基于时差相关分析和模糊神经网络的白洋淀流域水环境承载力评价预警

为实现水环境承载力评价和预警,运用耦合DPSR模型和时差分析方法构建了白洋淀流域水环境承载力监测预警指标体系,并结合神经网络与模糊数学构建了T-S模糊神经网络模型,根据控制图法确定了监测预警指标阈值,解决了水环境系统的随机性和模糊性问题,最终实现了白洋淀流域水环境承载力的有效评价和预警。结果表明:1)白洋淀流域水环境承载力在2012-2015年处于较弱承载状态,在2016,2017年处于中等承载状态,现状评价等级由Ⅳ级(橙色警灯)转变为Ⅲ级(黄色警灯);2)在现状发展趋势下,2018-2035年白洋淀流域水环境承载力整体呈先上升后下降趋势,自2026年以后流域水环境整体呈恶化状态,水环境承载力逐渐从中等承载(黄色警灯)向较弱承载(橙色警灯)和弱承载状态(红色警灯)转变;3)未来区域人口的增长和雄安新区的快速发展会给白洋淀流域水环境带来巨大压力,因此可加大区域水环境保护力度,实施基于空间单元的精细化环境管控方案,推动区域经济绿色转型,促进区域水环境质量全面改善和良性发展,以提高区域可持续发展水平。     

台州市流域水环境承载力研究

采用指标体系评价法研究台州市椒江水系和金清河网水环境承载力,选取了水资源开发利用水平、经济社会发展水平、环境纳污水平、环境保护与治理水平四大类17个评价指标,通过层次分析法对椒江水系、金清河网两大流域水环境承载力现状进行评价,研究结果表明两大流域现状水环境承载力综合指数分别为0.7644和0.5808,属于山溪型流域的椒江水系水环境承载力能力远大于平原河网型的金清河网.并进一步设置了四种中远期情景方案,预测不同发展模式下水环境承载力变化情况,结果表明四种方案对提高流域水环境承载力贡献大小关系为:方案2>方案3>方案4>方案1,提高环保投入、加强环境治理水平的方案对流域水环境承载力提升最有利.     

基于结构方程的流域水环境承载力评价——以湟水流域小峡桥断面上游为例

针对流域水环境承载力评价中指标体系构建及权重确定缺乏客观依据的问题,以湟水流域小峡桥断面上游为例,通过兼顾压力与水环境承载力的控制断面水质影响路径分析,建立了面向水环境承载力评价的结构方程模型(Structural Equation Modeling, SEM);在此基础上,构建了湟水流域的水环境承载力综合评价体系,并获得各指标权重,进而利用向量模法对流域水环境承载状态进行了综合评价.结果表明:SEM模型能够定量反映土地利用/景观格局及污染物排放因素与水环境承载状态的相关关系;SEM模型的路径分析可为水环境承载力综合评价指标体系的建立提供科学依据;由SEM模型得到的路径影响相关系数,可为权重的确定提供新的科学方法;研究区16个控制子单元呈上、中、下游水环境承载状态逐渐变差的梯度特征;最后,针对湟水流域不同区域的社会、经济、环境和资源差异,从流域水环境承载力双向调控的角度,提出改善水环境承载状态的相关建议,进而为流域水系统持续协调发展提供精细化管理支撑.     

饮马河流域水环境综合风险时空分布

为评价饮马河流域水环境综合风险,从水环境风险的危险性、暴露性、脆弱性及区域治理能力4个方面构建了饮马河流域水环境综合风险评估体系.选取2000年、2005年、2010年和2015年的水环境数据进行分析,采用水环境污染风险指数法和层次分析法对饮马河流域水环境综合风险进行评估,并绘制了各年度饮马河流域的风险空间分布图,分析了饮马河流域水环境风险空间变化特征.结果表明:2000—2015年,各危险性指标的量化值不断减小;暴露性指标中,耕地面积不断扩大,工业企业个数不断增加,人口密度变化不明显;各脆弱性指标的量化值不断减小;水环境区域治理能力各指标的量化值不断增大.研究显示,2000—2015年,流域内水环境危险性和脆弱性不断降低,暴露性和区域治理能力逐渐升高,水环境风险逐渐降低;其中,长春市一直处于水环境高风险水平,伊通县一直处于低风险水平.      

