王英刚 邬松柏 赵传起 王留锁

(1.沈阳大学区域污染环境生态修复教育部重点实验室，辽宁 沈阳 110044； 2.辽宁省生态环境保护科技中心，辽宁 沈阳 110161)

随着人口的增长和社会经济的发展，水资源污染、水生态受损等水环境问题日益突出，已成为制约人类可持续发展的瓶颈。为了改善水环境状况，实现社会经济和水环境的可持续发展，国内外学者开展了大量水环境承载力的研究，建立了不少评价方法[1-3]。进行水环境承载力评价首先需要建立指标体系[4]。张静等[5]从社会经济、水资源和水生态3个方面出发选定评价指标。王寒等[6]运用层次分析法确定指标权重并进行水环境承载力评价。王志秀等[7]利用熵值法确定指标权重并进行水环境承载力评价。

本研究在前人的基础上突出水环境的生态功能、环境要素以及人类活动与生态环境之间的动态联系，构建了基于水资源相关、社会经济相关和水污染控制相关3个子系统耦合的水环境承载力综合评价指标体系，利用主观赋权的层次分析法和客观赋权的熵值法组合方法对指标赋权，并应用于辽宁铁岭各县(市、区)的2012—2016年水环境承载力评价，为铁岭制定水环境保护政策提供科学依据。

1 研究方法

1.1 指标体系

水资源相关子系统指标包括产水模数、全年降水量、生活用水定额、人均水资源量、农业用水耗水率。

社会经济相关子系统指标包括人口密度、人均GDP、城镇居民可支配收入、工业GDP增长率、第三产业比重。

水污染控制相关子系统指标包括工业废水重复利用率、工业万元产值用水量、工业万元GDP废水排放总量、城镇生活污水排放量、工业万元GDP化学需氧量排放强度。

为了消除评价指标间的量纲差别，实现不同指标间的可比性，对各指标原始数据进行归一化处理，使其结果处于0～1。常用的数据归一化处理方法有线性标准化法和离差标准化法，由于工业GDP增长率等数据可能出现负值，因此选用离差标准化法进行归一化处理，正向指标的归一化公式见式(1)，负向指标的归一化公式见式(2)。

(1)

(2)

式中：Eij’为j年i指标的归一化值；Eij为j年i指标的原始值；Emin和Emax分别为i指标的最小值和最大值。单位根据实际情况而定。

1.2 指标数据来源

社会经济相关子系统指标数据来源于2012—2016年的铁岭统计年鉴；水资源相关子系统指标数据来源于2012—2016年的铁岭水资源公报；水污染控制相关子系统指标数据中的工业废水重复利用率主要来源于2012—2016年的铁岭水资源公报，部分缺失数据由各县(市、区)工业企业排放口的环保部门监控数据补足，工业万元产值用水量由2012—2016年的铁岭水资源公报中的工业用水量与铁岭国民经济和社会发展统计公报中的工业产值计算得出，工业万元GDP废水排放总量、工业万元GDP化学需氧量排放强度来源于2012—2016年的铁岭统计年鉴，城镇生活污水排放量来源于2012—2016年的铁岭水资源公报。以2012年的消费者物价指数为100，对人均GDP、工业万元产值用水量进行价格影响消除的处理。

1.3 评价方法

1.3.1 评价指标的权重确定

按照权重产生方法的不同，指标赋权分为主观赋权和客观赋权两大类[8]。本研究综合利用主观赋权的层次分析法[9]和客观赋权的熵值法[10]分别计算指标权重。然后利用式(3)进行组合赋权[11]。指标体系及赋权结果见表1。

表1 指标体系及权重

(3)

式中：Ci、Wi和Si分别为指标i的组合权重、层次分析法权重和熵值法权重。

水环境承载力等级划分目前没有统一的标准，本研究参考文献[12]将水环境承载力等级划分为5个等级：0～0.2为不可承载状态，>0.2～0.4为严重超载状态，>0.4～0.6为中度超载状态，>0.6～0.8为轻度超载状态，>0.8为可承载状态，其中小于等于0.8都为超载状态。

1.3.2 水环境承载力计算

参考陈林华等[13]采用的加权叠加法计算水环境承载力，计算公式见式(4)。

(4)

式中：Aj为j年的水环境承载力。

2 结果与讨论

2.1 水环境承载力的综合评价结果

2012—2016年辽宁铁岭7个县(市、区)及铁岭全市的水环境承载力见表2，等级划分结果见表3。

表2 铁岭的水环境承载力

表3 铁岭的水环境承载力等级

2012—2016年，铁岭全市及各县(市、区)的水环境承载力变化趋势大致相同，大都处于中度超载状态或严重超载状态，呈现先降后升的趋势。2012、2013年，水环境承载力还较好，没有出现严重超载状态的县(市、区)，有些县(市、区)还只是处于轻度超载状态。受2014年大旱和降雨量骤减的影响，水环境污染加剧，各县(市、区)的水环境承载力都有下降，全部都处于中度超载状态。2015年各县(市、区)的产水模数又变小，人均水资源量也减少，而城镇生活污水排放量、工业万元GDP废水排放总量和工业万元GDP化学需氧量排放强度增加，导致大多数县(市、区)的水环境承载力进一步下降，其中昌图、开原的水环境承载力分别降到了0.273 6、0.389 5，属于严重超载状态。2016年全年降水量和人均水资源量增加，工业GDP增长率提高，铁岭全市的水环境承载力又出现好转的迹象，恢复到了中度超载状态，但还是低于2012、2013年的水平。

2.2 水环境承载力的子系统评价结果

由表4可以看出，2012—2016年铁岭全市水资源相关子系统和水污染控制相关子系统的承载力变化与综合评价结果比较一致，都是2012、2013年较好，2014、2015年下降，2015年降到最低，2016年得以恢复，由此也可以看出水资源相关子系统与水污染控制相关子系统具有相互影响的内在联系。社会经济相关子系统不同，其2015年的承载力比2013、2014年高，主要受经济转型过程中第三产业比重增加和工业GDP增长率回升的影响。因此，铁岭的水环境承载力主要与水资源相关子系统和水污染控制相关子系统相关，前已述及，产水模数变小，人均水资源量减少，城镇生活污水排放量、工业万元GDP废水排放总量和工业万元GDP化学需氧量排放强度增加，是2015年水环境承载力较低的重要原因。

表4 各子系统的水环境承载力

3 结论与建议

基于水资源相关、社会经济相关和水污染控制相关3个子系统耦合的水环境承载力综合评价指标体系对铁岭的水环境承载力进行评价。结果表明，铁岭全市及各县(市、区)2012—2016年水环境承载力变化趋势大致相同，大都处于中度超载状态或严重超载状态，呈现先降后升的趋势。分析子系统的承载力发现，铁岭的水环境承载力主要与水资源相关子系统和水污染控制相关子系统相关。

对于提高铁岭的水环境承载力提出以下几个方面的建议：(1)结合当地实际，节约用水，提高工业和农业的用水效率，保护水资源；(2)明确当地产业发展重点，优化布局，在推进第三产业发展的同时形成系统的产业链，加快社会经济转型；(3)加强污水治理，确保达标排放，从源头上减少污染物排放；(4)提高自然水体的纳污能力，建设生态补水控制性工程、生态湿地长廊工程等。