水環境承載能力及其測算研究

胡秋玲

(河北省衡水市子牙河河務管理處，河北衡水053000)

水環境承載能力及其測算研究

胡秋玲

(河北省衡水市子牙河河務管理處，河北衡水053000)

文章從水資源承載能力的現狀、概念和內涵出發，介紹了3種常用的水環境承載能力測算方法，即數學模型法、綜合指標體系評價方法和水環境承載力多目標模型分析方法。同時簡要分析了3種測算方法的原理和優缺點，以期引起相關部門重視以水體始終保持良好生態系統為目標，加強生態需水量研究，在對現有測算模型進行融合貫通的基礎上，建立能夠綜合反映水環境承載能力的通用評價模型。

水環境;水資源;水質量;承載能力;測算研究

0 前言

水環境承載力是社會經濟發展、人類生活水平提高及科技進步情況下，人們對水環境價值的一種綜合性認識和評價。

水環境承載能力的大小直接決定了經濟可持續發展的潛力與規模，所以為了保護水環境，必須將人類對水資源和水環境的各種開發行為限制在其承載能力范圍內［1］。

自20世紀90年代學術界提出水資源承載能力與水資源安全戰略研究的基礎課題后，這一問題便迅速成為當前水科學研究中的重點和焦點問題。目前對水環境承載能力的研究國內外尚無統一和成熟的做法，國外大量的研究中是將其納入可持續發展的范疇加以研究，而國內研究也只是停留在水環境承載力的概念和內涵層面。

1 水環境承載能力的概念與內涵

水環境承載能力(WECC)是指水環境系統功能可持續正常發揮的前提下，接納污染物的能力和承受對其基本要素改變的能力，即水環境承載力包括納污能力和緩沖彈性力兩個基本方面，并且以水環境系統功能的可持續正常發揮為前提［2］。

基于上述概念，可以概括出水環境承載能力的內涵:

1)這里所研究的承載力應該是人類在達到一定生活水平的基礎上所要求的承載力，也就是人們對較高環境質量的要求。

2)水體的納污能力反應的是水體與環境對污染物的容量和負荷量，水環境的緩沖彈性力則是從力學角度提出的一個概念，也就是水環境的一種自我調節能力。

從本質上看，水環境承載能力反映了人類活動必須遵循的客觀規律，同時也反映了隨著生活水平和生活質量的不斷提高，人們對環境質量所提出的新的要求:

1)水環境承載能力具有客觀固定性的特征，一定區域內的水環境承載能力是一定的，也就是說一定水體在一定的社會經濟發展條件下，其承載能力有一個承載極限［3］。

2)水資源承載能力具有相對極限性和動態調整性，承載極限只在特定歷史發展階段水環境所能承受的最大承載上限，隨著歷史條件的演變，最大指標是不斷發展變化的，不同的歷史階段有不同的承載能力。

2 水環境承載能力測算研究

2.1 水環境承載能力數學模型

首先建立水資源承載力、水質量承載力及水環境承載力數學模型。

水資源承載力模型為:

水質量承載力模型為:

水環境承載力模型為:

式中:CSi為第i個指標的承載度，i為人口、灌溉面積、GDP、化學需氧量、總氮、總磷等指標;CCi為第i個指標的壓力系數，通常為實際監測值;CCmax，i第i個指標的承載指數或標準限值;CCPL為水資源子系統承載力，WL為其權重;CCPZ為水質量子系統承載力，Wz為其權重;CCP為水環境承載力。

根據AHP標度表的數據可以進一步求得各個子系統的判斷矩陣，運用歸一化方法，可以通過計算求得各個判斷矩陣的特征向量矩陣，最后求出指標體系中各個指標的權重。

利用一致性檢驗的公式及測算原理可以求得各個矩陣的CR值:CR(A)=0.0000＜0.1，CR(B1)=0.0220＜0.1，CR(B2)=0.0019＜0.1。所以判斷矩陣A，B1，B2的一致性可以接受，也就是說權重的分配是合理的。詳見表1～3。

表1 水環境承載能力判斷矩陣

表2 水資源承載能力判斷矩陣

表3 水質量承載能力判斷矩陣

2.2 綜合指標體系評價方法

常用的綜合指標評價方法主要有向量模法和模糊綜合評價方法兩種。

向量模法的基本做法如下:先將水環境承載力看作是一個由n個向量指標構成的總向量，同時有m個區域，對應著m中水環境承載力，利用數學分析工具，對m個水環境承載力的n個指標進行歸一分析，從而求得相應區域的水環境承載總能力。

