zhì)型缺水加劇了水資源供需矛盾，影響著水生態(tài)系統(tǒng)的平衡。從水質(zhì)型缺水類型看，太湖流域基本屬于產(chǎn)業(yè)型和生態(tài)型水質(zhì)型缺水，而產(chǎn)業(yè)型又屬于畜牧漁業(yè)水質(zhì)型缺水與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)水質(zhì)型缺水。

根據(jù)太湖流域水資源公報，2016年太湖流域省界河流34個監(jiān)測斷面，斷面水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類達(dá)50.0%，Ⅳ類35.3%，Ⅴ類5.9%，劣于Ⅴ類8.8%，與2012年只有9.4%的斷面水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)相比，已有很大改善。在重點(diǎn)湖泊中，2016年全年期太湖營養(yǎng)狀態(tài)為中度富營養(yǎng)，各湖區(qū)中東太湖、東部沿岸區(qū)和五里湖為輕度富營養(yǎng)，占湖區(qū)面積的19.1%；梅梁湖、竺山湖、貢湖、湖心區(qū)、西部沿岸區(qū)和南部沿岸區(qū)為中度富營養(yǎng)，占80.9%。淀山湖、西湖全年期水質(zhì)為劣Ⅴ類。

總體上，水質(zhì)惡化造成的水質(zhì)型缺水對流域水環(huán)境承載力有直接影響，在水量充沛的條件下，水質(zhì)問題是影響水環(huán)境承載能力的決定性因素。

(4)水生態(tài)系統(tǒng)重要性。由于經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，太湖流域平原區(qū)的大部分河流和湖泊都受到不同程度的污染，河湖水生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重，部分水生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能喪失，水體自凈能力顯著下降，原有水生生物鏈?zhǔn)艿狡茐?，?dǎo)致水生生物資源衰退、生物多樣性和生態(tài)穩(wěn)定性下降。但是經(jīng)過多年的治理，尤其是2008年國務(wù)院批復(fù)實(shí)施了《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》以及實(shí)施《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案(2013年修編)》，太湖流域水環(huán)境綜合治理初見成效，太湖流域藍(lán)藻防控和飲用水安全得到保障，水環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)中趨好，大面積藍(lán)藻水華暴發(fā)的聚集程度明顯減輕，近兩年藍(lán)藻爆發(fā)面積較2007年減少50%以上，水生生物有了一定程度的恢復(fù)，水生態(tài)環(huán)境有了明顯的改善。但是由于水污染治理的復(fù)雜性和困難性，太湖治理仍面臨著一些亟待解決的問題，難以徹底改變太湖流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理的狀況，依然存在工業(yè)企業(yè)污水偷排、漏排的現(xiàn)象，零散式的小型排污口數(shù)量仍較多，農(nóng)業(yè)面源污染有效治理技術(shù)相對薄弱，缺乏有效控制手段，在流域全面推廣難度較大。因而水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和保護(hù)在今后較長時期內(nèi)仍是太湖流域水資源承載能力的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

(5)水體循環(huán)流動性。太湖流域多為平原洼地，區(qū)域地勢平坦，同時受到東海潮汐頂托，流域河道雖多但水流滯緩，水體自凈能力差，易形成污水積集。通過實(shí)施“引江濟(jì)太”工程，增加了太湖流域的水資源量，加快了水體的流速，使太湖流域廣大平原河網(wǎng)湖泊水質(zhì)得到不同程度的改善。水體循環(huán)流動性是對湖泊水體的一個特征考慮，太湖流域的水資源開發(fā)利用涵蓋了城市發(fā)展、航運(yùn)交通、景觀休閑、生態(tài)服務(wù)、文化傳承等諸多方面，無論在哪一方面，其中起決定性作用的仍是水質(zhì)、水量和水的循環(huán)流動能力，這3個因素決定了水資源所具備的客觀利用量及利用價值。因此水體的循環(huán)流動性是太湖流域水資源承載能力不可或缺的屬性特征。

3 太湖流域水資源承載力定義

水資源承載力是隨著人類對水資源問題認(rèn)識的不斷深入以及環(huán)境科學(xué)的發(fā)展而被提出并不斷完善的，其定義反映了不同的歷史發(fā)展階段，人們對水資源支撐社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的認(rèn)識和判斷。近期關(guān)于水資源承載力定義的典型研究主要有：

