基于水環(huán)境承載力評價的產(chǎn)業(yè)選擇
——以揚(yáng)州市北部沿湖地區(qū)為例

張姍姍,張落成,董雅文,楊永可

1 中國科學(xué)院流域地理學(xué)重點(diǎn)實驗室,中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,南京 210008 2 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049 3 南京大學(xué)地理信息科學(xué)系,南京 210023

基于水環(huán)境承載力評價的產(chǎn)業(yè)選擇
——以揚(yáng)州市北部沿湖地區(qū)為例

張姍姍1,2,張落成1,*,董雅文1,楊永可3

1 中國科學(xué)院流域地理學(xué)重點(diǎn)實驗室,中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,南京 210008 2 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049 3 南京大學(xué)地理信息科學(xué)系,南京 210023

區(qū)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展與該區(qū)域的自然和社會經(jīng)濟(jì)因素密切相關(guān),對于水網(wǎng)稠密地區(qū),水環(huán)境承載力是影響產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局優(yōu)化的重要自然因子之一。選擇江蘇省境內(nèi)跨長江與淮河兩大流域的典型水網(wǎng)密集區(qū)——揚(yáng)州市北部沿湖(邵伯湖)地區(qū)為研究區(qū),選取水網(wǎng)構(gòu)成指數(shù)、水利設(shè)施調(diào)控指數(shù)和水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距指數(shù)3個指標(biāo),評價研究區(qū)水環(huán)境承載能力,并探討水環(huán)境承載力與不同產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的聯(lián)系,為該地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局和優(yōu)化提供建議。結(jié)果表明研究區(qū)水環(huán)境承載力“高”、“較高”、“中等”、“較低”和“低”5個等級分別占研究區(qū)總面積的0.38%、21.74%、29.67%、13.65%和34.56%。根據(jù)研究區(qū)水環(huán)境承載力空間差異和水環(huán)境承載力與不同產(chǎn)業(yè)的聯(lián)系,以選擇生態(tài)涵養(yǎng)型產(chǎn)業(yè)為基本導(dǎo)向,以兼具開發(fā)適宜性和環(huán)境保護(hù)重要性為基本原則,提出應(yīng)根據(jù)研究區(qū)水環(huán)境承載力水平不均衡的特點(diǎn)實施差別化的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與布局方案,邵伯湖湖區(qū)及入湖河道下游等水環(huán)境承載力高和較高地區(qū)適宜發(fā)展特色水產(chǎn)與特色水禽的生態(tài)養(yǎng)殖業(yè)；沿湖、沿河及南部槐泗等水環(huán)境承載力中等地區(qū)適宜發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)種植業(yè)及湖泊生態(tài)旅游業(yè)；河流中上游等水環(huán)境承載力低和較低地區(qū)適宜發(fā)展大宗農(nóng)作物的種植。

水環(huán)境承載力；水網(wǎng)構(gòu)成；水利設(shè)施調(diào)控；水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距；產(chǎn)業(yè)選擇

Abstract： Natural and social conditions play a considerable role in regional industrial development and distribution. The water environment′s carrying capacity, a major natural factor, has a direct effect on the development of regional industry, particularly in regions with dense water networks. The northern lakeside region of Yangzhou City, which belongs to both the Yangtze and Huaihe basins, was taken as a typical case to discuss the relationship between the water environment′s carrying capacity and industrial development. First, we divided the study area into a series of ecological units, 500 m × 500 m in size. Second, three indexes (including the drainage component index, water conservancy facilities index, and discrepancy of water quality index) were generated to evaluate the water environment′s carrying capacity for each ecological unit through the “multi-factor comprehensive analysis” method. Then, the carrying capacity was classified into five levels, namely: “highest”, “higher”, “general”, “l(fā)ower”, and “l(fā)owest”, which accounted for 0.38%, 21.74%, 29.67%, 13.65%, and 34.56% of the total area, respectively. Considering the spatial difference of the water environment′s carrying capacity and the overall deployment of the national economy, it is appropriate to develop modern ecological agriculture and lake tourism in the study area. These industries are regarded as environmentally friendly or ecological conservation-oriented industries, which belong to the category of green industry. On the one hand, modern ecological agriculture is an important choice for the transformation and development of traditional agriculture. On the other hand, developing a lake-tourism industry is the best way to take full advantage of the rich wetland resources, lake landscape, and modern water conservancy projects. In particular, areas of the Shaobo Lake and inflow rivers further downstream with “higher” and “highest” carrying capacity are suitable for the ecological breeding of special aquatic fauna. Further, the lakeshore and waterfront areas with “general” carrying capacity levels are appropriate for modern ecological farming. The areas between mid-stream and up-stream of rivers with poor “l(fā)ower” and “l(fā)owest” carrying capacity are ideal to cultivate staple crops (rice, cotton, rape, wheat, soybeans, and corn). This area is the main source of agricultural and domestic pollutants. In addition, the suitability of the industrial system has significant feedback for the water environment′s carrying capacity. More measures should be taken to strengthen protection for wetlands along the lakeside due to its high ecological sensitivity. Unlike traditional hydrologic methods (using field hydrological data and model), this study provides a new approach to quickly and conveniently assess water environment carrying capacity. The industrial orientation proposed here serves not only an academic and scientific purpose, but also provides important insights for the government to formulate plans for industrial development.

