CN111428985B - 区域水生态承载力的评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种区域水生态承载力的评估方法，其包括：构建评估区域内水生态承载力的评估指标系统；所述评估指标系统包括水资源板块、水环境板块和水生态板块，每个板块包括一个或多个评估指标；获取评估区域内的各项评估指标的实际数值或在未来一定时间的预测值；将每项评估指标的实际数值或预测值对照设定的赋分表标准，获得每项评估指标的得分值；将各项评估指标的得分值进行加权计算，获得水资源板块、水环境板块和水生态板块的得分值，并依据其各自得分值，确定评估区域内水生态承载状态。根据上述区域水生态承载力的评估方法，可以确定评估区域内当前或未来一定时间内的水生态承载状态，确定关键影响指标，通过预测和分析进行动态调控。

Description

区域水生态承载力的评估方法
技术领域
本发明涉及水环境评估领域，尤其是涉及一种区域水生态承载力的评估方法。
背景技术
水是人类生存和生活所依赖的重要元素，不同区域内的水生态是不同的，但每个区域的水生态所能承载的人类活动总量是一定的。一个区域内的人类的各种活动一旦超过了该区域水生态的承载力上限，则会对该区域的水生态环境造成严重的负面影响，也将会严重制约生活在该区域的人类的各项活动。因此，有必要对区域的水生态承载力进行检测和评估。
现有技术中，对水生态承载力的评估方法很多，但良莠不齐，不同评估方法的结果存在较大的差异，且与实际情景之间存在较大的不符，不能很好的对区域水生态的治理和区域内人类活动的管理进行有效的指导。
综上所述，目前亟须建立一套新的、评估结果更准确的对区域水生态承载力进行评估的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种区域水生态承载力的评估方法，以改善现有技术中存在的上述技术问题。
本发明提供的区域水生态承载力的评估方法，包括以下步骤：
构建评估区域内水生态承载力的评估指标系统；所述评估指标系统包括水资源板块、水环境板块和水生态板块，每个板块包括一个或多个评估指标；
获取评估区域内的各项评估指标的实际数值或在未来一定时间的预测值；
将每项评估指标的实际数值或预测值对照设定的赋分表标准，获得每项评估指标的得分值；
将各项评估指标的得分值进行加权计算，获得水资源板块、水环境板块和水生态板块的得分值，并依据其各自得分值，确定评估区域内水生态承载状态。
其中，所述水资源板块包括水资源禀赋指数和水资源利用指数；所述水资源禀赋指数包括人均水资源量；所述水资源利用指数包括单位GDP用水量、水资源开发利用率和用水总量控制红线达标率。
其中，在所述水资源板块中，水资源禀赋指数和水资源利用指数的权重均为0.5；在所述水资源禀赋指数中，人均水资源量的权重为1；在所述水资源利用指数中，单位GDP用水量的权重为0.3，水资源开发利用率的权重为0.2，用水总量控制红线达标率的权重为0.5。
其中，所述水环境板块包括水环境纳污指数和水环境净化指数；所述水环境纳污指数包括工业污染强度指数、农业污染强度指数和城镇污染强度指数；所述工业污染强度指数包括工业COD排放强度、工业氨氮排放强度、工业总氮排放强度和工业总磷排放强度；所述农业污染强度指数包括单位耕地面积化肥施用量、农业COD排放强度、农业氨氮排放强度、农业总氮排放强度和农业总磷排放强度；所述城镇污染强度指数包括城镇生活污水COD排放强度、城镇生活污水氨氮排放强度、城镇生活污水总氮排放强度和城镇生活污水总磷排放强度；所述水环境净化指数包括水环境质量指数。
其中，在所述水环境板块中，水环境污染指数的权重为0.4，水环境净化指数的权重为0.6；在所述水环境污染指数中，工业COD排放强度、工业氨氮排放强度、工业总氮排放强度和工业总磷排放强度的权重均为0.1，单位耕地面积化肥施用量、农业COD排放强度、农业氨氮排放强度、农业总氮排放强度和农业总磷排放强度均为0.06，城镇生活污水COD排放强度、城镇生活污水氨氮排放强度、城镇生活污水总氮排放强度和城镇生活污水总磷排放强度均为0.075；在所述水环境净化指数中，水环境质量指数的权重为1。
