西北典型城區湖泊濕地水環境承載力研究

王志秀，鐘艷霞，田 欣，楊海江，陳 鋒

(寧夏大學資源環境學院，銀川 750021)

城市湖泊濕地是生態系統極為重要的組成部分，作為公共資源，具有一定的社會公益性，不僅承擔著供水、提供水產品等經濟功能，同時也為游客提供景觀欣賞、休閑度假和水上娛樂等旅游功能，以及調洪蓄水、調節氣候的生態功能[1]，因而受到政府部門和學者的關注。

水環境承載力是表征人類生產生活和水環境協調程度的指標，同時也是協調區域經濟、社會、環境可持續發展的重要依據[2]。水環境承載力研究從水環境、宏觀經濟、人口、社會等眾多因素之間的關系入手，從本質上反映環境與人類活動間的辯證關系[3]，以促進水環境與經濟社會的協調發展[4]。

關于湖泊濕地水環境承載力，國外有部分學者對此做出相關研究。Huang G研究了遷徙性的水禽與濕地水質之間的聯系[5]，認為水鳥數量與濕地水質有很大關聯，并提出水鳥對濕地水質磷的允許載荷量。國內對于湖泊濕地水環境承載力的研究相對較多，但研究的關注點主要在集中在我國東部地區：選取的研究區域包括太湖[6,7]、東江湖[8]、東湖[9]。西北地區干旱少雨，水資源總量、人均水資源量均遠遠低于全國平均水平，是我國典型的缺水區域。隨著一帶一路戰略的實施，西北地區經濟得到較快的發展，城市發展過程對湖泊濕地的影響，這些城區湖泊濕地承載當地的經濟發展和人口增長帶來的壓力狀況，以及湖泊濕地對城市發展的作用研究成為重要課題。但關于西北地區湖泊濕地水環境承載力的研究報道較少。

文章分別選取了三個典型的西北城區湖泊濕地：銀川市鳴翠湖、石嘴山市星海湖、中衛市香山湖作為研究對象，通過計算水環境承載力指數進行評價，比較三市城區湖泊濕地水環境承載能力之間的差異，以期發現西北地區城市發展對湖泊濕地的影響。

1 研究區域概況

1.1 自然狀況

寧夏回族自治區位于35°14′～39°23′N，104°17～107°39′E，深居西北內陸高原，屬于典型的大陸性半濕潤半干旱氣候，全年日照充足，年平均降水量在300 mm左右，降水集中于6-9月，蒸發強烈，空氣干燥，溫差較大，無霜期短，全年平均氣溫在5～9 ℃之間。寧夏濕地資源共分為河流濕地、湖泊濕地和人工濕地3類，面積20.72 萬hm2，占國土面積的4%左右，主要分布在黃河、艾依河、清水河和騰格里沙漠、毛烏素沙漠沿線[10]。

1.2 社會經濟狀況

銀川市2017年末常住人口達222.54 萬人，全市地區生產總值1 803.17 億元，三次產業結構為3.6∶51.0∶45.4。銀川市環境優美，是中國空氣質量最佳的城市之一、西北地區人均綠地擁有量最大的城市。

石嘴山市是一座新興城市，是國家重要煤炭工業城市、寧夏能源重化工和原材料工業基地，號稱“塞上煤城”。全市地區生產總值534.98億元，全市三次產業結構為5.2∶60.4∶34.4。全年能源消費總量1 500.06 萬t標準煤。

中衛市全市常住人口115.75 萬人，2017年全市實現地區生產總值374.14 億元，全市三次產業結構為14.1∶44.7∶41.2。中衛市依托得天獨厚的生態自然資源，全面實施全域旅游戰略，打造全域旅游城市，大力推進旅游市場秩序規范化、旅游服務精細化，不斷促進旅游業轉型升級。

1.3 湖泊濕地

銀川市湖泊濕地眾多，古有“七十二連湖”之說，現有“塞上湖城”之美稱。鳴翠湖國家濕地公園位于銀川市興慶區掌政鎮境內，湖區面積為666.7 hm2，其中濕地面積為548 hm2，[11]是國家AAAA級旅游景區，是我國首批、全國第三家被國家林業局命名的國家濕地公園，也是西部地區黃河流域首家濕地公園。