KeyWords: water environment′s carrying capacity; drainage component; water conservancy facilities; discrepancy of water quality; industrial selection

在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)的背景下,實現(xiàn)調(diào)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)增長與諸多自然和經(jīng)濟(jì)社會因素密切相關(guān)。在水網(wǎng)稠密地區(qū),水環(huán)境承載能力是影響產(chǎn)業(yè)選擇的重要自然因子之一,而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)適宜性對水環(huán)境承載力亦有重要的反饋作用[1- 3]。目前為止,水網(wǎng)密集地區(qū)水環(huán)境與產(chǎn)業(yè)選擇研究尚處于探索階段。近些年來,陳雯研究員及其團(tuán)隊在太湖流域開展了一些研究工作,其成果為水網(wǎng)密集區(qū)域的水環(huán)境和產(chǎn)業(yè)關(guān)系研究提供了一定思路[4- 7]。

揚(yáng)州市北部沿湖地區(qū)地跨長江和淮河兩大水系,湖泊、河網(wǎng)密布,探討該區(qū)域的水環(huán)境承載力與生態(tài)涵養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和布局的關(guān)系,對實現(xiàn)區(qū)域和流域生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙贏具有重要意義。然而,關(guān)于水環(huán)境承載力的概念,學(xué)術(shù)界并沒有達(dá)成共識[8- 13],不同的水環(huán)境承載力量化方法的側(cè)重點(diǎn)亦不相同[14- 18]。本文從環(huán)境科學(xué)的地生態(tài)視角出發(fā),利用水網(wǎng)構(gòu)成指數(shù)、水利設(shè)施調(diào)控指數(shù)和水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距指數(shù),構(gòu)建表征水環(huán)境承載力的指標(biāo)體系,描述揚(yáng)州市北部沿湖區(qū)的水環(huán)境承載力,并提出生態(tài)涵養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)向,為研究區(qū)的產(chǎn)業(yè)選擇和布局研究提供一定依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

揚(yáng)州市北部沿湖地區(qū)屬于長江流域和淮河流域交互影響區(qū)域。境內(nèi)水域面積廣闊,其中邵伯湖面積達(dá)76 km2,約占研究區(qū)總面積的31.6%,且邵伯湖屬于過水性湖泊,既是淮河入江水道,又是南水北調(diào)東線的水源供給區(qū)。研究區(qū)內(nèi)河網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,包括3條干河(公道引水河、方巷小運(yùn)河和槐泗河),4條一級支河和眾多細(xì)小支流,盡管河流水環(huán)境質(zhì)量整體較好,仍有部分河道水環(huán)境問題較為突出。研究區(qū)內(nèi)引水泵站、排澇泵站、灌排泵站和小型涵閘等水利設(shè)施齊全,為區(qū)域水資源調(diào)度、引排順暢等提供了重要支撐。圖1為研究區(qū)位置,以及河網(wǎng)、湖泊和水利設(shè)施分布示意圖。

圖1 研究區(qū)水系和水利設(shè)施分布圖 Fig.1 The distribution of river system and water conservancy facilities

2 水環(huán)境承載力評價指標(biāo)構(gòu)建

水環(huán)境承載力概念經(jīng)歷了一個不斷發(fā)展和演化的過程,最初的定義僅僅關(guān)注水體的納污能力[13],甚至一些文獻(xiàn)直接將水環(huán)境承載力等同于水環(huán)境容量[8]；近年來,更多的學(xué)者認(rèn)為水環(huán)境承載力的內(nèi)涵不僅僅包括水體的納污能力,還應(yīng)包含水資源量、水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)對該區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐能力[10- 13]。李成龍等將水環(huán)境承載力定義為一定區(qū)域、一定時期、一定技術(shù)水平條件和環(huán)境狀態(tài)下,以可持續(xù)發(fā)展為原則,以維持水環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征和功能正常發(fā)揮為前提,水環(huán)境系統(tǒng)對該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支持能力[10]。即水環(huán)境承載力不僅是水環(huán)境自身的特性,更與特定的科技水平、地域和時期相關(guān)。

