岱海流域水環境承載力綜合評價

武昕藝，張文星，姜平平，白妙馨*，張一心

（1.內蒙古自治區受損環境鑒定與修復企業重點實驗室，內蒙古 呼和浩特 010000；2.內蒙古大學生態與環境學院，內蒙古 呼和浩特 010000）

提要：本文以岱海流域為研究區域，采用AHP—熵權法、系統動力學模型與耦合協調度模型，對該流域2018年的水環境承載力進行綜合評價，并預測至2025年的情況。結果表明，2018年岱海流域水環境承載力處于紅色巨警狀態，水環境與經濟社會的耦合協調度為極度失調狀態。設置4種情景方案對2019—2025年進行模擬，結果顯示各方面的指標均為最優，水環境承載力及耦合協調度相較于2018年均有顯著提升。

引言

水環境承載力的定量評價有助于深入理解其內涵和加強實際應用。利用指標評價法和系統動力學兩者結合可以解決區域水環境承載力的定性和定量評價問題，并可以對未來趨勢進行動態的模擬。社會與環境之間相互促進是經濟增長與資源可持續利用的關鍵，利用耦合協調度模型進行定量分析，能夠更好地評判兩者之間的協調程度[1]。

1 研究區概況及研究方法

1.1 研究區概況

岱海是內蒙古自治區三大內陸湖之一。流域總面積2 312.7 km2。20世紀60年代以來，隨著工農業開發以及地下水的過量開采，岱海面積逐年萎縮，2018年縮減至55.5 km2，在區域氣候變化和人類活動的綜合作用下，岱海的生態危機日趨嚴峻。

1.2 評價指標權重的確定及承載力計算

岱海流域水環境承載力指標體系的構建，應充分考慮當地環境現狀和數據可獲得性，由社會經濟子系統、水資源子系統和水環境子系統3個子系統構建指標體系，選取頻率較高的18項指標，完成岱海流域水環境承載力評價指標體系，指標分為正向指標和負向指標，見表1。

本研究采用AHP-熵權法組合賦權，有效避免各指標重要性和極值的影響帶來的誤差，計算所得各指標權重。研究涉及到數據主要來源于《內蒙古統計年鑒》《烏蘭察布市統計年鑒》《烏蘭察布市水資源公報》以及烏蘭察布市環境統計數據等。

水環境承載力評價中采用標準化法消除各項評價指標不同維度、單位和量級的影響，確定各指標得分，再與對應權重乘積求和得到水環境承載力指數值[2]。參照文件將水環境承載力狀態分為3級5色，分別是紅色巨警～超載[0～0.2），橙色重警超載[0.2～0.4），黃色中警臨界超載[0.4～0.6）綠色輕警臨界超載[0.6～0.8）和藍色無警不超載[0.8～1]。

1.3 系統動力學模型

構建系統動力學模型首先要確定指標性質，再確定各指標之間的邏輯關系，接下來通過建立數學方程定量描述指標之間的關系[3]，最后將流程圖和數學方程輸入vensim軟件中，對不同方案進行策略模擬，對關鍵指標變量進行預測[3]。本次研究以岱海流域為系統邊界，時間邊界為2010—2025年，基準年為2018年，模擬時間間隔為一年，其中2019—2025年為模擬預測年份，見圖1。

圖1 岱海流域水環境承載力系統動力學流程圖

1.4 耦合協調度模型

耦合協調度可以全面反映出社會經濟與水環境之間的關系，分析兩系統之間的協調水平[4]為明確兩系統的內部協調程度，根據現有的研究成果，劃分耦合協調度為極度失調（0～0.9），嚴重失調（0.1～0.19），中度失調（0.2～0.29），輕度失調（0.3～0.39）瀕臨失調（0.4～0.49），勉強協調（0.5～0.59），初級協調（0.6～0.69），中度協調（0.7～0.79），良好協調（0.8～0.89），優質協調（0.9～1）。

2 結果與討論

將歷史數值輸入模型中進行模擬，將模擬數值與實際數值進行對比，本次研究對人口、GDP、第三產業GDP三個指標進行檢驗，相對誤差均在±10%以內，證明模型可行有效。本研究設計了基準方案、經濟增長型、環境保護型和協調發展型4種方案進行比較研究。

2.1 水環境承載力評價分析

經計算，2018年岱海流域水環境承載力指數為0.183 0，處于超載紅色巨警狀態。

經模擬4種情境下的人口和GDP情況如圖2所示，除經濟增長型的人口呈現上升趨勢外，其余3類模擬方案人口均為下降趨勢。

2018年底岱海流域周邊常住人口為170 080人，城鎮化率為39.52%，與往年相比，總人口及生活用水量呈下降趨勢。而自2020年起由于疫情影響，岱海流域周邊人口流動將大幅減少，按照現狀及未來趨勢，至2025年，岱海流域人口總數僅為96 836人。人口是制約社會經濟增長的關鍵因素，人口的數量和素質決定著區域經濟增長的速度和結構，如若不對人口增長率進行調控，必然會影響岱海流域未來的經濟增長與社會穩定。

