基于产业结构的区域水环境承载力优化方法与例证

以人口数量和地区生产总值最大化为优化目标,以水资源可利用量、水环境容量和经济社会发展为约束,构建了包括产业结构、种植业结构和养殖业结构等要素的区域水环境承载力优化模型,为以种植业与养殖业为主要污染源地区的水环境承载力调控提供方法,丰富水环境承载力调控的方法体系.以承德市为例进行实证研究,结果表明,(1)在经济发展调控与污染控制不同情景方案下,研究区可承载的人口与产业规模可分别提升2.6%～29.5%和18.5%～31.8%,表明产业优化和污染控制水平对区域水环境承载力具有重要影响,研究区尚有人口和经济增长空间;(2)控制经济社会发展速度,特别是优化农业种植结构、减少畜禽养殖规模是提高研究区水环境承载力的关键,农业种植结构和养殖结构是区域水环境承载力的敏感指标;(3)在水环境承载力约束下,污染控制指标如城镇生活污水处理率等存在下限阈值,表明研究区污染控制水平对水环境承载力具有短板效应.     

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。     

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.     

深圳水环境容量及其承载力评价

选取水资源、水环境和社会经济三大系统的19个指标,构建了区域水环境承载力评价指标体系,采用河道一维模型和多极关联评价模型分别对深圳水环境容量及其承载力进行评价. 结果表明:深圳水环境容量COD_Cr为195 405.3 t/a,NH₃-N为6 570.4 t/a;2008年NH₃-N排放量超过环境容量的57.2%. 尽管COD_Cr排放量低于环境容量上限水平,但由于近岸海域水环境容量大,而实际入河排放量远超河流水环境容量,河流污染较为严重,水环境问题突出. 2008年深圳水环境可持续承载度为0.4,水环境承载力处于预警状态,接近危机状态,总体上处于不可持续发展的轨迹上. 结合深圳水环境承载力实际提出的三大对策建议为调整产业结构、加大污染治理力度以及从境外引水.      

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.     

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.     

基于系统仿真模拟的三峡库区生态承载力分区动态评价

针对现有生态承载力评价研究中时间动态性、空间差异性考虑不足等问题,引入系统动力学(SD)模型,围绕生态承载力关键指标实施三峡库区分单元的系统仿真模拟和预测,整合生态承载力综合评价方法,对不同控制单元承载力状况进行动态评价. 结果表明:①2010年三峡库区生态承载力指数为0.55,为弱可承载状态. 生态承载力限制因素分析显示,长江嘉陵江重庆市辖区控制单元、长江涪陵区万州区控制单元主要受制于资源、环境要素,其他3个控制单元(澎溪河开县控制单元、长江云阳县巫山县控制单元、长江恩施州宜昌市控制单元)主要受制于社会、经济要素. ②现有发展趋势下,2010—2025年三峡库区生态承载力指数为0.48~0.57,呈先增后减的趋势,拐点出现在2015年附近,整体亦处于弱可承载状态. 2015年后,以资源、环境为主要限制因素的2个控制单元生态承载力指数开始逐年下降;以社会、经济为主要限制因素的其他3个控制单元生态承载力指数则呈延续上升态势. ③综合调控方案下,三峡库区生态承载力指数在2015年达到0.60,由弱可承载提升为基本可承载;至2018年,所有控制单元均达到基本可承载,生态承载力指数为0.60~0.76. 可见,综合调控方案对各控制单元人口、经济、环境、资源因素的调控行之有效.      

辽宁省辽河流域水环境承载力的多目标规划研究

为估算辽宁省辽河流域的水环境承载力,建立了水环境承载力多目标规划模型.运用情景分析法,分析了用水结构和排污结构对水环境承载力的影响,探寻了水环境承载力的优化途径,并估算其优化值.结果表明,研究区域水环境承载力各指标存在波动性,整体呈上升趋势,但水环境系统始终处于超载状态.情景分析表明,用水结构约束的增加,会减少水环境系统可承载的粮食产量,但有助于GDP 和人口总量的提高; 排污结构约束的增加则会抑制人口总量和GDP 的增长.通过排污结构和用水结构的优化,水环境承载力各指标均有增加,水环境系统逐渐实现对粮食产量和GDP 的可承载,但对人口总量的承载却始终处于超载状态.     

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.     

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.      

