遼寧鐵嶺水環境承載力綜合評價*

王英剛 鄔松柏 趙傳起 王留鎖

(1.沈陽大學區域污染環境生態修復教育部重點實驗室，遼寧 沈陽 110044； 2.遼寧省生態環境保護科技中心，遼寧 沈陽 110161)

隨著人口的增長和社會經濟的發展，水資源污染、水生態受損等水環境問題日益突出，已成為制約人類可持續發展的瓶頸。為了改善水環境狀況，實現社會經濟和水環境的可持續發展，國內外學者開展了大量水環境承載力的研究，建立了不少評價方法[1-3]。進行水環境承載力評價首先需要建立指標體系[4]。張靜等[5]從社會經濟、水資源和水生態3個方面出發選定評價指標。王寒等[6]運用層次分析法確定指標權重并進行水環境承載力評價。王志秀等[7]利用熵值法確定指標權重并進行水環境承載力評價。

本研究在前人的基礎上突出水環境的生態功能、環境要素以及人類活動與生態環境之間的動態聯系，構建了基于水資源相關、社會經濟相關和水污染控制相關3個子系統耦合的水環境承載力綜合評價指標體系，利用主觀賦權的層次分析法和客觀賦權的熵值法組合方法對指標賦權，并應用于遼寧鐵嶺各縣(市、區)的2012—2016年水環境承載力評價，為鐵嶺制定水環境保護政策提供科學依據。

1 研究方法

1.1 指標體系

水資源相關子系統指標包括產水模數、全年降水量、生活用水定額、人均水資源量、農業用水耗水率。

社會經濟相關子系統指標包括人口密度、人均GDP、城鎮居民可支配收入、工業GDP增長率、第三產業比重。

水污染控制相關子系統指標包括工業廢水重復利用率、工業萬元產值用水量、工業萬元GDP廢水排放總量、城鎮生活污水排放量、工業萬元GDP化學需氧量排放強度。

為了消除評價指標間的量綱差別，實現不同指標間的可比性，對各指標原始數據進行歸一化處理，使其結果處于0～1。常用的數據歸一化處理方法有線性標準化法和離差標準化法，由于工業GDP增長率等數據可能出現負值，因此選用離差標準化法進行歸一化處理，正向指標的歸一化公式見式(1)，負向指標的歸一化公式見式(2)。

(1)

(2)

式中：Eij’為j年i指標的歸一化值；Eij為j年i指標的原始值；Emin和Emax分別為i指標的最小值和最大值。單位根據實際情況而定。

1.2 指標數據來源

社會經濟相關子系統指標數據來源于2012—2016年的鐵嶺統計年鑒；水資源相關子系統指標數據來源于2012—2016年的鐵嶺水資源公報；水污染控制相關子系統指標數據中的工業廢水重復利用率主要來源于2012—2016年的鐵嶺水資源公報，部分缺失數據由各縣(市、區)工業企業排放口的環保部門監控數據補足，工業萬元產值用水量由2012—2016年的鐵嶺水資源公報中的工業用水量與鐵嶺國民經濟和社會發展統計公報中的工業產值計算得出，工業萬元GDP廢水排放總量、工業萬元GDP化學需氧量排放強度來源于2012—2016年的鐵嶺統計年鑒，城鎮生活污水排放量來源于2012—2016年的鐵嶺水資源公報。以2012年的消費者物價指數為100，對人均GDP、工業萬元產值用水量進行價格影響消除的處理。

1.3 評價方法

1.3.1 評價指標的權重確定

按照權重產生方法的不同，指標賦權分為主觀賦權和客觀賦權兩大類[8]。本研究綜合利用主觀賦權的層次分析法[9]和客觀賦權的熵值法[10]分別計算指標權重。然后利用式(3)進行組合賦權[11]。指標體系及賦權結果見表1。

表1 指標體系及權重

(3)

