西北典型城区湖泊湿地水环境承载力研究

王志秀，钟艳霞，田 欣，杨海江，陈 锋

(宁夏大学资源环境学院，银川 750021)

城市湖泊湿地是生态系统极为重要的组成部分，作为公共资源，具有一定的社会公益性，不仅承担着供水、提供水产品等经济功能，同时也为游客提供景观欣赏、休闲度假和水上娱乐等旅游功能，以及调洪蓄水、调节气候的生态功能[1]，因而受到政府部门和学者的关注。

水环境承载力是表征人类生产生活和水环境协调程度的指标，同时也是协调区域经济、社会、环境可持续发展的重要依据[2]。水环境承载力研究从水环境、宏观经济、人口、社会等众多因素之间的关系入手，从本质上反映环境与人类活动间的辩证关系[3]，以促进水环境与经济社会的协调发展[4]。

关于湖泊湿地水环境承载力，国外有部分学者对此做出相关研究。Huang G研究了迁徙性的水禽与湿地水质之间的联系[5]，认为水鸟数量与湿地水质有很大关联，并提出水鸟对湿地水质磷的允许载荷量。国内对于湖泊湿地水环境承载力的研究相对较多，但研究的关注点主要在集中在我国东部地区：选取的研究区域包括太湖[6,7]、东江湖[8]、东湖[9]。西北地区干旱少雨，水资源总量、人均水资源量均远远低于全国平均水平，是我国典型的缺水区域。随着一带一路战略的实施，西北地区经济得到较快的发展，城市发展过程对湖泊湿地的影响，这些城区湖泊湿地承载当地的经济发展和人口增长带来的压力状况，以及湖泊湿地对城市发展的作用研究成为重要课题。但关于西北地区湖泊湿地水环境承载力的研究报道较少。

文章分别选取了三个典型的西北城区湖泊湿地：银川市鸣翠湖、石嘴山市星海湖、中卫市香山湖作为研究对象，通过计算水环境承载力指数进行评价，比较三市城区湖泊湿地水环境承载能力之间的差异，以期发现西北地区城市发展对湖泊湿地的影响。

1 研究区域概况

1.1 自然状况

宁夏回族自治区位于35°14′～39°23′N，104°17～107°39′E，深居西北内陆高原，属于典型的大陆性半湿润半干旱气候，全年日照充足，年平均降水量在300 mm左右，降水集中于6-9月，蒸发强烈，空气干燥，温差较大，无霜期短，全年平均气温在5～9 ℃之间。宁夏湿地资源共分为河流湿地、湖泊湿地和人工湿地3类，面积20.72 万hm2，占国土面积的4%左右，主要分布在黄河、艾依河、清水河和腾格里沙漠、毛乌素沙漠沿线[10]。

1.2 社会经济状况

银川市2017年末常住人口达222.54 万人，全市地区生产总值1 803.17 亿元，三次产业结构为3.6∶51.0∶45.4。银川市环境优美，是中国空气质量最佳的城市之一、西北地区人均绿地拥有量最大的城市。

石嘴山市是一座新兴城市，是国家重要煤炭工业城市、宁夏能源重化工和原材料工业基地，号称“塞上煤城”。全市地区生产总值534.98亿元，全市三次产业结构为5.2∶60.4∶34.4。全年能源消费总量1 500.06 万t标准煤。

中卫市全市常住人口115.75 万人，2017年全市实现地区生产总值374.14 亿元，全市三次产业结构为14.1∶44.7∶41.2。中卫市依托得天独厚的生态自然资源，全面实施全域旅游战略，打造全域旅游城市，大力推进旅游市场秩序规范化、旅游服务精细化，不断促进旅游业转型升级。

1.3 湖泊湿地

银川市湖泊湿地众多，古有“七十二连湖”之说，现有“塞上湖城”之美称。鸣翠湖国家湿地公园位于银川市兴庆区掌政镇境内，湖区面积为666.7 hm2，其中湿地面积为548 hm2，[11]是国家AAAA级旅游景区，是我国首批、全国第三家被国家林业局命名的国家湿地公园，也是西部地区黄河流域首家湿地公园。

