水生態(tài)文明城市建設(shè)對城市水生態(tài)承載力的影響
——以武漢市為例

岳啟蒙,文 倩,賀 奕,田 培,*,王纖陽,魚京善, 朱占亮

1 華中師范大學(xué) 地理過程分析與模擬湖北省重點實驗室/城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,武漢 430079 2 北京師范大學(xué) 水科學(xué)研究院,北京 100875

城市作為人類活動的高度集中地,其內(nèi)部“社會-經(jīng)濟-自然”系統(tǒng)存在復(fù)雜變化特征[1-3]。快速城鎮(zhèn)化引發(fā)了資源短缺與低效利用、環(huán)境污染、生態(tài)失衡與承載力下降等問題,嚴重威脅城市宜居性與經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展[4]；另外,城市水污染、水生態(tài)退化等問題亦逐步凸顯。水是生態(tài)系統(tǒng)控制性要素[5],水利部自2013年開始在全國范圍內(nèi)先后選擇了105個基礎(chǔ)條件較好、代表性和典型性較強的城市,開展水生態(tài)文明城市試點建設(shè)工作,并于2019年完成了所有試點城市的驗收。水生態(tài)文明城市建設(shè)對城市水生態(tài)系統(tǒng)具有多方面影響,學(xué)者們從不同角度建立評價指標體系對水生態(tài)文明城市建設(shè)成果進行了評價,如灰色粗糙集[6]、層次分析法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[7]、熵權(quán)法[8]、 DPSRIM模型[9]等。

水生態(tài)承載力是一個以生態(tài)承載力、水資源承載力和水環(huán)境承載力為基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,具有復(fù)合性和動態(tài)性的承載力概念；城市水生態(tài)承載力是衡量城市水生態(tài)系統(tǒng)健康的重要維度[10],可作為評價經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護是否相協(xié)調(diào)的重要依據(jù)。城市水生態(tài)系統(tǒng)是水生態(tài)文明城市建設(shè)的重要組成部分,城市水生態(tài)承載力也是國家《生態(tài)文明體制改革總體方案》[11]和“三線一單”的主要關(guān)注對象之一,城市水生態(tài)承載力在水生態(tài)文明城市建設(shè)前后的定量變化可以直觀反映水生態(tài)文明城市建設(shè)的成果。國內(nèi)外學(xué)者開展的水生態(tài)承載力評價研究具有不同側(cè)重點。國外少有單純的水生態(tài)承載力研究,傾向于將其作為生態(tài)承載力和環(huán)境承載力評價的一部分進行探討[12]。而國內(nèi)學(xué)者多是基于流域和區(qū)域進行整體評價,如任曉慶等[13]運用主成分分析法和專家打分法從“水資源-水環(huán)境-水生態(tài)-水安全”4 個維度對灤河流域的水生態(tài)承載力進行了評價；Zhang等[14]結(jié)合層次分析法和系統(tǒng)動力學(xué)方法,設(shè)置了6種情景對吉林省四平區(qū)域的水生態(tài)承載力進行了模擬預(yù)測分析；Rong等[15]使用ISFCCMIP模型對新豐江水庫的水生態(tài)承載力進行模擬與評價,為決策者對該區(qū)域農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和人口規(guī)模調(diào)整提供參考?？傮w而言,目前水生態(tài)承載力的研究以流域和大區(qū)域尺度為主,以單個城市為對象的研究相對較少,尤其是評價水生態(tài)文明城市建設(shè)對城市水生態(tài)承載力定量影響的研究鮮見報道。因此,將水生態(tài)承載力與生態(tài)文明建設(shè)相結(jié)合,通過對比分析水生態(tài)文明城市建設(shè)前后的水生態(tài)承載力定量變化及其驅(qū)動因素,可為城市生態(tài)建設(shè)與管理提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科技支撐。