(1)在一定流域或區(qū)域內(nèi)，在特定社會、經(jīng)濟(jì)與技術(shù)條件下，在可預(yù)見的時期內(nèi)在滿足合理的河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下，水資源能夠持續(xù)支撐的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)模，并維系良好的流域或區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的能力[6]。(2015年，全國資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預(yù)警技術(shù)方法)；

(2)可預(yù)見的時期內(nèi)在滿足合理的河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下，綜合考慮來水情況、工況條件、用水需求等因素，水資源承載經(jīng)濟(jì)社會的最大負(fù)荷[7]。(2016，水利部水資源承載能力監(jiān)測預(yù)警項(xiàng)目組)；

(3)以維系良好的水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)為前提，在特定的經(jīng)濟(jì)條件與技術(shù)水平下，區(qū)域水資源的最大可開發(fā)利用規(guī)模或?qū)?jīng)濟(jì)社會發(fā)展的最大支撐能力。(2016，國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“國家水資源承載力評價與戰(zhàn)略配置”項(xiàng)目 )。

基于以上典型定義，結(jié)合本次關(guān)于水資源承載力內(nèi)涵、特征分析，提出太湖流域水資源承載力定義為：在太湖流域特定社會、經(jīng)濟(jì)與技術(shù)條件下，在可預(yù)見的時期內(nèi)在滿足合理的河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下，在實(shí)現(xiàn)河道內(nèi)水流更新、水體循環(huán)的功能基礎(chǔ)上，滿足流域水質(zhì)要求的水資源能夠持續(xù)支撐的合理程度的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)模，并維系良好的流域可持續(xù)發(fā)展的最大能力。強(qiáng)調(diào)在滿足水量、水質(zhì)要求下，充分體現(xiàn)水流更新特性的條件下，水資源能夠支撐經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)模，是一種偏重于客體角度的定義。

4 水資源承載力評價指標(biāo)框架

水資源承載能力評價對象是流域水資源承載主體和客體，不是單純的表示水資源系統(tǒng)的承載主體，也不僅是表示社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的承載客體，水資源承載主體對應(yīng)的承載能力、水資源承載客體對應(yīng)的水資源承載負(fù)荷，兩者缺一不可。相應(yīng)的，太湖流域水資源水環(huán)境承載能力評價對象就是流域承載主體----水資源、水環(huán)境系統(tǒng)，流域承載客體----社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)。評價過程就是判斷水資源、水環(huán)境系統(tǒng)等承載主體是否滿足社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展需求，即水資源系統(tǒng)、水環(huán)境系統(tǒng)對社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的支撐狀態(tài)。

水資源承載力評價應(yīng)遵循如下準(zhǔn)則：

(1)主客體相關(guān)性。評價不是僅針對承載力主體或客體，而是兩者的相關(guān)性衡量，需要將承載主體所提供的水資源水環(huán)境承載能力與承載客體所需的水資源水環(huán)境負(fù)荷區(qū)分，但又要緊密聯(lián)系，通過判斷承載能力是否滿足承載負(fù)荷來評價水資源水環(huán)境承載狀況。

(2)多要素綜合評價。太湖流域水資源水環(huán)境承載力評價涉及多個方面，承載主體有水資源系統(tǒng)、水環(huán)境系統(tǒng)，承載客體有社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)，需要統(tǒng)籌兼顧水資源自然條件及其開發(fā)利用、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模、水環(huán)境與水生態(tài)狀況等多方面要素的分析評價。

(3)特征要素評價。太湖流域水資源水環(huán)境有其自身的特點(diǎn)，如本地水資源量嚴(yán)重不足，必須依靠長江、錢塘江等過境水資源，因此在評價流域水資源量時要將過境水水資源及引調(diào)水考慮在內(nèi)；同時河湖水體流動循環(huán)性，在調(diào)水工程作用下加快了水體更新速度，改善了太湖流域河網(wǎng)湖泊水質(zhì)，是湖泊水體特有的屬性，評價時需要充分考慮。

從國內(nèi)外的實(shí)際應(yīng)用情況看，指標(biāo)體系多采用多指標(biāo)層次分析法。從評價目標(biāo)出發(fā)，圍繞評價對象影響因素逐層展開，有利于構(gòu)建全面、清晰的評價結(jié)構(gòu)。因此，根據(jù)國內(nèi)外的有關(guān)研究成果和實(shí)踐，本項(xiàng)目建立由目標(biāo)層、要素層、表征層和指標(biāo)層構(gòu)成的多層次、雙表征的水資源承載力評價指標(biāo)體系。