星海湖位于石嘴山市大武口区境内，总面积43 km2，湖水面积23.42 km2，[12]属黄河水系，湖区地处贺兰山东麓洪积扇下沿，毗邻石嘴山市老城区东侧[13]。星海湖湖泊湿地中分布有人工鱼塘、稻田，在城市中发挥着防洪护田、蓄水养禽、旅游等重要功能。

香山湖国家湿地公园(试点)位于宁夏回族自治区中卫市，总面积564 hm2，水深10 m。公园内鸟类众多，水质清澈，环境优美，是市民休闲娱乐的好去处。

2 研究方法与数据来源

2.1 DPSIR模型

DPSIR(驱动力-压力-状态-影响-响应)模型是由PSR模型演变而来，1993年由欧洲环境署(EEA)为综合分析和描述环境问题以及其和社会发展的关系提出的[14]，它将框架内的五个范畴之间的因果关系联系在一起，用于分析和评估人类作用于水生生态系统产生的社会和生态问题[15]，框架能够在一定程度上系统揭示和深入剖析人与环境之间的因果关系[16]。驱动力通常需要考虑政府的社会和经济政策，以及包括工业在内的经济和社会目标[17]；压力主要指人类对水环境带来威胁的经济活动；状态主要反映人类旅游活动对湖泊湿地水质造成的影响以及水环境质量状况[14]，影响反应湖泊湿地水环境所处的状态对环境、人类社会经济、产业结构的影响[18]；响应反映的是社会团体或个人对环境变化的反应，以及政府为了阻止、补偿、改善或适应环境的变化而做出的政策改革[19]。

2.2 数据来源与指标体系构建

2.2.1 数据来源

文中选取的指标数据中，水质状态数据来源于实验室监测结果，其余数据来源于2016年环境统计年报、宁夏统计年鉴、水资源公报，银川年鉴、银川市国民经济和社会发展统计公报、银川统计信息网、各市政府网、各市环保局官网等。

2.2.2 构建指标体系

城市湖泊主要受到社会经济系统的影响[9]，因此文章在遵循科学性原则、协调性、系统性、可操作性[20]原则的基础上，根据DPSIR模型，选取了影响城市湖泊湿地水环境承载力的相关社会经济指标，并结合生态环境指标、水质测定指标等建立湖泊湿地水环境承载力评价指标体系。

2.2.3 权重确定

评价指标不同，其重要程度不同。为将各个指标的重要性做出定量分配，需对各指标进行权重的确定。确定权重常用的方法有层次分析法、德尔菲法、熵值法等。为了避免权重受到主观影响，选择客观赋权法----熵值法。各指标及权重值见表1。

3 西北典型城区湖泊水环境承载力评价结果与分析

3.1 数据计算与分析

由于指标的量纲不同，难以进行比较，因此使用SPSS 17.0对所有指标进行标准化处理。由各指标的权重值与数据归一化值的乘积得到每个湖泊湿地的水环境承载力总得分(表2)

表1 水环境承载力指标及权重Tab.1 Index and weight of water environmental carrying capacity

既：

式中：Wi为第i个指标的权重值；Pi为第i个指标的归一化值。

表2 水环境承载力分级标准Tab.2 Classification standard of water environmental carrying capacity

从表1可以看出，权重较大、对水环境承载力影响力强的指标有：污水处理回用量、人均公园绿地面积、工业废水处理量、DO、森林覆盖率等。准则层权重大小为：状态>响应>压力>驱动力>影响。状态子系统的综合权重最大，表明湖泊水质状况对水环境承载力影响最大。

经过计算(图1)，银川市、石嘴山市、中卫市城区湖泊湿地水环境承载力得分分别是0.685 5 、0.352 1、0.571 2 。银川市城区湖泊湿地水环境承载力最高，石嘴山市最低。银川市的“驱动力、状态、响应”得分值较高，表明银川市生态环境、经济发展状况较好，湖泊湿地水质状况较好，且政府在环境治理与改善方面发挥的作用明显，生态环境明显优于其他城市；石嘴山市“驱动力、压力”值较高，“影响、响应”值偏低，表明石嘴山市生态环境承载度较差，环境治理水平低，人口增长与经济发展为其水环境承载力带来巨大压力；中卫市城区湖泊湿地水环境承载力水平介于银川市与石嘴山市之间，“影响”得分值较高，“状态”得分适中，但“压力”得分较高，说明中卫市湖泊湿地水环境承载力状况相对较好，但较高的人口密度给资源、环境带来较大压力。