星海湖位于石嘴山市大武口區境內，總面積43 km2，湖水面積23.42 km2，[12]屬黃河水系，湖區地處賀蘭山東麓洪積扇下沿，毗鄰石嘴山市老城區東側[13]。星海湖湖泊濕地中分布有人工魚塘、稻田，在城市中發揮著防洪護田、蓄水養禽、旅游等重要功能。

香山湖國家濕地公園(試點)位于寧夏回族自治區中衛市，總面積564 hm2，水深10 m。公園內鳥類眾多，水質清澈，環境優美，是市民休閑娛樂的好去處。

2 研究方法與數據來源

2.1 DPSIR模型

DPSIR(驅動力-壓力-狀態-影響-響應)模型是由PSR模型演變而來，1993年由歐洲環境署(EEA)為綜合分析和描述環境問題以及其和社會發展的關系提出的[14]，它將框架內的五個范疇之間的因果關系聯系在一起，用于分析和評估人類作用于水生生態系統產生的社會和生態問題[15]，框架能夠在一定程度上系統揭示和深入剖析人與環境之間的因果關系[16]。驅動力通常需要考慮政府的社會和經濟政策，以及包括工業在內的經濟和社會目標[17]；壓力主要指人類對水環境帶來威脅的經濟活動；狀態主要反映人類旅游活動對湖泊濕地水質造成的影響以及水環境質量狀況[14]，影響反應湖泊濕地水環境所處的狀態對環境、人類社會經濟、產業結構的影響[18]；響應反映的是社會團體或個人對環境變化的反應，以及政府為了阻止、補償、改善或適應環境的變化而做出的政策改革[19]。

2.2 數據來源與指標體系構建

2.2.1 數據來源

文中選取的指標數據中，水質狀態數據來源于實驗室監測結果，其余數據來源于2016年環境統計年報、寧夏統計年鑒、水資源公報，銀川年鑒、銀川市國民經濟和社會發展統計公報、銀川統計信息網、各市政府網、各市環保局官網等。

2.2.2 構建指標體系

城市湖泊主要受到社會經濟系統的影響[9]，因此文章在遵循科學性原則、協調性、系統性、可操作性[20]原則的基礎上，根據DPSIR模型，選取了影響城市湖泊濕地水環境承載力的相關社會經濟指標，并結合生態環境指標、水質測定指標等建立湖泊濕地水環境承載力評價指標體系。

2.2.3 權重確定

評價指標不同，其重要程度不同。為將各個指標的重要性做出定量分配，需對各指標進行權重的確定。確定權重常用的方法有層次分析法、德爾菲法、熵值法等。為了避免權重受到主觀影響，選擇客觀賦權法----熵值法。各指標及權重值見表1。

3 西北典型城區湖泊水環境承載力評價結果與分析

3.1 數據計算與分析

由于指標的量綱不同，難以進行比較，因此使用SPSS 17.0對所有指標進行標準化處理。由各指標的權重值與數據歸一化值的乘積得到每個湖泊濕地的水環境承載力總得分(表2)

表1 水環境承載力指標及權重Tab.1 Index and weight of water environmental carrying capacity

既：

式中：Wi為第i個指標的權重值；Pi為第i個指標的歸一化值。

表2 水環境承載力分級標準Tab.2 Classification standard of water environmental carrying capacity

從表1可以看出，權重較大、對水環境承載力影響力強的指標有：污水處理回用量、人均公園綠地面積、工業廢水處理量、DO、森林覆蓋率等。準則層權重大小為：狀態>響應>壓力>驅動力>影響。狀態子系統的綜合權重最大，表明湖泊水質狀況對水環境承載力影響最大。

經過計算(圖1)，銀川市、石嘴山市、中衛市城區湖泊濕地水環境承載力得分分別是0.685 5 、0.352 1、0.571 2 。銀川市城區湖泊濕地水環境承載力最高，石嘴山市最低。銀川市的“驅動力、狀態、響應”得分值較高，表明銀川市生態環境、經濟發展狀況較好，湖泊濕地水質狀況較好，且政府在環境治理與改善方面發揮的作用明顯，生態環境明顯優于其他城市；石嘴山市“驅動力、壓力”值較高，“影響、響應”值偏低，表明石嘴山市生態環境承載度較差，環境治理水平低，人口增長與經濟發展為其水環境承載力帶來巨大壓力；中衛市城區湖泊濕地水環境承載力水平介于銀川市與石嘴山市之間，“影響”得分值較高，“狀態”得分適中，但“壓力”得分較高，說明中衛市湖泊濕地水環境承載力狀況相對較好，但較高的人口密度給資源、環境帶來較大壓力。