在當(dāng)今的科技條件下,水環(huán)境承載力高低不僅僅由水體自身的屬性決定,除水環(huán)境系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)之外,人為干預(yù)(通過水利設(shè)施進(jìn)行水資源調(diào)控,通過政策壓力進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)管和水質(zhì)達(dá)標(biāo)規(guī)劃等)也是實現(xiàn)水環(huán)境承載力調(diào)控的重要手段。

本文選擇水網(wǎng)構(gòu)成指數(shù)、水利設(shè)施指數(shù)和水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距指數(shù)3個指標(biāo)評估研究區(qū)水環(huán)境承載力。水網(wǎng)構(gòu)成指標(biāo)對應(yīng)描述水環(huán)境承載力內(nèi)涵中的水體納污能力(或污染物承載力),屬水環(huán)境自身屬性。本文首次將水利設(shè)施指數(shù)和水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距指數(shù)用于評估水環(huán)境承載力,兩個指標(biāo)屬于特定時期和科技條件下人為干預(yù)因素,或社會因素。其中,水利設(shè)施調(diào)控對應(yīng)描述水環(huán)境承載力內(nèi)涵中水資源量支撐能力,水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距對應(yīng)描述水環(huán)境承載力內(nèi)涵中政策壓力造成的承載力調(diào)控潛力。3個指標(biāo)與水環(huán)境承載力的關(guān)系將在各個指標(biāo)構(gòu)建中詳細(xì)描述。

文中使用數(shù)據(jù)源于揚(yáng)州市水利局提供的水系數(shù)據(jù)、水利設(shè)施(泵站、涵閘的數(shù)量和分布)數(shù)據(jù),以及國家環(huán)境保護(hù)部2014年頒布的“水質(zhì)較好湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)總體規(guī)劃(2013—2020年)”中的近期(2015年)和遠(yuǎn)期(2020年)水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)數(shù)據(jù)。實際操作過程中,研究區(qū)被劃分為500 m×500 m大小的格網(wǎng),以每個網(wǎng)格為評價單元,將水系、水利設(shè)施和水質(zhì)目標(biāo)差距等數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化處理,并分別用于構(gòu)建水網(wǎng)構(gòu)成指數(shù)、水利設(shè)施調(diào)控指數(shù)和水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距指數(shù)。根據(jù)實際情況,3個評價指標(biāo)均被分為高、較高、中等、較低、低5個等級,并結(jié)合評分對這些指標(biāo)進(jìn)行量化處理,高、較高、中等、較低、低分別賦值5分、4分、3分、2分、1分(表1)。3個指標(biāo)的構(gòu)建原理和分級依據(jù)詳見下文。

2.1 水網(wǎng)構(gòu)成指數(shù)

水體納污能力主要受水體自身屬性限制,而水網(wǎng)構(gòu)成則是影響水體納污能力的重要因素[4- 6]。在特定區(qū)域內(nèi),水網(wǎng)構(gòu)成越復(fù)雜,則水體連通性越高,生態(tài)系統(tǒng)越完善,從而水體自凈能力越強(qiáng),使得水體納污能力也越強(qiáng)。

河網(wǎng)密度及水面率是水網(wǎng)結(jié)構(gòu)中最常用參數(shù)[19- 20]。研究區(qū)水體包括線狀河道和面狀水域兩種形式,對于線狀河網(wǎng),可用河網(wǎng)密度(區(qū)域單位面積內(nèi)河流長度)來反映水系疏密程度[21- 24]；對于面狀水域,可采用水面率(目標(biāo)網(wǎng)格內(nèi)水體比例)反映面狀湖泊、水庫等類型水體的分布特征[20- 25],公式(1)和(2)分別為河網(wǎng)密度和水面率的計算公式。

(1)

(2)

式中,ρ為河網(wǎng)密度,單位為km/km2,L為每個格網(wǎng)中河流總長度,p為水面率,a為網(wǎng)格中水體面積,A為格網(wǎng)的面積。

表1 評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)表

本文結(jié)合水網(wǎng)密度和水面率描述水網(wǎng)構(gòu)成,兩個指標(biāo)為并行指標(biāo),目標(biāo)網(wǎng)格的最終評價結(jié)果以水網(wǎng)密度和水面率中等級較高的為準(zhǔn)。根據(jù)將研究區(qū)河網(wǎng)密度和水面率特點(diǎn),分別將其分為5個等級,等級標(biāo)準(zhǔn)分別為：(1)河網(wǎng)密度大于3 km/km2,水面率大于0.8的評價單元為水網(wǎng)構(gòu)成指數(shù)最高；(2)河網(wǎng)密度2—3 km/km2,水面率介于0.6—0.8之間的評價單元的水網(wǎng)構(gòu)成指數(shù)較高；(3)河網(wǎng)密度1—2 km/km2,水面率介于0.4—0.6之間的評價單元的水網(wǎng)構(gòu)成指數(shù)中等；(4)河網(wǎng)密度0.4—1 km/km2,水面率介于0.2—0.4之間的評價單元的水網(wǎng)構(gòu)成指數(shù)較低；(5)無水區(qū)域及河網(wǎng)密度低于0.4(河流分布稀疏),水面率小于0.2為水網(wǎng)構(gòu)成指數(shù)最低。詳細(xì)分級標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合其他研究者文獻(xiàn)[23- 27]及研究區(qū)特色而定,水網(wǎng)構(gòu)成指數(shù)見圖2。