(1)目標(biāo)層。水資源承載力作為總目標(biāo)層，反映流域水資源承載力在水量、水質(zhì)、水生態(tài)等方面所處的狀態(tài)。水資源承載力研究是要實(shí)現(xiàn)水資源對社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)，能支持社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，評價的目標(biāo)是判斷太湖流域水資源承載狀況或水平，分析水資源超載原因，從成因著手，追蹤溯源，為促進(jìn)水資源承載水平提出對策和建議。

(2)要素層。要素層包括4個方面：①水量要素，是指在保障合理生態(tài)用水的前提下，水資源對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展所能提供的最大水量；②水質(zhì)要素，是指在滿足水域使用功能水質(zhì)要求的前提下，水資源所能提供水量的最大水質(zhì)保障；③水生態(tài)要素，是指流域內(nèi)河湖基本生態(tài)環(huán)境用水滿足情況及水生態(tài)狀況；④水流要素，是指在天然狀態(tài)或人類活動下的河湖水流動狀況、由水流動形成的河湖水流更新狀況及由此對流域本地水資源量增加、水環(huán)境改善、水生態(tài)修復(fù)的作用。

(3)表征層。根據(jù)水資源承載力的定義，可分為水資源承載能力和水資源承載負(fù)荷，分別表示水資源對社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境發(fā)展的支撐力以及后者對水資源利用的壓力，為此要素層也可從能力和負(fù)荷兩方面進(jìn)行分析，水量要素、水質(zhì)要素、水生態(tài)要素及水流要素分別分為能力表征和負(fù)荷表征。

(4)指標(biāo)層。指標(biāo)層是指定義清晰、可通過直接的計算或從統(tǒng)計資料中獲得的指標(biāo)變量。指標(biāo)層是構(gòu)成水資源水環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系的最基本的元素。分別對應(yīng)反映太湖流域水資源承載力評價的四個要素和八個表征，構(gòu)建相應(yīng)的評價指標(biāo)，評價框架見圖1。

圖1 太湖流域水資源水環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系框架

5 水資源承載力評價方法

關(guān)于水資源承載能力評價方法比較多，主要可分為3類：一是經(jīng)驗(yàn)估算法，主要有背景分析法、經(jīng)驗(yàn)公式法等[8]；二是指標(biāo)體系評價法，主要有綜合指標(biāo)法、模糊綜合評價法、向量模法、主成分分析法等[9]；三是復(fù)雜系統(tǒng)分析法，主要有系統(tǒng)動力學(xué)法、多目標(biāo)分析法、壓力狀態(tài)相應(yīng)法、動態(tài)模擬遞推法等[10,11]，各類方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。

經(jīng)驗(yàn)估算法受人為因素影響較大，方法的應(yīng)用及條件限制主要由主觀判斷，從而引起誤差。復(fù)雜系統(tǒng)分析方法的優(yōu)點(diǎn)是針對性強(qiáng)，可以靈活處理多維高階、非線性等問題，精度更好，但缺點(diǎn)是模型構(gòu)建復(fù)雜、參數(shù)界定不好掌握。本文主要針對流域尺度的承載力評價，更偏向于采用簡單易行、操作性強(qiáng)的評價方法，便于指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取及評價范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用。因此采用了以下兩種指標(biāo)體系評價法：

(1)單因素評價法。目前水利部開展的全國水資源承載力監(jiān)測預(yù)警工作中，采用的是單指標(biāo)評價法，即對水量、水質(zhì)等要素指標(biāo)分別分為嚴(yán)重超載、超載、臨界狀態(tài)、不超載4個等級，按照短板原理，取要素最差的狀態(tài)為綜合評價結(jié)果。

參考該方法，按照4個等級，采用一票否決制度，取4個要素最差的狀態(tài)為綜合評價結(jié)果，各指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