太湖流域水环境承载力评价研究

构建"驱动力D(人口、社会经济发展)-压力P(水资源问题与污染排放)-状态S(水质变化)-影响I(自然生态、水土资源)-响应R(污水处理、用水普及)-管理M(绿化、投资)"(DPSIRM)评价模型,并从社会经济、水资源、水质状态、投资管理等方面选取指标,建立具有3层结构的评价指标体系.引入变异系数法进行各指标权重赋值,计算太湖流域2005~2014年的水环境承载力评价指数,获得相应评价等级.结果表明:太湖流域水环境承载力有明显好转,评价等级从2005年的Ⅲ级转变为2014年的Ⅱ级.压力指标所起作用最为显著,状态指标紧随其后,其次是驱动力指标、影响指标和响应指标,管理指标作用相对较小.10年间,驱动力子系统指数明显呈上升趋势,影响和管理子系统的指数出现波动,压力、状态和响应子系统的指数均随年份增长而呈上升趋势,压力子系统指数上升幅度最大,表明2005~2014年太湖流域水环境对工农经济发展的承载能力在增强.对水环境承载力影响程度最大的指标中,万元GDP水耗和单位工业产值废水排放量都属于压力子系统指标,表明压力子系统指标所起作用最为显著.研究表明,构建的太湖流域水环境承载力评价的DPSIRM模型具有实用性和可行性,可以为区域水环境规划与综合管理的科学决策提供依据.     

山地流域资源环境承载力与区域协调发展分析:以贵州乌江流域为例

贵州乌江流域是典型的山地流域,对流域内资源环境承载力及其动态演变关系进行探究,对于今后推动山地流域可持续发展具有重要意义。文章截取2004-2016年贵州乌江流域43个区域资源环境承载力相关数据,运用熵值法、综合指数模型、空间自相关分析和协调发展度模型对流域资源环境承载力进行时空2个维度的探究,研究结果表明:(1)在时间序列上,贵州乌江流域资源环境承载力水平处于波动上升阶段;在空间上,流域资源环境承载力水平存在明显的空间分布差异,东北部资源环境承载力水平普遍较高,中部和西南部资源环境承载力水平普遍较低,东北部区域和中部区域资源环境承载力水平上升趋势明显。(2)在全域空间上,贵州乌江流域资源环境承载力水平空间分布存在自相关性且空间自相关性不断增强,空间独立性不断减弱;在局部空间上,各区域资源环境承载力水平高低集聚明显。(3)贵州乌江流域资源环境承载力协调发展度处于波动上升阶段,协调发展度由中度协调发展水平上升到较高度协调发展水平,流域资源环境承载力协调发展水平不断提高。     

岷沱江流域社会经济的水环境效应评估研究

引入"驱动力-压力-状态-影响-响应-管理"(DPSIRM)模型模拟经济社会与水环境之间的相互响应关系,构建流域社会经济的水环境效应评估的指标体系,以揭示出流域经济发展中人、水环境相互作用的链式关系.采用熵变加权法对指标体系的各指标进行赋权,得到水环境效应综合评估指数公式.以长江上游岷沱江流域为研究区域,对岷沱江流域2000—2014年水环境效应进行评估研究,通过综合及子系统评估结果分析,探析影响流域水环境可持续发展的关键因素.评估结果表明:岷沱江流域2000—2006年岷沱江流域的水环境效应处于Ⅲ级(基本安全),从2007年开始,岷沱江流域的水环境效应处于Ⅱ级(安全).岷沱江流域水环境效应评估指数在2000—2011年间呈现逐步上升的趋势,但2003—2006年略有下降,2011年达到最大,2012—2014年又逐步下降.各子系统评估指数差异性较大,有着不同的发展趋势,管理子系统各指标对综合水环境效应影响最大,其次为影响子系统指标、响应子系统指标.论文构建的流域水环境效应评估的DPSIRM及熵权模型具有实用性和可行性,为区域水环境规划与综合管理科学决策提供依据.     