2.2 水利設(shè)施調(diào)控指數(shù)

近些年來,在太湖流域,功能完善的水利設(shè)施(涵閘、泵站)對實現(xiàn)太湖地區(qū)水資源調(diào)度,特別是旱、澇時期的水資源調(diào)度起到了巨大作用。而本文研究區(qū)內(nèi)水利設(shè)施類型齊全、數(shù)量豐富,充分發(fā)揮已有水利設(shè)施的優(yōu)勢,對實現(xiàn)水資源調(diào)度,保證邵伯湖流域乃至整個淮河流域和長江江蘇段流域水資源需求均至關(guān)重要,這正是本文將水利設(shè)施指數(shù)作為水環(huán)境承載力評價指標(biāo)的重要原因。

不同評價單元內(nèi)水利設(shè)施的類型、數(shù)量、布局是影響水體調(diào)度能力的關(guān)鍵所在。研究區(qū)內(nèi)分布有排澇泵站27座,引水泵站45座,灌排泵站13座。“引水泵站”作為功能性輸水和調(diào)水樞紐,按需將河流或湖泊中的水源引入其它水系或湖泊,被引水源質(zhì)量應(yīng)符合調(diào)水或輸水標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)要求高于作為洪澇災(zāi)害時內(nèi)澇水外調(diào)樞紐的“排澇泵站”,故“引水泵站”的環(huán)境調(diào)控能力高于“排澇泵站”。灌排泵站兼具引水和排水功能,可在低水位時引水,高水位時排水,因而其水環(huán)境調(diào)控能力高于引水泵站和排澇泵站。研究區(qū)內(nèi)大多評價單元內(nèi)只有1個泵站,只有3個評價單元內(nèi)均覆蓋2個泵站,分別為2個灌排泵站、1個灌排和1個引水泵站、1個引水和1個排澇泵站,此3個評價單元均可實現(xiàn)引水和排水同步進(jìn)行,此3種類型水利調(diào)控能力最高,故將其定為水利設(shè)施調(diào)控高區(qū)域；擁有1個灌排泵站的評價單元,雖然兼有引水和排水功能,但泵站規(guī)模小于擁有2個泵站的評價單元,定為水利設(shè)施調(diào)控較高區(qū)域；將具有1個引水泵站的評價單元定為調(diào)控中等區(qū)域；1個排澇泵站的評價單元為承載力較低,無泵站區(qū)域為水利調(diào)控低區(qū)域。水利設(shè)施調(diào)控指數(shù)見圖2。

圖2 水環(huán)境承載力分指標(biāo)估算圖Fig.2 The evaluation diagram of significance of water environment′s carrying capacity of each index

2.3 水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距指數(shù)

水質(zhì)目標(biāo)為在人為干預(yù)條件下,預(yù)期實現(xiàn)的水質(zhì)目標(biāo),水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距則是預(yù)期實現(xiàn)的水質(zhì)目標(biāo)與水質(zhì)現(xiàn)狀之間的水質(zhì)等級差距,水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距反映了不同政策壓力下水環(huán)境承載力調(diào)控潛力的情景假設(shè)。根據(jù)《揚(yáng)州市地表水環(huán)境功能區(qū)劃》,邗江區(qū)水質(zhì)目標(biāo)應(yīng)在2020年達(dá)到多少,鑒于越來越嚴(yán)格的環(huán)境監(jiān)管和問責(zé)機(jī)制,可認(rèn)為在2020年可以實現(xiàn)預(yù)期水質(zhì)目標(biāo)。針對邗江區(qū)河流、湖泊的水質(zhì)現(xiàn)狀及預(yù)期水質(zhì)目標(biāo),可將不同的水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距視為不同的情景假設(shè),而不同的情景對應(yīng)不同的水環(huán)境承載力調(diào)控潛力。因而,水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距可被認(rèn)為是評估未來水環(huán)境承載力的重要參數(shù)。

研究區(qū)內(nèi)水質(zhì)目標(biāo)現(xiàn)狀,以及國家環(huán)境保護(hù)部2014年頒布的“水質(zhì)較好湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)總體規(guī)劃(2013—2020年)”及《揚(yáng)州市地表水環(huán)境功能區(qū)劃》主要河流2020年水質(zhì)預(yù)期實現(xiàn)水質(zhì)目標(biāo)見表2。

