基于系统动力学和向量模法的亮子河流域水环境承载力评价

文章以亮子河流域水环境现状为基础,建立了基于系统动力学模型和向量模法的水环境承载力评价体系,从水资源、社会经济和水环境3个方面对水环境承载力的变化情况进行评估,并提出超载流域水环境承载能力的调控对策。结果表明,亮子河流域在2013年承载力情况最好,2015年承载力最差,2014～2018年属于轻度超载。以2018年为调整起点,4种调整方案均可以实现水环境承载力的提升。通过总结提升方案可知,提升对策应该以水资源量提高为主,社会经济指标提高为辅,兼顾提升水环境质量,可以有效的提高亮子河流域的水环境承载力整体水平。     

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.     

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。     

海河流域平原型河流栖息地评价

栖息地作为河流水生态系统的重要组成部分,可为生物组分提供生存及繁衍所需的物理、化学及生物条件。良好的栖息地组成及结构是构成河流水生态系统生态完整性和生态健康的必要条件,栖息地质量综合评估可识别河流外部胁迫因子、河流生态完整性水平及健康状况,为河流生态恢复提供科学依据。文章以海河流域典型水系——大清河水系、天津水系和滦河水系为例,对流域尺度下河流栖息地质量进行了评价。结果表明,大清河水系、天津水系和滦河水系河流栖息地质量指数优化值分别为4.934、2.648、7.591,大清河水系河流栖息地质量一般、天津水系河流栖息地质量较差,滦河水系河流栖息地质量较好。     

安徽省淮河流域水环境承载力动态评价研究

该文以安徽省淮河流域为研究对象,从社会、经济、资源、环境等方面,构建了该流域的水环境承载力指标体系及其评价模型。考虑到各评价指标之间的非线性关系,该文引入BP神经网络模型,建立了安徽省淮河流域的水环境承载力评价模型,计算环境承载能力指数。在此基础上对流域各年份的水环境承载力指标进行主成分分析,定性地描述各年份承载力的差异度,并与神经网络得到的结果相互比较验证。结果表明:影响安徽省淮河流域水环境承载力的主要指标因子优先顺序是城镇居民恩格尔系数、水资源利用率、污水厂污水集中处理率、城镇化率、人均GDP;在2001-2007年期间,水环境承载力处于一级水平;在2008-2010年期间,水环境承载力处于二级水平;在2011-2013年期间,水环境承载力处于三级水平。水环境承载力指数可用于验证过去所制定的发展和战略规划是否合理,还可对流域的未来发展方向以及发展规模提供科学的建议。     

基于地理信息系统的清河流域污染源排放特征及水环境监控能力分析

针对清河流域水环境管理的需求,通过野外调查和环境统计获取相关数据,应用GIS和GPS技术,建立流域污染源地理信息系统数据库,在此基础上,对清河流域污染源排放特征及流域水环境监控能力现状进行了研究。结果表明：在清河流域,废水污染源主要集中在支流小清河和寇河流域,典型行业包括牲畜屠宰、食品加工、缫丝加工等;污染源在线监控和河流水质断面监测能力均无法满足流域水环境管理的需要,在清河流域的水环境管理中,应将小清河流域和寇河流域作为重点水质控制单元进行管理,在小清河和寇河入清河干流处增设水质监测断面。     

基于系统动力学模型的清河流域产业结构优化研究

基于清河流域近年的"经济-社会"现状特点与发展趋势,以2010年为水平基准年,建立清河流域产业结构优化SD模型,将整个系统分为人口及生活子系统、经济子系统、用水子系统和污染物子系统。设置四种情景方案进行模拟,模拟时间为2010年到2020年,通过各个方案结果对比分析选出方案四为最优方案。并根据最优方案提出清河流域产业结构优化的建议,从而为清河流域经济的健康可持续发展提供科学的决策依据。     

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.      

白洋淀流域水环境承载力多属性决策方法优选和方案评价研究

为有效解决白洋淀流域水环境承载力多属性复杂决策问题,提出了基于人口-经济-水生态-水资源-水污染五维复杂性质决策指标评估体系(包括28项指标),并将基于新的优势关系的理想点法(TOPSIS)、多准则妥协解排序法(VIKOR)和改进密切值法应用于白洋淀流域水环境承载力多属性决策方法和方案优选中。结果表明：1)变异系数属性赋权方法实现了白洋淀流域水环境承载力多层面和复杂因素影响作用的定量化,并且表明影响该流域水环境承载力的主要因素为地下水资源量、造纸和纸制品业比例、纺织业比例、调水入淀量等;2)3种多属性决策方法中,改进密切值法计算更简便、理论更简单,为优选决策方法,它能在处理水环境承载力管理决策问题涉及的经济、社会、环境、技术标准等多层面复杂性质的同时,更好地实现水环境承载力多属性决策方案评价和优选;3)3种方法得到的多属性决策方案优选排序结果一致性达到83.3%,均表明理想型方案(F₁₂)为最优,次优方案为可持续发展型(F₁₁),最劣方案为经济低速发展型(F₂)。结合白洋淀流域实际,可采取2030年适当降低第一、二产业规...     