其中，所述水生态板块包括水生生境指数和水生生物指数；所述水生生境指数包括林草覆盖率、水域面积指数、河流连通性和生态基流保障率；所述水生生物指数包括河湖库综合指数、藻类完整性指数和大型底栖动物完整性指数。
其中，在所述水生态板块中，水生生境指数和水生生物指数的权重均为0.5；在所述水生生境指数中，林草覆盖率的权重为0.2，水域面积指数的权重为0.25，河流连通性的权重为0.25，生态基流保障率的权重为0.3；在所述水生生物指数中，河湖库综合指数的权重为0.4，藻类完整性指数为0.25，大型底栖动物完整性指数为0.35。
其中，每项评估指标的赋分值标准根据以下方式确定：
若评估指标为固定值型，则按照下述公式(a)计算获得该评估指标的得分值：
Figure BDA0002417250830000031
若评估指标的数值越大越好，则在Ii∈(Iil,Iih]时，按照下述公式(b)计算获得该评估指标的得分值：
Figure BDA0002417250830000041
而在Ii∈(Iil,+∞)时，按照下述公式(c)计算获得该评估指标的得分值：
Figure BDA0002417250830000042
且当Vi＞100时，取100作为Vi值；
若评估指标的数值越小越好，则在Ii∈(Iil,Iih]时，按照下述公式(d)计算获得该评估指标的得分值：
Figure BDA0002417250830000043
而在Ii∈(Iil,+∞)时，按照下述公式(e)计算获得该评估指标的得分值：
Figure BDA0002417250830000044
且当Vi＜0时，取0作为Vi值；
上述公式(a)～(e)中，Vi代表评估指标i的分值；Vil为评估指标i所在类别标准下限分值；Vih为评估指标i所在类别标准上限分值；Ii为评估指标i原始数据，Iil为原始数据Ii所在分级的下限；Iih为原始数据Ii所在分级的上限。
本发明提供的区域水生态承载力的评估方法，通过构建科学的、包含能够影响水生态承载力的各项指标的评估指标系统，获取各项评估指标的实际数值或在未来一定时间的预测值，并依据该实际数值或预测值，结合对照的赋分表标准，获得每项评估指标的得分值，继而通过加权计算获得水资源板块、水环境板块和水生态板块的得分值，依照该三个模块的得分值，可以准确地确定评估区域内当前的或者未来一定时间的水生态承载状态，并确定对当前或未来一定时间内影响水生态承载状态的具体评估指标，通过预测和分析指导实践进行动态调控。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的实施方式中，区域水生态承载力的评估方法包括构建评估区域内水生态承载力的评估指标系统的步骤。其中，所述评估指标系统包括水资源板块、水环境板块和水生态板块，每个板块包括一个或多个评估指标。
具体地，所述水资源板块包括水资源禀赋指数和水资源利用指数。所述水资源禀赋指数包括人均水资源量。所述水资源利用指数包括单位GDP用水量、水资源开发利用率和用水总量控制红线达标率。所述水环境板块包括水环境纳污指数和水环境净化指数。所述水环境纳污指数包括工业污染强度指数、农业污染强度指数和城镇污染强度指数；所述工业污染强度指数包括工业COD排放强度、工业氨氮排放强度、工业总氮排放强度和工业总磷排放强度；所述农业污染强度指数包括单位耕地面积化肥施用量、农业COD排放强度、农业氨氮排放强度、农业总氮排放强度和农业总磷排放强度；所述城镇污染强度指数包括城镇生活污水COD排放强度、城镇生活污水氨氮排放强度、城镇生活污水总氮排放强度和城镇生活污水总磷排放强度。所述水环境净化指数包括水环境质量指数。所述水生态板块包括水生生境指数和水生生物指数。所述水生生境指数包括林草覆盖率、水域面积指数、河流连通性和生态基流保障率。所述水生生物指数包括河湖库综合指数、藻类完整性指数和大型底栖动物完整性指数。
