大凌河流域水資源納污能力評價指標體系研究

孟慶敏

(朝陽市龍城區水利局，遼寧 朝陽 122000)

0 引 言

水利部提出的水資源納污能力是指水資源系統在符合區域發展目標和水文條件下，最大限度的水污染的能力。水資源納污能力涉及資源與社會的減量化聯系、水環境與城市化協調程度等復雜信息，對其評價指標體系應綜合考慮以上各要素及其相互作用關系[1]。

大凌河有南、西、北3源，自西向東徑流朝陽、北漂、義縣、凌海等市縣，主脈貫穿遼西、東南匯入渤海，河流全長398km，總面積2.35萬km2，年均徑流量16.67億m3，河床比降0.25%，含沙量57kg/m3。流域內景觀變化劇烈且經濟發展迅速，分布有大定河、老虎山河、清河、細河、李二河、紅臺子河、涼水河、牤牛河、瓦子峪河等主干支流，對于保障沿途居民生產生活用水、生態環境保護和工農業發展等發揮著巨大作用。該流域地貌形態以山丘為主，極少數地區為平原區，水源涵養能力差，地下水以大氣降水補給為主，屬于溫帶季風氣候，年降水量450-600mm，由于特殊的氣候條件和地勢特征使得降水量年度分配極不均衡。近年來，在多重經濟發展模式和不同生活方式下河流水污染問題日趨突出，其中60%以上的地區為嚴重或極度缺水且地下水利用率較高，許多河段的BOD5、COD和揮發酚等污染物濃度超過Ⅲ類標準，水環境污染嚴重并對水生態系統平衡構成嚴重威脅[2]。

1 水資源納污能力評價體系

1.1 納污能力基本概念

水資源的水體功能區劃為水系統納污能力的依托，可將其內涵概括為最大承納的污染物量和水環境容量。水系統納污能力涉及到的范圍廣泛、因素眾多，不同類型水體的本地狀況、化學形態和物理性能存在較大差異，且不同水資源的污染量、濃度和水環境功能區劃不同。

1.2 評價指標體系

納污能力評價指標的選取遵循定量與定性結合、全局性、可比性、可獲取性和科學性等原則，從而保證納污能力評價結果的正確性、客觀性和公平性。鑒于此，文章根據相關文獻資料和大凌河流域水環境狀況，將水資源納污能力評價體系按照其基本內涵劃分為河口感灣型、湖泊水庫環流型、河道徑流型3大子系統，選擇生態用水率、植被覆蓋率、人均GDP和萬元GDP用水量等12項代表性指標構建評價體系，如表1所示。

2 水資源納污能力評價模型

將水系統納污能力按照其內涵特征分解為河口感灣型、湖泊水庫環流型、河道徑流型3個子系統，根據評價體系中的各項指標計算3個納污能力承載模型及子項，從而求解出各項評價因子的納污承載度，經加權求和運算獲取大凌河流域的納污能力[3-5]。

表1 大凌河流域水系統納污能力評價體系

2.1 計算模型的構建

1)模型運算規則。將水系統納污能力計算模型按照水資源的兼容性、區域性差異做以下規定：不同的計量單位使得各項評價指標之間不存在可比性，模型運算前需無量綱化處理納污能力各項指標初始值，從而保證評價結果的可比性和準確性；各項評價指標在計算模型中的取值區間為0-1，每個指標均有一個最差值和最優值，當指標值優于1或低于0時取或0。

2)確定指標分數。采用下述計算公式確定評價體系中越小越優和越大越優型指標分數sij，即：

(1)

(2)

3) 水系統納污能力計算模型。水系統納污能力綜合考慮了河流水系統、河口感灣型、湖庫環流型、河道徑流型的納污協調程度，河流水系統納及子系統納污能力計算模型如下：

(3)

(4)

式中：E、Ei為河流水系統和子系統i的納污能力值；Eij為評價指標j關于子系統i的容納水平；m、n為參評指標數和分納污能力數；ωij為評價指標j關于子系統i的權重值。

2.2 指標權重的計算

采用AHP層次分析法求解水系統納污能力評價體系中的各因子權重，該方法是由薩蒂提出的一種綜合考慮定量計算和定性分析的數學方法。AHP法是按照一定的原則將復雜的系統分解為多個層次，通過對各要素之間重要程度的分析實現多層次、多因子復雜問題的定量數據決策，對于復雜的模糊性問題具有良好的適用性和可行性。首先，按照一定的原則和隸屬關系將水系統納污能力分解，然后邀請領域內的專家兩兩比較各要素間的重要度構造判斷矩陣(如表2-表5所示)，為保證評價結果的準確性需要對矩陣一致性進行檢驗，最終確定納污能力評價指標單排序和總排序。其中，矩陣符合一致性檢驗的準則為CR<0.10，滿足該標準則認為權重計算科學合理，能夠用于水系統納污能力評價；如果不符合以上要求則重新進行調整，直至滿足檢驗要求停止運算，最終確定梯階層次結構中的各項指標權重[6-9]。

