基于結構方程的流域水環境承載力分析

徐律 安徽省城建設計研究總院股份有限公司

所謂水環境承載力，指的是水環境功能在一定區域和一定時期不朝惡性方向轉變且可持續發展的條件，水環境系統能夠實現的對社會、經濟、人口可持續發展規模支撐的閾值。通過科學評價水環境承載力，可持續的流域內經濟社會發展即可得到支持。

一、研究思路

水環境承載力評價需以構建合理、科學、實用的體系，但由于客觀依據缺乏、主觀因素影響較大。本文建議采用結構方程模型分析流域水環境承載力，該模型主要用于因果關系的建立、估計和檢驗，模型同時包括顯在變量和潛在變量，二者的區別在于能否直接觀測，通過對單項指標間相互關系和指標總體作用的清晰分析，結構方程模型同時具備驗證性研究和探索性研究能力。基于結構方程模型具備的優勢，本文將基于該模型建設水環境承載力評價體系并實現權重的確定，結合流域實際，即可為流域的健康可持續發展提供依據[1]。

二、實例分析

（一）案例概況

以某地河流作為研究對象，當地多年平均降水量為460.5mm，地勢東南低、西北高，屬于高原干旱、半干旱大陸性氣候，區域內存在呈樹枝狀水系分布的河流干、支流，該流域屬于當地經濟發達、人口集中的地區。

（二）數據來源

研究數據主要源于當地的水文監測站和氣象站點，以及當地政府發布的統計年鑒、污染源普查數據、經濟社會發展統計資料等。以環境保護部環境規劃院及同類研究作為氨氮和COD 可用環境容量、氨氮與COD降解系數等數據來源。此外，研究還收集了當地的土地利用數據并基于Fragstats 等軟件開展了數據的處理。

（三）建立結構方程模型

基于土地利用對水環境壓力和承載力的影響機理，以及數據的可獲得性，為明確水環境承載狀態與不同影響因素間存在的關系，研究采用結構方程模型。直接測量無法獲得模型架構主體變量，具體反映需要使用其他指標，這類潛變量無法直接測量，側變量則能夠直接測量，基于可靠性、系統性、可操作性、科學性原則，為保證數據的順利收集，研究最終確定了潛變量共8 個，包括A1 面源負荷、A2 點源負荷、A3 水質凈化能力、A4 產流和水源涵養能力、A5 上游來水水質、A6 水環境壓力、A7 水環境承載力、A8 水環境承載狀態，其中A1 可細分為B1 化肥施用量、B2 耕地面積占比、B3不透水面面積占比共3 個測變量，A2 可細分為B4 氨氮點源排放量、B5 COD 點源排放量，A3 可細分為B6 河流蜿蜒度、B7 濕地聚集度、B8 濕地面積占比、B9 濕地連通性，A4 可細分為B10 水面面積占比、B11 草地面積占比、B12 林地面積占比、B13 年降水量，A5 可細分為B14 上游來水氨氮濃度、B15 上游來水COD，A6 可細分為B16 氨氮排放入河量、B17 COD 排放入河量，A7 可細分為B18 氨氮可用環境容量、B 19COD 可用環境容量，A8 可細分為B20 氨氮濃度、B21 COD。為更多獲取數據樣本量，將案例區域細分為控制子單元16 個，具體劃分基準為自然水系匯水范圍。以污染物排放量和景觀格局/土地利用對水環境承載狀態影響路徑為基礎，針對性建設結構方程模型用于水環境承載力評價，樣本數據組由收集的水文、土地利用、氣象、水質、污染物排放等數據組成，標準化處理原始數據后即可向AMOS軟件導入數據，具體格式為SPSS，量化計算采用極大似然法估計，標準化系數及模型結構能夠隨之確定[2]。

（四）水環境承載力綜合評價

基于上文確定的測變量和潛變量，即可構建水環境承載力綜合評價指標體系，該體系由準則層、領域層、指標層組成，準則層包括水環境壓力和水環境承載力，領域層包括面源負荷、點源負荷，以及水質凈化能力、水資源供給能力、上游來水水質，指標層包括化肥施用量、耕地面積占比、不透水面面積占比、氨氮點源排放量、COD 點源排放量、河流蜿蜒度、濕地聚集度、濕地面積占比、濕地連通性、水面面積占比、草地面積占比、林地面積占比、降水、來水氨氮、來水COD。各層指標的權重確定基于式（1）進行計算：

（五）結果分析

結合權重的計算結果進行分析能夠發現，水環境壓力負荷與承載力權重分別為0.67、0.37，這說明案例流域上游水環境質量主要受到人類活動影響，由此可直觀了解本文研究方法的實用性。總的來說，結構方程模型能夠較好用于流域水環境承載力研究，流域各個子單元水環境承載狀態也能夠基于該模型通過綜合評價指數揭示，同時該模型還能夠明確各類影響因素的源頭，如面源污染以化肥施用量和耕地面積占比為主要影響因素，水質凈化能力則直接受到濕地聚集度和濕地連通性影響。

三、結論

綜上所述，基于結構方程的流域水環境承載力分析具備較高實用性。為更好服務于流域可持續發展，環境和資源差異的研究、水資源利用和污染防治政策的優化必須得到重視。