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,...     

基于系统仿真的提升赣江流域水生态承载力的方案设计

保护和改善流域水生态环境已成为环保工作的重要内容和科学研究的重要课题.基于承载力理论和复合生态系统理论,构建了赣江流域水生态承载力系统的概念模型、主导结构模型和系统动力学模型.以2000—2030年为系统仿真区间,仿真结果表明,到2016年赣江流域水生态承载力达到上限,此时可承载人口规模为2566万人,可承载经济规模为11034亿元.赣江流域水生态承载力现状不容乐观,需采取一定的措施.以"节流"、"控污"、"治污"为问题导向,基于"供给管理需求管理"、"末端治理根源治理"、"观念调节行为调节"等公共政策设计的不同视角,初步提出了提升水生态承载力的27个政策干预点,通过政策干预点对系统作用的灵敏性检验,基于识别出的16个灵敏政策干预点,设计了提升赣江流域水生态承载力的综合发展方案.仿真结果表明,到2029年(推后13年)赣江流域水生态承载力达到上限,此时可承载人口规模为2702万人(提升了5.3001%),可承载经济规模为28547亿元(提升了158.7185%).降低人口增长和经济发展速度,提高技术进步和优化产业结构是提升赣江流域水生态承载力的重要途径.     

基于三角模糊技术的河流水环境容量研究

基于河流水环境系统的随机性、模糊性特征,以及资料信息的不足和不精确性,将水环境系统参数定义为三角模糊数。在此基础上,通过将常规的确定性模型参量模糊化,建立了河流水环境容量计算模糊模型。根据该模型,可以计算得到三角模糊数形式的河流水环境容量;再由给定的可信度水平要求,可以进一步将水环境容量由三角模糊数转化为区间值。实例研究表明,相对于常规的确定性方法,所得结果更为科学、合理,而且计算简单、操作方便,具有实用价值。     

辽河流域水污染治理历程与“十四五”控制策略

为明晰辽河流域水污染治理“十四五”需求,进一步科学合理地推进辽河流域治理与保护进程,通过调研历史监测数据、统计年鉴等资料,回顾辽河流域水环境演化和治理历程.将辽河流域的治理分为3个阶段:第1阶段（1991—1999年）,该阶段流域水环境呈重度污染并持续恶化,环境治理逐渐起步;第2阶段（2000—2006年）,该阶段辽河流域水质恶化趋势基本得到遏制,控源治污初显成效;第3阶段（2007—2019年）,该阶段辽河流域水质优良比例整体持续提升,国家水体污染控制与治理科技重大专项有力支撑流域综合调控.辽河流域水污染治理颇显成效,但仍存在以下主要问题:①辽河流域水污染治理经历了从单一的控源治污向河流综合治理转变,污染程度由重度转为轻度,但流域水污染控制依然不容乐观;②辽河流域属寒冷地区缺水型河流,生态流量不足;③水质改善及水生态恢复成果不稳定;④流域管理机制体制有待完善.“十四五”应针对性增设分水期考核方式和水生态考核指标,完善水环境标准;坚持水资源、水环境、水生态“三水”统筹科学施治,构建减排和增容相结合的水污染控制模式,推动水量、水质、水功能良性循环发展;建立流域统筹管理、垂直领导的管理体制,制定辽河流域河流空间管控的长效机制,促进环保技术产业化,发展流域循环经济,缓解经济社会发展与水环境保护矛盾,最终实现流域经济社会可持续健康发展.      

