岱海流域水环境承载力综合评价

武昕艺，张文星，姜平平，白妙馨*，张一心

（1.内蒙古自治区受损环境鉴定与修复企业重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010000；2.内蒙古大学生态与环境学院，内蒙古 呼和浩特 010000）

提要：本文以岱海流域为研究区域，采用AHP—熵权法、系统动力学模型与耦合协调度模型，对该流域2018年的水环境承载力进行综合评价，并预测至2025年的情况。结果表明，2018年岱海流域水环境承载力处于红色巨警状态，水环境与经济社会的耦合协调度为极度失调状态。设置4种情景方案对2019—2025年进行模拟，结果显示各方面的指标均为最优，水环境承载力及耦合协调度相较于2018年均有显著提升。

引言

水环境承载力的定量评价有助于深入理解其内涵和加强实际应用。利用指标评价法和系统动力学两者结合可以解决区域水环境承载力的定性和定量评价问题，并可以对未来趋势进行动态的模拟。社会与环境之间相互促进是经济增长与资源可持续利用的关键，利用耦合协调度模型进行定量分析，能够更好地评判两者之间的协调程度[1]。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

岱海是内蒙古自治区三大内陆湖之一。流域总面积2 312.7 km2。20世纪60年代以来，随着工农业开发以及地下水的过量开采，岱海面积逐年萎缩，2018年缩减至55.5 km2，在区域气候变化和人类活动的综合作用下，岱海的生态危机日趋严峻。

1.2 评价指标权重的确定及承载力计算

岱海流域水环境承载力指标体系的构建，应充分考虑当地环境现状和数据可获得性，由社会经济子系统、水资源子系统和水环境子系统3个子系统构建指标体系，选取频率较高的18项指标，完成岱海流域水环境承载力评价指标体系，指标分为正向指标和负向指标，见表1。

本研究采用AHP-熵权法组合赋权，有效避免各指标重要性和极值的影响带来的误差，计算所得各指标权重。研究涉及到数据主要来源于《内蒙古统计年鉴》《乌兰察布市统计年鉴》《乌兰察布市水资源公报》以及乌兰察布市环境统计数据等。

水环境承载力评价中采用标准化法消除各项评价指标不同维度、单位和量级的影响，确定各指标得分，再与对应权重乘积求和得到水环境承载力指数值[2]。参照文件将水环境承载力状态分为3级5色，分别是红色巨警～超载[0～0.2），橙色重警超载[0.2～0.4），黄色中警临界超载[0.4～0.6）绿色轻警临界超载[0.6～0.8）和蓝色无警不超载[0.8～1]。

1.3 系统动力学模型

构建系统动力学模型首先要确定指标性质，再确定各指标之间的逻辑关系，接下来通过建立数学方程定量描述指标之间的关系[3]，最后将流程图和数学方程输入vensim软件中，对不同方案进行策略模拟，对关键指标变量进行预测[3]。本次研究以岱海流域为系统边界，时间边界为2010—2025年，基准年为2018年，模拟时间间隔为一年，其中2019—2025年为模拟预测年份，见图1。

图1 岱海流域水环境承载力系统动力学流程图

1.4 耦合协调度模型

耦合协调度可以全面反映出社会经济与水环境之间的关系，分析两系统之间的协调水平[4]为明确两系统的内部协调程度，根据现有的研究成果，划分耦合协调度为极度失调（0～0.9），严重失调（0.1～0.19），中度失调（0.2～0.29），轻度失调（0.3～0.39）濒临失调（0.4～0.49），勉强协调（0.5～0.59），初级协调（0.6～0.69），中度协调（0.7～0.79），良好协调（0.8～0.89），优质协调（0.9～1）。

2 结果与讨论

将历史数值输入模型中进行模拟，将模拟数值与实际数值进行对比，本次研究对人口、GDP、第三产业GDP三个指标进行检验，相对误差均在±10%以内，证明模型可行有效。本研究设计了基准方案、经济增长型、环境保护型和协调发展型4种方案进行比较研究。

2.1 水环境承载力评价分析

经计算，2018年岱海流域水环境承载力指数为0.183 0，处于超载红色巨警状态。

经模拟4种情境下的人口和GDP情况如图2所示，除经济增长型的人口呈现上升趋势外，其余3类模拟方案人口均为下降趋势。

2018年底岱海流域周边常住人口为170 080人，城镇化率为39.52%，与往年相比，总人口及生活用水量呈下降趋势。而自2020年起由于疫情影响，岱海流域周边人口流动将大幅减少，按照现状及未来趋势，至2025年，岱海流域人口总数仅为96 836人。人口是制约社会经济增长的关键因素，人口的数量和素质决定着区域经济增长的速度和结构，如若不对人口增长率进行调控，必然会影响岱海流域未来的经济增长与社会稳定。