表2 水質(zhì)現(xiàn)狀和2020年預(yù)期水質(zhì)目標(biāo)

研究區(qū)內(nèi)細(xì)小支流的水質(zhì)現(xiàn)狀為V類,盡管其水質(zhì)目標(biāo)是維持現(xiàn)狀不變,但是其他河流水質(zhì)的提高,以及“互連互通、引排順暢”工程的實施亦有可能帶動其水質(zhì)提升,故其水環(huán)境承載力提升的潛力并不為零,此處將其定義為較低。盡管其他河流、湖泊的水質(zhì)目標(biāo)均提高1級,但是其水環(huán)境提升潛力卻并不相同,因為水環(huán)境承載力提升潛力不僅與水質(zhì)目標(biāo)差距相關(guān),還有水質(zhì)現(xiàn)狀有關(guān),水質(zhì)現(xiàn)狀越好,水體自身的凈污能力越強(qiáng),使得水環(huán)境承載力提升的潛力更容易實現(xiàn)。因而,將邵伯湖的水質(zhì)目標(biāo)為從Ⅲ類到Ⅱ類作為水環(huán)境承載力提升潛力最高區(qū)域；將4條水質(zhì)由IV類變?yōu)镮II類的通湖河流(公道引水河、楊壽澗、邗江港、槐泗河)作為水環(huán)境承載力提升潛力較高的區(qū)域；將兩條水質(zhì)由V類到Ⅳ類的通湖河流(方巷小運(yùn)河和中港河)的水環(huán)境承載力提升潛力作為中等區(qū)域；無水區(qū)域的則無提升潛力,定為最低。水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距指數(shù)見圖2。

3 結(jié)果分析

3.1 水環(huán)境承載力分析

以水網(wǎng)構(gòu)成指數(shù)、水利設(shè)施調(diào)控指數(shù)、水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距指數(shù)3個指標(biāo)為基礎(chǔ),通過層次分析法和特爾菲法確定各個指標(biāo)的貢獻(xiàn)權(quán)重,并對兩種方法計算得到的結(jié)果取均值,以此作為每個指標(biāo)的最終權(quán)重值。其中,根據(jù)層次分析法計算得到的3個指標(biāo)權(quán)重分別為0.5396、0.2970、0.1634,根據(jù)特爾菲法得到的權(quán)重分別為0.4、0.3、0.3,得到3個指標(biāo)最終權(quán)重分別0.4698、0.2985和0.2317。最后以3個指標(biāo)為基礎(chǔ),采用多因素綜合分析方法得到水環(huán)境承載力評價結(jié)果(圖3)。多因素綜合分析法計算方法見公式3：

(3)

式中,i為空間評價單元編號,k為評價因子,Bki為第i個單元的第k個評價因子得分,Wk為第k個評價因子的權(quán)重,Si為第i個單元的水環(huán)境承載力綜合評價得分。

水環(huán)境承載力評價結(jié)果用0—100的數(shù)值表示,數(shù)值越高表示其水環(huán)境承載力越高,反之則越低。借鑒孫偉和陳雯等學(xué)者使用的水環(huán)境協(xié)同約束分級(分區(qū))思路,文中將研究區(qū)水環(huán)境承載力分為5級(表3)。分值在80分以上為水環(huán)境承載能力“高”區(qū)域；60—80分為承載能力“較高”區(qū)域；40—60分為承載能力“中等”區(qū)域；20—40分為承載力“較低”區(qū)域；20分以下為承載能力“低”區(qū)域。

表3 水環(huán)境承載力分級標(biāo)準(zhǔn)

水環(huán)境承載力評價結(jié)果顯示：研究區(qū)水環(huán)境承載力“高”區(qū)域面積為1.15 km2,占研究區(qū)總面積的0.38%；承載力“較高”區(qū)域面積為65.19 km2,占研究區(qū)總面積的21.74%；承載力“中等”區(qū)域面積為88.95 km2,占研究區(qū)總面積的29.67%；承載力“較低”區(qū)域面積為40.91 km2,占研究區(qū)總面積的13.65%；承載力“低”區(qū)域面積為103.61 km2,占研究區(qū)總面積的34.56%。

圖3 水環(huán)境承載力分布圖Fig.3 The distribution of water environment′s carrying capacity

圖3顯示,研究區(qū)水環(huán)境承載力在空間分布上具有明顯的不均衡性,空間差異明顯。該地區(qū)水環(huán)境承載力的空間分布有兩個顯著特征。第一,該地區(qū)水環(huán)境承載力整體上呈現(xiàn)出東高西低的趨勢,因為研究區(qū)內(nèi)河流由西向東匯入邵伯湖,無論是河網(wǎng)密度還是水資源量均有東高西低的特點(diǎn)；另外也與東部地區(qū)邵伯湖和入湖河流水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距高于西部地區(qū)有關(guān)。第二,湖泊、河流沿岸地區(qū)水環(huán)境承載力高于其他地區(qū),該類地區(qū)水環(huán)境承載力較高不僅與河網(wǎng)有關(guān),還與水利設(shè)施分布有關(guān),從圖2可以看出,研究區(qū)水利設(shè)施大多沿湖、沿河而建,水利設(shè)施的存在大大增加了該類地區(qū)水環(huán)境調(diào)控能力。

