復合模型下典型河網區水環境承載力研究
——以浙江省臺州市椒江區為例

趙 祥

中國城市規劃設計研究院，上海 200335

隨著城鎮化進程的不斷推進，人類對水的需求量與品質要求越來越高。但同時，這也導致了水污染對經濟社會帶來的壓力越來越大，水污染的范圍與程度越來越大，水資源短缺與水環境的不斷惡化已經成為制約人類經濟社會發展的主要因素之一，威脅著人類社會可持續發展的命脈。水環境承載力這一關鍵命題的提出，正是對此類問題的直接回應。而如何評價一個區域的水環境承載能力與如何依據水環境承載能力指導區域的規劃和發展已然成為當前各級政府高度重視的問題，也是當前水科學領域研究的熱點問題［1］。

本文從水環境承載力的理論基礎出發，以浙江省臺州市椒江區為例，圍繞河網地區水環境承載力定量定性分析的關鍵問題展開研究，遵循河網水文水力的基本特性，建立河網水量水質數學模型，研究河網地區的水體納污能力；構建考慮河網納污能力的水環境承載力綜合指標評價體系，基于綜合評價模型研究河網地區水環境承載力的影響因素與影響程度。通過上述復合模型對典型河網區水環境承載力的分析研究，來尋找平原河網地區水環境治理的應對策略。

1 研究區概況

本文研究范圍為椒江區除椒江以北及海域外所有的區域，位于溫黃平原北部，域內水系北以椒江為界，南以鮑浦長浦為界，西接黃巖區永寧江水系，東臨大海，河網密布，縱橫交錯。區域人均水資源占有量1650m3，僅達到全國平均水平的四分之三，供需矛盾突出，加之水質惡化和水生態環境系統遭破壞，從而導致研究區可利用的淡水資源減少和水資源供需矛盾的加劇。

2 水環境承載力研究框架

2.1 河網區水環境承載力基本特征

水環境承載力的概念應該是融合水環境容量（狹義）、水環境的功能、水資源和社會經濟支撐能力等多方面的概念，綜合反映了水環境承載力的社會經濟內涵、可持續發展內涵、空間內涵和時間內涵［2-4］。河網區水環境承載力不僅包含上述內涵與特征，同時還兼具了河網區所特有的特征，因而河網區水環境承載力區別于其他水環境承載力的研究，它的研究區是一個水系發達，河流縱橫交錯，河網密布的城市區域，雖然在這些區域水系的結構都是網狀式，但由于城鎮化的程度不同，必然導致研究區不同區域的河網結構產生了不同的變化，而河網結構的自然度［5］表征了不同地區的經濟發達水平，也影響了不同地區的水環境承載力，這是河網密布地區所獨有的一個特征。

2.2 水環境容量計算模型

在水動力模型與水質模型計算的基礎上，本文采用控制斷面水質達標計算法來計算研究區及各劃分單元的水環境容量。控制斷面水質達標法是指在保證水功能區控制斷面達標的情況下，利用已建立的河網一維非穩態水量水質模型，模擬研究區河網各計算斷面的水質過程，得出各概化排污口的污染物允許排污量，進而得出研究區及各劃分單元的水環境容量。

2.3 水環境承載力綜合評價指標體系

在水量水質模擬和水環境容量計算結果的基礎上，進一步研究河網區的水環境承載力。本文基于科學性、整體性、層次性、動態性及研究區特殊性的原則，采用了層次分析法與模糊綜合法建立了椒江區河網水環境承載力綜合評價指標體系，從水資源、水體納污和經濟社會三個子系統著手，將椒江區河網水環境承載力評價的指標體系分為目標層（A）、準則層（B）、指標層（C）三個層次。

3 水環境容量承載率計算

由于缺乏研究區河網各項水力水質參數資料，本文選取研究區河網水系的西北部作為本次調水試驗區，進行水量水質同步監測，簡稱調水試驗核心區。該區域幾乎覆蓋了本文研究區內的葭芷街道、白云街道的全部河網地區，且大部分的水文水質監測斷面位于此區域內，其水動力條件與水污染物的時空變化特征（遷移、轉化等）都具有較強的代表性，因而研究成果可以作為研究區大河網水環境數學模型構建與水體納污能力計算的重要參考依據。

通過核心區河網的概化、河道斷面的概化、邊界條件的選取、模型參數的反復調試等步驟，模擬核心區在原型調水期間的水量水質變化過程，在模型模擬結果在允許誤差范圍內的情況下，確定出核心區水環境模型的各項參數值，模型參數的驗證情況較好，模擬值與實測值的相對誤差基本在10%以內，滿足了河網水量水質模型的構建要求。

通過不斷地調整模型中排污口（各劃分單元）的污染物入河量數值，直至研究區內水功能區各控制斷面水質達標（各功能區水質目標III-IV 類），認為模型中各排污口的當前污染物入河量為各排污口可允許排污的最大值，也就等同于各劃分單元的河網納污能力的具體數值。綜合各單元2010 年污染物入河量的計算成果與各單元河網的納污能力計算成果，計算得出各劃分單元的水環境容量承載率，研究區COD 納污能力為4161.2t/y，水環境容量承載率0.5；氨氮納污能力為257t/y，水環境容量承載率0.36。

