2021-4-9 | 城市生态论文
研究区基本概况
海南岛为海南省的陆地主体,面积3.39km2。海南岛地处热带,属于热带季风性气候,全岛近似椭圆形,四周被大海包围,中部多山较高,周围相对较低,从而使中部成为江河的源头,并呈放射状流向周边,全岛独流入海的河流有154条。南渡江、昌化江和万泉河为海南岛的三大河流,其流域面积占全岛面积的47%,另外还有陵水河、宁远河、珠碧江等10多条河流。海南岛全年暖热,雨量丰沛,全岛年平均降水量在1600mm以上,但降雨分布东湿西干,降雨季节分布也不均匀[8]。2010年全省水资源总量为479.8亿m3,人均拥有水资源量为5538.7m3,总供水量为44.35亿m3,地表水资源量为474.3亿m3,地下水资源量为105.7亿m3。海南岛水资源的特点是雨量充沛、存储丰富,但分布不均,水资源量以地表水为主,地下水缺乏,受热带海洋性气候影响年内和年际变化幅度都大,热带风暴、台风等带来的强降雨在总降水量中占有很大一部分比例[7]。
研究方法与结果
1.评价指标的选取
根据定义,本文构建的水环境承载力的指标体系包括水环境系统、社会经济系统、人类生活影响系统三个部分。水环境系统包括的具体指标是人均供水量、人均水资源量;社会经济系统包括的具体指标是人均GDP、农民人均纯收入、城镇居民家庭恩格尔系数;人类生活影响系统包括的具体指标是工业用水重复利用率、工业废水排放达标率,城镇生活污水处理率[9210]。
2.评价方法
本文采用AHP和/模加和0法对海南省水环境承载力进行评估。首先需要确定各指标的权重,然后建立选定指标的水环境承载度计算模型,代入实际数据后得到选取各指标的水环境承载度,加权计算得到水环境分承载力的值,再根据三个系统的分承载力权重,得到水环境承载力的综合值,最后对海南省水环境承载力进行综合评价[11]。
1）评价指标权重的确定
因为模型中选取的各指标对水环境承载力的影响程度有所不同,因此需要确定权重。目前确定权重的方法大致分为主观赋权法和客观赋权法,主观赋权法主要是通过综合专家们的经验所得出的各指标的权重进行的赋权,如层次分析法(AHP)、专家调查法等。客观赋权法是指各个评价指标由一定的数学方法进行自动赋权,它不取决于人们的主观判断。由于本文模型构建选取的指标涉及多个系统和要素,所以选择采用AHP[12]。综合考虑和分析各个判断指标对水环境承载力的影响,了解各项指标间的关系,根据海南省水环境的实际情况,得出各层判断矩阵,采用MATLAB计算权重,得出各指标的权重值。水环境承载力各指标的权重确定结果见表1。
2）指标承载度的计算
(1)指标承载度计算模型的确定。本文中指标承载度的计算模型参考了水安全度的计算模型,由于对数函数关系能够比较好的反应指标和承载度的关系,并借鉴了学者解艳对榆林市水环境的评价时所采用的方法,选用对数函数[9]计算水环境承载度,该计算方法适于单纯指标计算。其模型参数为:y=a+blgx(1)式中:a和b为模型中的参数。在确定具体的各指标承载度计算模型时,首先根据国际认可的各类指标值、我国的5全国人民小康生活水平的基本标准6等确定海南省水环境承载力承载度指标核算标准。按照国际上的规定,如果人均水资源量少于1700m3将会发生用水紧缺[9],因此选1700m3为指标的及格值。选100m3为指标的最差值。及格值时指标的承载度设为0.6;取最差值时,指标的承载度为0;最优值时指标的承载度为1。人均供水量是衡量水资源概况的指标,取600m3为及格值,30m3为最差值[11]。农民人均纯收入是衡量一个国家或地区人民生活整体水平的统计指标,该指标越大越好。取3600元为及格值,10000元为最优值。城镇居民家庭恩格尔系数是普遍使用的衡量居民生活发展水平的指标,一般比例越小越好。