綜上所述,本文以水生態(tài)文明城市試點建設(shè)為背景,以“社會-經(jīng)濟-自然”復(fù)合生態(tài)理論為指導(dǎo),充分考慮人類活動與城市水生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)關(guān)系,基于DPSIR框架構(gòu)建考慮水生態(tài)文明城市建設(shè)效應(yīng)的城市水生態(tài)承載力評價指標體系,采用TOPSIS和障礙度診斷模型定量評價城市水生態(tài)承載力并識別其制約因子,以期為促進城市可持續(xù)發(fā)展與水生態(tài)保護相協(xié)調(diào)提供科學(xué)依據(jù)；并以武漢市為例開展應(yīng)用研究,研究結(jié)果可為武漢市水生態(tài)規(guī)劃、管理和保護提供決策參考,也可為評價水生態(tài)文明城市建設(shè)成果及其制約因素提供參考。

1 城市水生態(tài)承載力評價方法

1.1 城市水生態(tài)承載力內(nèi)涵

城市水生態(tài)系統(tǒng)是由水系統(tǒng)和人文系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)中各影響因素組成,且不同因素之間存在相互作用和制約[16]。國內(nèi)外學(xué)者對水生態(tài)承載力的定義和內(nèi)涵進行了研究,如譚紅武等[17]將水生態(tài)承載力定義為:在維持河湖生態(tài)子系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)、功能的穩(wěn)定及其所支持的社會經(jīng)濟子系統(tǒng)可持續(xù)運行的前提下,社會經(jīng)濟河湖復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)所能支撐的一定技術(shù)、生活水平下的社會經(jīng)濟規(guī)模閾值；張遠等[18]認為水生態(tài)承載力是在一定發(fā)展階段,一定技術(shù)水平條件下,某空間范圍內(nèi)的水生態(tài)系統(tǒng)在維持自身結(jié)構(gòu)功能長期穩(wěn)定、水生態(tài)過程可持續(xù)運轉(zhuǎn)的礎(chǔ)上,具有為人類社會活動提供生態(tài)服務(wù)產(chǎn)品的能力；Zhang等[14]認為水生態(tài)承載力是基于承載力理論與響應(yīng)機制探索人類活動與水生態(tài)環(huán)境之間的矛盾,它可以合理評估維持區(qū)域水生態(tài)環(huán)境健康的社會經(jīng)濟規(guī)模閾值?？傮w而言,水生態(tài)承載力相比于水資源承載力和水環(huán)境承載力更加強調(diào)研究“水生態(tài)—人類社會”復(fù)雜系統(tǒng)間互饋關(guān)系,具有巨系統(tǒng)、多要素、動態(tài)互饋等特性[19]。本文認為水生態(tài)承載力是水資源-水環(huán)境-水生態(tài)-經(jīng)濟社會復(fù)合系統(tǒng)間多要素互饋關(guān)系,如圖1所示(實線、虛線箭頭分別表示正向、負向作用)。

圖1 城市水生態(tài)系統(tǒng)不同要素正負互饋關(guān)系Fig.1 Mutual feedback relationship reflected by urban water ecological carrying capacity

城市發(fā)展驅(qū)動因素如人口規(guī)模擴大、經(jīng)濟社會發(fā)展等對水資源、水環(huán)境和水生態(tài)系統(tǒng)造成壓力(圖1),引起城市水生態(tài)系統(tǒng)失衡,并間接影響城市用水效率。雖然影響反饋到社會經(jīng)濟各部門的方式不一,但最終都會導(dǎo)致水資源的供需矛盾突出、水體污染加劇,進而影響城市水生態(tài)健康；另一方面會激發(fā)對水資源、水生態(tài)環(huán)境保護及管理體制的改革,而這些變化又會對經(jīng)濟、社會、水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生進一步影響。所以建立城市水生態(tài)承載力評價體系時需要綜合考率社會、經(jīng)濟和自然的多項指標。

