典型山区河流水环境承载力研究——以庆元县为例

摘要 通过实地调查庆元县的水环境现状、河道的水力学特点及其水动力条件，提出了可行数学模型对主要污染物排放情况进行定量模拟，通过模型计算得庆元县现状的CODCr、NH3-N、TP水环境容量分别是410.39、13.93、0.45 t/a。通过建立科学的评价指标体系，从水资源、水生态环境、社会经济3个系统中共选取19项相关评价指标，运用模糊综合评价模型从时间维度综合研究庆元县的水环境承载能力，表明2014—2019年水环境承载力基本呈逐年上升趋势。

关键词 山区型河流;水环境容量;水环境承载力;庆元县

中图分类号 X 143文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）04-0091-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.04.024

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Water Environment Carrying Capacity of Typical Mountain Rivers—Taking Qingyuan County as an Example

WU De-hui1，CHEN Jun2，WU You-fu1 et al （1.Qingyuan Branch of Lishui Ecological Environment Bureau，Lishui，Zhejiang 323800;2.Zhejiang Huanbo Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Lishui，Zhejiang 323000）

Abstract By field investigation of water environment，hydraulic characteristics and hydrodynamic conditions of rivers in Qingyuan County，a feasible mathematical model to quantitatively simulate the discharge of main pollutants was put forward.The verification of the model calibration of relevant parameters were completed.Through the calculation of the model，the current water environmental capacity of chemical oxygen demand，ammonia nitrogen and total phosphorus in Qingyuan County were 410.39，13.93 and 0.45 t/a，respectively.19 relevant evaluation indexes were selected from the three systems of water resources，water ecological environment and social economy in the establishment of a scientific evaluation index system.The fuzzy comprehensive evaluation model was used to study the water environment carrying capacity of Qingyuan County comprehensively from the time dimension.Results showed that the water environment carrying capacity was basically increasing year by year from 2014 to 2019.

Key words Mountainous river;Water environment capacity;Water environment carrying capacity;Qingyuan County

作者简介 吴德慧（1987—），女，贵州独山人，工程师，硕士，从事水环境的监测、水污染预警和防治工作。

收稿日期 2021-05-29;修回日期 2021-08-27

从宏观上来看，水环境承载力是指在一定的社会、经济和技术条件下，一定区域（流域）的水系统功能所支撑的社会经济发展和人民生活[1-3]。为更好实现在保障良好生态环境的同时实现经济社会的协调可持续发展，对区域水环境承载能力开展科学研究的意义显得更加重大[4-8]。庆元位于浙江省与福建省的交接处，是瓯江、闽江、交溪（福安江）三大支流的发源地，由于其独特的地理位置，水环境保护工作显得尤为重要。目前，随着庆元县经济快速发展，工业产值逐年提升，工业园区的发展建设越来越快，县域生态环境压力也与日俱增，特别是水环境容量已成为制约县域经济社会发展的重要瓶颈。庆元作为全国生态环境第一县，水环境承载力和容量是区域经济可持续发展的重要基础，开展区域水环境承载力和容量调查评价对庆元县经济的持续发展和生态文明建设具有重要意义。笔者在已有研究成果的基础上，以水环境承载力理论和实践为支撑，以一维水质模型法[9-17]进行水容量研究，同时以庆元县作为研究区域，从水资源、水生态环境、社会经济3个系统中共选取19个综合评价指标，构建一个包含3个层次的庆元县水环境承载力评价指标系统，并对其中的数据进行归一化处理;运用模糊综合评价模型[18-20]从时间维度综合研究庆元县的水环境承载能力情况。

1 资料与方法

1.1 研究区概况 庆元县位于浙江省西南部（118°50′～119°30′E、27°25′～27°51′N），北与龙泉、景宁畲族自治县接壤，东、西、南与福建省寿宁、松溪、政和3县交界。县城距丽水市233 km，距杭州市532 km。全县南北长49 km，东西宽67 km，总面积1 898 km2。境内有瓯江、闽江、交溪三大水系，拥有左溪、南阳溪、松源溪、安溪、竹口溪、西溪、八炉溪7条主要河流，其中，左溪、南阳溪为瓯江水系;松源溪、安溪、竹口溪为闽江水系;八炉溪、西溪为交溪水系，汇入交溪入东海。由于地理环境的特殊性和政策指导等因素，庆元县工业聚集点和人口生活汇聚点主要分布在庆元县西部的松源溪、安溪和竹口溪，因此此次水容量研究主要涉及西部竹口溪、松源溪和安溪3条河流，水环境承载力研究则是全县范围。

