阿克蘇水環(huán)境承載力變化分析

王立峰

（阿克蘇水文勘測(cè)局,新疆 阿克蘇 843000）

0 引言

水環(huán)境承載力是承載力理念與水環(huán)境概念相結(jié)合的研究[1]從微觀上來(lái)看，水環(huán)境承載力是指在一定的水域中自然和社會(huì)結(jié)合的條件下，水資源可以連續(xù)被使用，其能容納的最大污染物和污水能夠通過(guò)自我調(diào)節(jié)和凈化，而不影響特定的水質(zhì)目標(biāo)。宏觀上來(lái)看，水環(huán)境承載力是指在一定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下，一定區(qū)域（流域）的水系統(tǒng)功能所支撐的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活[2]。制定科學(xué)有效的對(duì)策，改善阿克蘇地區(qū)水環(huán)境質(zhì)量已成為阿克蘇地區(qū)整體發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。通過(guò)對(duì)阿克蘇地區(qū)水環(huán)境承載力的研究，可以客觀準(zhǔn)確地計(jì)算水環(huán)境承載力的價(jià)值。本文通過(guò)對(duì)承載力值變化的分析，找出阿克蘇地區(qū)水環(huán)境存在的問(wèn)題，并針對(duì)具體問(wèn)題提出切實(shí)可行的解決方案，以期提高區(qū)域水環(huán)境承載力[3]；保障阿克蘇地區(qū)水環(huán)境承載力、水環(huán)境安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重要意義，對(duì)走環(huán)境保護(hù)與發(fā)展并重的道路具有重要的科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

阿克蘇市位于新疆維吾爾自治區(qū)西部，市境總面積18369.9 km2。屬暖溫帶干旱氣候地區(qū)，降雨量稀少，蒸發(fā)量大，氣候干燥。市境內(nèi)有阿克蘇新大河、老大河及長(zhǎng)年不凍的多浪河流過(guò)，年徑流量114 億m3，還有儲(chǔ)量5 億m3的地下水。市境內(nèi)的天然河、湖與人工引、排渠系、水庫(kù)等組成密布的水網(wǎng)，滋養(yǎng)著廣闊無(wú)垠、郁郁蔥蔥的肥美農(nóng)田和綠洲。市境地勢(shì)平坦，土層深厚，水源充足。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

該文各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)提取自《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》（2012-2018年）、《阿克蘇市統(tǒng)計(jì)年鑒》（2012-2018年）、《阿克蘇市環(huán)境狀況公報(bào)》（2012-2018年）。

2.2 選取評(píng)價(jià)指標(biāo)

在分析水環(huán)境承載力影響因素的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)論的角度，構(gòu)建基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)、水資源、水環(huán)境和水生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)的水環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)體系[6]。根據(jù)指標(biāo)選取原則，通過(guò)頻度統(tǒng)計(jì)和理論分析相結(jié)合等方法選取指標(biāo)，共構(gòu)建了9個(gè)指標(biāo)，見(jiàn)圖1。

圖1 水環(huán)境承載力體系構(gòu)件圖

2.3 權(quán)重確定

水環(huán)境承載力指標(biāo)體系的指標(biāo)受人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、工業(yè)生產(chǎn)體系、技術(shù)水平、生態(tài)環(huán)境等因素的影響，其生活條件和變化特征對(duì)水環(huán)境的同步性有不同的影響。在評(píng)價(jià)區(qū)域水環(huán)境承載力時(shí)，需要考慮這些差異，根據(jù)指標(biāo)的影響程度，確定評(píng)價(jià)過(guò)程中的獨(dú)立作用。在水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的全過(guò)程中，對(duì)同一層次指標(biāo)的重要程度進(jìn)行了量化分布，并在總體評(píng)價(jià)中對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，區(qū)分對(duì)價(jià)格的影響，客觀反映實(shí)際情況，合理評(píng)價(jià)。

通過(guò)對(duì)阿克蘇地區(qū)水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算，得到各指標(biāo)的權(quán)重值[7]，見(jiàn)表1。

表1 指標(biāo)選擇及其權(quán)重結(jié)果

2.4 水環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)

（1）均方差決策法

平均方差決策方法反映了系統(tǒng)指標(biāo)對(duì)同一方案屬性值的方差程度[8]。首先，每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)置為一個(gè)隨機(jī)變量，三組Gj（J=1,2，…N），Bi（I=1,2，…N），di（i=1,2，…N）Gj是一個(gè)指數(shù)變量集，Bi是一個(gè)集合（本文中是一年），di是Gj的上集，Gj下Bi的無(wú)量綱屬性值是隨機(jī)變量的值，這些值對(duì)這些隨機(jī)變量進(jìn)行分布，將這些平均方差歸一化，并對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)。

具體計(jì)算過(guò)程是先將原始指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，記錄為矩陣Y=（Yij）m×n，n=0.01Bi，m=Gj，然后計(jì)算隨機(jī)變量的平均值。

最后，將各標(biāo)準(zhǔn)層的標(biāo)準(zhǔn)值組合成一個(gè)新的矩陣，通過(guò)反復(fù)使用上述公式，得到目標(biāo)層的標(biāo)準(zhǔn)值，即水環(huán)境綜合承載力評(píng)價(jià)值。