區域GDP越高，在一定程度上代表著更高的環保意識，同時也會促進科技的進步以達到保護環境的目的。與此同時，要加快調整產業結構，推廣環境友好型產業，消減對環境污染嚴重的部分產業。2010～2018年間，岱海流域GDP始終處于穩定上升的狀態，近些年第一、二產業增長緩慢，工業甚至出現負增長的情況，第三產業增長率較高，2018年達到了14%，未來在保證第三產業的前提下，可以適當增加第一、二產業，以促進整個流域的經濟增長。

岱海的湖面面積從1974年以來，一直呈現萎縮趨勢，流域水資源量降低了近80%[5]。雖然近年來用水量一直在下降，地方政府也出臺多舉措保護水資源，對水資源的不斷減少有一定程度的減緩，但湖面萎縮及水資源消耗的形勢依然嚴峻。

2018年，岱海流域的COD、氨氮和總磷的入湖量分別為1 983.75 t、83.94 t和18.40 t，相較往年來說有一定程度的下降，但湖區污染情況依舊嚴峻。目前岱海流域已無排污口和漁業養殖，未來主要考慮控制面源污染以控制污染物排放。

近年來對岱海流域的治理力度逐漸加大，未來流域的水環境質量將逐漸提升。為了探尋更適宜岱海流域的環保之路，模擬了4種情景，并進行比較研究，4種情境下的人口和GDP的情況如圖2所示，除經濟增長型的人口呈現上升趨勢外，其余3類模擬方案人口均為下降趨勢，基準方案下人口下降速度最快，而人口數量過低會限制GDP的增長，因此，需要采取措施減緩人口的下降速度。

4種情景方案模擬的GDP均呈現上升趨勢，除環境保護型之外的3種方案GDP的增長差距并不大，表明協調發展型方案在保護水環境的情況下，并不會限制GDP的增長。4種情景方案模擬的GDP均呈現上升趨勢，如圖3所示。

圖3 不同方案下水環境承載力變化對比

除了經濟增長型方案的水環境承載力上升緩慢之外，其它三種方案的水環境承載力都有大幅度的提升。由于近年來當地已經制定實施了多項水環境保護政策方案，基準方案也呈現不斷上升趨勢，到2025年水環境承載力能夠達到0.630 4，但基準方案模擬中的人口下降過快。環境保護型在短期內提升明顯，到2025年僅為0.598 1，預警狀態仍為中警。

經濟增長型的水環境承載力提升最為緩慢，到2025年經濟增長型的水環境承載力僅能達到0.327 9。與上述3種方案相比，協調發展型的優勢明顯，水環境承載力優于其它方案，至2025年可以達到0.666 0，且人口與經濟更符合實際情況。

2.2 耦合協調度分析

2018年的水環境與經濟社會的耦合協調度為0.082 4，處于極度失調的狀態。對不同指標進行調控之后，得到的岱海流域不同模擬方案下的水環境—經濟社會耦合協調度，如圖4所示，各模擬方案均呈現上升狀態，經濟增長型與環境保護型到2025年的耦合協調度僅為0.362 7和0.399 9，都仍處于失調的狀態。而協調發展型的耦合協調度到2025年提升至0.530 5，達到了勉強協調的類型，表明僅注重經濟或環境的某一方面，難以達到協調的狀態，要認清經濟增長與環境保護兩者同等重要的作用，在保證經濟平穩發展的前提下，不斷提升水環境質量及兩系統之間的協調程度。

圖4 不同方案下耦合協調度變化對比

未來要制定一定的政策吸引人口遷移，將岱海流域的總人口數維持在一定的水平，提高城鎮化水平，以保證經濟的增長和社會的穩定，可以適當增加對農業和工業的投資，保證經濟的持續增長。

在水資源利用方面，應保證不從岱海中取水，維持其湖面面積，并增加生態補水量，爭取湖面面積正增長。水環境保護方面，目前岱海流域已無點源污染，主要污染源為農村生活及農業的面源污染，因此，在岱海流域內建設管網和農村污水處理廠，升級農村污水處理設施是非常有必要的。應積極學習采取新工藝新技術實現污染物減排。

3 結語

本研究結合AHP-熵權法、系統動力學模型、耦合協調模型，對岱海流域水環境承載力進行了綜合模擬和評價，主要得到的結論如下：

2018年的水環境承載力指數為0.183 0，為超載紅色預警狀態，耦合協調度指數為0.082 4，屬于極度失調的類型，結果表明岱海流域的水環境問題亟待解決。

由于目前已經采取諸多措施來改善流域環境，由模擬結果表明，保持目前的發展趨勢，水環境承載力也會逐漸轉好，但基準方案的人口總數減少過大，與實際情況可能出現不匹配的情況，人口數量過少極大概率會影響社會經濟的穩步增長，因此，并不是最適宜的發展道路。

如若只強調經濟增長，水環境承載力和耦合協調度的數值到2025年都為方案中的最低值。環境保護型也能較好地改善水環境承載力，但過度注重環境保護會限制經濟的增長，協調度也會受到影響。相比之下協調發展型各方面的指標均為最優，因此，正確認識經濟社會與水環境保護之間的關系，才是適合岱海流域水生態環境的最佳方案。