圖1 各子系統承載力得分Fig.1 Score of bearing capacity of each subsystem

由水環境承載力分級標準(表2)[7,21]可以判斷，銀川市、中衛市城區湖泊濕地水環境承載力處于“基本可承載”水平，而石嘴山市處于“弱可承載”水平。

3.2 DPSIR 模型子系統水環境承載力評價分析

3.2.1 驅動力子系統

三市驅動力子系統水環境承載力得分值：銀川>石嘴山>中衛，這是由于銀川市作為寧夏回族自治區首府，是寧夏的政治、經濟、文化中心，其人均GDP、城市化率均為最高，其余指標在三市中均處于中上水平；石嘴山市是一座新興的煤炭工業城市，依托重工業的發展，其人均GDP、城市化率均僅次于銀川，而人口自然增長率在三市中最低，為0.565%，濕地面積最高達415 hm2；黃河流經中衛市，其降水量、地表水資源量最高，水資源狀況較好，但同時由于回族人口較多，人口自然增長率高達0.984%，遠遠超過全國平均水平，而人均GDP、城市化率、濕地面積在三市中最低。

3.2.2 壓力子系統

壓力子系統指標主要涉及經濟活動對水資源的消耗等方面。三市壓力子系統得分值：中衛>銀川>石嘴山，中衛市重點發展特色農業、冶金等工業，對水資源需求量大，因此萬元GDP水耗是銀川市的4.14倍，石嘴山市的2.56倍，成為其“壓力”最大的主要影響因子；銀川市萬元GDP水耗、人均用水量在三市中均為最小，但由于人口、工業向中心城市的集聚，人口密度、工業廢水排放量、城鎮生活用水量成為限制其水環境承載力的重要壓力因子；石嘴山市人均用水量較大，其余指標在三市中均處于中等水平。

3.2.3 狀態子系統

狀態子系統主要指湖泊濕地水質現狀。三市狀態子系統得分值：銀川>中衛>石嘴山。石嘴山市由于長期重工業污染的積累，污染物的排放導致水質狀況變差，根據《地表水環境質量標準》[22]分級來看，總磷、總氮兩項水質指標分別為：0.453、2.883 mg/L，均超過地表水環境質量標準中五類水的限值，其余指標也多處于4類水平，導致“狀態”得分遠低于其他兩市。而銀川市注重環境保護與改善，水體環境較好，因此狀態子系統整體水平較高；中衛市未對香山湖濕地進行旅游開發，且保護較好，因此水質狀況優良，屬于二類水。

3.2.4 影響子系統

影響子系統主要包括：人均水資源量、空氣質量優良率、干旱指數。三市影響子系統得分排名為：中衛>銀川>石嘴山。中衛市受黃河水的給養，人均水資源量、空氣質量優良率均高于另外兩市，而干旱指數低于另兩市，環境狀況較好；石嘴山市位于寧夏最北部，靠近沙漠，降水少，干旱指數達11.98，成為“影響”子系統的主要限制因子；銀川市由于人口密度大，人均水資源量僅有88.63 m3，成為影響其水環境承載力的限制性因子。

3.2.5 響應子系統

三市響應子系統得分值：銀川>中衛>石嘴山。銀川市作為寧夏回族自治區首府，生態環境狀況較好，對環境治理投入力度大，城市環境優美，建成區綠化覆蓋率、森林覆蓋率、污水處理回用量、工業廢水處理量等在三市中均處于最高水平，因此該子系統得分高于另兩市；中衛市響應子系統的得分明顯低于銀川市，還需增加環境保護投入；石嘴山市該子系統得分最低，為0.025 8，能夠明顯反映其環境治理水平較低，需加大環保力度。

3.3 三市湖泊濕地水環境承載力與城市發展關系分析

銀川市作為寧夏回族自治區首府，素有“塞上湖城”的美譽。在城市發展過程中，市政府注重經濟發展與環境保護相協調，努力改善生態環境，注重濕地環境開發與保護相結合，在環境改善方面卓有成效，污水處理、公園綠地建設、水質改善等眾多方面成效較好，因此其城區湖泊濕地水環境承載力得分為0.686，相對較高，處于基本可承載水平。