(2)綜合指數(shù)評價法。根據(jù)構(gòu)建的太湖流域水資源水環(huán)境承載力評價指標(biāo)框架及水資源承載力定義，分別從水量、水質(zhì)、水生態(tài)及水流4要素進(jìn)行評價，即在滿足基本的河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下，考慮河流湖泊水流更新、水量置換的作用下，評價滿足流域水質(zhì)要求的水資源量對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐狀況，歸根結(jié)底可以看作為滿足各種條件下的水量支撐問題，即流域水資源可利用量能否適應(yīng)社會人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。為此可以將水質(zhì)、水生態(tài)及水流要素歸至水量要素下統(tǒng)一考慮，通過計算水量要素綜合指數(shù)來評價流域水資源水環(huán)境承載狀況。具體計算公式如下：

(1)

其中：流域用水總量(WU)=生產(chǎn)用水總量(WUd)+生活用水總量(WUl)+生態(tài)用水總量(WUe)；流域水資源可利用量(WS)=流域本地水資源量(Wr)×可利用率(Ug)×水質(zhì)達(dá)標(biāo)河流長度比率(Lw)+過境水可利用量(Dw)。

表1 水資源承載狀況分析評價標(biāo)準(zhǔn)

6 太湖流域水資源承載力評價

(1)確定的評價指標(biāo)。結(jié)合實(shí)際指標(biāo)數(shù)據(jù)收集情況，本文主要針對水資源承載力水量、水質(zhì)、水生態(tài)、水流4要素下各一對能力和負(fù)荷指標(biāo)進(jìn)行評價。

①水資源可利用量。表征流域或區(qū)域水資源可利用狀況的指標(biāo)，包括地表水、地下水在內(nèi)的可利用量，可以通過技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)合理的工程調(diào)控措施滿足各種用水需求的水資源數(shù)量。

太湖流域有豐富的過境水，流域供水除本地水資源外，可以調(diào)引長江水和錢塘江水，因此這部分過境水量應(yīng)該納入水資源可利用量中。過境水資源可利用量按5%的多年平均過境水資源量來考慮。根據(jù)《江蘇省水資源調(diào)查評價》，長江多年平均過境水資源量約為9114.0 億m3，根據(jù)《浙江省水資源公報》，錢塘江多年平均徑流量約為387.0 億m3，太湖流域多年平均過境水資源量等于長江多年平均過境水資源量與錢塘江多年平均徑流量之和，即9 501.0 億m3，太湖流域過境水資源可利用量為475.0 億m3。

太湖流域本地水資源量多年平均值為176.0 億m3，太湖流域多年平均水資源可利用率為35.2%，本地水資源可利用量為62.0 億m3。

因此，太湖流域水資源可利用量為537.0 億m3。

②流域用水總量。包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活及生態(tài)在內(nèi)的所有用水總量。根據(jù)《太湖流域水資源公報》，2016年太湖流域用水總量335.8 億m3，其中生活用水占9.5%，生產(chǎn)用水占89.9%，生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水占0.6%。第一產(chǎn)業(yè)用水70.1 億m3，第二產(chǎn)業(yè)用水209.4 億m3，第三產(chǎn)業(yè)用水22.2 億m3。

③水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率控制目標(biāo)。根據(jù)《江蘇省“十三五”太湖流域水環(huán)境綜合治理行動方案》，到2020年，太湖流域重點(diǎn)考核斷面以及河網(wǎng)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率分別達(dá)到80%，因此確定太湖流域水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率控制目標(biāo)為80%，該指標(biāo)與負(fù)荷表征指標(biāo)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率相對應(yīng)，用于衡量太湖流域水功能區(qū)水質(zhì)狀況。

④水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。反映了流域水功能區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)狀況，表征流域水功能區(qū)水質(zhì)滿足指定功能目標(biāo)要求的程度，用水質(zhì)達(dá)標(biāo)的水功能區(qū)數(shù)占水功能區(qū)總數(shù)的百分比來度量，該指標(biāo)是表征區(qū)域水環(huán)境狀況的重要指標(biāo)之一。2016年太湖流域377個水功能區(qū)中全年期158個水質(zhì)達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率為41.9%。

⑤水體富營養(yǎng)化控制目標(biāo)。該指標(biāo)與負(fù)荷表征指標(biāo)水體富營養(yǎng)化指數(shù)相對應(yīng)，用于衡量太湖流域湖泊水體水生態(tài)狀況。

⑥水體富營養(yǎng)化指數(shù)。表征湖泊水體的營養(yǎng)狀況。富營養(yǎng)化評價采用《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定進(jìn)行評價。具體評價指標(biāo)包括透明度、總磷、COD、總氮、葉綠素等5項(xiàng)指標(biāo)。是衡量湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀況和水環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