区域水生态承载力多目标优化方法与例证

水生态承载力是指维系水生态系统健康状态下的人类活动阈值,揭示的是某一区域人类活动与水生态系统之间的耦合规律,可为水生态环境保护与经济社会的协调发展提供依据. 基于水生态承载力的概念,构建了区域水生态承载力指标体系,建立了区域水生态承载力多目标优化模型,采用模糊方法进行求解,并采用遗传投影寻踪方法对方案进行优选. 以浙江省湖州市为例进行实证分析,以污染物环境容量利用率作为情景方案设定的依据,分别设定了双指标(COD_Cr、NH₃-N)、三指标(COD_Cr、NH₃-N、TN)、四指标(COD_Cr、NH₃-N、TN、TP)3种控制方案. 结果表明,3种控制方案的优化结果均具有一定的可行性和合理性,并推荐四指标控制方案为优选方案. 四指标控制方案优化结果表明:2020年状态指标水环境容量利用率、生态用水比例分别为99.3%、59.1%;调控指标GDP增长速度、人口增长速度、城镇化率分别控制在7.4%、0.5%、70.3%以下,污水治理资金占GDP的比例为0.9%,第三产业比例为52.1%,化肥施用强度为251.0 kg/hm2;在此基础上,湖州市2020年可承载目标人口总量为350.0×104人,GDP为2 965.4×108元.      

合肥市水环境承载力评估

从经济、人口、资源和技术管理等角度分析了影响水环境承载力的因素,结合研究区的特点确定了评价的指标体系.采用向量模法对合肥市2000年-2007年的水环境承载力进行评估.结果表明:合肥市的水环境承载力水平较低,但总体呈逐年上升趋势,评价值由2000年的0.027增加到2007年的0.077.在主要的水资源支持因素中,经济发展和技术管理因素对水环境的贡献增长速度最快,而自然资源因素则是主要的不稳定因素.为了协调经济发展和环境保护,提高水环境承载力,开源节流,提高水资源量是维持水环境承载力的重要途径之一.     

流域水环境承载力聚类分区方法研究——以湟水流域小峡桥断面上游为例

流域内社会经济发展水平与水资源环境条件存在空间差异,导致水环境承载力具有空间差异特征.因此,有必要在流域水环境承载力分区基础上,实施差异化监管.以湟水河流域小峡桥监测断面上游为例,基于国家控制单元划分16个子单元,从水环境承载力大小、水环境承载状态、水系统脆弱程度及水环境承载力开发利用潜力4个角度,构建水环境承载力聚类分区指标体系,并对其进行量化.在此基础上,利用k-均值聚类法对控制子单元进行合并分区.通过轮廓系数验证,将研究区划分为4类最合理,即重点保护水环境敏感区、限制开发水资源约束区、控制开发水环境超载区和优化开发高开发潜力区.针对不同分区特点,提出具有针对性的水环境承载力双向调控措施,为流域水系统精细化管理及可持续发展提供科学依据.     

松花江(黑龙江省段)流域水环境承载力指标体系构建研究

针对流域水环境承载力指标体系亟待解决的问题,介绍了流域水环境承载力指标体系构建进展与存在的问题,提出了流域水环境承载力指标体系构建的改进措施,对松花江流域水环境承载力指标体系构建,提出了改进指标体系的构建原则、构建程序,分析影响因素,提出流域水环境承载力内涵,从水资源量、水资源消耗量、水资源质量影响三方面出发选取了指标,构建了松花江流域水环境承载力的三层递阶层次结构的指标体系,为评价与预测该流域水环境承载力奠定理论基础。     

新疆焉耆盆地农田土壤重金属环境容量分析

为进一步了解土壤环境容量状况,从焉耆盆地采集191个农田土壤样品,测定其中As、Ni、Cr、Cu、Pb、Cd和Zn 7种重金属元素的含量,基于GIS技术,采用综合容量指数法分析农田土壤重金属环境容量特征与空间分布规律。结果表明:1）焉耆盆地农田土壤中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb与Zn含量平均值均未超出GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》中的土壤风险筛选值;2）农田土壤各重金属元素单项环境容量指数平均值由大到小依次为:As、Cr、Ni、Cu、Pb、Cd、Zn。As的环境容量指数处于高容量状态,Ni、Cr、Cu、Pb、Cd、Zn等元素环境容量指数均处于中容量状态;3）研究区7种重金属元素环境容量空间分布情况不同,研究区各容量区土壤面积顺序为:中容量区 > 高容量区 > 低容量区 > 超载区 > 警戒区。该结果可为研究区农田土壤环境保护和管理提供依据。     

开都－孔雀河流域纳污能力分析及水资源保护措施研究

随着流域工农业和社会不断发展,大量工农业废水和生活污水排入河道,使得水环境污染状况越来越严重,文中针对开都－孔雀河流域现状,采用河流一维模型和湖库非均匀混合模型,分析计算了开都－孔雀河流域各主要河流水功能区纳污能力,制定了污染物总量控制指标,并针对流域环境及污染特点,从工程措施、监督和管理措施两方面,提出了切实可行的水资源保护措施。