建阳区水环境承载能力评价及应用

肖陈军

(南平市建阳生态环境保护综合执法大队，福建 南平 354200)

近年来，学术界对水环境承载能力的研究主要集中在概念、模型、评价方法等方面[1-2]，水资源承载力和环境承载力理论相互结合，水环境承载能力的量化方法不断完善，研究的深度、可操作性和应用性不断提高。但仍存在不足和局限性，在研究尺度上多为市级、区域性的评价[3]，而小流域和河段尺度的水环境承载能力评价几乎未见，也未形成一套系统的理论方法体系。

水环境承载能力是一个地区生存发展的基础，支撑并制约着城市的发展建设。目前，建阳区在水资源、水环境方面持续保持优良，随着南平行政中心向建阳迁移和武夷新区的建设，建阳必然迎来一轮大发展的机遇，如何科学、合理地保护水环境，支撑经济可持续发展，将在很大程度上影响建阳的发展前景。本文对建阳区开展环境承载能力分区评价，以期为制订区域可持续发展战略与实施计划提供科学依据。

1 区域概况

建阳区位于福建省南平市中部，介于27°06′N～27°43′N，117°31′E～118°38′E之间，下辖区童游、潭城等2个街道和11个乡镇，面积3383km2，年平均气温18.1℃，年平均降雨量1742mm。建阳区水资源丰富、总体水质优良，流域面积200～500km2的有5条，超过1000km2的有3条，分别是崇阳溪、南浦溪、麻阳溪。

2 研究方法

2.1 评价分区

采用美国ESRI提供的ArcGIS模块，利用数字高程模型(DEM)进行建阳区的地表水文分析，模拟了水流方向、提取了水网，以建阳区国省控断面为基础，结合福建省小流域水质监测断面，以乡镇为最小行政单元，对建阳区集水区和控制单元进行划分(见表1)，本研究共划分了9个控制单元。

表1 建阳区控制单元划分

2.2 评价指标筛选

本研究利用频率分析法对研究水环境承载能力的文献，以及规划、标准、规范等文件进行统计分析，建立指标原始数据库，统计确定使用频率较高、内涵较丰富的指标。

2.2.1 指标初步筛选

经过梳理，文献指标共计240个，文件指标共计151个，合并归类保留高频指标得到水资源指标10个、水环境指标7个、水生态指标7个、土地利用指标5个，各指标出现的频率见表2。

表2 各指标出现频率

2.2.2 评价指标体系建立

在此基础上，考虑指标的全面性、层次性和可操作性，结合建阳区水生态环境特征对指标进行合并和分解，兼顾代表性和差异性确定指标体系。指标体系包括水环境承载能力评估指标和约束性指标，其中约束性指标为一票否决性指标，分为水质年均值达标率和用水总量控制达标情况；评估指标划分为4个目标层、12项一级指标和23项二级指标，指标体系见表3。

2.3 评价模型

目前采用的水环境承载力评价方法主要有模糊综合评判法、指标体系综合法、系统动力学法、多目标决策分析法、人工神经网络法等[4-6]，本文采用指标体系综合法对区域水环境承载力进行量化评价。

2.3.1 基础数据归一化

对评价样本数据采取分段性变换进行归一化处理，将评价标准分成1～m级区间值，m级指标标准归一化值取1，Xm～0之间的样本归一化值在0～1之间。样本的归一化计算公式如下:

if(Xm>X1),Yi(X)=

(1)

if(Xm

(2)

式(1)、(2)中，Yi(X)为第i类待评价样本的归一化值，Xn为第n级评价标准值，X为样本值，m为样本最大分级数。指标承载度值越接近 1，表明现状承载状态越差; 指标承载度值越接近 0，表明现状承载状态越好。

2.3.2 标准分级和权重确定

目前，评价因子权重确定的方法主要分为主观赋权法和客观赋权法，客观赋权法又分为层次分析法、排队法、权衡分析法等[7]，本研究选取比较广泛且较为成熟的层次分析法来确定因子权重。

层次分析法通过把复杂问题分解成各个组成因素，进而将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构，确定决策方案相对重要性的总排序，主要步骤包括判断矩阵的构造、各指标权重的计算和一致性检验。当一致性指标 CR<0.1时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，权重分配合理; 当CR≥0.1时，应该对判断矩阵做适当修正。

对选取的23项承载能力评估二级指标进行标准分级。指标标准采用 4 级划分，代表优、良、中、差4 个质量等级。指标标准值的确定依据:①国家现有的标准，并参照先进标杆城市的水平；②结合全省、南平市及各县区的水资源状况、水环境状况、水生态状况和土地利用现状，通过调查研究和专家咨询确定指标标准分级，环境承载能力评价指标、标准分级和权重见表3。

表3 环境承载能力评价指标、标准分级和权重

2.3.3 承载状态的量化

利用综合指数法进行流域水环境承载能力评估，通过加权求和，构建综合评估指数值，对各控制单元水环境承载状态进行量化。承载状态的量化模型如下：

(3)

