遼河流域水環境承載力研究評價

葛 秋

（遼寧省河庫管理服務中心（遼寧省水文局），遼寧 沈陽 110003）

水環境承載力（Water Environmental Carrying Capacity,WECC）是指一定時期、某種水環境狀態下，具體區域范圍內水環境對人類社會經濟活動支持能力的閾值。它是評價區域可持續發展的重要依據和有效方式，其也可以作為衡量區域社會經濟與生態環境協調程度的一種判據。水環境就是水資源系統的整體環境，它是水資源整體現狀以及水環境系統中生物所利用到資源的綜合環境。評價水環境質量的好壞將直接影響到人類的生產生活與地區可持續發展戰略目標。水環境承載力是承載力理論與水環境理論相結合產物。他對于評價流域整體健康程度，對流域的污染治理與可持續發展有著重要的作用[1]。

1 研究區概況

圖1 遼河流域位置圖

遼河流域（吉林省部分，成為遼河源頭區）位于吉林省西南部，流域面積15746 km2，約占全省總土地面積的8%，主要河流有東遼河、西遼河、招蘇臺河。見圖1。該流域地處松遼平原中部，低山、丘陵和平原兼備，位于遼河流域上游，地勢由東南向西北緩降。東南部為低山丘陵地帶，山高谷寬，山間夾雜小的溝川平地，土質肥沃，山體表層土質較好。中西部為平原區，為起伏的臺地和平緩的平原，東遼河、招蘇臺河穿行其間，沿河兩岸地勢低平。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源

該文各項評價指標原始數據提取自《遼寧省統計年鑒》（2012 年～2018 年）、《吉林省統計年鑒》（2012 年～2018 年）、《吉林市環境狀況公報》（2012 年～2018 年）。

2.2 選取評價指標

本文對水環境承載力的綜合影響進行分析，以系統理論為中心思想，綜合考慮社會、經濟、和水生態對水環境的影響，來構造一個水環境承載力綜合評價體系[2]。基于這些方面，根據指標選取原則，共構建9 個指標，見圖2。

圖2 水環境承載力體系構件圖

2.3 指標權重的確定

在水環境承載力評價指標體系中，各變量的權重大小不同，其對最終綜合評價結果的影響程度就會不同。本文采用層次分析法（AHP）確定各類規定的因素，指標體系中的權重大小。層次分析法AHP 在1970 年代提出了定量和定性相結合的系統級決策分析方法，它強調了角色的思維來判斷決策的過程中，通過某些模型決策思維過程標準化[3]。適合兩個定量指標和定性指標，根據從屬關系的因素分為上部和下部幾個層次的決策問題。具體步驟如下：

（1）構造判斷分析矩陣；系統結構模型決定了各個指標上下層之間的從屬關系。相同層級之間的元素，以相鄰的上一層級元素為準，成對進行比較[4]：

（2）計算判斷矩陣的最大特征值與特征向量。層次分析法的一個關鍵問題是確定判斷矩陣的最大特征值和相應的特征向量。本文采用規范列平均法計算[5]：

計算各列的歸一化：

向量Wi是所求的特征向量。計算判斷矩陣B 的最大特征值：

式中：（BW）i為向量BW 中的第i 個元素。

（3）一致性檢查。通過使用和乘積法，獲得每一個判斷矩陣的最大特征根λmax和其對應的特征向量W，正常化的最大特征根對應的特征向量hmax，每個元素的相對重要性權重下一級相對于以前的水平可以獲得相應的元素。然后，根據一致性比率CR，對判斷矩陣進行一致性檢驗。CR 的計算公式如下[6]：

（4）分層排序和一致性檢查；相對重要性權重因素在同一水平相對于高層確定標準，所有因素的相對重要性權重在每個水平相對于最高水平可以在此基礎上，計算被稱為層次結構的權重[7]。

圖3 指標權重結果

表1 水環境承載力評價指標核算標準

2.4 水環境承載力評價模型

（1）數據標準化

距離變換法能很好地實現上述數據處理要求；距離變換法是統計數學中的一種方法。標準化后的新數據，每個指標值的最大值為1，最小值為0，其余值在0 和1 之間，從而簡化了計算的數據量。

