崔晨韵,朱永华,吕海深,苟琪琪

(河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098)

随着社会经济的快速发展、人口的迅猛增长与环境的剧烈变化，流域水资源短缺、水环境破坏、水生态退化等问题日益突出，这些问题严重制约着我国社会经济和生态环境的可持续发展[1-3]。浙江省湖州市长兴县(东经119°33′～120°06′，北纬30°43′～31°11′)属于太湖流域，总面积为1 431 km2。长兴县降水量多但水资源总量不多，多年平均降水量为19.25亿m3，而水资源总量只有8.84亿m3，水资源开发利用程度较高，农业用水总量偏大。由于长兴县较快的城市化进程和经济发展速度，当地可用水资源已不足以同时满足快速的社会经济发展与良好的生态环境需求，其由水质型缺水引起的生态环境问题比较严重，阻碍了长兴县的可持续发展。为了解决长兴县水资源、生态环境及社会经济发展之间的矛盾，指导水资源合理配置，并使其社会经济可持续发展，最根本的办法是开展与水相关的生态环境承载力研究，确定研究区现状承载状态和未来若干年内研究区在不同生态环境建设和社会经济发展情景下的生态环境承载力。

我国对于水资源承载力研究较为广泛[4-9]，在研究中构建的指标体系侧重于水资源及社会经济方面，而对于生态环境方面考虑较少[10-11]。我国对于与水相关的生态环境承载力的研究开展较晚且较为贫乏[12-16]，缺乏统一、公认的概念，评价指标体系不完善。与水相关的生态环境承载力系统是水资源、生态环境、社会经济相耦合形成的复杂系统，涉及的内容广泛，不宜采用单一指标对其进行定量描述，所以构建一套相对完善、切合研究区域实际特点的计量指标体系对于评价区域与水相关生态环境承载力具有现实意义。

笔者在相关研究基础上，从与水相关的生态环境承载力的概念及内涵出发，针对长兴县实际的水资源情况、与水相关的生态环境问题及社会经济发展特点，从水资源、社会经济和生态环境方面构建长兴县与水相关的生态环境承载力计量指标体系，为促进长兴县生态环境及社会经济协调可持续发展提供理论依据。

1 与水相关的生态环境承载力内涵及其发展

1.1 内涵

图1 与水相关的生态环境承载力概念示意图Fig.1 Conceptual diagram of water-related eco-environmental carrying capacity

与水相关的生态环境承载力起源于水资源承载力，是对水资源承载力的补充与完善。水资源承载力侧重于水资源对某区域社会经济发展的支持能力，而与水相关的生态环境承载力是以水资源为纽带，以与水相关的生态环境问题为出发点和落脚点，将社会经济与生态环境联系起来，它是水土资源、与水相关的生态环境构成的生态环境支持系统对社会经济压力系统在一定约束条件下的支持能力，这种约束指的是一定的经济技术水平、社会福利水平及环境质量标准[7,9]。与水相关的生态环境承载状态用来描述某一具体时段的与水相关的生态环境承载力。对于长兴县这种典型的丰水水质型缺水地区，在研究中要突出其严重的与水相关的生态环境问题(图1)。

1.2 发展过程

与水相关的生态环境承载力起源于水资源承载力，其研究经历了萌芽阶段、大发展阶段及融合发展阶段。萌芽阶段始于20世纪80年代后期，以新疆水资源软科学课题研究组对新疆水资源承载力的研究[17]为代表，与此同时，土地承载力研究开始在国内兴起，其中最有影响的是《中国土地资源生产能力及人口承载量研究项目》[18]。20世纪90年代后期至2003年水资源承载力得到广泛研究，水环境承载力的概念也得以提出，研究进入大发展阶段。2003年后，随着土地承载力、水资源承载力、水环境承载力的研究趋于成熟，研究进入融合发展阶段，开始对综合因素承载力的研究，强调可持续发展，研究突破水资源承载力的传统定义，赋予其新的含义，即将水资源、水环境及水生态综合而成的与水相关的生态环境对社会经济系统的支撑能力，与水相关的生态环境承载力出现，以朱永华等[12-15]开展的缺水地区与水相关的生态环境承载力理论及应用研究为典型代表。

2 承载力评价指标体系的构建

与水相关的生态环境承载力评价对象是由水土资源、生态环境、社会经济多个组成要素构成的复杂系统，所以需要构建一个由多指标组成的计量指标体系[19]。但由于计量指标众多，会有很多重复的指标相互干扰，影响评价结果，因此需要遵循代表性、全面综合性、简明性、方便性、适用性及不可重复性等原则正确科学地筛选指标。

