水环境承载能力及其测算研究

胡秋玲

(河北省衡水市子牙河河务管理处，河北衡水053000)

水环境承载能力及其测算研究

胡秋玲

(河北省衡水市子牙河河务管理处，河北衡水053000)

文章从水资源承载能力的现状、概念和内涵出发，介绍了3种常用的水环境承载能力测算方法，即数学模型法、综合指标体系评价方法和水环境承载力多目标模型分析方法。同时简要分析了3种测算方法的原理和优缺点，以期引起相关部门重视以水体始终保持良好生态系统为目标，加强生态需水量研究，在对现有测算模型进行融合贯通的基础上，建立能够综合反映水环境承载能力的通用评价模型。

水环境;水资源;水质量;承载能力;测算研究

0 前言

水环境承载力是社会经济发展、人类生活水平提高及科技进步情况下，人们对水环境价值的一种综合性认识和评价。

水环境承载能力的大小直接决定了经济可持续发展的潜力与规模，所以为了保护水环境，必须将人类对水资源和水环境的各种开发行为限制在其承载能力范围内［1］。

自20世纪90年代学术界提出水资源承载能力与水资源安全战略研究的基础课题后，这一问题便迅速成为当前水科学研究中的重点和焦点问题。目前对水环境承载能力的研究国内外尚无统一和成熟的做法，国外大量的研究中是将其纳入可持续发展的范畴加以研究，而国内研究也只是停留在水环境承载力的概念和内涵层面。

1 水环境承载能力的概念与内涵

水环境承载能力(WECC)是指水环境系统功能可持续正常发挥的前提下，接纳污染物的能力和承受对其基本要素改变的能力，即水环境承载力包括纳污能力和缓冲弹性力两个基本方面，并且以水环境系统功能的可持续正常发挥为前提［2］。

基于上述概念，可以概括出水环境承载能力的内涵:

1)这里所研究的承载力应该是人类在达到一定生活水平的基础上所要求的承载力，也就是人们对较高环境质量的要求。

2)水体的纳污能力反应的是水体与环境对污染物的容量和负荷量，水环境的缓冲弹性力则是从力学角度提出的一个概念，也就是水环境的一种自我调节能力。

从本质上看，水环境承载能力反映了人类活动必须遵循的客观规律，同时也反映了随着生活水平和生活质量的不断提高，人们对环境质量所提出的新的要求:

1)水环境承载能力具有客观固定性的特征，一定区域内的水环境承载能力是一定的，也就是说一定水体在一定的社会经济发展条件下，其承载能力有一个承载极限［3］。

2)水资源承载能力具有相对极限性和动态调整性，承载极限只在特定历史发展阶段水环境所能承受的最大承载上限，随着历史条件的演变，最大指标是不断发展变化的，不同的历史阶段有不同的承载能力。

2 水环境承载能力测算研究

2.1 水环境承载能力数学模型

首先建立水资源承载力、水质量承载力及水环境承载力数学模型。

水资源承载力模型为:

水质量承载力模型为:

水环境承载力模型为:

式中:CSi为第i个指标的承载度，i为人口、灌溉面积、GDP、化学需氧量、总氮、总磷等指标;CCi为第i个指标的压力系数，通常为实际监测值;CCmax，i第i个指标的承载指数或标准限值;CCPL为水资源子系统承载力，WL为其权重;CCPZ为水质量子系统承载力，Wz为其权重;CCP为水环境承载力。

根据AHP标度表的数据可以进一步求得各个子系统的判断矩阵，运用归一化方法，可以通过计算求得各个判断矩阵的特征向量矩阵，最后求出指标体系中各个指标的权重。

利用一致性检验的公式及测算原理可以求得各个矩阵的CR值:CR(A)=0.0000＜0.1，CR(B1)=0.0220＜0.1，CR(B2)=0.0019＜0.1。所以判断矩阵A，B1，B2的一致性可以接受，也就是说权重的分配是合理的。详见表1～3。

表1 水环境承载能力判断矩阵

表2 水资源承载能力判断矩阵

表3 水质量承载能力判断矩阵

2.2 综合指标体系评价方法

常用的综合指标评价方法主要有向量模法和模糊综合评价方法两种。

向量模法的基本做法如下:先将水环境承载力看作是一个由n个向量指标构成的总向量，同时有m个区域，对应着m中水环境承载力，利用数学分析工具，对m个水环境承载力的n个指标进行归一分析，从而求得相应区域的水环境承载总能力。