表2 子系統河道徑流型A1判斷矩陣

表3 子系統湖庫環流型A2判斷矩陣

表4 子系統河口感灣型A3判斷矩陣

表5 大凌河流域納污能力判斷矩陣

2.3 評價等級劃分

根據以上矩陣計算結果和構造的模型，將大凌河流域水系統納污能力影響度劃分為優良、良好、一般、惡劣、較惡劣5個等級，綜合指數值取值區間為1.0-0.8、0.8-0.6、0.6-0.4、0.4-0.2、0.2-0。

3 實例分析

3.1 綜合評價指數

大凌河屬于遼寧省西部的重要飲用水源地，流域內景觀變化劇烈且經濟發展迅速，河流水系統納污能力各指標權重計算結果和評價值如表6所示。

表6 大凌河流域水系統納污能力各指標權重及評價值

根據文中所述計算公式(3)、(4)和水系統納污能力計算模型確定綜合評價指數為0.2447，按照優良、良好、一般、惡劣、較惡劣評價等級取值區間可確定該流域水資源達到惡劣狀態，為改善水系統環境必須采取相應的防治措施。

3.2 建議措施

1)切實提升用水效率，推動節水型社會建設。通過水資源合理調度和節水型社會建設，發揮試點地區地緣優勢最大程度的提升水資源承載力，完善水利工程管理設施和水資源配置技術體系，推動產業布局和經濟結構優化調整，切實提升區域用水效益和效率；采取一系列制度建設形成現代化節水型社會生產力，建立可持續健康發展的節水型社會機制，以人水和諧相處為核心形成良好的生產關系，為提升用水效率和增強公眾節水意識還要不斷完善地方性用水法規[9]。

2)針對限采區、禁采區的地下水開采應嚴格控制。為保證地下水的可持續利用和水環境生態平衡，采取適用于不同功能區的開采利用措施。例如，針對生態環境脆弱區、水源涵養區和地質災害易發區，推行水生態保護措施防止水系統惡化和地下水超采問題；對于地下水超采區域采取聯合調度、節約用水和優化配置等措施，實現區域水資源的均衡利用及地下水適量開采；為嚴格控制劃定的地下水禁采區，采取企業搬遷、水源替代等措施[10]。

3)合理調整產業結構和經濟發展規模，降低用水負荷。加強對農業種植結構的調整和農業節水建設，提倡高效、節水農作物種植和先進節水灌溉技術的應用，為提高用水效益采取灌區節水改造工程。根據區域污染實際狀況鼓勵企業引進先進的低排污、低耗水量的新設備、新工藝，推廣使用高效污水處理系統降低污水排放，由此提高水利用率，通過壓縮水污染嚴重、用水效益低且耗水量大的企業數量，逐步形成高效節水、重復用水率高的新型產業體系。

4)嚴格控制入河污染物，確保水體質量良好。采取工業結構水平優化、工業搬遷改造等措施促進清潔生產，提高節水技術水平并淘汰落后工藝，發展效益高、耗水少的尖端工業企業，最大程度的減少污染物排放；結合區域發展需求加強水環境監控，通過對水環境功能區劃的合理調整盡可能提高點源排放標準，明確地方減排要求并核定河流納污能力；綜合考慮水資源時空變化、污染源測算結果、行政區域特征和河流納污要求等，明確入河排放標準和水污染防治目標；加快污染源防治技術的推廣和應用，降低水環境污染程度和影響范圍，從根本上避免水污染事件的發生[11]。

5)采取改擴建、新建等措施擴大污水處理廠處理能力。不斷完善污水管網和雨污分流系統建設，針對嚴重滲漏的管網要及時修補，嚴禁廢污水處理不達標或未經處理直接傾倒、排入河流的行為，推動污水處理設施工程建設和加大水環境保護投資力度。

6)建立健全水資源承載力監測預警機制、河長制和水資源管理制度。為確保水資源的合理開發、高效利用、優化配置和水環境的保護等實行科學管理河流水系，逐漸實現現代化水利替代傳統水利。通過采取先進的技術手段和設備實時地監測流域水質狀況，提供可靠的治理依據和數據支撐，同時對大凌河流域水資源承載狀態利用水系統監測預警系統實時動態評估，不斷提升水資源開發保護、優化配置、節約利用和綜合治理水平。

4 結論

文章結合水系統納污承載力基本內涵和大凌河流域水污染現狀，從河口感灣、湖庫環流、河道徑流3個層面構建水系統納污能力評價體系，然后對各指標貢獻率采用層次分析法求解，采用綜合評價值揭示了流域水系統納污水平。結果發現，大凌河流域水系統納污力綜合評價指數為0.2447，按照劃分的5級評價標準可認為該流域達到惡劣納污狀態，為改善水系統環境從多個不同方面提出了相應的防治措施，這對于提升水系統納污承載力和水資源安全等級具有重要意義。