岱海流域水環(huán)境承載力綜合評價

武昕藝，張文星，姜平平，白妙馨*，張一心

（1.內蒙古自治區(qū)受損環(huán)境鑒定與修復企業(yè)重點實驗室，內蒙古 呼和浩特 010000；2.內蒙古大學生態(tài)與環(huán)境學院，內蒙古 呼和浩特 010000）

提要：本文以岱海流域為研究區(qū)域，采用AHP—熵權法、系統動力學模型與耦合協調度模型，對該流域2018年的水環(huán)境承載力進行綜合評價，并預測至2025年的情況。結果表明，2018年岱海流域水環(huán)境承載力處于紅色巨警狀態(tài)，水環(huán)境與經濟社會的耦合協調度為極度失調狀態(tài)。設置4種情景方案對2019—2025年進行模擬，結果顯示各方面的指標均為最優(yōu)，水環(huán)境承載力及耦合協調度相較于2018年均有顯著提升。

引言

水環(huán)境承載力的定量評價有助于深入理解其內涵和加強實際應用。利用指標評價法和系統動力學兩者結合可以解決區(qū)域水環(huán)境承載力的定性和定量評價問題，并可以對未來趨勢進行動態(tài)的模擬。社會與環(huán)境之間相互促進是經濟增長與資源可持續(xù)利用的關鍵，利用耦合協調度模型進行定量分析，能夠更好地評判兩者之間的協調程度[1]。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

岱海是內蒙古自治區(qū)三大內陸湖之一。流域總面積2 312.7 km2。20世紀60年代以來，隨著工農業(yè)開發(fā)以及地下水的過量開采，岱海面積逐年萎縮，2018年縮減至55.5 km2，在區(qū)域氣候變化和人類活動的綜合作用下，岱海的生態(tài)危機日趨嚴峻。

1.2 評價指標權重的確定及承載力計算

岱海流域水環(huán)境承載力指標體系的構建，應充分考慮當地環(huán)境現狀和數據可獲得性，由社會經濟子系統、水資源子系統和水環(huán)境子系統3個子系統構建指標體系，選取頻率較高的18項指標，完成岱海流域水環(huán)境承載力評價指標體系，指標分為正向指標和負向指標，見表1。

本研究采用AHP-熵權法組合賦權，有效避免各指標重要性和極值的影響帶來的誤差，計算所得各指標權重。研究涉及到數據主要來源于《內蒙古統計年鑒》《烏蘭察布市統計年鑒》《烏蘭察布市水資源公報》以及烏蘭察布市環(huán)境統計數據等。

水環(huán)境承載力評價中采用標準化法消除各項評價指標不同維度、單位和量級的影響，確定各指標得分，再與對應權重乘積求和得到水環(huán)境承載力指數值[2]。參照文件將水環(huán)境承載力狀態(tài)分為3級5色，分別是紅色巨警～超載[0～0.2），橙色重警超載[0.2～0.4），黃色中警臨界超載[0.4～0.6）綠色輕警臨界超載[0.6～0.8）和藍色無警不超載[0.8～1]。

1.3 系統動力學模型

構建系統動力學模型首先要確定指標性質，再確定各指標之間的邏輯關系，接下來通過建立數學方程定量描述指標之間的關系[3]，最后將流程圖和數學方程輸入vensim軟件中，對不同方案進行策略模擬，對關鍵指標變量進行預測[3]。本次研究以岱海流域為系統邊界，時間邊界為2010—2025年，基準年為2018年，模擬時間間隔為一年，其中2019—2025年為模擬預測年份，見圖1。

圖1 岱海流域水環(huán)境承載力系統動力學流程圖

1.4 耦合協調度模型

耦合協調度可以全面反映出社會經濟與水環(huán)境之間的關系，分析兩系統之間的協調水平[4]為明確兩系統的內部協調程度，根據現有的研究成果，劃分耦合協調度為極度失調（0～0.9），嚴重失調（0.1～0.19），中度失調（0.2～0.29），輕度失調（0.3～0.39）瀕臨失調（0.4～0.49），勉強協調（0.5～0.59），初級協調（0.6～0.69），中度協調（0.7～0.79），良好協調（0.8～0.89），優(yōu)質協調（0.9～1）。

2 結果與討論

將歷史數值輸入模型中進行模擬，將模擬數值與實際數值進行對比，本次研究對人口、GDP、第三產業(yè)GDP三個指標進行檢驗，相對誤差均在±10%以內，證明模型可行有效。本研究設計了基準方案、經濟增長型、環(huán)境保護型和協調發(fā)展型4種方案進行比較研究。

2.1 水環(huán)境承載力評價分析

經計算，2018年岱海流域水環(huán)境承載力指數為0.183 0，處于超載紅色巨警狀態(tài)。

經模擬4種情境下的人口和GDP情況如圖2所示，除經濟增長型的人口呈現上升趨勢外，其余3類模擬方案人口均為下降趨勢。

2018年底岱海流域周邊常住人口為170 080人，城鎮(zhèn)化率為39.52%，與往年相比，總人口及生活用水量呈下降趨勢。而自2020年起由于疫情影響，岱海流域周邊人口流動將大幅減少，按照現狀及未來趨勢，至2025年，岱海流域人口總數僅為96 836人。人口是制約社會經濟增長的關鍵因素，人口的數量和素質決定著區(qū)域經濟增長的速度和結構，如若不對人口增長率進行調控，必然會影響岱海流域未來的經濟增長與社會穩(wěn)定。