信阳市水环境承载力评价及优化对策建议

选取社会经济、水资源、水环境、水生态4个子系统的18个指标,构建了信阳市水环境承载力评价指标体系。通过确定指标的标准值及权重,采用模糊综合评价法,建立了信阳市水环境承载力综合评价体系,并对信阳市水环境承载力进行了评价。结果表明:2017年信阳市水环境承载力处于轻度与濒临超载临界状态,接近危机状态,但总体上呈现上升趋势;根据水环境承载力预测因素,基于综合评价指标,预测2020年信阳市各县(区)水环境承载力处于濒临超载状态,至2030年仍处于濒临超载状态,但水环境综合评价值有较大幅度提高;结合水环境承载力评价结果,针对性地提出了信阳市水环境承载力优化对策和建议。     

基于DCSM模型的成都市河流水环境承载力综合评价

根据水污染流动"源头-转化-汇入"过程,综合衡量工业、农业、生活源污染排放对成都市主要河流的环境影响,提出"驱动力D （人口、社会经济发展）-承载源C （工业、农业、生活源污染排放）-承载状态S （污染程度）-管理M （治理污染投资）"4个子系统的DCSM模型,构建包含3层结构26个指标的成都市河流水环境承载力综合评价指标体系.采用投影寻踪模型得到各指标的影响程度,进一步建立区域水环境承载力各评价指标权重,根据最佳投影方向确定成都市主要河流2014—2018年的水环境承载力综合评价特征值,并得到相应评价等级.研究结果表明：影响程度最大的3项指标依次为：工业源COD排放强度、国考断面地表水TP平均浓度、环保投资占GDP的比重;通过对各个指标的权重分析,表明承载状态子系统和承载源子系统对综合评价结果所起作用最为显著,其次是管理子系统,驱动力子系统作用最小;通过评价等级分析,结果表明：2014—2018年成都市河流水环境承载力综合评价指数逐渐增加,评价等级从Ⅲ级（一般,2014—2016年）转变为Ⅱ级（较强,2017—2018年）,说明5年来成都市河流水环境承载力逐步增加.研究表明了基于DCSM模型的成都市河流水环境承载力综合评价结果具有实用性和可行性,可以为城市河流水环境承载力综合评价提供新的研究思路,为水环境规划与管理的科学决策提供依据.     

北运河北京段水生态承载力研究及关键控制要素识别

北运河水系一直存在水资源缺乏、水环境污染、水生态功能不足等问题,未来北京市副中心高标准建设的加速还会增加流域的生态环境负担.因此需明确北运河北京段水生态承载力的时空变化特征,识别其关键控制要素,提升水生态承载力以满足区域发展需求.本文从水资源、水环境、水生态3个方面构建区域水生态承载力评价指标体系,收集1995-2018年北运河北京段的评价指标数据,运用熵权法确定指标权重,分析北运河北京段的水生态承载力状况及关键控制要素.结果表明:1995-2015年,北运河北京段整体处于超载或临界超载状态,2018年水生态承载力有所提升,达到安全承载状态;各子流域间水生态承载力差异显著,其中,位于北运河上游的沙河子流域在1995-2000年处于安全承载状态,在2005-2018年处于临界超载状态,水生态承载状态相对较好,但仍有改善的空间;1995-2018年,清河、温榆河和凉水河等子流域水生态承载状态处于超载状态,水生态承载状态相对较差,需加大水生态承载力提升力度;影响区域水生态承载力的关键要素为河岸带林草覆盖率,其次水环境质量也对水生态承载力具有重要影响.研究显示,北运河北京段水生态承载力的提升需在改善区域生态环境状况的同时加强对水资源的综合利用.      