区域GDP越高，在一定程度上代表着更高的环保意识，同时也会促进科技的进步以达到保护环境的目的。与此同时，要加快调整产业结构，推广环境友好型产业，消减对环境污染严重的部分产业。2010～2018年间，岱海流域GDP始终处于稳定上升的状态，近些年第一、二产业增长缓慢，工业甚至出现负增长的情况，第三产业增长率较高，2018年达到了14%，未来在保证第三产业的前提下，可以适当增加第一、二产业，以促进整个流域的经济增长。

岱海的湖面面积从1974年以来，一直呈现萎缩趋势，流域水资源量降低了近80%[5]。虽然近年来用水量一直在下降，地方政府也出台多举措保护水资源，对水资源的不断减少有一定程度的减缓，但湖面萎缩及水资源消耗的形势依然严峻。

2018年，岱海流域的COD、氨氮和总磷的入湖量分别为1 983.75 t、83.94 t和18.40 t，相较往年来说有一定程度的下降，但湖区污染情况依旧严峻。目前岱海流域已无排污口和渔业养殖，未来主要考虑控制面源污染以控制污染物排放。

近年来对岱海流域的治理力度逐渐加大，未来流域的水环境质量将逐渐提升。为了探寻更适宜岱海流域的环保之路，模拟了4种情景，并进行比较研究，4种情境下的人口和GDP的情况如图2所示，除经济增长型的人口呈现上升趋势外，其余3类模拟方案人口均为下降趋势，基准方案下人口下降速度最快，而人口数量过低会限制GDP的增长，因此，需要采取措施减缓人口的下降速度。

4种情景方案模拟的GDP均呈现上升趋势，除环境保护型之外的3种方案GDP的增长差距并不大，表明协调发展型方案在保护水环境的情况下，并不会限制GDP的增长。4种情景方案模拟的GDP均呈现上升趋势，如图3所示。

图3 不同方案下水环境承载力变化对比

除了经济增长型方案的水环境承载力上升缓慢之外，其它三种方案的水环境承载力都有大幅度的提升。由于近年来当地已经制定实施了多项水环境保护政策方案，基准方案也呈现不断上升趋势，到2025年水环境承载力能够达到0.630 4，但基准方案模拟中的人口下降过快。环境保护型在短期内提升明显，到2025年仅为0.598 1，预警状态仍为中警。

经济增长型的水环境承载力提升最为缓慢，到2025年经济增长型的水环境承载力仅能达到0.327 9。与上述3种方案相比，协调发展型的优势明显，水环境承载力优于其它方案，至2025年可以达到0.666 0，且人口与经济更符合实际情况。

2.2 耦合协调度分析

2018年的水环境与经济社会的耦合协调度为0.082 4，处于极度失调的状态。对不同指标进行调控之后，得到的岱海流域不同模拟方案下的水环境—经济社会耦合协调度，如图4所示，各模拟方案均呈现上升状态，经济增长型与环境保护型到2025年的耦合协调度仅为0.362 7和0.399 9，都仍处于失调的状态。而协调发展型的耦合协调度到2025年提升至0.530 5，达到了勉强协调的类型，表明仅注重经济或环境的某一方面，难以达到协调的状态，要认清经济增长与环境保护两者同等重要的作用，在保证经济平稳发展的前提下，不断提升水环境质量及两系统之间的协调程度。

图4 不同方案下耦合协调度变化对比

未来要制定一定的政策吸引人口迁移，将岱海流域的总人口数维持在一定的水平，提高城镇化水平，以保证经济的增长和社会的稳定，可以适当增加对农业和工业的投资，保证经济的持续增长。

在水资源利用方面，应保证不从岱海中取水，维持其湖面面积，并增加生态补水量，争取湖面面积正增长。水环境保护方面，目前岱海流域已无点源污染，主要污染源为农村生活及农业的面源污染，因此，在岱海流域内建设管网和农村污水处理厂，升级农村污水处理设施是非常有必要的。应积极学习采取新工艺新技术实现污染物减排。

3 结语

本研究结合AHP-熵权法、系统动力学模型、耦合协调模型，对岱海流域水环境承载力进行了综合模拟和评价，主要得到的结论如下：

2018年的水环境承载力指数为0.183 0，为超载红色预警状态，耦合协调度指数为0.082 4，属于极度失调的类型，结果表明岱海流域的水环境问题亟待解决。

由于目前已经采取诸多措施来改善流域环境，由模拟结果表明，保持目前的发展趋势，水环境承载力也会逐渐转好，但基准方案的人口总数减少过大，与实际情况可能出现不匹配的情况，人口数量过少极大概率会影响社会经济的稳步增长，因此，并不是最适宜的发展道路。

如若只强调经济增长，水环境承载力和耦合协调度的数值到2025年都为方案中的最低值。环境保护型也能较好地改善水环境承载力，但过度注重环境保护会限制经济的增长，协调度也会受到影响。相比之下协调发展型各方面的指标均为最优，因此，正确认识经济社会与水环境保护之间的关系，才是适合岱海流域水生态环境的最佳方案。