图1 各子系统承载力得分Fig.1 Score of bearing capacity of each subsystem

由水环境承载力分级标准(表2)[7,21]可以判断，银川市、中卫市城区湖泊湿地水环境承载力处于“基本可承载”水平，而石嘴山市处于“弱可承载”水平。

3.2 DPSIR 模型子系统水环境承载力评价分析

3.2.1 驱动力子系统

三市驱动力子系统水环境承载力得分值：银川>石嘴山>中卫，这是由于银川市作为宁夏回族自治区首府，是宁夏的政治、经济、文化中心，其人均GDP、城市化率均为最高，其余指标在三市中均处于中上水平；石嘴山市是一座新兴的煤炭工业城市，依托重工业的发展，其人均GDP、城市化率均仅次于银川，而人口自然增长率在三市中最低，为0.565%，湿地面积最高达415 hm2；黄河流经中卫市，其降水量、地表水资源量最高，水资源状况较好，但同时由于回族人口较多，人口自然增长率高达0.984%，远远超过全国平均水平，而人均GDP、城市化率、湿地面积在三市中最低。

3.2.2 压力子系统

压力子系统指标主要涉及经济活动对水资源的消耗等方面。三市压力子系统得分值：中卫>银川>石嘴山，中卫市重点发展特色农业、冶金等工业，对水资源需求量大，因此万元GDP水耗是银川市的4.14倍，石嘴山市的2.56倍，成为其“压力”最大的主要影响因子；银川市万元GDP水耗、人均用水量在三市中均为最小，但由于人口、工业向中心城市的集聚，人口密度、工业废水排放量、城镇生活用水量成为限制其水环境承载力的重要压力因子；石嘴山市人均用水量较大，其余指标在三市中均处于中等水平。

3.2.3 状态子系统

状态子系统主要指湖泊湿地水质现状。三市状态子系统得分值：银川>中卫>石嘴山。石嘴山市由于长期重工业污染的积累，污染物的排放导致水质状况变差，根据《地表水环境质量标准》[22]分级来看，总磷、总氮两项水质指标分别为：0.453、2.883 mg/L，均超过地表水环境质量标准中五类水的限值，其余指标也多处于4类水平，导致“状态”得分远低于其他两市。而银川市注重环境保护与改善，水体环境较好，因此状态子系统整体水平较高；中卫市未对香山湖湿地进行旅游开发，且保护较好，因此水质状况优良，属于二类水。

3.2.4 影响子系统

影响子系统主要包括：人均水资源量、空气质量优良率、干旱指数。三市影响子系统得分排名为：中卫>银川>石嘴山。中卫市受黄河水的给养，人均水资源量、空气质量优良率均高于另外两市，而干旱指数低于另两市，环境状况较好；石嘴山市位于宁夏最北部，靠近沙漠，降水少，干旱指数达11.98，成为“影响”子系统的主要限制因子；银川市由于人口密度大，人均水资源量仅有88.63 m3，成为影响其水环境承载力的限制性因子。

3.2.5 响应子系统

三市响应子系统得分值：银川>中卫>石嘴山。银川市作为宁夏回族自治区首府，生态环境状况较好，对环境治理投入力度大，城市环境优美，建成区绿化覆盖率、森林覆盖率、污水处理回用量、工业废水处理量等在三市中均处于最高水平，因此该子系统得分高于另两市；中卫市响应子系统的得分明显低于银川市，还需增加环境保护投入；石嘴山市该子系统得分最低，为0.025 8，能够明显反映其环境治理水平较低，需加大环保力度。

3.3 三市湖泊湿地水环境承载力与城市发展关系分析

银川市作为宁夏回族自治区首府，素有“塞上湖城”的美誉。在城市发展过程中，市政府注重经济发展与环境保护相协调，努力改善生态环境，注重湿地环境开发与保护相结合，在环境改善方面卓有成效，污水处理、公园绿地建设、水质改善等众多方面成效较好，因此其城区湖泊湿地水环境承载力得分为0.686，相对较高，处于基本可承载水平。