取40%为及格值,20%为最优值。人均GDP作为衡量经济发展状况的指标,根据国际上的规定,取3000美元为及格值,100美元为最差值。另外,工业废水排放达标率、工业用水重复利用率、城镇生活污水处理率都是揭示水环境质量的指标,都是越大越好的指标,因此它们的最优值都取100%。取工业废水排放达标率的最差值为40%,取工业用水重复利用率的最差值为30%,取城镇生活污水处理率的最差值为20%。根据海南水环境承载力承载度指标核算标准,代入公式(1),建立方程得出海南水环境承载力各类评价指标承载度计算模型的确定,见表2。根据农民人均纯收入的承载度模型得出,承载度为0时,农民人均纯收入为776元。根据城镇居民家庭恩格尔系数的承载度模型得出,当x为60%时,可得承载度为0.35。(2)海南水环境承载力各类评价指标承载度的计算。从5中国环境年鉴6、5海南省水资源公报6、5海南省环境状况公报6、5海南省国民经济和社会发展统计公报6、5海南统计年鉴6等相关资料中,统计出2005年-2010年共6年数据,经过初步处理和换算得出海南省水环境承载力评价指标原始值,见表3。将表3中获得的海南省水环境各指标原始值代入表2所建立的具体指标的承载度的计算模型,便得出海南省水环境承载力各类评价指标承载度值,见表4。
3）分承载力的计算
分承载力的计算采用模型[9]为:E=Emi=1Ei@Wi(2)式中:E为水环境分承载力;Ei为第i个指标的数值;Wi为第i个指标的权重;m为指标的数目。为了能够统一计算,首先对模型中的每个指标进行无量纲化处理,得到无量纲值。模型中的每个指标都介于0~1之中,它们的取值都在最优值和最差值之间。根据前面用层次分析法计算出来的各指标在系统中的权重,带入各指标的承载度计算得出海南水环境各系统分承载力计算结果,见表5。
4）水环境承载力的综合评价
本文采用/模加和0方法对水环境承载力进行综合评价[8],即:（略）式中:|E|为水环境总承载力;Wi为第i个分承载力的权重;Ei为第i个分承载力的数值。将表5所求得的数据带入公式(3),得出海南水环境承载力计算结果,见表6。同理得出2005年-2010年海南省水环境承载力综合值,见表7。变化趋势见图1。
3.结果分析
根据钱华的对黄河万家寨水库水环境承载力研究中,水环境承载力的取值范围是在0~1之间的,其大小反映了地区水环境承载力的程度,得出的值越大说明该地区水环境承载力越好,能够承受比较大的压力,具有很大的纳污弹性。根据水环境承载力的取值将其划分成四个判断区间:第一判断区间为不可承载(0~0.2),水环境处于崩溃状态;第二判断区间为弱可承载(0.2~0.5)水环境处于脆弱状态;第三判断区间为基本可承载(0.5~0.8)水环境处于一般状态;第四判断区间为良好可承载(0.8~1.0)水环境处于弹性好状态[13]。2005年-2010年海南省水环境承载度处于弱可承载的这个等级,水环境状态很脆弱,但是从2005年到2010年,海南省水环境承载力呈逐年上升的趋势,承载度从2005年的0.404提高到2010年的0.468。尤其是2009年到2010年水环境承载度有较为显著的提高,工业废水排放达标率由2009年的96.6%提高到2010年的97.82%,城镇生活污水处理率由2009年的38.9%提高到2010年的50.0%。可见,社会经济系统的经济实力持续增长(因为海南省人均GDP承载度呈逐年上升趋势),使水环境承载力稳步增长。人类社会影响系统的承载力持续增长,尤其是2009年到2010年上升较为明显。水环境系统的承载力2005年到2006年有所下降,但总体呈现出上升的态势。海南水环境承载力的持续增长与这三个系统总体上的稳步增长密切相关。