1.2 城市水生態(tài)承載力評價指標體系構(gòu)建

驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)(DPSIR)概念模型是1993年歐洲環(huán)境局在壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型基礎(chǔ)上發(fā)展而來,其涵蓋社會、經(jīng)濟、政治和生態(tài)等多種元素,主要反映人類社會經(jīng)濟活動對生態(tài)的影響[20]。本研究參考DPSIR模型構(gòu)建城市水生態(tài)承載力評價指標體系,該模型中“驅(qū)動力”是促使水生態(tài)承載力發(fā)生變化的各種經(jīng)濟、社會驅(qū)動因素；“壓力”是生產(chǎn)及生活活動對水生態(tài)承載力造成的影響；“狀態(tài)”是指水生態(tài)承載力在驅(qū)動力和壓力共同作用下的表現(xiàn)；“影響”是當水生態(tài)承載力發(fā)生變化時所產(chǎn)生的一系列效應(yīng)；“響應(yīng)”是人類針對水生態(tài)承載力變化所采取的措施和對策。按照選取指標具備代表性和可獲得性原則,綜合已有研究成果[21-25],結(jié)合現(xiàn)有水生態(tài)文明城市和城市水生態(tài)承載力內(nèi)涵[13-19],確定指標體系,如表1所示。其中生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EI)是通過土地利用類型、水土流失、水資源量、降水量、主要污染物排放量和植被覆蓋度等數(shù)據(jù),分別處理得到生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地脅迫指數(shù)和污染負荷指數(shù)等五個分指數(shù),再由這五個分指數(shù)加權(quán)得到[26-27]。本研究采用熵權(quán)法對指標權(quán)重進行賦值,可有效減少主觀因素干擾[28],具體計算過程參見文獻[8]。

表1 城市水生態(tài)承載力評價體系

1.3 TOPSIS模型

Yoon和Hwang[30]提出逼近于理想解的排序法即TOPSIS模型,該模型旨在對多維度、多項指標進行比較。依據(jù)評價對象到最優(yōu)解和最劣解的距離進行排序,其計算步驟為：

Vij=Wi·Xij

(1)

V+={maxVij|i=1,2,…,m;j=1,2,…,n}

(2)

V-={minVij|i=1,2,…,m;j=1,2,…,n}

(3)

(4)

(5)

(6)

1.4 障礙度診斷模型

利用障礙度診斷模型可以診斷和測算影響城市水生態(tài)承載力的障礙因素及障礙度[31-32]。某項指標的障礙度越小,說明城市水生態(tài)承載力受該項指標的阻礙作用越弱,反之亦然。障礙度計算涉及因子貢獻度和指標偏離度兩個衡量指標[33-34]。計算步驟為：

Fij=wij·wi

(7)

Iij=1-Yij

(8)

(9)

式中,wij為第i個準則層第j個指標的權(quán)重；wi為第i個準則層的權(quán)重；Fij為因子貢獻度；Iij為指標偏離度；Yij為無量綱化后的指標值；Pij為障礙度。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)概況

武漢地處長江中游、江漢平原東部,長江及其最大支流漢江在城中交匯,市內(nèi)江河縱橫、湖港交織,水域面積占全市總面積四分之一[35],如圖2所示。氣候類型主要為亞熱帶季風性(濕潤)氣候,常年雨量豐沛、熱量充足、雨熱同季。根據(jù)《湖北省2020年統(tǒng)計年鑒》顯示,截止2019年武漢市土地面積8569 km2,人口、經(jīng)濟總量分別占湖北省的21.37%和35.36%。武漢市社會經(jīng)濟快速發(fā)展對資源環(huán)境以及生態(tài)安全造成了較大壓力,尤其在水生態(tài)方面較突出。1987—2016年,武漢主城區(qū)湖泊水域面積共縮減 82 km2,減少幅度達56.9%[36]。武漢濕地面積由2000年第一次普查時的3358.35 km2,減少到2010年的3196 km2,凈減少162.5 km2[37]。2014年5月,武漢市被列入第二批59個全國水生態(tài)文明城市建設(shè)試點,建設(shè)期為2015年至2017年。

圖2 研究區(qū)示意圖Fig.2 Map of study area

2.2 數(shù)據(jù)來源

D1、D2、D3、D3、D4、I2、I3、R1、R2、R4指標數(shù)據(jù)來源于2008—2020年《湖北統(tǒng)計年鑒》、《武漢統(tǒng)計年鑒》和《武漢市經(jīng)濟與發(fā)展公報》；P1、P2、P3、P4、P5、S1、S2、S3、S4、S5、I5、I6、I7、I8指標數(shù)據(jù)取自2008—2019年《湖北省水資源公報》和《武漢市水資源公報》；P6和R3指標數(shù)據(jù)來自于2008—2019年《湖北省水土保持公報》、《武漢市水土保持公報》和《湖北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》；I1和I4指標數(shù)據(jù)來源于2008—2019年《湖北省生態(tài)環(huán)境公報》。

