闽江流域水生态压力分区评价*

陈 锦

闽江流域水生态压力分区评价*

陈 锦

福建省环境科学研究院

构建闽江流域水生态压力分区评价指标体系，对流域控制单元水生态压力进行评价，将闽江流域划分为压力不同的分区，为开展流域水生态三级分区提供技术方法和经验。

闽江流域 压力评价 水生态功能分区

水生态功能分区是我国水环境管理的重要分区方法，由于自然环境和人类活动的区域差异性，水生态系统特征具有区域差异性，而水生态功能分区可以根据水生态系统特征的区域差异性，并根据划分的不同水生态区特点制定相对应的管理措施和标准。水生态分区已逐渐成为国际上常用的水管理单元，也是生态管理技术在实际应用中的基础。

近年来，闽江流域经济保持快速增长，工业化、城镇化快速推进，部分区域水体污染问题突出，地区水生态健康衰退明显，本研究通过构建闽江流域水生态压力分区体系，开展闽江流域水生态功能三级分区—区域水环境压力分区的理论与方法试点研究。

1 水生态分区评价指标体系

目前，我国流域控制水生态分区主要依据行政区边界、控制断面水质达标情况、排污强度、水环境改善需求、水环境风险水平、单元水环境问题等因素进行定性分区，本研究探索通过水环境压力定量评价进行水生态分区。

1.1 分区指标筛选原则和方法

水环境压力功能团指标的选择决定了指标体系的结构框架，本研究在指标选取上要求具有较强的代表性、概括性、可操作性和直观性，主要原则有：全面性原则、科学性原则、简明性和可操作性、代表性原则。

为了确保评价指标的科学合理性，需要采取严谨的分区指标筛选程序。指标筛选过程为：（1）通过文献调研，查找区域生态环境质量评价、管理、分区中常用的指标，建立水环境压力指标库；（2）全面调查福建省各类统计年鉴与公报及各类污染物排放量，收集可以获取的数据，把数据完备性较高的指标作为备选指标；（3）计算各指标数据近几年来的变异系数及其与年份的秩相关系数，剔除变异系数大、秩相关系数绝对值小，即难以由历史数据预测未来变化趋势的指标。

1.2 分区指标筛选结果

通过上述指标筛选过程，为更加客观地反映出闽江流域的水环境压力现状，参考前人对于其他各流域研究所确定的指标因子，研究确定闽江流域水环境压力的评价指标，主要以自然环境因素为主，综合考虑人为因素，对水环境压力进行分析和评价，共选取了11个指标作为水环境压力评价的指标体系，如表1所示。

表1 控制单元分类型指标体系表

2 流域水环境压力评价

2.1 压力分区指标数据标准化

为了客观评价各指标的影响，对数据进行适当转化，使得转化后的数据越大，此指标对生态环境的作用越大。本研究对所选定的指标进行正规化、标准化处理。当指标与水环境压力呈正相关时，采用公式（1）进行标准化处理，当指标与水环境压力呈负相关时，则采用公式（2）。

（2）

在本研究所选取的11个指标中，与水环境压力呈正相关的指标有：水土流失率、土地垦殖率、人口密度、人口增长率、城镇化率、人均GDP、单位水资源氨氮排放量以及氨氮水质多年水质均值；与水环境压力呈负相关的指标为：人均水资源、单位面积水资源以及人均水环境容量。依据式（1）和式（2）对各原始数据进行正规化、标准化处理，处理后的各数据标准化值见表2。

表2 福建省闽江流域各县市指标标准化值

2.2 主成分分析

采用SPSS软件对标准化后的各数据进行主成分分析，得到研究评价指标的主成分，各主成分的贡献率，确定主成分数及各主成分的累计贡献率（见表3）。可见，前6个主成分的累积贡献率为90.59%，超过90%，仅有9.5%的信息损失，即选用前6个主成分所携带的数据信息已经包括了原来11个变量所携带的绝大部分数据信息，无需再增加主成分，因而可确定主成分个数为6。

表3 各主成分的方差、贡献率和累计贡献率

2.3 指标权重计算

在确定了主成分个数的基础上，根据因子矩阵计算各评价因子的公因子方差Y，进一步采用式（4）对各指标的公因子方差Y进行归一化处理，得到各指标的权重，见表4。

式中，为原始指标个数，为主成分个数，为主成分总个数，在本研究中取6。

（4）

表4 各指标因子权重

2.4 水环境压力评价

为实现对闽江流域水环境压力的综合评价，本文采用综合评价法对各县市水环境压力进行评价，计算公式如下：

式中，为第个评价单元的水环境压力值，其值位于0~1之间；为第个评价单元的第个指标，为各指标的权重。

根据各指标的标准化值和各指标的权重（表4），可由式（5）计算得到闽江流域各县市的水环境压力值，如表5所示，可见闽江流域总体平均水环境压力为0.334，各县市水环境压力差异较明显，其中福州市辖区的水环境压力最大，为0.655，武夷山市水环境压力最小，为0.195。

表5 闽江流域各县市水环境压力值

3 流域水环境压力分区

根据各县区水环境压力值，运用组间连接的聚类分析法，对闽江流域各县区进行分类，聚类结果如图1所示。

聚类分析结果表明，闽江流域中各县区的水环境压力分为五类，进一步分析闽江流域水环境压力值，发现第一类的水环境压力值均在0.5以上，表明水环境处于压力大的状况，其中福州市辖区的水环境压力值在0.6以上，研究分析其原因，可能在于福州市辖区经济发展水平较高，人口密集，对水环境需求大，而福州市的水资源总量又相对较小；第二类的水环境压力值基本上处于0.35~0.5，水环境处于压力较大的状况，该类中共有6个县区，大多为经济发展水平较高或工业较为发达地区；第三类中的水环境压力值在0.3~0.35之间，水环境处于压力中等状况；第四类水环境压力在0.2~0.3之间，水环境压力相对较小；第五类水环境压力均在0.2左右，水环境压力小，该类中主要为武夷山市和将乐县。

图1 闽江流域水环境压力聚类分析结果图

4 结论

4.1 构建流域水生态压力分区指标体系

本文建立了流域水生态压力分区的二级指标体系，选择既能满足层次等级对时空尺度的要求，又能突出生态区域特性的指标，一级和二级指标既反映了自然条件，又结合了人类活动影响。

4.2 确定流域水生态压力分区的方法

通过数据、主成分分析和聚类分析逐步细化形成流域水环境压力分区，考虑分区结果的实际可操作性，以“生态特性的一致性” “行政区域的完整性” “流域子流域的完整性”等原则，调整分区边界，提高分区结果的科学性和可操作性。

根据分区方法，将闽江流域按照压力大小划分为5个级别。其中，福州市辖区、长乐市、梅列区等3个地区压力大；武夷山市、将乐县等市县压力小。

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2015年国家环境保护公益性科研专项“基于环境容量和质量约束的污染物总量控制体系研究及示范”（编号：201509076）。