區(qū)域GDP越高，在一定程度上代表著更高的環(huán)保意識，同時也會促進科技的進步以達到保護環(huán)境的目的。與此同時，要加快調整產業(yè)結構，推廣環(huán)境友好型產業(yè)，消減對環(huán)境污染嚴重的部分產業(yè)。2010～2018年間，岱海流域GDP始終處于穩(wěn)定上升的狀態(tài)，近些年第一、二產業(yè)增長緩慢，工業(yè)甚至出現負增長的情況，第三產業(yè)增長率較高，2018年達到了14%，未來在保證第三產業(yè)的前提下，可以適當增加第一、二產業(yè)，以促進整個流域的經濟增長。

岱海的湖面面積從1974年以來，一直呈現萎縮趨勢，流域水資源量降低了近80%[5]。雖然近年來用水量一直在下降，地方政府也出臺多舉措保護水資源，對水資源的不斷減少有一定程度的減緩，但湖面萎縮及水資源消耗的形勢依然嚴峻。

2018年，岱海流域的COD、氨氮和總磷的入湖量分別為1 983.75 t、83.94 t和18.40 t，相較往年來說有一定程度的下降，但湖區(qū)污染情況依舊嚴峻。目前岱海流域已無排污口和漁業(yè)養(yǎng)殖，未來主要考慮控制面源污染以控制污染物排放。

近年來對岱海流域的治理力度逐漸加大，未來流域的水環(huán)境質量將逐漸提升。為了探尋更適宜岱海流域的環(huán)保之路，模擬了4種情景，并進行比較研究，4種情境下的人口和GDP的情況如圖2所示，除經濟增長型的人口呈現上升趨勢外，其余3類模擬方案人口均為下降趨勢，基準方案下人口下降速度最快，而人口數量過低會限制GDP的增長，因此，需要采取措施減緩人口的下降速度。

4種情景方案模擬的GDP均呈現上升趨勢，除環(huán)境保護型之外的3種方案GDP的增長差距并不大，表明協調發(fā)展型方案在保護水環(huán)境的情況下，并不會限制GDP的增長。4種情景方案模擬的GDP均呈現上升趨勢，如圖3所示。

圖3 不同方案下水環(huán)境承載力變化對比

除了經濟增長型方案的水環(huán)境承載力上升緩慢之外，其它三種方案的水環(huán)境承載力都有大幅度的提升。由于近年來當地已經制定實施了多項水環(huán)境保護政策方案，基準方案也呈現不斷上升趨勢，到2025年水環(huán)境承載力能夠達到0.630 4，但基準方案模擬中的人口下降過快。環(huán)境保護型在短期內提升明顯，到2025年僅為0.598 1，預警狀態(tài)仍為中警。

經濟增長型的水環(huán)境承載力提升最為緩慢，到2025年經濟增長型的水環(huán)境承載力僅能達到0.327 9。與上述3種方案相比，協調發(fā)展型的優(yōu)勢明顯，水環(huán)境承載力優(yōu)于其它方案，至2025年可以達到0.666 0，且人口與經濟更符合實際情況。

2.2 耦合協調度分析

2018年的水環(huán)境與經濟社會的耦合協調度為0.082 4，處于極度失調的狀態(tài)。對不同指標進行調控之后，得到的岱海流域不同模擬方案下的水環(huán)境—經濟社會耦合協調度，如圖4所示，各模擬方案均呈現上升狀態(tài)，經濟增長型與環(huán)境保護型到2025年的耦合協調度僅為0.362 7和0.399 9，都仍處于失調的狀態(tài)。而協調發(fā)展型的耦合協調度到2025年提升至0.530 5，達到了勉強協調的類型，表明僅注重經濟或環(huán)境的某一方面，難以達到協調的狀態(tài)，要認清經濟增長與環(huán)境保護兩者同等重要的作用，在保證經濟平穩(wěn)發(fā)展的前提下，不斷提升水環(huán)境質量及兩系統之間的協調程度。

圖4 不同方案下耦合協調度變化對比

未來要制定一定的政策吸引人口遷移，將岱海流域的總人口數維持在一定的水平，提高城鎮(zhèn)化水平，以保證經濟的增長和社會的穩(wěn)定，可以適當增加對農業(yè)和工業(yè)的投資，保證經濟的持續(xù)增長。

在水資源利用方面，應保證不從岱海中取水，維持其湖面面積，并增加生態(tài)補水量，爭取湖面面積正增長。水環(huán)境保護方面，目前岱海流域已無點源污染，主要污染源為農村生活及農業(yè)的面源污染，因此，在岱海流域內建設管網和農村污水處理廠，升級農村污水處理設施是非常有必要的。應積極學習采取新工藝新技術實現污染物減排。

3 結語

本研究結合AHP-熵權法、系統動力學模型、耦合協調模型，對岱海流域水環(huán)境承載力進行了綜合模擬和評價，主要得到的結論如下：

2018年的水環(huán)境承載力指數為0.183 0，為超載紅色預警狀態(tài)，耦合協調度指數為0.082 4，屬于極度失調的類型，結果表明岱海流域的水環(huán)境問題亟待解決。

由于目前已經采取諸多措施來改善流域環(huán)境，由模擬結果表明，保持目前的發(fā)展趨勢，水環(huán)境承載力也會逐漸轉好，但基準方案的人口總數減少過大，與實際情況可能出現不匹配的情況，人口數量過少極大概率會影響社會經濟的穩(wěn)步增長，因此，并不是最適宜的發(fā)展道路。

如若只強調經濟增長，水環(huán)境承載力和耦合協調度的數值到2025年都為方案中的最低值。環(huán)境保護型也能較好地改善水環(huán)境承載力，但過度注重環(huán)境保護會限制經濟的增長，協調度也會受到影響。相比之下協調發(fā)展型各方面的指標均為最優(yōu)，因此，正確認識經濟社會與水環(huán)境保護之間的關系，才是適合岱海流域水生態(tài)環(huán)境的最佳方案。