庆元县属亚热带季风气候区，全年季节变化明显，以温和、湿润、多雨为主要气候特征。多年平均气温为19.1 ℃，平均降水量1 713.4 mm，平均蒸发量1 319.1 mm，全年无霜期247～193 d。受到季风和地形的影响，降水的时空分布不均匀。

1.2 数据来源 该研究数据来源于《庆元县环境质量监测年报》（2010—2020年）以及2014—2019年的《庆元县统计年鉴》《政府工作报告》《庆元县水资源公报》《庆元县环境统计年报》《庆元县国民经济和社会发展统计年报》、省际断面自动监测站监测数据。

1.3 研究方法 该研究采用文献研究法、实地调查法、定量模拟法、一维水质模型法[9-17]、指标体系评价法、模糊综合评价法[18-20]等。

1.3.1 水环境容量计算。根据《水域纳污能力计算规程》[21]、《全国水环境容量核定技术指南》[22]和《环境影响评价技术导则 地表水环境》（HJ 2.3—2018）[23]，结合地表水环境质量现状及庆元县排污特点，选择CODCr、NH3-N和TP作为容积值计算的主要调节影响因子。对于此次计算河道，采用混合过程段长度与计算河段长度比较来确定是否采用一维模型进行，若河段长度大于公式（1）计算的结果时，可以采用一维模型进行模拟。

L=（0.4B-0.6a）×B×u（0.058H+0.006 5B）×u*（1）

u*=gHJ（2）

式中，L为混合过程段长度;B为河流宽度;a为排放口距岸边的距离，取0;u为河流断面平均流速;H为平均水深;g为重力加速度，取9.18 m/s2;J为河流坡度，取0.005。

水环境容量计算公式如下：

Cs=Q5C5-Q4C4Q3（3）

式中，CS为官山断面水质控制目标浓度（mg/L）;C5为岩下断面水质控制目标浓度（mg/L）;Q5为岩下断面水流量（m3/s）;C4为新窑断面实际水污染物浓度（mg/L）;Q4为新窑断面水流量（m3/s）;Q3为官山断面水流量（m3/s）。

1.3.2 水环境承载力评价。

1.3.2.1 评价指标和数据归一化处理。以庆元县作为研究区域，从水资源、水生态环境、社会经济3个系统中共选取19个综合评价指标（表1），构建了一个包含3个层次的庆元县水环境承载力评价指标系统，并对其中的数据进行归一化处理。运用模糊综合评价模型从时间维度综合研究庆元县的水环境承载能力情况。

评价分级标准的确定是水环境承载力研究的重要内容之一，其数值的设定将直接对评价结果的合理性和科学性产生影响。按照优、良、中、较差、差5个等级划分庆元县水环境承载力评价分级标准，其对应的代号分别为I（水环境承载能力强）、Ⅱ（水环境承载能力较强）、Ⅲ（水环境承载能力中等）、IV（水环境承载能力较弱）、V（水环境承载能力弱）。

1.3.2.2 综合权重的确定。采用层次分析法和熵权法计算评价指标的主观权重和客观权重，然后通过“乘法集成法”对2种方法所得权重进行组合，确定最终权重[24]。其公式如下：

w*=wi×wjni=1（wi×wj）（4）

式中，w*为指标i的综合权重;wi为熵权法计算得到指标i的权重;wj为层次分析法计算得到指标i的权重。根据公式（4）计算得到庆元县水环境承载力评价指标综合权重。

1.3.2.3 模糊综合评价模型的构建。模糊综合评价模型的理论基础来源于模糊数学，通过建立一个等级模糊的子集、利用模糊变换的原理和隶属度理论将一些具有确定性的评价方式转化成一些具有定量性的评价，从而有效地解决了人们主观上难以判断的模糊问题。具体步骤如下：

（1）建立评价指标集合U。设评价指标集合由n个评价指标构成，记作：

U={u1，u2，u3，…，un}

（2）建立评价等级集合V。设每个评价指标有m个评价等级，记作：

V={v1，v2，v3，…，vm}

（3）建立评价指标权重集合W。由于每个评价指标对水环境承载力的影响程度不同，故需对每个评价指标赋予不同的权重，记作：

W={w1，w2，w3，…，wn}

其中，0<wi<1，且w1+w2+w3+…+wn=1。

（4）建立模糊关系矩阵R。确定评价指标集合中的任何一个评价指标隶属于评价等级集合中不同评价等级的程度，称为隶属度，用rmn来表示，进而得到模糊关系矩阵R，记作：

R=r11…r1m

rn1…rnm

（5）隶属度函数的确定。通过隶属函数计算求得隶属

度，该研究采用模糊分布曲线中的“半梯形分布”作为各评价指标对各评价等级的隶属函数。该研究建立的水环境承载力评价等级集合分为5等，记为：V ={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}。