4 水環境承載力綜合評價

4.1 重要指標計算

除計算各片區水環境承載率指標外，根據各指標涵義結合實際資料，計算出各指標實際值，具體指標包括人均水資源量、河網生態環境需水保證率、河網結構自然度、城鎮化率、恩格爾系數、截污率。

4.2 研究區水環境承載能力綜合評價

（1）指標權重值確定。水環境承載力系統是一個具有多因子的復雜系統，系統內包含了不確定性和模糊性，而層次分析法在多目標和多準則的復雜系統中具有一定的優越性，因此，本文采用該法確定出各層次指標的權重。

（2）模糊綜合評價。對于河網區水環境承載力來說，可承載與不可承載之間的界定十分模糊，且各個子系統與因素之間不確定性很多，本文采用模糊數學的隸屬度概念去定量描述河網區水環境承載力。結合相關文獻［6］，本文將河網水環境承載力的狀況分為不可承載（0～0.2）、極弱承載（0.2～0.4）、弱承載（0.4～0.6）、基本承載（0.6～0.8）、良好承載（0.8～1.0）。

4.3 評價結果分析

研究區水環境承載力指標綜合評價結果表明：

（1）2010 年各單元水環境承載力度量在0.16～0.88 之間，整體水環境承載力普遍不高，且各區域的水環境承載能力差異較大，主城區與城郊區水環境承載力相比其他地區較低，在空間上呈現出“主城區＜城郊區＜一般城鎮區＜遠郊區”的格局，僅有位于遠郊區的椒江農場其水環境承載狀態較為良好，其他區域的承載能力都未達到“及格線”（度量值為0.6）。

（2）從各劃分單元的主要影響因子來看，①主城區的問題主要體現在水資源與水體納污子系統上，區內人口密度大、人均水資源量匱乏、生態環境需水保證率不高、河網結構自然度偏低、COD 和NH3-N 環境容量承載率偏低等，造成了區域內水環境承載力嚴重不足，而社會經濟子系統對主城區水環境的支撐能力相對較高，尤其體現在污水管網截污率上；②城郊區的主要問題體現在人均水資源量不足、河網水體納污能力偏低、污水管網截污率不高等方面，區內聚集了大量的外地流動人口，而城市的各項基礎設施尚不能滿足城郊區人口的負載要求，如生活污水直排河道內、生活垃圾傾入水體、建筑侵占水面等等，使得該區域內的河網水體環境承受著極大的壓力，水環境問題十分突出；③一般城鎮區的主要問題體現在人均水資源量不足、水體納污能力不足、污水管網截污率偏低等方面，該區域內的社會經濟發展比主城區和城郊區相對落后，城市的各項基礎設施還亟需得到改善，尤其是污水管網的覆蓋率遠遠沒達到要求，區內河網水體水質不斷惡化、水體納污能力降低，導致水環境承載力偏低，但一般城鎮區的河網結構特征、城鎮化進程、恩格爾系數等指標的度量值相對較高，表明其經濟社會發展與水環境保持著相對較好的協調性。

4.4 水環境改善措施與建議

（1）水資源系統策略。建立用水效率控制紅線，實施用水效率控制制度，構建高效控污節水型社會；合理開發利用區內外水資源，建立用水總量控制紅線；構建完善的雨洪資源利用工程體系，提升雨洪資源利用率，滿足城市生態需水。

（2）水體納污系統策略。建立水功能區限制納污紅線，強化研究區水功能區管理，控制各區域污染物入河量；嚴格控制點源污染排放，加強產業結構調整，同時加強農業面源污染治理，促進產業行業與水環境、經濟社會協調發展。

（3）經濟社會系統策略。加強城市污水收集系統工程建設，有效降低生活污染源入河量；通過自然與人工手段科學有效地加強區域河網水系整治，構建層次豐富、脈絡相通的河湖健康水系［8］；完善城市郊區與一般城鎮區基礎設施，提升經濟社會承載能力；健全政策法規體系，為維持水環境系統運行提供保障；加快區域循環經濟建設，保證區域資源、環境與經濟可持續發展。

在水環境承載力理論的研究基礎上，將水體納污能力作為水環境承載力重要的一部分，結合水資源承載與經濟社會承載子系統，共計8 項指標構建水環境承載力指標評價體系。基于層次分析法和模糊綜合評價法，對研究區各劃分單元河網水環境承載力進行了綜合評價。在本文的實例研究中，碰到了一些資料不足（缺乏和精度不夠）的問題，對研究區水環境承載力的大小評估產生了一定的誤差，而遙感、地理信息系統GIS 等領域的深入研究與運用可以幫助獲取數量更多、精度更高的資料，對于擴展水環境承載力研究廣度和加深其研究深度具有非常重要的作用。