式(3)中，Yi(X)为第i类待评价样本的归一化值，βi为第i个指标的权重系数。R为承载状态的评价结果，取值范围在0～1之间，其大小反映地区水环境承载力的程度，依据承载能力大小分为 4 种状态:0≤R<0.3为绿色(状态优秀); 0.3≤R<0.5为蓝色(状态良好); 0.5≤R<0.7 为黄色(一般状态); 0.7≤R≤1.0为红色(危机状态)。

3 评价结果和讨论

3.1 评价数据来源和评价分级

“水域面积占比、植被覆盖岸线比、农业开发强度”等3类数据，采用2018年15米分辨率卫星遥感影像解译得到。“鱼类保有指数”引用《福建省河湖健康蓝皮书(2019—2020年)》中“鱼类保有指数”值。“水电站最小下泄流量保障率”数据来源于福建省生态云平台水电站下泄流量月均监测数据统计。“水土流失率”由建阳区水利局提供的2018年各乡镇水土流失数据构成。其余评价数据，均采用2019年南平市和建阳区统计年鉴、水资源公报、环境质量公报、环境统计数据，以及第二次污染源普查的相关基础数据，并经核算得到。

其中，“水资源开发利用率”采用了2014—2019年建阳区水资源公报里的水资源量，2019年水资源公报的农田灌溉亩均用水量、城镇人均公共用水量、城镇居民人均生活用水量、农村居民人均生活用水量，2019年建阳区环境统计数据的工业企业耗水量，2019年建阳区统计年鉴的各乡镇人口，第二次污染源普查中耕地和园地的面积。“万元工业GDP耗水量、万元农业GDP耗水量、万元第三产业GDP耗水量”采用2019年建阳区统计年鉴中各乡镇第一产业、第二产业、第三产业地区生产总值，2019年建阳区环境统计数据的工业企业耗水量，2019年水资源公报的农田灌溉亩均用水量、第二次污染源普查中耕地和园地的面积，2019年建阳区统计年鉴的各乡镇人口。工业、农业和城镇生活的COD、NH3-N、TN、TP排放强度，采用2019年环境统计数据和2019年建阳区统计年鉴中各乡镇第一产业、第二产业、第三产业地区生产总值数据。

建阳区水环境承载力指标体系各指标原始值、所处分级见表4。

表4 建阳区水环境承载力指标体系各指标原始值、所处分级

3.2 评价结果和分析

2019年，建阳区纳入水质考核断面年均值水质均满足断面水质考核要求；用水总量为3.56亿m3，满足南平市水资源管理“三条红线”控制目标。

3.2.1 建阳区水环境承载力

建阳区水环境承载能力综合评估指数为0.489(见表5)，处于蓝色(状态良好)。

表5 建阳区水环境承载力评估结果

建阳区的土地利用指数评价结果仅占其权重的29.9%，而水资源、水环境、水生态分别占53.1%、47.4%和53.2%。因此，水资源、水环境、水生态还有较大的提升空间。

由表4可知，从水资源分析，建阳区水资源禀赋较好，但工业和农业用水效率较低，节水力度不足；从水环境分析，建阳区水质较好，但是第三产业的COD、NH3-N、TN和TP，以及农业TN污染排放强度大，污染控制力度不足；从水生态分析，建阳区水生态主要是受水电梯级开发和水电站最小下泄流量不足的影响，部分河流水电站间距不足20km，月均下泄流量保障率仅72%，严重影响河流水生态。

根据建阳区承载力状况，建议建阳区大力开展工业清洁化改造，强化用水大户管理，推进设施农业、高标准农田建设，提高用水效率；推进城镇污水处理厂一级A提标改造，完善城乡污水收集管网，强化农业总氮污染控制；强化电站最小下泄流量管控，保障河道生态用水，并逐步推进小水电退出。

3.2.2 各控制单元水环境承载力

根据建阳区水环境承载能力评估结果(见表6)，建阳区9个控制单元的综合评估指数R位于0.458～0.526之间，书莒溪、崇阳溪建阳段上游、麻阳溪上游、麻阳溪中下游和徐宸溪处于蓝色(状态良好)；其余控制单元处于黄色(一般状态)，各控制单元均有承载余量。

表6 建阳区水环境承载力评估结果

建阳区应以南浦溪、崇阳溪建阳段中下游、后崇溪、漳溪等4个控制单元为重点，推进水环境承载能力提升。

4 结论

①建阳区水环境承载力处于蓝色(状态良好)，9个控制单元中4个处于黄色(一般状态)，各控制单元均有承载余量。

②采用频率分析法能有效梳理和优化承载力指标；采用指标分级评价能有效描述影响区域水环境承载力大小的指标因素，为提出有针对性的措施提供依据。

③运用多极关联评价模型，详细定量评价区域水环境承载力的大小和状态，但由于指标分级的依据或标准不一，因此如何合理确定指标分级标准值需要继续进一步探讨。