3.2 產(chǎn)業(yè)選擇

根據(jù)國家“去產(chǎn)能、去庫存”及“中國制造2025”的總體要求,及一個地區(qū)承載力水平的空間不均衡性,對水環(huán)境承載力水平不同的地區(qū)實施差別化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)與新興產(chǎn)業(yè)等污染物排放量小的綠色產(chǎn)業(yè)可在承載力水平中等及高、較高地區(qū)發(fā)展,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢沒有喪失的地區(qū),特別突出循環(huán)化與綠色化的改造與升級,這些產(chǎn)業(yè)適合在承載力低和較低地區(qū)發(fā)展,但是要注意污染的防治和處理,推進(jìn)綠色發(fā)展。

境內(nèi)邵伯湖以及邵伯湖大堤以西200m陸域被劃為重要濕地—省級生態(tài)紅線管控區(qū),邵伯湖湖心是國家水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)[28],生態(tài)功能比較重要,該區(qū)也是承載力“高”、“較高”和“中等”區(qū)域的主要分布區(qū),對研究區(qū)的產(chǎn)業(yè)遴選有一定影響。在綜合考慮水環(huán)境承載能力地域差異與生態(tài)紅線管控要求的基礎(chǔ)上,提出本區(qū)不適宜發(fā)展第二產(chǎn)業(yè)；而更適宜發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)與湖泊生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè),因為現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的一種重要選擇,而發(fā)展湖泊生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)正是將沿湖地區(qū)豐富的濕地資源、開闊的湖泊大水面景觀、現(xiàn)代化的水利工程等優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為沿湖生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)的最佳條件。下面對水環(huán)境承載力水平及空間分布與所選擇產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展關(guān)系進(jìn)一步深入分析。

(1)研究區(qū)承載力“高”與“較高”區(qū)域,多分布在入湖河道下游,水量豐富、水體交換能力強(qiáng),但面積占比相對較小(約22%),是本區(qū)河湖濕地資源集中分布區(qū),該類區(qū)域水環(huán)境保護(hù)要求高,受生態(tài)紅線約束,應(yīng)在保護(hù)優(yōu)先的基礎(chǔ)上,適度發(fā)展以特色水產(chǎn)與特色水禽生態(tài)養(yǎng)殖為主的產(chǎn)業(yè),同時也應(yīng)積極開發(fā)與拓展湖泊生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)；嚴(yán)格限制規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖廠的布局；確保養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的生態(tài)開發(fā)不會降低或者危害水環(huán)境、水生態(tài)、水景觀等綜合功能。

(2)水環(huán)境承載力“中等”區(qū),主要集中在沿湖、公道引水河和南部槐泗地區(qū),水源有一定保障,水質(zhì)尚能滿足農(nóng)業(yè)灌溉要求,面積占比略高于承載力“高”與“較高”區(qū)域之和,較之“高”和“較高”區(qū)域,有一定的開發(fā)空間,但開發(fā)的水環(huán)境風(fēng)險仍然很大,要限制水污染項目的發(fā)展和布局,適宜發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)種植業(yè),同時加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染與城鄉(xiāng)生活污染治理。濱湖區(qū)域依托沿湖豐富的濕地資源,適宜發(fā)展湖泊生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè),但沿湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境比較敏感、特別是被劃為省級生態(tài)紅線區(qū)域必須牢固樹立底線思維,滿足省級生態(tài)紅線區(qū)域保護(hù)的規(guī)定。

(3)水環(huán)境承載力“低”和“較低”區(qū)域約占研究區(qū)總面積的48%,主要分布在公道引水河、方巷小運(yùn)河、邗江港等周邊中上游地區(qū),承擔(dān)流域匯水功能,基本農(nóng)田占比較高,農(nóng)村居民點(diǎn)數(shù)量較多,該類區(qū)域受水體使用功能及水質(zhì)目標(biāo)的限制相對較小,允許污染排放相對較大的項目布局,水土條件適宜發(fā)展大宗農(nóng)作物等傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),鑒于離湖泊及河流較近并承擔(dān)流域匯水功能,仍不能忽視環(huán)境保護(hù),需要注意污水排放的治理,推進(jìn)綠色化發(fā)展,并防治農(nóng)業(yè)面源與城鄉(xiāng)生活污染。