區間變換法對應的效益指標計算公式如下[8]：

其中，x 為指標數據初始值，y 為指標標準化后的值。

（2）評價模型

若以Si表示變量層各變量對水環境承載力支持強度的相對指數，則有[9]：

式中：Sik為水環境承載力的支持強度，Xik為評價標準值，Wij為第i 個指標在j 個變量中的權重。在上述指標層因子評價結果基礎上，采用加權求和方法得到表征區域水環境承載力相對大小的綜合指數評價模型Sw即：

式中：Sw為水環境承載力綜合評價指數，其值越大表示承載力越大。

3 結果分析

3.1 水環境分承載力計算

分別計算社會承載力、生態承載力和經濟承載力指標，見圖4、表2。

圖4 分承載力變化趨勢圖

表2 遼河流域水環境分承載力計算值

由圖4、表2 計算可得，遼河流域2012 年～2018 年生態分承載力、社會分承載力和經濟分承載力的增長率分別為172.3.9%、125.6%和342.7%。受到可持續發展戰略目標的調控，經濟增速加快的同時，經濟分承載力也取得了較大的增長率。

3.2 水環境總承載力計算

通過對數據的標準化，根據以上算法，利用水環境承載力計算模型，可以計算出遼河流域2012 年～2018 年水環境承載力變化趨勢。見表3、圖5。

表3 遼河流域水環境承載力評價值

根據所有指標的范圍限制和評價方法本身的計算特性，分別計算最大數據變化的評價范圍。水環境承載力值在0～1 之間。當所有指標達到最優標準時，其值越大，其最大值越接近1，否則趨于0 的最小值。根據國家環境保護標準城市評價指標中的指標數據值的分類，結合遼河流域長期建設規劃指標數據，收集社會運行相關數據和指標本身的取值范圍，并參考其他文獻，獲得了適用于遼河流域水環境承載力的分類標準，見表4。

表4 承載力與可承載類型對照[9]

圖5 水環境承載力變化趨勢圖

根據表4 中的分類標準，遼河流域水環境承載力總體評價差、極差和一般，2018 年的水環境承載力類型評價為一般，2012 年的水環境承載力評價為“極差”，其余各年均在“差”的指標，反映了遼河流域經濟、社會和生態發展仍有許多方面有待加強。但是整體情況正在好轉。

圖5 顯示了水環境承載力模型計算的遼河流域水環境承載力的變化趨勢。結果表明，遼河流域水環境承載力總體呈現出增大的趨勢，2012 年～2013 年的變化率最高，從0.152 增至0.413，然后出現降低，總體增大0.468。說明整個流域的水環境正在往好的方向過渡。

3.3 水環境承載力空間分布

結合計算出的水環境承載力值，分別計算2018 年遼河流域地區各行政區劃的分承載力，利用ARCGIS10.4 軟件的差值功能，對遼河流域不同行政區劃的水環境承載力進行評價。

圖6 各行政區劃水環境承載力空間分布

由圖6 可以看出，吉林市水環境評價結果為崩潰，四平與興安盟市評價結果最好。白城市與松原市評價結果為一般，遼源市和長春市評價結果為脆弱。

以上分析結果反映出遼河流域水環境承載力空間格局演化與經濟社會發展實力及水資源稟賦密切相關。遼河流域應繼續提高地表水整體環境質量，吉林市對于水環境的治理應該加強。提高城市污水處理的效率。同時促進節能減排工作的推進，減少水資源消耗，合理分配地區水資源。使得水環境承載力繼續穩步升高，為地區經濟與民生發展打下堅實的基礎。

4 結論

本文基于層次分析法判斷出遼河流域各因子的影響權重，然后利用水環境承載力模型，分別計算出社會承載力、生態承載力、經濟承載力和總承載力大小。得出：生態分承載力、社會分承載力和經濟分承載力的增長率分別為172.3.9%、125.6%和342.7%。總承載力由崩潰過渡為一般。并對遼河流域各個行政區域的水環境承載力值進行評價。