模糊綜合評價法是通過數學模型對水環境承載能力進行模糊綜合分析，基本模型為2個有限論域:

式中:U為綜合評價指標的集合;V為評語集合。

模糊綜合評價公式為:

式中:A為模糊權向量，為各個評價指標的相對重要程度，或稱模糊權數;B為V上的模糊子集，為評價對象對特定評語的總隸屬程度;R為un對V的隸屬度。

實質上，這種方法是將水環境承載能力看做一個由n個指標構成的向量，有m個方案發展狀態，通過對m個發展方案的n個指標進行歸一化分析，進而用歸一化后的向量模作為評價水環境承載能力的依據。

這種方法綜合考慮了各種因素對水環境承載力的綜合影響，但是這種方法過度依賴數學工具，而且在對隸屬度向量B的元素取大或取小的過程中會導致大量有用的數據遺失，因為模糊綜合評價方法的實質是對主觀產生的離散過程進行分析和處理，這種方法本身存在缺陷，即采用剔小取大的原理，必然會導致大量數據的丟失，評價因素越多遺失的信息也就越多，得出錯誤評價結論的可能性也就越大。

2.3 水環境承載力多目標模型分析法

水環境承載力是一個綜合性的概念，由水資源承載能力(WRCC)和水質量承載能力(WQCC)構成，可以根據水環境承載能力的概念和內涵鋼構件多目標模型，如圖1所示。

整個系統包括3個層次:

1)目標層中包括水環境承載力一個元素。

2)領域層包括2個要素。

3)指標層包括6個指標。

這種方法是一種較為直觀和形象的分析方法，將影響主因素——水環境承載力分解成兩個子因素，通過對比分析影響各個子因素的指標，綜合考慮主因素的情況。

該方法是一種典型的定性分析方法，具有簡便易行、操作性強、成本低等特點，在計算機軟件不是很發達的情況下，完全可以測算水環境承載能力。但是其定量分析能力較差，不能準確測算出各個影響因素對主因素的影響程度。

圖1 水環境承載力多目標模型

在實際測量和測算過程中，可以采用歸一化方法，大致測算出各個指標影響水環境承載力的權重系數見表4，以此為基礎加以進一步判斷。

表4 水環境承載力各指標權重系數

3 結論

水環境承載能力作為一個綜合性指標，受到諸多因素的綜合影響，尤其受到人口學、社會學、經濟學、環境力學等眾多學科的交叉影響，甚至有些影響因素及其之間的影響關系是至今為止尚未發現和探索到的。

這些方面都決定了其為一門邊緣學科的性質，因而難以對區域水環境承載狀況及其可持續發展方式作出科學合理的預測和測算，致使目前對水環境和水資源的開發利用及保護由于缺乏充分的技術職稱而具有很大的盲目性和隨意性。

所以，今天對水環境承載能力進行積極探索和研究就顯得尤為重要和難能可貴。目前，需要把政策重點放在以下方面:

1)不斷完善和充實水環境承載能力研究的基礎理論。

2)在此基礎上建立能夠充分體現可持續發展理念的合理科學的承載能力綜合評價體系，以“水體繼續保持良好生態系統”為目標，加強生態需水量研究。

3)在對現有測算模型進行融會貫通的基礎上，建立能夠綜合反映水環境承載能力的通用評價模型。

［1］李川.水環境承載力量化方法的研究進展［J］.環境科學與管理，2008，33(08):66-69.

［2］石建屏，李新.滇池流域水環境承載力及其動態變化特征研究［J］. 環境科學學報，2012，32(07):1777-1784.

［3］賀瑞敏，孫建云，陸桂華.水環境承載能力及評價方法研究［J］.內蒙古農業大學學報:自然科學版，2007，28(06):217-220.

Study on Water Environment Carrying Capacity and Calculation

HU Qiu-ling
(Hebei Province Hengshui City Ziyahe River Affair Management Office，Hengshui 053000，China)

From the water resources carrying capacity situation，concept and connotation，three calculation methods for water environment carrying capacity is introduced，namely mathematical model，comprehensive index system evaluation and analytical method of multi-objective model of water environment carrying capacity，etc.At the same time，a brief analysis of the principle of three kinds of calculation methods and the advantages and disadvantages is conducted in order to draw attention to the relevant departments for always maintaining good water ecological system as the goal，strengthening the study on ecological water requirement，establishing the common model of water environment carrying capacity based on existing calculation models.

water environment;water resources;water quality;bearing capacity;calculation research

X26

A

1007-7596(2014)07-0012-03

2013-09-16

胡秋玲(1984-)，女，北京人，助理工程師。