水體富營養(yǎng)化指數(shù)采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)公式計算：

(2)

式中：TLI(S)表示綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj表示第j種參數(shù)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的對應(yīng)權(quán)重；TLI(j)表示第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

根據(jù)《健康太湖綜合評價與指標(biāo)研究總報告》和《太湖健康狀況報告》提供的數(shù)據(jù)，2006年至2009年太湖水體富營養(yǎng)化指數(shù)為64.9～60.9。

2016年全年期太湖營養(yǎng)狀態(tài)為中度富營養(yǎng)，各湖區(qū)中東太湖、東部沿岸區(qū)和五里湖為輕度富營養(yǎng)，占湖區(qū)面積的19.1%，梅梁湖、竺山湖、貢湖、西部沿岸區(qū)和南部沿岸區(qū)為中度富營養(yǎng)，占80.9%。4-9月太湖營養(yǎng)狀態(tài)為中度富營養(yǎng)。

⑦天然換水周期。表征天然狀態(tài)下湖泊具備自凈能力的指標(biāo)，是用湖泊年度進(jìn)出水量交換周期來反映湖泊潛在的納污能力。可以用湖泊的容積與年度出湖水量的比值來計算。太湖流域?qū)嵤┮瓭?jì)太水資源調(diào)度工程前，太湖換水周期為309 d，以此作為天然換水周期。

⑧實(shí)際換水周期。表征實(shí)際條件下湖泊具備自凈能力的指標(biāo)，是用湖泊年度進(jìn)出水量交換周期來反映湖泊潛在的納污能力，可以用湖泊的容積與年度出湖水量的比值來計算。反應(yīng)流入、流出湖泊的徑流量與湖泊容積的關(guān)系，該指標(biāo)也間接反映了湖泊水體的質(zhì)量以及湖泊生態(tài)系統(tǒng)狀況。由于太湖流域?qū)嵤┮瓭?jì)太水資源調(diào)度工程后，湖泊的換水周期受人為調(diào)控影響較大，該指標(biāo)與天然狀態(tài)下湖泊換水自然特征已有一定差別，說明采用相關(guān)的工程措施對提高水資源水環(huán)境承載力的作用。

引江濟(jì)太使太湖平均每年增加9.1億m3優(yōu)質(zhì)水，加快了太湖和引供水骨干河道優(yōu)質(zhì)水向周邊河網(wǎng)擴(kuò)散的速度，從而加速了太湖水體的置換，置換周期從原來的309 d縮短至250 d以下。

(2)單要素評價結(jié)果。根據(jù)單要素評價方法中設(shè)定的各指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)，計算太湖流域水資源承載力4要素承載狀況。以2016年為評價水平年，計算結(jié)果見表2。

表2 太湖流域水資源承載力單要素評價結(jié)果(2016年)

(3)綜合指數(shù)評價結(jié)果。太湖流域的水資源可利用量與水資源總量、可利用率、水質(zhì)狀況等有關(guān)。太湖流域多年平均水資源可利用率為35.2%。由于水體污染物的影響，太湖流域具有利用價值的水資源非常有限，根據(jù)2016年太湖流域水資源公報全年期水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，測算得考慮污水條件下其可利用率為41.9%，結(jié)合多年平均水資源可利用率，其可利用比率更低，僅為14.7%。

經(jīng)計算，2016年水資源可利用量為500.9 億m3，計算過程見表3。

表3 太湖流域水資源承載力綜合指數(shù)計算過程(2016年)

注：水資源可利用量=區(qū)域自產(chǎn)水資源量*考慮水質(zhì)影響的可利用率+過境水可利用量。

根據(jù)綜合指數(shù)評價計算公式，水資源承載指數(shù) = 335.8/500.9 = 0.67，處于不超載狀態(tài)。

(4)評價結(jié)果分析。根據(jù)單要素評價結(jié)果，太湖流域水量、水流要素承載力處于不超載狀態(tài)，水質(zhì)要素、水生態(tài)要素為超載狀態(tài)，綜合評價結(jié)果為超載。水質(zhì)、水生態(tài)是造成太湖流域水資源承載能力超載的主要因素。