式中：Ci、Wi和Si分別為指標i的組合權重、層次分析法權重和熵值法權重。

水環境承載力等級劃分目前沒有統一的標準，本研究參考文獻[12]將水環境承載力等級劃分為5個等級：0～0.2為不可承載狀態，>0.2～0.4為嚴重超載狀態，>0.4～0.6為中度超載狀態，>0.6～0.8為輕度超載狀態，>0.8為可承載狀態，其中小于等于0.8都為超載狀態。

1.3.2 水環境承載力計算

參考陳林華等[13]采用的加權疊加法計算水環境承載力，計算公式見式(4)。

(4)

式中：Aj為j年的水環境承載力。

2 結果與討論

2.1 水環境承載力的綜合評價結果

2012—2016年遼寧鐵嶺7個縣(市、區)及鐵嶺全市的水環境承載力見表2，等級劃分結果見表3。

表2 鐵嶺的水環境承載力

表3 鐵嶺的水環境承載力等級

2012—2016年，鐵嶺全市及各縣(市、區)的水環境承載力變化趨勢大致相同，大都處于中度超載狀態或嚴重超載狀態，呈現先降后升的趨勢。2012、2013年，水環境承載力還較好，沒有出現嚴重超載狀態的縣(市、區)，有些縣(市、區)還只是處于輕度超載狀態。受2014年大旱和降雨量驟減的影響，水環境污染加劇，各縣(市、區)的水環境承載力都有下降，全部都處于中度超載狀態。2015年各縣(市、區)的產水模數又變小，人均水資源量也減少，而城鎮生活污水排放量、工業萬元GDP廢水排放總量和工業萬元GDP化學需氧量排放強度增加，導致大多數縣(市、區)的水環境承載力進一步下降，其中昌圖、開原的水環境承載力分別降到了0.273 6、0.389 5，屬于嚴重超載狀態。2016年全年降水量和人均水資源量增加，工業GDP增長率提高，鐵嶺全市的水環境承載力又出現好轉的跡象，恢復到了中度超載狀態，但還是低于2012、2013年的水平。

2.2 水環境承載力的子系統評價結果

由表4可以看出，2012—2016年鐵嶺全市水資源相關子系統和水污染控制相關子系統的承載力變化與綜合評價結果比較一致，都是2012、2013年較好，2014、2015年下降，2015年降到最低，2016年得以恢復，由此也可以看出水資源相關子系統與水污染控制相關子系統具有相互影響的內在聯系。社會經濟相關子系統不同，其2015年的承載力比2013、2014年高，主要受經濟轉型過程中第三產業比重增加和工業GDP增長率回升的影響。因此，鐵嶺的水環境承載力主要與水資源相關子系統和水污染控制相關子系統相關，前已述及，產水模數變小，人均水資源量減少，城鎮生活污水排放量、工業萬元GDP廢水排放總量和工業萬元GDP化學需氧量排放強度增加，是2015年水環境承載力較低的重要原因。

表4 各子系統的水環境承載力

3 結論與建議

基于水資源相關、社會經濟相關和水污染控制相關3個子系統耦合的水環境承載力綜合評價指標體系對鐵嶺的水環境承載力進行評價。結果表明，鐵嶺全市及各縣(市、區)2012—2016年水環境承載力變化趨勢大致相同，大都處于中度超載狀態或嚴重超載狀態，呈現先降后升的趨勢。分析子系統的承載力發現，鐵嶺的水環境承載力主要與水資源相關子系統和水污染控制相關子系統相關。

對于提高鐵嶺的水環境承載力提出以下幾個方面的建議：(1)結合當地實際，節約用水，提高工業和農業的用水效率，保護水資源；(2)明確當地產業發展重點，優化布局，在推進第三產業發展的同時形成系統的產業鏈，加快社會經濟轉型；(3)加強污水治理，確保達標排放，從源頭上減少污染物排放；(4)提高自然水體的納污能力，建設生態補水控制性工程、生態濕地長廊工程等。