3 結(jié)果與討論

3.1 指標權(quán)重

通過熵權(quán)法對武漢市2008—2019年28項指標進行處理,得到各指標權(quán)重及綜合權(quán)重結(jié)果如表2所示。

表2 指標權(quán)重

在28項指標中,權(quán)重不小于0.04的指標有6項,其中驅(qū)動力準則層有兩項,分別為D1和D3；壓力準則層有兩項,分別為P1和P2；狀態(tài)準則層有一項,為S1,且其權(quán)重為0.0927,遠高于其他指標的權(quán)重；影響準則層有1項,為I1。響應(yīng)準則層的權(quán)重值最低(0.1131)且遠低于其他4個準則層,一定程度上說明武漢市整體的水生態(tài)修復(fù)效果欠佳。影響準則層的權(quán)重(0.2886)最大,說明驅(qū)動力和壓力的變化對狀態(tài)產(chǎn)生了強大影響,而這種影響直接反映到了城市水生態(tài)的變化上,其中生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(I1)獲得了最大權(quán)重(0.0423),這是因為I1是通過生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地脅迫指數(shù)和污染負荷指數(shù)綜合計算得出,是對城市水生態(tài)變化反應(yīng)最敏感的影響指標。上述結(jié)果表明降水對城市的水資源利用上限有決定性作用,影響準則層的指標對城市水生態(tài)承載力評價有著重要意義,武漢市的水生態(tài)文明城市建設(shè)通過提高城市綠化率、用水效率、水質(zhì)等措施來促進水生態(tài)承載力提升。另一方面,響應(yīng)指標層的權(quán)重較低,則反映出在整個研究的時間段內(nèi),盡管對城市水生態(tài)健康的重視程度不斷增強,但是政策及工程措施的實施效果還不夠理想。

3.2 武漢市水生態(tài)承載力評價

3.2.1總體評價結(jié)果

武漢市2008—2019年的水生態(tài)承載力得分通過貼近度的結(jié)果來反映,如表3所示。將研究時段分為3個階段：水生態(tài)文明城市建設(shè)前(2008—2014)；水生態(tài)文明城市試點建設(shè)期(2015—2017)；水生態(tài)文明城市試點建設(shè)結(jié)束后(2018—2019)。

表3 武漢市城市水生態(tài)承載力評價體系評價結(jié)果

由圖3和圖4可以看出準則層和綜合評價結(jié)果在2008—2019年間的整體變化趨勢,整體呈現(xiàn)“M”態(tài)勢,水生態(tài)文明城市試點建設(shè)期間的武漢市水生態(tài)承載力平均水平(0.552)高于建設(shè)前(0.361)和建設(shè)后(0.438)。

圖3 準則層評價結(jié)果Fig.3 Evaluation results of the rule layer

3.2.2水生態(tài)文明城市建設(shè)前(2008—2014)

武漢市的水生態(tài)承載力在2008—2014年間整體保持在較低水平,僅2010年有一個小高峰(0.483分),得益于該年降水豐沛導(dǎo)致的自然稟賦提升,該年的驅(qū)動力、狀態(tài)和響應(yīng)準則層的貼近度都達到了水生態(tài)文明城市建設(shè)前的最高水平。且在2009年頒布《武漢市水土保持條例》和《武漢市濕地自然區(qū)保護條例》等條例之后,2010年是實施的第一年,而這也很明顯的反映在了水土流失治理面積的增加和生態(tài)投資的提升上。然而在2011—2013年武漢市的整體水生態(tài)承載力出現(xiàn)了大幅度下降,降水量依舊對武漢市水生態(tài)承載力有著決定性作用,尤其是2011年的年降水量僅為82.42億m3,遠低于其他年份,加上水生態(tài)保護措施力度不夠和人口不斷增長,從而使得2011年的綜合得分僅為0.312。這種情況在2012年武漢市頒布《武漢市水資源綜合規(guī)劃(2010—2030 年)》和《武漢市城市供水用水條例》之后有所改善,但是2013年武漢市水生態(tài)承載力再次降至2011年以來最低水平,2014年武漢市開始了海綿城市試點建設(shè),因而2014年的城市水生態(tài)承載力有所回升,而這主要體現(xiàn)在了影響準則層得分的大幅提高上。