湖泊湿地较高的承载力水平能够为城市发展提供优良环境，增加城市魅力。近年来西部旅游产业的发展带动城市经济发展，银川市作为西北地区重要的中心城市，其优良的环境不仅吸引越来越多的游客，也吸引更多的投资，一步步促进城市发展。由此说明湖泊湿地水环境承载力与城市发展之间有着相互促进的积极作用。在未来的发展中，银川市承载力水平仍有提升空间，可通过进一步提高水资源利用效率、增强市民节水意识等相关方面着手改善。

中卫市作为一座新兴的旅游城市，实施旅游带动战略，注重城市形象建设，对环境改善投入较大，香山湖作为其中一个重要的城市湖泊湿地，其水质状况非常好，但中卫市万元GDP水耗和工业废水排放量较大，使压力子系统状况相对较差，其城区湖泊湿地水环境承载力得分值为0.571，仅次于银川；影响子系统得分值最高，为79.0，表明中卫市环境状况相对较好。中卫市作为西部旅游重要的站点，相对较高的水环境承载力反映出中卫市的总体环境水平较好，促进中卫市整体旅游舒适度的提升；旅游产业的发展带动整座城市的发展和经济增长，促进城市的进一步发展，二者之间形成良性循环。为促进旅游城市的建设，中卫市还需合理控制人口增长、提高水资源利用效率、加快城市化建设、利用旅游资源优势和特色农产品相结合，大力发展经济，提升城市化水平。

石嘴山市作为重工业城市，长期工业污染累积使环境质量状况较差，加之政府对环境改善的重视度较小，湖泊湿地较差的水质状况阻碍水产养殖、旅游等相关产业的发展，承载力总得分值仅为银川市的51.36%。石嘴山市状态子系统中得分为0.045，仅为银川市的23.91%，中卫市的25.11%，全氮、全磷含量均超过国家水质标准分类中五类水的最高限值，表明石嘴山市湖泊湿地水质环境状况非常差，富营养化严重，急需全面改善；石嘴山市响应子系统得分值最低，为0.025 8，仅占银川市的14.24%，森林覆盖率、人均公园绿地面积、污水处理回用量、工业废水处理量、城镇生活污水处理率、空气质量优良率在与其他市相比较均最低，而人均用水量和干旱指数最高，说明石嘴山市环境状况较差，在未来的城市转型过程中，需要在环保方面加大投入力度，增强市民的环境保护意识。由此可见，城市整体的水环境承载力水平能够反映城市生态环境状况。近年来随着石嘴山市的转型发展和政府部门的重视度提升，恶性循环正在转变，其生态环境、湖泊湿地水环境承载力有望逐步改善，并对城市发展带来更多积极的作用。

4 结 语

本文基于DPSIR模型，构建西北地区典型城区湖泊湿地水环境承载力评价指标体系，运用熵权法确定指标权重，计算湖泊湿地水环境承载力指数，评价结果如下。

(1)从各子系统得分来看，银川市的驱动力、状态、响应子系统得分值在三市中最高，表明银川市对生态环境治理投入力度大，见效明显，生态环境状况较好。中卫市压力、影响子系统得分值最高，其余子系统多处于中等水平，表明其需在减少资源消耗、控制人口增长等方面做出努力。石嘴山市状态、影响、响应子系统得分值最低，表明限制石嘴山市水环境承载力水平的主要因子为该三个子系统，即湖泊湿地水质状态和环境治理水平。因此在未来的生态治理中需着重加大这两方面的投入，改善湖泊湿地水质，加强城市生态环境建设。

(2)就各市评价结果而言，银川市、石嘴山市、中卫市三市城区湖泊湿地水环境承载力得分分别是0.685 5 、0.352 1、0.571 2，银川市城区湖泊湿地水环境承载力水平大于中卫市，这两市承载力水平远大于石嘴山市。银川市和中卫市处于基本可承载水平，而石嘴山市水环境承载力为弱可承载。

(3)湖泊湿地水环境承载力水平能够反映城市综合发展状况，同时作用于城市的进一步发展，因此需全面重视、提升城区湖泊湿地水环境承载力，促进经济发展和宜居环境的建设。