（2）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

距離變換法能很好地處理上述數(shù)據(jù)；距離變換法是統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)中的一種方法[9]。標(biāo)準(zhǔn)化后的新數(shù)據(jù)，每個(gè)指標(biāo)值的最大值為1，最小值為0，其余值在0和1之間，從而簡(jiǎn)化了計(jì)算的數(shù)據(jù)量。

區(qū)間變換法對(duì)應(yīng)的效益指標(biāo)計(jì)算公式如下：

其中，x為指標(biāo)數(shù)據(jù)初始值，y為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值。

3 結(jié)果分析

結(jié)合表1 準(zhǔn)則層因素集Z的權(quán)重結(jié)果，再次應(yīng)用以上公式，得到均方差決策法計(jì)算的阿克蘇地區(qū)區(qū)水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)值。

圖2 阿克蘇地區(qū)水環(huán)境承載力變化趨勢(shì)圖

圖2 顯示了用均方差法計(jì)算阿克蘇地區(qū)水環(huán)境承載力的水平趨勢(shì)。由圖2 可知，阿克蘇地區(qū)2012年～2017年間的水環(huán)境承載力在0.2～0.5之間，2018 的水環(huán)境承載力大于0.5。線性回歸趨勢(shì)線斜率大于0，表明承載力總體呈上升趨勢(shì)。阿克蘇地區(qū)水環(huán)境承載力總體上呈平穩(wěn)上升趨勢(shì)，最大波動(dòng)幅度在2013 年～2015 之間。2013 年經(jīng)濟(jì)承載力下降，2013 年～2014 年變化相對(duì)穩(wěn)定，但仍在穩(wěn)步上升。

圖3 分承載力變化圖

由圖3 可以看出，2012 年～2018 年經(jīng)濟(jì)分承載力呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，增長(zhǎng)率為184%。增幅最大的是2017 年～2018 年，主要是國(guó)家定向扶貧工作的實(shí)施，使農(nóng)民人均收入有所增加。2012 年～2017 年，人口分承載力逐年提高，增長(zhǎng)165.5%。從2017 年～2018 年，這一數(shù)字有所下降。除2016 年～2017 年略有下降外，其他年份生態(tài)分承載力也相應(yīng)提高，主要受城市污水處理效率提高和水資源供需平衡的影響。

基于所有指標(biāo)的范圍限制和評(píng)價(jià)方法本身的計(jì)算特性，計(jì)算最大數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的評(píng)價(jià)范圍。水環(huán)境負(fù)荷介于0 和1 之間[10]。當(dāng)所有指標(biāo)達(dá)到最佳標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，最大值接近1。否則，最小值為0。在對(duì)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，收集了阿克蘇地區(qū)長(zhǎng)期建設(shè)規(guī)劃數(shù)據(jù)，收集了社會(huì)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)和指標(biāo)本身的評(píng)價(jià)范圍，并參考其他文獻(xiàn)，得出了適合阿克蘇地區(qū)水環(huán)境負(fù)荷的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2。

表2 承載力與可承載類型對(duì)照

根據(jù)表中的分類標(biāo)準(zhǔn)，阿克蘇地區(qū)水環(huán)境承載力總體評(píng)價(jià)為差、極差，反映了阿克蘇地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)發(fā)展仍有許多方面有待加強(qiáng)。從實(shí)際水環(huán)境的特點(diǎn)來(lái)看，易受外部不利因素的影響，外部環(huán)境反饋明顯[11]。

4 結(jié)論

在分析阿克蘇地區(qū)水資源現(xiàn)狀和水環(huán)境現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，利用水環(huán)境承載力模型，構(gòu)建由九個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)體系，采用均方差決策法計(jì)算水環(huán)境承載力。

（1）阿克蘇地區(qū)水環(huán)境承載力標(biāo)準(zhǔn)值在0.2 ～0.5 之間，從2012 年～2017 之間，2018的值大于0.5。整個(gè)研究期間水環(huán)境承載力逐年提高。

（2）根據(jù)承載力評(píng)價(jià)類型，阿克蘇地區(qū)市2012 年～2017 年間水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)類型為差，水環(huán)境狀態(tài)脆弱，2018年評(píng)價(jià)一般，水環(huán)境狀態(tài)一般。

（3）對(duì)分承載力的計(jì)算中表明，由于經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和人均水資源利用率的提高，經(jīng)濟(jì)子承載力增長(zhǎng)184%，社會(huì)承載力增長(zhǎng)165.5%，除2016 年～2017 年外，其他年份生態(tài)子承載力均增長(zhǎng)。

由于缺乏數(shù)據(jù)和指標(biāo)體系中指標(biāo)的數(shù)量和功能有限，需要加強(qiáng)阿克蘇地區(qū)水環(huán)境特征和現(xiàn)狀的反映。建議進(jìn)一步完善阿克蘇地區(qū)水環(huán)境承載力指標(biāo)體系，豐富指標(biāo)的內(nèi)涵和范圍，使水環(huán)境承載力研究更加全面、客觀。