圖4 2008—2019年武漢市水生態(tài)承載力綜合貼近度評價結(jié)果Fig.4 Evaluation results of comprehensive closeness of water ecological carrying capacity in Wuhan City from 2008 to 2019

3.2.3水生態(tài)文明城市建設(shè)期(2015—2017)

在水生態(tài)文明城市試點建設(shè)的2015—2017年期間,城市水生態(tài)承載力大幅提升,并在2016年達到峰值(0.672分),是2011和2013年得分的兩倍有余。觀察降雨量數(shù)據(jù)會發(fā)現(xiàn)2015—2017年的年均降雨量要遠遠高于其余年份,雖然降雨的主要影響因素是自然氣候變化,但是人類活動也會對降雨量產(chǎn)生一定影響,通過水生態(tài)文明城市建設(shè)和水文化普及,越來越多居民建立了水生態(tài)保護意識,綠色出行、節(jié)約用水等行為更普遍。盡管在建設(shè)的這段時間里人口密度和城市化率不斷提高,但是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級,用水效率的大幅提高致使生產(chǎn)耗水量持續(xù)減少,城市水生態(tài)壓力減低,也使得酸雨率大幅降低,這些因素結(jié)合起來導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)的持續(xù)增長,水生態(tài)文明城市建設(shè)對城市的水生態(tài)承載力的提升是顯著的。

3.2.4水生態(tài)文明城市建設(shè)后(2018—2019)

圖5 武漢市水生態(tài)承載力綜合評價正負理想解的距離變化Fig.5 Change in the distance of Ideal and non-ideal Solutions for Comprehensive Evaluation of Water Ecological Carrying Capacity in Wuhan City

試點建設(shè)結(jié)束后,2018—2019年武漢市水生態(tài)承載力出現(xiàn)了小幅下降,但總體上仍高于建設(shè)前的水平,這主要是因為人口密度大幅增長導(dǎo)致了生活耗水量快速增加,經(jīng)濟快速發(fā)展也使生產(chǎn)耗水量相較試點建設(shè)期間的水平有所提高。城市水生態(tài)承載力的壓力增大,而應(yīng)對措施卻沒有跟上,水生態(tài)文明城市建設(shè)的成果沒有很好繼承下來。由圖5可以看出,武漢市的正理想解和負理想解的變化大體呈對稱分布,在2008—2016年波動下降,并于2016年達到最低值(0.0455)即最接近正理想解, 此后又逐漸偏離正理想解。而在2008—2016年波動上升,并于2016年達到最高值(0.0934)即最遠離負理想解,此后雖然有所降低,但是整體還是高于2008—2015水生態(tài)文明城市建設(shè)之前的水平。這說明了武漢市水生態(tài)承載力在水生態(tài)文明城市建設(shè)之后有了很大提升,但是社會經(jīng)濟發(fā)展與水生態(tài)保護的協(xié)調(diào)度不夠。

陳威等[38]認為武漢市2008—2020年水資源承載力呈持續(xù)增長趨勢,而本研究顯示武漢市水生態(tài)承載力在2008—2014年保持較低水平,在2015—2017年大幅提升,并在2018—2019年小幅降低。這主要與陳威等[38]的研究是在水生態(tài)文明城市建設(shè)之前,采用的是2008—2012年武漢市相關(guān)數(shù)據(jù)有關(guān)。水生態(tài)文明城市建設(shè)期間的評價結(jié)果與楊康煜等[39]一致,均認為承載力在2015—2017年大幅提升,并在2018年增速大幅降低甚至為負；但楊康煜等認為 2016—2017武漢市水資源承載力持續(xù)大幅提高,而本文結(jié)果則反映出大幅降低趨勢,這主要與楊康煜等采用的是PSR模型及指標數(shù)量偏少有關(guān)。另外,萬炳彤等[40]認為武漢市水環(huán)境承載力在2015—2018年持續(xù)提高,主要是因為其指標體系未考慮降雨量和水生態(tài)指標。