湖泊水环境承载力模型研究

根据湖泊水环境承载力的概念定义和特性分析,以短板理论作为支撑,根据湖泊富营养化评价标准及富营养化程度构建了湖泊水环境承载力分级标准,在湖泊富营养化评价指标叶绿素α(Chla)、总磷(TP)、总氮(TN)、高猛酸盐指数(CODMn)、透明度(SD)中找出湖泊水环境承载力的制约指标作为短板,计算制约指标的压力承载度,分析湖泊水环境承载力状态的概率水平.模型应用在国内24个主要湖泊,得出大部分湖泊的水环境承载力处于危机状态的结论.该模型对于湖泊水环境承载力的研究具有一定的应用和参考价值.     

基于贝叶斯网络的流域水环境承载力超载风险评价——以北运河流域为例

现有流域水环境承载力评估研究大多从确定性角度进行评价,从流域水环境承载力超载风险角度评价的较少.为弥补以上不足,本文从不确定性分析角度,耦合水环境和水资源两个水环境承载力分量超载风险及其对应的概率,构建了基于贝叶斯网络的流域水环境承载力超载风险评价模型,并依据超载风险的概率分布确定流域各控制单元的超载风险指数.最后以北运河流域为例,对其水环境承载力超载风险进行了评价,并依据评价结果进行超载风险分区.结果表明：中度超载风险区包含清河闸、榆林庄、大红门闸上、东堤头闸上4个控制单元,重度超载风险区包含南沙河入昌平、前侯尚村桥2个控制单元;基于“卸荷”和“强载”的双向调控理念,在产业结构、技术手段和环保意识等方面从全过程控制角度提出降低流域水环境承载力超载风险的调控措施.     

小流域水环境承载力评估预警分析

水环境承载力是衡量流域可持续发展的重要指标之一.文章以亮子河流域水环境现状为基础,建立了基于水资源-水环境-水生态的复合评价体系,并应用于小尺度优控单元的水环境承载力的评估、预警工作.结果表明,亮子河流域在2012年为临界超载-黄色警情,2013年水环境承载力转好,变为蓝色警情,2014～2018年均为超载-橙色重警,...     

基于熵权TOPSIS模型的区域资源环境承载力评价实证研究

为深度了解区域资源环境承载力水平,准确把握承载力变化趋势,从经济子系统、资源子系统和环境子系统3个子系统中选取18个指标构建区域资源环境承载力评价体系,运用熵权TOPSIS模型对安徽省2000—2013年的承载力和3个子系统内部承载力水平进行评价,并采用灰色关联系数选择和识别影响承载力的关键因素.结果表明:2000—2005年安徽省资源环境承载力水平略微下降,但"十一五"以来,安徽省承载力水平稳步提升.经济子系统发展力水平呈稳步上升趋势,2013年达到0.99524,几乎达到最优承载力水平;资源承载子系统承载力水平波动起伏,但总体变化幅度小,基本呈"V"型曲线;环境承载子系统(除2009年外)承载力水平呈逐年上升趋势,在2013年达到最大值0.98106;其中,经济子系统发展力和环境承载子系统承载力变化趋势与整个资源环境承载力变化趋势基本一致.采用灰色关联系数计算发现,工业固体废物综合利用率等4个指标是影响安徽省资源环境承载力的关键因素.     

滇池流域水环境承载力及其动态变化特征研究

为了定量分析人口增长、经济发展、资源短缺和环境污染等因素对流域水环境的综合影响,建立了湖泊水环境承载力多目标优化模型.同时,选取人口、灌溉面积、国民生产总值(GDP)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)作为水资源和水质量承载力指标,运用层次分析法(AHP)确定各指标对湖区水环境承载力的权重,并运用指标体系评价法分别计算了2003—2010年滇池流域水环境承载力.结果表明,流域内人口承载度超标,经济承载压力显著增长,富营养化指标——TP、TN呈高负荷波动状态.滇池流域水环境承载力为负承载,水质量承载力影响程度更大.研究结果可为滇池流域的社会经济发展规划、生态环境保护和水资源可持续利用提供科学依据.     