模糊综合评价法是通过数学模型对水环境承载能力进行模糊综合分析，基本模型为2个有限论域:

式中:U为综合评价指标的集合;V为评语集合。

模糊综合评价公式为:

式中:A为模糊权向量，为各个评价指标的相对重要程度，或称模糊权数;B为V上的模糊子集，为评价对象对特定评语的总隶属程度;R为un对V的隶属度。

实质上，这种方法是将水环境承载能力看做一个由n个指标构成的向量，有m个方案发展状态，通过对m个发展方案的n个指标进行归一化分析，进而用归一化后的向量模作为评价水环境承载能力的依据。

这种方法综合考虑了各种因素对水环境承载力的综合影响，但是这种方法过度依赖数学工具，而且在对隶属度向量B的元素取大或取小的过程中会导致大量有用的数据遗失，因为模糊综合评价方法的实质是对主观产生的离散过程进行分析和处理，这种方法本身存在缺陷，即采用剔小取大的原理，必然会导致大量数据的丢失，评价因素越多遗失的信息也就越多，得出错误评价结论的可能性也就越大。

2.3 水环境承载力多目标模型分析法

水环境承载力是一个综合性的概念，由水资源承载能力(WRCC)和水质量承载能力(WQCC)构成，可以根据水环境承载能力的概念和内涵钢构件多目标模型，如图1所示。

整个系统包括3个层次:

1)目标层中包括水环境承载力一个元素。

2)领域层包括2个要素。

3)指标层包括6个指标。

这种方法是一种较为直观和形象的分析方法，将影响主因素——水环境承载力分解成两个子因素，通过对比分析影响各个子因素的指标，综合考虑主因素的情况。

该方法是一种典型的定性分析方法，具有简便易行、操作性强、成本低等特点，在计算机软件不是很发达的情况下，完全可以测算水环境承载能力。但是其定量分析能力较差，不能准确测算出各个影响因素对主因素的影响程度。

图1 水环境承载力多目标模型

在实际测量和测算过程中，可以采用归一化方法，大致测算出各个指标影响水环境承载力的权重系数见表4，以此为基础加以进一步判断。

表4 水环境承载力各指标权重系数

3 结论

水环境承载能力作为一个综合性指标，受到诸多因素的综合影响，尤其受到人口学、社会学、经济学、环境力学等众多学科的交叉影响，甚至有些影响因素及其之间的影响关系是至今为止尚未发现和探索到的。

这些方面都决定了其为一门边缘学科的性质，因而难以对区域水环境承载状况及其可持续发展方式作出科学合理的预测和测算，致使目前对水环境和水资源的开发利用及保护由于缺乏充分的技术职称而具有很大的盲目性和随意性。

所以，今天对水环境承载能力进行积极探索和研究就显得尤为重要和难能可贵。目前，需要把政策重点放在以下方面:

1)不断完善和充实水环境承载能力研究的基础理论。

2)在此基础上建立能够充分体现可持续发展理念的合理科学的承载能力综合评价体系，以“水体继续保持良好生态系统”为目标，加强生态需水量研究。

3)在对现有测算模型进行融会贯通的基础上，建立能够综合反映水环境承载能力的通用评价模型。

［1］李川.水环境承载力量化方法的研究进展［J］.环境科学与管理，2008，33(08):66-69.

［2］石建屏，李新.滇池流域水环境承载力及其动态变化特征研究［J］. 环境科学学报，2012，32(07):1777-1784.

［3］贺瑞敏，孙建云，陆桂华.水环境承载能力及评价方法研究［J］.内蒙古农业大学学报:自然科学版，2007，28(06):217-220.

Study on Water Environment Carrying Capacity and Calculation

HU Qiu-ling
(Hebei Province Hengshui City Ziyahe River Affair Management Office，Hengshui 053000，China)

From the water resources carrying capacity situation，concept and connotation，three calculation methods for water environment carrying capacity is introduced，namely mathematical model，comprehensive index system evaluation and analytical method of multi-objective model of water environment carrying capacity，etc.At the same time，a brief analysis of the principle of three kinds of calculation methods and the advantages and disadvantages is conducted in order to draw attention to the relevant departments for always maintaining good water ecological system as the goal，strengthening the study on ecological water requirement，establishing the common model of water environment carrying capacity based on existing calculation models.

water environment;water resources;water quality;bearing capacity;calculation research

X26

A

1007-7596(2014)07-0012-03

2013-09-16

胡秋玲(1984-)，女，北京人，助理工程师。