3.3 武漢市水生態(tài)承載力障礙因素

3.3.1指標層障礙度

運用障礙度診斷模型計算出2008—2019年阻礙武漢市水生態(tài)承載力提升的主要障礙因子以及其障礙度,選取所占比重排前五的指標,如表4所示。

2008—2019年武漢市水生態(tài)承載力的主要障礙因子全部來源于影響準則層,盡管排名有微小變化但排名前五的一直是I1,I2,I8,I4和I5(表4)。由于I1是由生物豐度、植被覆蓋、水網(wǎng)密度、土地脅迫和污染負荷指數(shù)綜合計算而來,而這也是受人類活動影響最大的生態(tài)指標,會對不同的政策導(dǎo)向、城市規(guī)劃產(chǎn)生應(yīng)激響應(yīng)。觀察年際變化會發(fā)現(xiàn)生物豐度指、植被覆蓋和水網(wǎng)密度指數(shù)是在不斷降低的,這是由于武漢城市化發(fā)展導(dǎo)致了河流湖面水域面積快速縮小,棲息地大范圍減少對水生態(tài)系統(tǒng)造成不利影響。土地脅迫和污染負荷指數(shù)則呈現(xiàn)逐漸提升趨勢,說明水生態(tài)文明城市建設(shè)、污水處理技術(shù)提高以及污水處理廠增多使得環(huán)境質(zhì)量整體有所改善。I2的障礙度主要體現(xiàn)在綠化覆蓋率直接影響到了水生態(tài)循環(huán),這種影響也導(dǎo)致了I1障礙度的提高。2012—2013年是水生態(tài)文明建設(shè)前I8值最低的兩年,而2016—2017年是整個時間序列中I8值最低兩年,其余年份的I8都表現(xiàn)出了波動上升趨勢。I4的障礙度主要在于酸雨對生態(tài)系統(tǒng)會產(chǎn)生很大危害,這主要表現(xiàn)在植物葉片受到直接損害和土壤理化性質(zhì)的惡化上,而I5的障礙度則直接和水質(zhì)安全掛鉤。

表4 2008—2019年武漢市水生態(tài)承載力主要障礙因子及障礙度

3.3.2準則層障礙度

進一步計算DPSIR五個子系統(tǒng)的障礙度,結(jié)果如圖6所示。

2008—2019年,武漢市水生態(tài)承載力子系統(tǒng)障礙度盡管有一定波動但保持相對穩(wěn)定,這與李少朋等[41]的結(jié)論相同。分類障礙度的總體情況表現(xiàn)為影響準則層>壓力準則層>驅(qū)動力準則層>狀態(tài)準則層>響應(yīng)準則層,其中影響準則層對整個水生態(tài)承載力的障礙度超過50%,說明了驅(qū)動力—壓力—狀態(tài)的共同作用直接體現(xiàn)在了影響上?？梢?為提升武漢市水生態(tài)承載力,必須重視影響準則層的指標。

3.4 提升武漢市水生態(tài)承載力的對策

武漢市水生態(tài)文明城市建設(shè)促進了壓力和影響準則層指標的改善以及響應(yīng)準則層指標的大幅提升；但值得注意的是,用水效率和酸雨率指標在武漢市試點結(jié)束之后均出現(xiàn)了一定程度惡化趨勢,且城市綠化、水資源利用效率、污染控制依舊是維持武漢市水生態(tài)承載力的重點指標。因此,從以下三方面提出相應(yīng)對策。

3.4.1改善城市綠化水平,提升水域生態(tài)空間

生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)和建成區(qū)綠化覆蓋率是武漢市水生態(tài)承載力提高的最主要障礙因素,這與張歡等[42]的結(jié)論吻合。根據(jù)《城市園林綠化評價標準(GB50563—2010)》,2008—2019年武漢市的建成區(qū)綠化覆蓋率僅在2019年達到一級水平(40.0%),其余年份均未達到一級水平。然而,Nathwani等[43]認為綠化覆蓋率的對生態(tài)系統(tǒng)安全的作用并不重要,這是由于其研究對象為沿海城市。從水域面積上看,謝啟姣等[36]發(fā)現(xiàn)武漢主城區(qū)湖泊水域面積在1987—2016年共縮減 82km2,減少了56.9%,且越靠近城市建成區(qū),湖泊面積縮減越明顯。因此,仍需改善城市綠化水平,修復(fù)河湖生態(tài)；建議劃定湖泊“三線”鎖定其水生態(tài)空間,采取“一河一策”、“一湖一策”,優(yōu)化、保護和恢復(fù)河湖水域等水生態(tài)空間。

