李艷 范超 朱悅 王留鎖 韓德昌

（1. 沈陽理工大學環(huán)境與化學工程學院，遼寧沈陽 110159；2. 遼寧省生態(tài)環(huán)境保護科技中心，遼寧沈陽 110161）

1 引言

細河多年來一直為劣Ⅴ類水質，控制單元內工業(yè)點源數(shù)量多，且超標排放現(xiàn)象嚴重。為更好地解決細河水環(huán)境問題，相關學者對河流污染成因、特征等方面進行了研究［1-2］，但較少對細河生態(tài)環(huán)境承載力開展研究，因而不能從根本上解決細河水環(huán)境問題。本文基于水環(huán)境承載力理論，開展細河控制單元水環(huán)境承載力評估預警研究。

水環(huán)境承載力是承載力概念與水環(huán)境領域的結合。國外學者大多在可持續(xù)發(fā)展相關研究中提及水環(huán)境承載力，對水環(huán)境承載力專門的研究較少。國內學者如曾維華［3］、唐劍武等［4］采用不同形式對水環(huán)境承載力進行了定義，主要包括納污能力、支撐能力、外部作用和社會經濟規(guī)模等。但目前國內外學者對水環(huán)境承載力的表述尚未達成共識，水環(huán)境承載力目前仍然是一個模糊的概念。本文將水環(huán)境承載力的定義歸納為：在某一時期某一區(qū)域內，水環(huán)境系統(tǒng)對人類社會經濟的支撐能力和水環(huán)境納污與自凈、水資源供給與利用、水生生境與生物的協(xié)調程度［5］。

2 研究方法

目前研究水環(huán)境承載力評估預警的方法很多，包括系統(tǒng)動力學法、多目標決策分析法、模糊綜合評價法、層次分析法等［6-9］，但各類方法在應用方面有諸多局限。系統(tǒng)動力學法對長期發(fā)展情況進行模擬時由于參變量不好掌握，有時會導致不合理的結論。多目標決策分析法要求數(shù)據(jù)量大，在模型求解時存在一定難度。模糊綜合評價法在運算時會造成信息遺失，存在誤判的可能性。層次分析法屬于主觀賦權法，是在對復雜問題的本質、影響因素及其內在關系等進行深入分析的基礎上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學化，為多目標、多準則或無結構特性的復雜決策問題提供簡便的決策方法。在水環(huán)境承載力評估預警方面，層次分析法思路清晰，可將承載力問題系統(tǒng)化、數(shù)學化，因而受到眾多學者的青睞。本文選用層次分析法作為水環(huán)境承載力評估預警方法，以指標權重和指標數(shù)值計算評估預警指數(shù)，對細河水環(huán)境承載力開展評估預警研究。

3 細河水環(huán)境承載力評估預警

3.1 研究區(qū)域概況

渾河流域細河控制單元位于122°55′14.52″～123°25′1.56″E，41°30′26.28″～41°50′8.16″N 之間，地處遼寧省省會沈陽市南部，單元內包含沈陽市鐵西區(qū)、于洪區(qū)、和平區(qū)、皇姑區(qū)、遼中區(qū)部分區(qū)域，共29 個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、街道），總面積303 km2。2018 年細河控制單元內總人口167.6 萬人，地區(qū)生產總值1 231.44 億元，其中，農業(yè)增加值52.49 億元，工業(yè)增加值305.88 億元，第三產業(yè)增加值758.07 億元?？刂茊卧獌裙I(yè)企業(yè)數(shù)量占沈陽市總數(shù)量的41.02%，其中超標排放企業(yè)占直排企業(yè)總數(shù)量的48.98%。2015—2018 年細河未達到Ⅴ類水質目標，其中化學需氧量在2016 年枯水期（超標0.15 倍）和平水期（超標0.02 倍）出現(xiàn)超標現(xiàn)象。

3.2 評估預警指標體系

相關學者主要從壓力、狀態(tài)、響應三方面建立流域承載力指標體系，亦有文獻從自然、社會、經濟三方面建立指標體系［10-12］。本文在前人研究成果的基礎上［13］，從水環(huán)境系統(tǒng)自身組成要素關系出發(fā)，以生態(tài)保護紅線、水環(huán)境質量底線、水資源利用上線為依據(jù)，構建反映水資源的稟賦和供給能力、水環(huán)境的納污與凈化能力、水生生物與物理生境健康等與人類社會經濟發(fā)展協(xié)調程度的指標體系。構建的指標體系見表1。

表1 水環(huán)境承載力評估預警指標體系

細河水環(huán)境承載力評估預警指標的具體數(shù)據(jù)見 表2。

表2 細河水環(huán)境承載力評估預警指標數(shù)據(jù)

3.3 計算及評估預警結果

3.3.1 評估預警指標權重及標準化結果

采用層次分析法計算評估預警指標權重，采用離差標準化法將指標數(shù)據(jù)標準化。指標權重及標準化結果見表3。

表3 指標權重及標準化結果

3.3.2 評估預警指數(shù)

采用綜合指數(shù)法計算水環(huán)境承載力評估預警指數(shù)，公式為：

式中，Ej為水環(huán)境承載力評估預警指數(shù)；Wi為第i 個指標權重；aˉi為指標標準化值。水環(huán)境承載力評估預警指數(shù)越大，表明水環(huán)境承載力狀況越好。計算得到的2013—2018 年細河水環(huán)境承載力評估預警指數(shù)見表4。

表4 2013—2018 年細河水環(huán)境承載力評估預警指數(shù)

3.3.3 評估預警結果

根據(jù)相關水環(huán)境承載力研究成果，將水環(huán)境承載狀態(tài)分為超載、臨界超載和不超載3 個等級，并將超載等級分為紅色和橙色2 個預警等級、臨界超載等級分為黃色和藍色2 個預警等級、不超載等級確定為綠色無警等級。5 個預警等級從高到低依次為紅色、橙色、黃色、藍色、綠色，對應的水環(huán)境承載力評估預警指數(shù)區(qū)間見表5。

表5 水環(huán)境承載力的承載狀態(tài)和預警等級劃分

根據(jù)2013—2018 年細河水環(huán)境承載力評估預警指數(shù)可知，細河水環(huán)境承載力2013 年、2014 年臨界超載（黃色預警），2015—2018 年超載（橙色預警）；水環(huán)境子系統(tǒng)2013 年、2014 年、2016 年、2018 年臨界超載（黃色預警），2015 年、2017 年超載（橙色預警）；水生態(tài)子系統(tǒng)2013 年、2014 年超載（橙色預警），2015—2018 年超載（紅色預警）；水資源子系統(tǒng)2013—2015 年、2017 年、2018 年臨界超載（黃色預警），2016 年超載（橙色預警）。

4 結論

通過對細河水環(huán)境承載力評估預警的研究分析可以看出，細河水環(huán)境承載力2013 年、2014 年臨界超載（黃色預警），2015—2018 年超載（橙色預警）；水環(huán)境子系統(tǒng)2013 年、2014 年、2016 年、2018 年臨界超載（黃色預警），2015 年、2017 年超載（橙色預警）；水生態(tài)子系統(tǒng)2013 年、2014 年超載（橙色預警），2015—2018 年超載（紅色預警）；水資源子系統(tǒng)2013—2015 年、2017 年、2018 年臨界超載（黃色預警），2016 年超載（橙色預警）。因此，建議適當控制當?shù)厣鐣洕l(fā)展速度，以保持生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。