基于AHP和向量模法的宜昌市水环境承载力研究

基于宜昌市水环境现状,从水资源、水生态、社会经济3个方面考察水环境承载力,构建了宜昌市水环境承载力指标体系,选取对数函数作为单项指标的承载度模型,采用层次分析法计算各个指标的权重,基于统计年鉴资料和当地的发展规划,运用向量模法对2005-2020年的宜昌市水环境承载力进行评价和分析。结果表明,近几年宜昌市水环境整体上处于中等偏上水平,承载力值维持在0.55左右,并且该状态将一直维持到2015年,但伴随着宜昌市社会经济的发展,人口规模的扩张,水资源因子将会是宜昌市水环境承载力的限制因素,可以预知,如果宜昌市保持现有经济结构和发展速度,2020年宜昌市水环境承载力值将有所下降,届时水环境问题势必影响到宜昌市生态环境、社会经济和人民生活。     

云南省水环境承载力动态变化研究

基于水环境承载力的概念与内涵,以云南省为研究对象,从水资源量、水环境容量及社会经济发展状况等角度,建立云南省水环境承载力评价指标体系。应用指标体系评价模型分析了2006-2014年云南省水环境承载力的变化趋势。结果表明,2006-2014年云南省水环境承载力评价值变化范围为0.23~0.46,其中2013年为最小值,为0.23;2010年为最大值,达0.46,2006-2014年水环境承载力均低于0.5,水环境承载力总体处于脆弱状态。     

云南省水环境可持续性时空分布研究

水环境可持续性体现社会发展与水环境的协调现状及趋势,关系到区域水环境安全。基于可持续性概念,综合考虑社会、经济和环境等各方面影响因素,构建云南省水环境可持续性多指标评价体系。通过GIS的空间分析技术评价2008-2012年云南省水环境可持续性时空分布情况,结果显示:2008-2012年期间,云南省水环境可持续性逐年下降,5年平均指数为0.616;全省水环境可持续性空间分布不均,迪庆地区可持续性指数为全省最高,昆明市为全省最低;全省水环境可持续性呈东低西高趋势,沿主要河流干流自上而下递减。     

面向控制单元的北运河水环境承载力预警研究

北运河流域水环境承载力严重超载，危及流域可持续健康发展.为了响应“水十条”关于建立水环境承载力监测预警的需求，基于径流模拟模型与河流一维水质模型的水资源量和水环境容量核算，构建了基于人工神经网络法的北运河流域水环境承载力预警模型，并面向水污染控制单元，开展北运河流域水环境承载力预警研究.结果表明：多变量的神经网络预警模型相较于单变量模型拟合程度更高；2018年北运河1/2以上控制单元的水环境承载力呈超载状态，其中心城区及下游地区的超载情况较为严重.最后，针对超载严重的地区，基于双向调控提出排警对策，为北运河流域水系统规划提供科学依据.     

能源富集区可持续发展水平分析:以山西省为例

该文基于能值-生态足迹模型,计算了山西省2000-2016年人均能值生态承载力与人均能值生态足迹,选择生态赤字/盈余、生态压力指数、生态协调系数和万元GDP生态足迹等指标,定量评估了该区域的可持续发展水平。2000-2016年山西省人均能值生态承载力总体呈现下降趋势;人均能值生态足迹逐年升高;研究期间,山西省一直处于生态赤字状态,生态足迹压力指数逐年升高,生态协调系数逐渐趋近于1,万元GDP生态足迹数值在逐年降低。2000-2016年山西省一直处于经济社会与生态环境不可持续发展状态,山西省因经济社会发展对资源环境造成的压力越来越大,经济发展需求与资源环境的协调性越来越差,但资源利用率却在逐年提高,能源富集区山西省的生态环境可持续发展问题仍然相当严峻。