3.4.2落實最嚴格水資源管理制度,提高水資源利用效率

農(nóng)田畝均用水量和引用水源地水質(zhì)達標率作為障礙度排名靠前的指標,反映了用水效率和用水安全對武漢市水生態(tài)承載力的顯著影響。試點建設(shè)結(jié)束后,武漢市萬元GDP用水量和農(nóng)田畝均用水量均較建設(shè)期的最低值提高了16.7%和35.1%,說明水生態(tài)文明城市建設(shè)成果沒有很好地延續(xù)。該結(jié)論與楊康煜等[39]的結(jié)果不同,其認為2015—2018年武漢市的用水效率不斷提高,這一差異與楊康煜等的指標數(shù)量不足且僅使用單一評價方法有關(guān)。最嚴格水資源管理制度已被證明對農(nóng)業(yè)[44]和工業(yè)用水效率[45]有顯著提升作用。建議武漢市深化總量強度雙控制的最嚴格水資源管理制度,以健全水生態(tài)空間開發(fā)保護制度為抓手,以水資源資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)、水資源有償使用和生態(tài)補償制度為重點,以制度引導(dǎo)、規(guī)范和約束各類開發(fā)利用水資源的行為。

3.4.3引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,源頭控制污染排放

酸雨率是阻礙武漢市水生態(tài)承載力提高的主要指標之一,而王苗等[46]認為武漢市2007—2014年間的酸雨率趨于改善,這種差異主要是因為本文的研究時段是2008—2019年。武漢市的酸雨率在2009—2017年間持續(xù)減少,尤其于水生態(tài)文明城市試點建設(shè)期間大幅降低,且在2017年一度降至2.7%。但是試點結(jié)束后,武漢市酸雨率快速反彈至7.2%。在產(chǎn)業(yè)能源結(jié)構(gòu)上,武漢市煤炭等能源使用比例較大,造成大量廢水廢渣及氮氧化合物的排放,對水生態(tài)和大氣環(huán)境造成了破壞[37]。因此,須優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),積極拓展清潔能源和可再生能源；大力支持利用新能源的產(chǎn)業(yè)項目,圍繞武漢市水生態(tài)優(yōu)勢領(lǐng)域積極培育生態(tài)和綠色產(chǎn)業(yè),重點發(fā)展節(jié)能、環(huán)保項目,并將武漢市水生態(tài)保護與海綿城市和園林城市建設(shè)結(jié)合起來。

4 結(jié)論

本文創(chuàng)新性地將水生態(tài)文明城市建設(shè)與城市水生態(tài)承載力相結(jié)合,并基于DPSIR框架構(gòu)建了多維度城市水生態(tài)承載力綜合評價指標體系,分析了2008—2019年武漢市水生態(tài)承載力時空格局以及水生態(tài)文明城市建設(shè)對其水生態(tài)承載力的定量影響,主要結(jié)論為：

(1)2008—2019年武漢市城市水生態(tài)承載力呈“M”型走勢,水生態(tài)文明城市試點建設(shè)期間的武漢市水生態(tài)承載力平均水平(0.552)高于建設(shè)前(0.361)和建設(shè)后(0.438),表明水生態(tài)文明城市建設(shè)對武漢市水生態(tài)承載力有著顯著積極影響。

(2)在水生態(tài)文明城市建設(shè)期間,除了驅(qū)動力子系統(tǒng)的貼近度上升幅度較小外,其他子系統(tǒng)的貼近度均提升很大。表明武漢市經(jīng)濟社會快速發(fā)展同時,面臨的水生態(tài)壓力也逐步增加,而武漢市水生態(tài)環(huán)境變化又對生產(chǎn)生活造成一定影響,水環(huán)境政策制定、水環(huán)境執(zhí)法的響應(yīng)性仍需提升。

(3)武漢市水生態(tài)承載力前5大障礙因素為生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)、建成區(qū)綠化覆蓋率、農(nóng)田灌溉畝均用水量、酸雨量、引用水源地水質(zhì)達標率。

(4)提出改善城市綠化水平,提升水域生態(tài)空間,落實最嚴格水資源管理制度、提高水資源利用效率,引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、源頭控制污染排放等提升武漢市水生態(tài)承載力的建議。