4 結(jié)論與討論

本文基于環(huán)境科學(xué)的地生態(tài)視角,構(gòu)建了表征水環(huán)境承載能力的指標(biāo)體系,評價了揚(yáng)州市北部沿湖地區(qū)水環(huán)境承載力水平與布局的地域差異性,整體上呈現(xiàn)出東高西低的趨勢,且湖泊、河流沿岸地區(qū)水環(huán)境承載力高于其他地區(qū)。在國家“去產(chǎn)能、去庫存”等的大背景下,針對研究區(qū)水環(huán)境承載力空間不均衡的特點(diǎn),提出了差異化產(chǎn)業(yè)布局和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,對實現(xiàn)長期的、持續(xù)的環(huán)境目標(biāo),將產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化落實到提高環(huán)境質(zhì)量上具有重要意義。

水環(huán)境承載力的內(nèi)涵不僅僅包括水體的納污能力,還應(yīng)包含水資源量、水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)對該區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐能力。水環(huán)境承載力的高低已不僅僅是由水體自身的屬性決定的,而且除了水環(huán)境系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)外,人為干預(yù)(通過水利設(shè)施進(jìn)行水資源調(diào)控,通過政策壓力進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)管和水質(zhì)達(dá)標(biāo)規(guī)劃等)也是實現(xiàn)水環(huán)境承載力調(diào)控的重要手段。本文首次引入水利設(shè)施指數(shù)和水質(zhì)達(dá)標(biāo)差距指數(shù)兩個指標(biāo),將兩個指標(biāo)分別與區(qū)域水資源調(diào)控能力和不同水質(zhì)目標(biāo)情況下的政策壓力和承載力調(diào)控潛力聯(lián)系起來,用于綜合評價區(qū)域水環(huán)境承載力,為水環(huán)境承載力快速評估提供了新途徑,為將人為因素引入到水環(huán)境承載力評估中提出了新思路。同時,將水環(huán)境承載能力與產(chǎn)業(yè)選擇相聯(lián)系,是一項探索性研究,特別是研究水網(wǎng)密集地區(qū)生態(tài)涵養(yǎng)型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和布局,是生態(tài)、人文緊密結(jié)合的區(qū)域分析方法,具有很強(qiáng)的探索性,指標(biāo)的界定和量化仍需完善。

[1] 謝紅彬, 虞孝感, 張運(yùn)林. 太湖流域水環(huán)境演變與人類活動耦合關(guān)系. 長江流域資源與環(huán)境, 2001, 10(5): 393- 400.

[2] 謝紅彬, 陳雯. 太湖流域制造業(yè)結(jié)構(gòu)變化對水環(huán)境演變的影響分析——以蘇錫常地區(qū)為例. 湖泊科學(xué), 2002, 14(1): 53- 59.

[3] 王磊, 張磊, 段學(xué)軍, 董雅文, 秦賢宏. 江蘇省太湖流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的水環(huán)境污染效應(yīng). 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31(22): 6832- 6844.

[4] 孫偉, 陳雯, 陳誠. 水環(huán)境協(xié)同約束分區(qū)與產(chǎn)業(yè)布局引導(dǎo)研究——以江蘇省為例. 地理學(xué)報, 2010, 65(7): 819- 827.

[5] 陳雯, 禚振坤, 趙海霞, 崔旭. 水環(huán)境約束分區(qū)與空間開發(fā)引導(dǎo)研究——以無錫市為例. 湖泊科學(xué), 2008, 20(1): 129- 134.

[6] 趙海霞, 王梅, 段學(xué)軍. 水環(huán)境容量約束下的太湖流域產(chǎn)業(yè)集聚空間優(yōu)化. 中國環(huán)境科學(xué), 2012, 32(8): 1530- 1536.

[7] Sun W, Chen W, Chen C H, Gao S, Guo Y. Constraint regionalization of water environment and the guidance for industrial layout: a case study of Jiangsu Province. Journal of Geographical Sciences, 2011, 21(5): 937- 948.

[8] 左其亭, 馬軍霞, 高傳昌. 城市水環(huán)境承載能力研究. 水科學(xué)進(jìn)展, 2005, 16(1): 103- 108.

[9] 龍騰銳, 姜文超. 水資源(環(huán)境)承載力的研究進(jìn)展. 水科學(xué)進(jìn)展, 2003, 14 (2): 249- 253.

[10] 李清龍, 閆新興. 水環(huán)境承載力量化方法研究進(jìn)展與展望. 地學(xué)前緣, 2005, 12(Z1): 43- 48.

[11] 程國棟. 承載力概念的演變及西北水資源承載力的應(yīng)用框架. 冰川凍土, 2002, 24(4): 361- 367.

[12] 崔鳳軍. 城市水環(huán)境承載力及其實證研究. 自然資源學(xué)報, 1998, 13(1): 58- 62.