特大型城市资源环境承载力监测预警指标体系的构建——以成都市为例

本研究以成都市为例,讨论如何构建特大城市资源环境承载力监测预警指标体系。在分析当地的资源环境现状的基础上选取水资源承载力、水环境承载力、大气环境承载力、土地承载力和生态承载力5个一级评价指标和若干个二级指标,由专家评分法确定权重,采用综合评价的方法对资源环境承载力进行测算,并将承载状态分为不超载、临界超载和超载三种,以此来对城市资源环境承载情况就行评判和预警。成都市资源环境承载力的测算结果显示,2014至2016年,成都市资源环境承载率分别为0.33、0.32和0.38,均属于临界超载的状态,但从趋势来看,临界超载状态在缓解,研究指出这与成都市近年来加大资源环境保护力度有关。     

水环境承载力中长期预警研究-以昆明市为例

基于系统动力学动态模拟仿真方法,构建水环境承载力预警方法体系,并以昆明市为研究对象,对其水环境承载力超载状态进行预警.研究结果显示：在目前发展情景（BAU）下,2015~2025年10a间,昆明市水环境承载力超载状态综合指数从1.78逐渐增大到2.22,水环境超载状态不断恶化;昆明市系统耦合协调度一直处于0.5~0.8之间,且社会总功效大于水环境总功效,社会经济子系统与水环境子系统互相拮抗;警度自中警转为巨警,信号灯由橙灯转化为红灯,昆明市未来面临着严峻的水环境承载力超载问题.     

基于BP神经网络的水环境承载力预警研究——以北运河为例

为了预测水环境承载力未来可能出现的超载状态并提出警告,达到水环境风险管控的目的,本文构建了基于BP神经网络的水环境承载力预警方法体系,并在北运河流域开展了实证研究.所构建预警模型包括COD、氨氮、总磷承载力预警子模型和水资源承载力预警子模型,且模型拟合效果较好（平均绝对百分比误差在20%左右）.研究结果表明：朝阳区、海淀区等8个行政区落在了红灯重警区域,水环境承载力超载状况最为严重;位于北运河中下游的石景山区、广阳区、北辰区和香河县处于橙灯中警区域;昌平区、顺义区等5个行政区处于黄色轻警区域;怀柔区和延庆区处于绿色无警区域,状况较好.最后,为了排除警情,基于双向调控的原则,本文从水环境全过程控制角度,分别对各区域提出了调控区域人口规模及经济发展方式、治理面源污染等具体排警措施.     

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.     

水环境非点源污染的治理与控制对策

随着我国水环境点源污染的治理得到一定控制,非点源污染已经发展成为我国水环境污染的主要来源,成为困扰我国环境保护与治理的重大难题。本文在分析我国水环境非点源污染的现状的前提下,提出合理的治理与控制非点源污染的对策,以改善我国的水资源环境。     

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.     

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.     

基于不同赋权方法的北运河上游潜在非点源污染风险时空变化特征分析

非点源污染已成为影响水生态环境和人类健康的重要因素之一,而解析非点源污染风险时空变化特征是非点源污染治理的重要前提.基于1980~2020年土地利用数据,采用潜在非点源污染指数（potential non-point pollution index,PNPI）模型探究基于不同赋权方法的北运河上游潜在非点源污染风险时空变化特征.结果表明：①流域潜在非点源污染风险呈东南部高西北部低的空间特征.研究时序内流域潜在非点源污染极高和高风险区面积呈减少趋势,极高和高风险区主要土地利用类型由旱地、水田和果园逐渐变为城镇用地和农村居民地.②均方差决策法、熵值法、变异系数法和专家打分法均得出土地利用指标权重最大,平均权重分别为0.46、0.53、0.45和0.48,而不同赋权方法确定的径流指标和距离指标权重差异较大,得出的各非点源污染风险等级区的面积占比差异也较大.③指数函数法通过构建土地利用指标、径流指标和距离指标的指数函数描述源因子与运输因子之间的关系,输出结果更符合流域非点源污染风险空间分布特征,极低和极高风险区面积占比分别为54.22%和6.23%.以上结果可为流域非点源污染风险分析及治理提供科学参考.     

青岛市崂山区环境承载力饱和度的估算

区域水环境承载力饱和度是指某一区域、某一时期区域水环境承载力指标体系中各项指标所代表的在该状态下的取值与理想状态下取上限值的比值。通常区域水环境承载力指标体系中包括污染承受类指标和自然资源类等几大类指标，但本次只引入环境污染类指标。鉴于崂山区水环境(包括陆域和海域)均为有机污染型。且COD为主要污染因子，     

基于水环境非点源污染的治理与控制对策研究

在经济全球化发展趋势不断加剧的情况下,非点源污染带来的影响正在不断扩大中,给水污染治理带来了极大挑战。根据相关分析和研究可知,水环境非点源污染会造成水源的大量污染,从而威胁人们的生活健康和身体健康。本文就水环境非点源污染的治理与控制对策进行全面分析,以有效降低水环境非点源污染给农业带来的不良影响。