赤峰市水環境承載力綜合評價

查木哈，翟繼武，陳蕾蕾

（1.赤峰學院，內蒙古 赤峰 024000；2.內蒙古自治區環境監測總站赤峰分站，內蒙古 赤峰 024000）

隨著水資源稀缺和水體污染情況不斷加劇，水環境可持續開發利用已成為現今研究的主要焦點。水環境承載力指在一定時期內，區域水環境系統在滿足水質目標要求、保持可持續的自凈能力和維持水生態健康的條件下，對區域人口、經濟和社會活動的支持能力[1-3]。水環境承載力已成為評價水環境與區域人口、社會經濟協調發展的關鍵因子[4-6]。判定水環境承載狀態，為制定合理利用水資源和水環境保護管理政策提供科學依據，具有重要的現實意義[7-10]。赤峰市水資源分布不均已成為影響赤峰市社會經濟可持續發展的制約因素之一，因此對水環境承載力的影響因素進行評價和分析至關重要。本文根據“驅動力-壓力-狀態-管理”（DPSM）模型，結合赤峰市實際情況，建立了赤峰市水環境承載力評價指標體系，評價2010-2019年赤峰市水環境承載力狀況，分析赤峰市水環境承載力主要影響因子，為赤峰市建立水環境承載力監測預警長效機制提供依據。

1 材料與方法

1.1 構建赤峰市水環境承載力綜合評價指標體系

1.1.1 DPSM模型框架

DPSM（Driving-Pressure-State-Manage）模型框架由驅動力（D）、壓力（P）、狀態（S）、管理（M）4個模塊組成。人口、社會及經濟的發展對水環境的自凈能力和維持水生態健康影響持續發展，反之水生態健康限制社會經濟的持續發展。因此，做出準確的管理模式解決驅動力D與壓力P帶來的影響，改善自然條件和水資源的質量的狀態，將人口、社會及、經濟發展對水生態健康構成的壓力降到最低，形成可持續發展的良性循環。

1.1.2 赤峰市水環境承載力綜合評價指標體系

通過構建赤峰市水環境承載力綜合評價指標體系，判定赤峰市水環境承載狀態。將人口-社會-經濟指標納入水環境承載力評價指標體系，并運用驅動力、壓力、狀態和管理4個子系統分別評價對赤峰水環境承載力的影響狀況。根據赤峰市人口-社會-經濟指標，選取19個評價指標建立赤峰市水環境承載力綜合評價指標體系，見表1。

表1 赤峰市水環境承載力綜合評價指標體系

1.2 研究方法

赤峰市水環境承載力采用主成分分析方法進行評價，以主成分貢獻率為權重作為評價2010-2019年水資源承載力的標準，計算其每年度的綜合得分，判定水環境承載狀態。本文運用SPSS24.0統計軟件進行主成分分析。

各子系統（D-P-S-M）的水環境承載力評價值的大小用歸一化后的向量模表示，公式如下：

采用spearman秩相關系數評價赤峰市水環境承載力動態的趨勢。數據來源于《赤峰市統計年鑒》《內蒙古統計年鑒》《中國環境統計年鑒》《赤峰市環境狀況公報》《內蒙古自治區水環境公報》等。

2 結果與分析

2.1 水環境承載力評價

首先排除量綱的影響，對赤峰市水環境承載力綜合評價指標值進行標準化，標準化結果見表2。

表2 2010-2019年赤峰市水環境承載力評價標準化

主成分分析中水環境承載力評價指標的相關系數矩陣見表3、表4，水環境承載力綜合評價指標之間存在相關性，滿足了主成分分析的前提條件。主成分的特征值及貢獻率見表5，前4個主成分的累積貢獻率為86.812%，符合大于85%的要求，選取前4個主成分進一步分析。

表3 相關系數矩陣（1）

表4 相關系數矩陣（2）

表5 主成分的特征值和貢獻率

前4個主成分在各變量上的載荷見表6，第一主成分與森林覆蓋率、城鎮化率、農田灌溉用水量、人均耕地面積及城建區綠化率具有較強的相關性，包含了D、P、M 3個子系統，表明子系統間存在強相關性，相互影響。第二主成分與單位耕地面積化肥施用量、人口、農田用水量及人均GDP具有較強的相關性，主要代表驅動力（D）和壓力（P）。第三主成分與水資源總量和人均水資源量存在較強的相關性。第四主成分與水質和降水量具有較強的相關性。4個主成分高度歸納了各子系統的影響因子，采用4個公共因子評價水環境承載力的變化動態，以最終得分為評判水環境承載力的標準。特征向量矩陣見表7，根據寫出的4個主成分的表達式，獲取2010-2019年的主成分得分，最終得分結果見表8；以主成分貢獻率為權重，獲得最終綜合得分作為評判水環境承載力的標準。正值表明，該年度水資源承載力處于平均水平以上，負值則表明在平均水環境承載力以下。

表6 因子載荷矩陣

表7 特征向量矩陣

表8 綜合得分

2.2 水資源承載力變化趨勢

2010-2019年赤峰市水資源承載力變化趨勢圖如圖1所示，2012年、2014年、2015年和2018年期間赤峰市水環境承載力有所上升，2011年、2013年、2017年和2019年期間水環境承載力有所下降。為了進一步評判赤峰市水環境承載力是否呈現顯著趨勢，以spearman秩相關系數評判水環境承載力變化趨勢。Spearman的秩相關系數為γs=0.152 3，N=10時，P=0.05顯著水平下臨界值為Wp=0.564；γs≤Wp，表明變化趨勢沒有顯著意義，2010-2019年期間赤峰市水環境承載力呈平穩的狀態。

2.3 各子系統動態變化

為了進一步了解4個子系統對赤峰市水環境承載力的影響狀況，采用向量模法評判各子系統的優劣勢，并用雷達圖分析4個子系統的動態變化。2010-2019年期間4個子系統變化動態如圖2所示，由圖2可知，2010-2019年期間壓力子系統與狀態子系統變化突出，驅動力子系統與管理子系統變化相對較小。2010-2019年期間，壓力子系統與狀態子系統的變化是影響赤峰市水環境承載力動態的主要的兩個子系統。

圖2 2010-2019年各子系統變化動態

3 結論

（1）通過建立DPSM模型，構建了赤峰市水環境承載力綜合評價指標體系，應用主成分分析法評價2010-2019年期間赤峰市水環境承載力變化，結果表明2010-2019年赤峰市水環境承載力呈穩定或平穩的狀態。

（2）各子系統中壓力子系統與狀態子系統的變化是影響赤峰市水環境承載力動態的主要的兩個子系統。

（3）壓力系統與狀態系統中城市污水排放量及人均耕地面積的增加，水資源總量的變化呈波動型，是影響水環境承載力的主要影響因素。赤峰地區水資源依然缺乏，水資源利用率、污水處理能力有待于進一步提高，以確保赤峰市水環境與社會經濟的協調發展。

圖12010 -2019年赤峰市水環境承載力變化趨勢圖