[13] 趙衛(wèi), 劉景雙, 蘇偉, 竇晶鑫. 遼寧省遼河流域水環(huán)境承載力的多目標(biāo)規(guī)劃研究. 中國環(huán)境科學(xué), 2008, 28(1): 73- 77.

[14] 葉龍浩, 周豐, 郭懷成, 高偉, 何成杰, 王翠榆. 基于水環(huán)境承載力的沁河流域系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控. 地理研究, 2013, 32(6): 1007- 1016.

[15] 王儉, 李雪亮, 李法云, 包紅旭. 基于系統(tǒng)動力學(xué)的遼寧省水環(huán)境承載力模擬與預(yù)測. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2009, 20(9): 2233- 2240.

[16] Shanahan P, Borchardt D, Henze M, Rauch W, Reichert P, Somlyódy L, Vanrolleghem P. River water quality model no.1 (RWQM1): I. Modelling approach. Water Science and Technology, 2001, 43(5): 1- 9.

[17] Cox B A. A review of currently available in-stream water-quality models and their applicability for simulating dissolved oxygen in lowland rivers. Science of the Total Environment, 2003, 314- 316: 335- 377.

[18] 劉臣輝, 申雨桐, 周明耀, 徐海鋼, 余龍. 水環(huán)境承載力約束下的城市經(jīng)濟(jì)規(guī)模量化研究. 自然資源學(xué)報, 2013, 28(11): 1903- 1910.

[19] 楊凱, 袁雯, 趙軍, 許世遠(yuǎn). 感潮河網(wǎng)地區(qū)水系結(jié)構(gòu)特征及城市化響應(yīng). 地理學(xué)報, 2004, 59(4): 557- 564.

[20] 韓龍飛, 許有鵬, 楊柳, 鄧曉軍, 胡春生, 徐光來. 近50年長三角地區(qū)水系時空變化及其驅(qū)動機(jī)制. 地理學(xué)報, 2015, 70(5): 819- 827.

[21] Zavoianu I. Morphometry of Drainage Basins. 2nd ed. Amsterdam-Oxford-Tokyo: Elsevier, 1985.

[22] 黃詩峰, 徐美, 陳德清. GIS支持下的河網(wǎng)密度提取及其在洪水危險性分析中的應(yīng)用. 自然災(zāi)害學(xué)報, 2001, 10(4): 129- 132.

[23] 鄧曉軍, 許有鵬, 韓龍飛, 李廣, 王躍峰, 項捷, 徐光來. 城市化背景下嘉興市河流水系的時空變化. 地理學(xué)報, 2016, 71(1): 75- 85.

[24] 段金龍, 任圓圓, 張學(xué)雷. 河網(wǎng)密度與水體空間分布多樣性的對比研究. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2015, 49(1): 95- 100.

[25] 劉凱, 王雪娜, 張虹鷗, 周霞. 新豐江流域水網(wǎng)結(jié)構(gòu)演變特征分析. 熱帶地理, 2010, 30(4): 380- 385.

[26] 張維靜, 張遠(yuǎn), 王一涵, 孟偉. 基于空間數(shù)據(jù)的太子河河流生境分類. 環(huán)境科學(xué)研究, 2013, 26(5): 487- 493.

[27] 徐光來, 許有鵬, 王柳艷. 近50年杭-嘉-湖平原水系時空變化. 地理學(xué)報, 2013, 68(7): 966- 974.

[28] 江蘇省人民政府. 江蘇省生態(tài)紅線區(qū)域保護(hù)規(guī)劃, 2013.

Selectingindustriesbasedonevaluationofthewaterenvironment′scarryingcapacity:acasestudyoftheNorthernLakesideRegionofYangzhouCity

ZHANG Shanshan1,2, ZHANG Luocheng1,*, DONG Yawen1, YANG Yongke3

1KeyLaboratoryofWatershedGeographicSciences,NanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyofSciences;Nanjing210008,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China3DepartmentofGeographicalInformationScience,NanjingUniversity,Nanjing210023,China

中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項目(KZZD-EW- 10-04- 2);中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所135重點(diǎn)項目(NIGLAS2012135006);國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目(41130750)

2016- 06- 13; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 04- 24

10.5846/stxb201606131139

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lchzhang@niglas.ac.cn

張姍姍,張落成,董雅文,楊永可.基于水環(huán)境承載力評價的產(chǎn)業(yè)選擇——以揚(yáng)州市北部沿湖地區(qū)為例.生態(tài)學(xué)報,2017,37(17):5853- 5860.

Zhang S S, Zhang L C, Dong Y W, Yang Y K.Selecting industries based on evaluation of the water environment′s carrying capacity: a case study of the Northern Lakeside Region of Yangzhou City.Acta Ecologica Sinica,2017,37(17):5853- 5860.