造成水質(zhì)超載的主要因子為氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、COD、BOD。2016年太湖流域377個水功能區(qū)中全年期158個水質(zhì)達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率僅為41.9%。根據(jù)2016年太湖健康狀況報告》，氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、總氮濃度均達(dá)到《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》確定的2020年控制目標(biāo)的入河河流只有有4條，分別為望虞河、大溪河、梁溪河、大錢港，占比僅為18.2%。雖然全流域河流水質(zhì)逐年呈改善趨勢，但流域水質(zhì)狀況仍不容樂觀。

太湖流域水生態(tài)形勢仍然比較嚴(yán)峻。2016年太湖平均營養(yǎng)指數(shù)為62.3，為中度富營養(yǎng)水平。太湖藍(lán)藻平均數(shù)量為8 282 萬個/L，是2015年的2.1倍。各湖區(qū)中，西部沿岸區(qū)、梅梁湖和竺山湖藍(lán)藻數(shù)量處于較高水平，水華最大面積達(dá)936.4 km2。重點(diǎn)湖泊包括太湖、淀山湖、西湖，主要超標(biāo)項(xiàng)目為總磷、五日生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和化學(xué)需氧量。若總氮參評，則全年期太湖所有水域均未達(dá)到Ⅲ類，Ⅳ類水體占19.1%；V類水體占7.0%，其余劣于V類水體占73.9%。

根據(jù)綜合指數(shù)評價結(jié)果，在考慮水質(zhì)影響的水資源可利用率條件下，2016年全流域水資源承載力處于不超載狀態(tài)。主要原因在于考慮水質(zhì)影響的可利用量是基于本地水資源量來計算的，太湖流域本地水資源量不足，多年平均水資源總量僅為176.0 億m3，遠(yuǎn)低于過境水資源可利用量，因此考慮水質(zhì)影響下的本地水資源可利用量對整個流域可利用量影響較小。

雖然兩種評價方法得出的評價結(jié)論不一致，但也從側(cè)面反映單因素評價方法的嚴(yán)苛性，從最不利因素利用一票否決制度進(jìn)行評判，最嚴(yán)格的反映當(dāng)?shù)厮Y源承載狀況。綜合指數(shù)評價結(jié)果雖然相對寬松，但由于考慮的重點(diǎn)仍是水量，水質(zhì)、水生態(tài)雖有涉及但影響程度不高，因此從評價結(jié)果來看，與單要素評價中水量要素承載狀況評價結(jié)果是一致的。兩種評價方法的結(jié)果差異主要是由于評價側(cè)重點(diǎn)的不同而導(dǎo)致的。

7 結(jié)論與建議

(1)評價側(cè)重點(diǎn)的不同直接影響評價結(jié)果。單要素評價法對水量、水質(zhì)、水生態(tài)、水流4個要素進(jìn)行全面評價，由于太湖流域的水質(zhì)、水生態(tài)短板，最終評價結(jié)果為超載。綜合指數(shù)評價方法側(cè)重于考慮本地水資源水質(zhì)影響下的可利用水量，由于本地水資源量占比較小，對流域的可利用量影響不大，因此評價結(jié)果為不超載。

(2)評價結(jié)果與太湖流域?qū)嶋H情況是相符的。無論是單要素評價法還是綜合指數(shù)法，評價結(jié)果都反映了太湖流域基本情況，由于過境水量充沛，水資源量能夠承載當(dāng)?shù)氐娜丝诤徒?jīng)濟(jì)發(fā)展。但污染問題仍然突出，太湖藍(lán)藻仍 頻繁爆發(fā)，尚未得到有效遏制，水質(zhì)、水生態(tài)狀況仍然較差。評價結(jié)果如實(shí)反映了這些問題。

(3)建議未來進(jìn)一步加強(qiáng)太湖流域水資源可利用量的研究。太湖流域水資源可利用量包括兩部分：本地水資源可利用量和過境水可利用量。水資源可利用量的計算需要確定水資源可利用率，根據(jù)太湖流域已有研究成果，本地水資源可利用率一般為35.2%，過境水資源量可利用率約為5%。但隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，流域的自然、社會環(huán)境都有了顯著的改變，水資源開發(fā)利用方式和利用水平也有了很大的改變和提高，因此需要對水資源可利用率做進(jìn)一步深入的研究，更為合理、科學(xué)的確定流域水資源可利用量。