閩江流域水生態壓力分區評價*

陳 錦

閩江流域水生態壓力分區評價*

陳 錦

福建省環境科學研究院

構建閩江流域水生態壓力分區評價指標體系，對流域控制單元水生態壓力進行評價，將閩江流域劃分為壓力不同的分區，為開展流域水生態三級分區提供技術方法和經驗。

閩江流域 壓力評價 水生態功能分區

水生態功能分區是我國水環境管理的重要分區方法，由于自然環境和人類活動的區域差異性，水生態系統特征具有區域差異性，而水生態功能分區可以根據水生態系統特征的區域差異性，并根據劃分的不同水生態區特點制定相對應的管理措施和標準。水生態分區已逐漸成為國際上常用的水管理單元，也是生態管理技術在實際應用中的基礎。

近年來，閩江流域經濟保持快速增長，工業化、城鎮化快速推進，部分區域水體污染問題突出，地區水生態健康衰退明顯，本研究通過構建閩江流域水生態壓力分區體系，開展閩江流域水生態功能三級分區—區域水環境壓力分區的理論與方法試點研究。

1 水生態分區評價指標體系

目前，我國流域控制水生態分區主要依據行政區邊界、控制斷面水質達標情況、排污強度、水環境改善需求、水環境風險水平、單元水環境問題等因素進行定性分區，本研究探索通過水環境壓力定量評價進行水生態分區。

1.1 分區指標篩選原則和方法

水環境壓力功能團指標的選擇決定了指標體系的結構框架，本研究在指標選取上要求具有較強的代表性、概括性、可操作性和直觀性，主要原則有：全面性原則、科學性原則、簡明性和可操作性、代表性原則。

為了確保評價指標的科學合理性，需要采取嚴謹的分區指標篩選程序。指標篩選過程為：（1）通過文獻調研，查找區域生態環境質量評價、管理、分區中常用的指標，建立水環境壓力指標庫；（2）全面調查福建省各類統計年鑒與公報及各類污染物排放量，收集可以獲取的數據，把數據完備性較高的指標作為備選指標；（3）計算各指標數據近幾年來的變異系數及其與年份的秩相關系數，剔除變異系數大、秩相關系數絕對值小，即難以由歷史數據預測未來變化趨勢的指標。

1.2 分區指標篩選結果

通過上述指標篩選過程，為更加客觀地反映出閩江流域的水環境壓力現狀，參考前人對于其他各流域研究所確定的指標因子，研究確定閩江流域水環境壓力的評價指標，主要以自然環境因素為主，綜合考慮人為因素，對水環境壓力進行分析和評價，共選取了11個指標作為水環境壓力評價的指標體系，如表1所示。

表1 控制單元分類型指標體系表

2 流域水環境壓力評價

2.1 壓力分區指標數據標準化

為了客觀評價各指標的影響，對數據進行適當轉化，使得轉化后的數據越大，此指標對生態環境的作用越大。本研究對所選定的指標進行正規化、標準化處理。當指標與水環境壓力呈正相關時，采用公式（1）進行標準化處理，當指標與水環境壓力呈負相關時，則采用公式（2）。

（2）

在本研究所選取的11個指標中，與水環境壓力呈正相關的指標有：水土流失率、土地墾殖率、人口密度、人口增長率、城鎮化率、人均GDP、單位水資源氨氮排放量以及氨氮水質多年水質均值；與水環境壓力呈負相關的指標為：人均水資源、單位面積水資源以及人均水環境容量。依據式（1）和式（2）對各原始數據進行正規化、標準化處理，處理后的各數據標準化值見表2。

表2 福建省閩江流域各縣市指標標準化值

2.2 主成分分析

采用SPSS軟件對標準化后的各數據進行主成分分析，得到研究評價指標的主成分，各主成分的貢獻率，確定主成分數及各主成分的累計貢獻率（見表3）?？梢姡?個主成分的累積貢獻率為90.59%，超過90%，僅有9.5%的信息損失，即選用前6個主成分所攜帶的數據信息已經包括了原來11個變量所攜帶的絕大部分數據信息，無需再增加主成分，因而可確定主成分個數為6。

表3 各主成分的方差、貢獻率和累計貢獻率

2.3 指標權重計算

在確定了主成分個數的基礎上，根據因子矩陣計算各評價因子的公因子方差Y，進一步采用式（4）對各指標的公因子方差Y進行歸一化處理，得到各指標的權重，見表4。

式中，為原始指標個數，為主成分個數，為主成分總個數，在本研究中取6。

（4）

表4 各指標因子權重

2.4 水環境壓力評價

為實現對閩江流域水環境壓力的綜合評價，本文采用綜合評價法對各縣市水環境壓力進行評價，計算公式如下：

式中，為第個評價單元的水環境壓力值，其值位于0~1之間；為第個評價單元的第個指標，為各指標的權重。

根據各指標的標準化值和各指標的權重（表4），可由式（5）計算得到閩江流域各縣市的水環境壓力值，如表5所示，可見閩江流域總體平均水環境壓力為0.334，各縣市水環境壓力差異較明顯，其中福州市轄區的水環境壓力最大，為0.655，武夷山市水環境壓力最小，為0.195。

表5 閩江流域各縣市水環境壓力值

3 流域水環境壓力分區

根據各縣區水環境壓力值，運用組間連接的聚類分析法，對閩江流域各縣區進行分類，聚類結果如圖1所示。

聚類分析結果表明，閩江流域中各縣區的水環境壓力分為五類，進一步分析閩江流域水環境壓力值，發現第一類的水環境壓力值均在0.5以上，表明水環境處于壓力大的狀況，其中福州市轄區的水環境壓力值在0.6以上，研究分析其原因，可能在于福州市轄區經濟發展水平較高，人口密集，對水環境需求大，而福州市的水資源總量又相對較小；第二類的水環境壓力值基本上處于0.35~0.5，水環境處于壓力較大的狀況，該類中共有6個縣區，大多為經濟發展水平較高或工業較為發達地區；第三類中的水環境壓力值在0.3~0.35之間，水環境處于壓力中等狀況；第四類水環境壓力在0.2~0.3之間，水環境壓力相對較??；第五類水環境壓力均在0.2左右，水環境壓力小，該類中主要為武夷山市和將樂縣。

圖1 閩江流域水環境壓力聚類分析結果圖

4 結論

4.1 構建流域水生態壓力分區指標體系

本文建立了流域水生態壓力分區的二級指標體系，選擇既能滿足層次等級對時空尺度的要求，又能突出生態區域特性的指標，一級和二級指標既反映了自然條件，又結合了人類活動影響。

4.2 確定流域水生態壓力分區的方法

通過數據、主成分分析和聚類分析逐步細化形成流域水環境壓力分區，考慮分區結果的實際可操作性，以“生態特性的一致性” “行政區域的完整性” “流域子流域的完整性”等原則，調整分區邊界，提高分區結果的科學性和可操作性。

根據分區方法，將閩江流域按照壓力大小劃分為5個級別。其中，福州市轄區、長樂市、梅列區等3個地區壓力大；武夷山市、將樂縣等市縣壓力小。

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2015年國家環境保護公益性科研專項“基于環境容量和質量約束的污染物總量控制體系研究及示范”（編號：201509076）。