湖泊濕地較高的承載力水平能夠為城市發展提供優良環境，增加城市魅力。近年來西部旅游產業的發展帶動城市經濟發展，銀川市作為西北地區重要的中心城市，其優良的環境不僅吸引越來越多的游客，也吸引更多的投資，一步步促進城市發展。由此說明湖泊濕地水環境承載力與城市發展之間有著相互促進的積極作用。在未來的發展中，銀川市承載力水平仍有提升空間，可通過進一步提高水資源利用效率、增強市民節水意識等相關方面著手改善。

中衛市作為一座新興的旅游城市，實施旅游帶動戰略，注重城市形象建設，對環境改善投入較大，香山湖作為其中一個重要的城市湖泊濕地，其水質狀況非常好，但中衛市萬元GDP水耗和工業廢水排放量較大，使壓力子系統狀況相對較差，其城區湖泊濕地水環境承載力得分值為0.571，僅次于銀川；影響子系統得分值最高，為79.0，表明中衛市環境狀況相對較好。中衛市作為西部旅游重要的站點，相對較高的水環境承載力反映出中衛市的總體環境水平較好，促進中衛市整體旅游舒適度的提升；旅游產業的發展帶動整座城市的發展和經濟增長，促進城市的進一步發展，二者之間形成良性循環。為促進旅游城市的建設，中衛市還需合理控制人口增長、提高水資源利用效率、加快城市化建設、利用旅游資源優勢和特色農產品相結合，大力發展經濟，提升城市化水平。

石嘴山市作為重工業城市，長期工業污染累積使環境質量狀況較差，加之政府對環境改善的重視度較小，湖泊濕地較差的水質狀況阻礙水產養殖、旅游等相關產業的發展，承載力總得分值僅為銀川市的51.36%。石嘴山市狀態子系統中得分為0.045，僅為銀川市的23.91%，中衛市的25.11%，全氮、全磷含量均超過國家水質標準分類中五類水的最高限值，表明石嘴山市湖泊濕地水質環境狀況非常差，富營養化嚴重，急需全面改善；石嘴山市響應子系統得分值最低，為0.025 8，僅占銀川市的14.24%，森林覆蓋率、人均公園綠地面積、污水處理回用量、工業廢水處理量、城鎮生活污水處理率、空氣質量優良率在與其他市相比較均最低，而人均用水量和干旱指數最高，說明石嘴山市環境狀況較差，在未來的城市轉型過程中，需要在環保方面加大投入力度，增強市民的環境保護意識。由此可見，城市整體的水環境承載力水平能夠反映城市生態環境狀況。近年來隨著石嘴山市的轉型發展和政府部門的重視度提升，惡性循環正在轉變，其生態環境、湖泊濕地水環境承載力有望逐步改善，并對城市發展帶來更多積極的作用。

4 結 語

本文基于DPSIR模型，構建西北地區典型城區湖泊濕地水環境承載力評價指標體系，運用熵權法確定指標權重，計算湖泊濕地水環境承載力指數，評價結果如下。

(1)從各子系統得分來看，銀川市的驅動力、狀態、響應子系統得分值在三市中最高，表明銀川市對生態環境治理投入力度大，見效明顯，生態環境狀況較好。中衛市壓力、影響子系統得分值最高，其余子系統多處于中等水平，表明其需在減少資源消耗、控制人口增長等方面做出努力。石嘴山市狀態、影響、響應子系統得分值最低，表明限制石嘴山市水環境承載力水平的主要因子為該三個子系統，即湖泊濕地水質狀態和環境治理水平。因此在未來的生態治理中需著重加大這兩方面的投入，改善湖泊濕地水質，加強城市生態環境建設。

(2)就各市評價結果而言，銀川市、石嘴山市、中衛市三市城區湖泊濕地水環境承載力得分分別是0.685 5 、0.352 1、0.571 2，銀川市城區湖泊濕地水環境承載力水平大于中衛市，這兩市承載力水平遠大于石嘴山市。銀川市和中衛市處于基本可承載水平，而石嘴山市水環境承載力為弱可承載。

(3)湖泊濕地水環境承載力水平能夠反映城市綜合發展狀況，同時作用于城市的進一步發展，因此需全面重視、提升城區湖泊濕地水環境承載力，促進經濟發展和宜居環境的建設。