基于与水相关的生态环境承载力概念及内涵，与水相关的生态环境承载力主要涉及水(土)资源、与水相关的生态环境质量及社会经济水平3个方面，因此，建立的评价指标体系应包括水(土)资源系统指标、与水相关的生态环境系统指标、社会经济系统指标。水(土)资源指标度量水资源余缺水平(水资源丰沛或短缺的水平)，与水相关的生态环境指标度量与水相关的生态环境质量，社会经济指标度量社会经济水平。

2.1 指标的初选

为选出适于长兴县的全面、系统的生态环境承载状态计量指标，本文采用专家咨询法及理论分析法相结合的方法，初步选取了48个计量指标。

对于水资源系统指标，主要考虑与水资源短缺有关的量，用达到水质标准的水资源总量及人均水资源量表示，也考虑到了供水量及用水量。具体的指标有总水资源量、人均水资源量、水资源利用率、工业用水量、农业用水量、生活用水量、人均可供水量、总用水量、农业用水比例、工业用水比例、生活用水比例、农田灌溉水有效利用系数。

对于土地资源系统指标，主要考虑与粮食生产有关的量，也考虑到与生态用地有关的量。具体的指标有总土地面积、人均土地面积、有效灌溉面积、生态用地面积。

对于社会经济系统指标，主要考虑到反映社会经济发展水平和社会经济规模的量。具体的指标有人口、人均GDP、GDP增长率、工业用水定额、灌溉用水定额、人均生活用水定额、人均粮食占有量、亩均粮食产量、第三产业比重、生活用水定额、污水治理率、排污率、城镇化率、单方水农业GDP。

选取与水相关的生态环境系统指标时，主要考虑能反映太湖流域与水相关的生态环境问题的各个量。具体的指标有污水排放量、COD排放量、氨氮排放量、总氮排放量、总磷排放量、纳污能力、水质、河道纵向联通度、Ⅲ类水质及以上河长比、渗滤性河岸长度比、河岸弯曲度、城市水面率、生物丰度指数、植被覆盖率、河湖汛期水位、河湖非汛期水位、河湖生态需水保证率、水土流失面积比。

2.2 指标的精选

为科学、合理地反映研究区与水相关的生态环境承载状态，采用层次分析法[4，20]并结合长兴县实际的水资源情况、与水相关的生态环境问题、社会经济发展特点及其三者的内在关联性，进一步精选核心指标。

2.2.1 水资源系统指标

首先遵循指标筛选原则剔除冗余指标，选取人均水资源量、水资源利用率、工业用水量、农业用水量、生活用水量、人均可供水量、农田灌溉水有效利用系数这7个指标，然后采用层次分析法，邀请多位相关研究领域的专家确定两两指标间的相对重要性，相对重要程度用自然数1、2、…、9以及倒数表示，经过3轮征询，专家组的意见趋向于集中，最后对评价数据进行统计归纳分析，构造判断矩阵，计算判断矩阵，并检验判断矩阵的一致性，得出这7个指标的重要性由强到弱的顺序：农田灌溉水有效利用系数、水资源利用率、人均水资源量、人均可供水量、工业用水量、农业用水量、生活用水量。结合长兴县实际水资源特点，并考虑到数据的可得性进一步精选核心指标。长兴县水资源特点表现为水资源开发利用程度较高，已超过国际公认水资源开发利用率40%的警戒线，用水结构不太合理，农业用水总量偏大，其中农田灌溉用水量占农业用水总量的比重大。最终精选出的水资源指标为农田灌溉水有效利用系数、水资源利用率。

2.2.2 与水相关的生态环境系统指标

与精选水资源系统指标同样的方法，在初选指标中选取了13个指标，其重要性由强到弱的顺序：生物丰度指数、河湖生态需水保证率、植被覆盖率、Ⅲ类水质及以上河长比、河流纵向联通度、城市水面率、COD排放量、河岸弯曲度、水土流失面积比、总磷排放量、氨氮排放量、纳污能力、渗滤性河岸长度比。

结合长兴县主要的与水相关的生态环境问题：(a)水体污染：长兴县的水功能区有21个，水质达到Ⅲ类及以上的水功能区有17个，水环境存在一定的污染。长兴县废污水排放量大，COD、氨氮、总氮、总磷入河量大，引发了严重的河流污染问题，且随着排污量加大而超过河湖水纳污量，使得长兴县地表水污染严重，当然这也与河流纵向联通性不好、河岸弯曲度降低、河岸硬化、河岸带变窄、河岸植被覆盖率降低以及生物多样性锐减造成的水生生态系统自组织和自我调节能力降低等原因有密切关系，且过境客水的水环境差也是水体污染的原因。(b)水生生物多样性降低：由于通航、挖沙、开矿等人类活动，造成河道形态改变、水体含沙量大、水流速度不稳定、水体热污染、水体透明度低等问题，致使水中水生生物多样性锐减，浮游植物动物、底栖动物、沉水植物、鱼类等水生生物大幅度减少，完全不能发挥水生生物对环境的修复功能。(c)水面率较低：水域对于提供可利用的水源、调蓄区域水资源、降解污染物和吸纳营养物质、保护生物多样性、调节气候等方面具有重要意义，而长兴县的水域面积还达不到基本实现区域河网水体有序流动，河湖生态水量得到基本保证，生物多样性逐步恢复的要求。(d)河道淤塞，纵向联通性较差：主要是由航运、采砂、开矿、水利设施建设及垃圾堆积等造成，长兴水系原有37条溇港排入太湖，由于受淤积影响和修建环湖大堤封堵小溇港等原因，目前只剩9条入湖河道。(e)城市洪涝：由于山区天然植被已经被生物多样性锐减、覆盖率不高的人工植被代替，结果造成洪水洪峰集中、洪量大，且由于河道、水库的淤塞，排洪能力、有效库容的减少，对于洪水的消纳能力的减弱，加大城市防洪压力。长兴县面源污染严重，洪水期径流中携带的大量污染物，影响长兴河道及太湖。(f)水土流失：一是因为生物多样性丰富的灌木山坡被不断扩大的茶树所代替，使植物单一化且植被覆盖度降低，水土流失面积加大；二是因为长兴县河网密集，河道底部淤积严重，致使河道行洪排涝较差频繁诱发水土流失；三是因为部分开发建设项目未按水土保持方案设计的防护措施进行水土流失防治工作，造成了严重的水土流失。

最终精选出10个与水相关的生态环境指标，即COD排放量、氨氮排放量、河道纵向联通度、Ⅲ类水质及以上河长比、河岸弯曲度、城市水面率、生物丰度指数、植被覆盖率、河湖生态需水保证率、水土流失面积比。

2.2.3 社会经济系统指标

同上方法，在初选的指标中选取了9个指标，并得出重要性由强到弱顺序：人均GDP、第三产业比重、人口、工业用水定额、城镇化率、人均粮食占有量、单方水农业GDP、污水治理率、生活用水定额。考虑到长兴县人口增长速度较快，GDP在2000年后也迎来了高速增长期，工业发展较快，工业用水量也随之增大，城市化速度发展很快，城镇化率于2014年达到58.5%，已超过我国平均城镇化率56.1%[21]，从事农业生产的人口在大大降低的社会经济发展状况，最终精选出7个社会经济指标，即人口、人均GDP、工业用水定额、人均粮食占有量、第三产业比重、城镇化率、农业用水定额单方水农业GDP。

2.3 指标体系构成

基于与水相关的生态环境承载力的概念及内涵，经过指标的初选及精选，构建了共计19个核心指标的长兴县与水相关的生态环境承载力计量指标体系，包括2个度量水资源余缺水平的水资源指标，10个度量与水相关的生态环境质量的生态环境指标，7个度量社会经济水平的社会经济指标(表1)。土地资源指标在计量指标体系中没有直接表达，而是间接反映，如与水相关的生态环境指标中植被覆盖率、水土流失面积比。

表1 长兴县与水相关的生态环境承载力评价指标体系

3 长兴县与水相关的生态环境承载状态评价

采用承载状态综合测度模型法[13]对承载状态进行评价。承载状态的优劣用生态环境承载指数表示，若生态环境承载指数小于0.8，说明生态环境系统对社会经济系统的承载状态还未达到临界可承载；若等于0.8，说明达到临界可承载；若大于0.8，说明已达到良好可承载，若等于1说明达到完全可承载。

3.1 评价模型

承载状态综合测度模型用式(1)表示。

(1)

式中：IWES,T——T时段与水相关的生态环境系统对社会经济系统承载状态的综合测度值；IWI,T、ILI,T、IEG,T——T时段水资源余缺水平的测度值、与水相关的生态环境质量的测度值、社会经济水平的测度值；β1、β2、β3——水资源余缺水平、与水相关的生态环境质量、社会经济水平在综合测度中的权重，采用层次分析法确定，分别为1/4、1/4、1/2；Ui,T、Vj,T、Hk,T——第i个水资源指标、第j个与水相关的生态环境指标、第k个社会经济指标在T时段的隶属度值；l——水资源指标个数；m——与水相关的生态环境指标个数；n——社会经济指标个数；ai——第i个水资源指标在水资源余缺水平测度中占的权重；bj——第j个与水相关的生态环境指标在与水相关的生态环境质量测度中占的权重；ck——第k个社会经济指标在社会经济水平测度中占的权重，各指标权重的确定采用熵权法[22]。

各指标的标量化通过各指标的临界承载状态值、完全承载状态值的确定及隶属度函数的构建来实现。

3.2 数据来源与输入

水资源指标的承载特征值依据《河流健康评估指南》[23]《水生态文明城市建设评价导则》[24]确定；与水相关的生态环境指标的承载特征值依据《河流健康评估指南》[23]《湖州统计年鉴》[25]并结合长兴县的实际情况确定；社会经济水平指标的承载特征值依据已有的相关研究并结合长兴县实际情况确定的。19个核心指标的实际值除了生物丰度指数采用2000年国家环境保护总局的生态环境遥感调查数据[26]，其余均来源于《湖州统计年鉴》[25]。

对长兴县2014年与水相关的生态环境承载状态进行评价，19个核心指标的实际值为：水资源利用率49.43%、农田灌溉水有效利用系数0.6、COD入河量3 988 t、氨氮入河量309 t、河流纵向联通度0.4、河流生态需水保证率95%、Ⅲ类水质及以上河长比0.932 2、河岸弯曲度2.04、植被覆盖率51.3%、生物丰度指数41.67、水面率6.14%、水土流失面积比5.81%、人均GDP 69 611元、可承载人口63.05万人、工业用水定额31.6 m3/万元、第三产业的比重40.3%、人均粮食占有量397.63 kg、城镇化率58.5%、单方水农业GDP 10.48元/m3。

3.3 评价结果

通过计算，可以得出长兴县2014年水资源余缺水平测度值IWI为0.711 9，未达到临界可承载状态值0.8，说明水资源存在一定缺口。2014年长兴县实际水资源情况表现为相对短缺。长兴县2014年水资源总量较少，而用水总量较多，造成了水资源利用率较高，未达到临界可承载状态，且由于长兴县采用农业上传统的漫灌和喷灌方式，造成了水资源的浪费，农田灌溉水有效利用系数较低，也未达到临界可承载状态，所以为了缩小水资源缺口，需要降低现状的水资源利用率，稳步提高农田灌溉水有效利用系数。

与水相关的生态环境质量测度值ILI为0.880 8，超过临界可承载状态值0.8，说明2014年长兴县与水相关的生态环境总体处于良好状态，但还达不到优，主要是因为当前长兴县氨氮入河量较大、水土流失状况较严重，氨氮入河量和水土流失面积比达不到临界可承载值；COD入河量、河流纵向联通度、河岸弯曲度、植被覆盖率、生物丰度指数、水面率处于临界可承载与完全可承载之间，未达到完全可承载。2014年长兴县实际的生态环境总体上较为良好，存在的主要问题是：部分水体存在污染问题，有5个水功能区尚未达到Ⅲ类水质；灌木山坡被不断扩大的茶树代替，使植被单一化、植被覆盖度降低，加大了水土流失面积。为了促使长兴县生态环境质量达到优，应加大城市河湖水污染治理及水土保持力度。李平星等[27]对太湖流域生态脆弱性进行了评价，得出长兴县2010年生态脆弱性介于一般脆弱与不脆弱之间。随着生态建设与环境保护的加强，生态环境压力得以缓解，基于李平星等[27]得出的结论，从2010—2014年，长兴县生态脆弱性逐步达到不脆弱。汪嘉杨等[28]得出2014年太湖流域水环境承载力评价指数为Ⅱ级，承载能力较强。以上研究结果与文章得出的2014年长兴县与水相关的生态环境总体处于良好状态的结论相互印证。

社会经济水平测度值IEG为0.850 6，说明长兴县社会经济系统总体处于良好状态，但还达不到优，主要是因为单方水农业GDP远低于临界可承载值。长兴县农业灌溉方式造成了水资源的浪费，说明农业发展水平不高，还有大大提升的空间，所以为了促使长兴县社会经济逐步达到优的水平，应重视提高农业用水效益。

与水相关的生态环境系统对社会经济系统的承载状态的综合测度值IWES为0.820 7，说明长兴县当前与水相关的生态环境系统对社会经济系统的承载状态处于良好承载状态，但还达不到优。以上得出的结论与长兴县2014年实际情况较为符合，且与陈晨[29]所得出的2014年长兴县由水资源、社会、经济、生态组成的综合承载力处于适载水平的结论相一致，说明构建的计量指标体系及采用的承载状态评价法能较为客观、准确地评价评价研究区的与水相关的生态环境承载状态。

4 结 语

以与水相关的生态环境承载力的概念及其内涵为出发点，结合长兴县的实际特点，构建了一套包括2个度量水资源余缺水平的水资源指标，10个度量与水相关的生态环境质量的生态环境指标及7个度量社会经济水平的社会经济指标共计19个核心指标的长兴县与水相关的生态环境承载状态计量指标体系，并基于计量指标体系采用承载状态综合测度模型法对长兴县2014年与水相关的生态环境承载状态进行了定量评价。结果表明，本文建立的指标体系具有较强的客观性、准确性及适用性。但由于此方面的研究还较为贫乏，指标的选取及权重系数的确定受主观因素影响较大，如何提高指标的独立性和代表性有待于进一步研究完善。