参照下述表1，在上述评估指标系统中，以水资源板块、水环境板块和水生态板块作为专项指标。以水资源禀赋指数、水资源利用指数、水环境纳污指数、水环境净化指数、水生生境指数和水生生物指数为分项指标。以人均水资源量、单位GDP用水量、水资源开发利用率、用水总量控制红线达标率、工业COD排放强度、工业氨氮排放强度、工业总氮排放强度、工业总磷排放强度、单位耕地面积化肥施用量、农业COD排放强度、农业氨氮排放强度、农业总氮排放强度、农业总磷排放强度、城镇生活污水COD排放强度、城镇生活污水氨氮排放强度、城镇生活污水总氮排放强度、城镇生活污水总磷排放强度、水环境质量指数、林草覆盖率、水域面积指数、河流连通性、生态基流保障率、河湖库综合指数、藻类完整性指数、大型底栖动物完整性指数为评估指标。可见，每个专项指标包含一个或多个分项指标，每个分项指标包含一个或多个评估指标。
表1评估指标系统
Figure BDA0002417250830000071
需要说明的是，对于不同的评估区域，用于对其水生态承载力的评估所需要的评估指标可能是不同的；例如，对于不包含城镇的评估区域，在构建针对该评估区域水生态承载力的评估指标系统时，可以不包含城镇生活污水COD排放强度、城镇生活污水氨氮排放强度、城镇生活污水总氮排放强度、城镇生活污水总磷排放强度等评估指标；对于不包含耕地的评估区域，在构建针对该评估区域水生态承载力的评估指标系统时，可以不包含单位耕地面积化肥施用量的评估指标。以及，在对部分评估区域进行水生态承载力的评估时，水资源板块、水环境板块和水生态板块还可能包含上述表1之外的其他的分项指标或评估指标，例如水环境中重金属含量等相关指标。可以理解，表1所示的评估指标系统为能适用于常见评估区域的通用评估指标系统。
在初步确定了表1所示的评估指标系统之后，还需要对每项分项指标和评估指标给予权重。具体地，针对常见的评估区域类型，对于水资源板块，其包含的分项指标，即水资源禀赋指数和水资源利用指数的权重均为0.5；而在水资源禀赋指数中，人均水资源量的权重为1；在水资源利用指数中，单位GDP用水量的权重为0.3，水资源开发利用率的权重为0.2，用水总量控制红线达标率的权重为0.5。对于水环境板块，其包含的分项指标，即水环境污染指数和水环境净化指数的权重分别为0.4和0.6；而在所述水环境污染指数中，工业COD排放强度、工业氨氮排放强度、工业总氮排放强度和工业总磷排放强度的权重均为0.1，单位耕地面积化肥施用量、农业COD排放强度、农业氨氮排放强度、农业总氮排放强度和农业总磷排放强度均为0.06，城镇生活污水COD排放强度、城镇生活污水氨氮排放强度、城镇生活污水总氮排放强度和城镇生活污水总磷排放强度均为0.075；在所述水环境净化指数中，水环境质量指数的权重为1。对于水生态板块，其包含的分项指标，即水生生境指数和水生生物指数的权重均为0.5。而在所述水生生境指数中，林草覆盖率的权重为0.2，水域面积指数的权重为0.25，河流连通性的权重为0.25，生态基流保障率的权重为0.3；在所述水生生物指数中，河湖库综合指数的权重为0.4，藻类完整性指数为0.25，大型底栖动物完整性指数为0.35。按照上述数值对每项分项指标和评估指标给予权重之后，得到的完整的评估指标系统如表2所示。
表2评估指标体系中各项指标的权重
Figure BDA0002417250830000091
可以理解的是，对于不同类型的评估区域，其评估指标系统中各项分项指标和评估指标所占的权重可以不同，在实际中，根据具体的评估区域，确定每项分项指标和评估指标的权重，其权重数值可以与上述表2中给出的权重不同。
在本实施方式中，区域水生态承载力的评估方法还包括获取评估区域内的各项评估指标的实际数值的步骤。在该步骤中，分别采取对应的技术手段或其他方法获得评估区域内的各项评估指标的实际数值。由于获取各项评估指标的实际数值为已知的，本发明对如何获得各项评估指标的实际数值的具体过程和方法不再详细描述。
需要说明的是，在本实施方式中，获取评估区域内的各项评估指标的实际数值的步骤，和构建评估区域内水生态承载力的评估指标系统的步骤之间的顺序不作限定，该两个步骤可以先执行任意一者，或者二者同时进行。
在上述两个步骤完成之后，将每项评估指标的实际数值对照设定的赋分表标准，获得每项评估指标的得分值。
具体地，所述赋分表标准可以为百分制标准，赋分的分值范围在0～100范围之内。同时，还可以在赋分范围之内分段，分出不同的等级。参照下述表3～表5，分别示出了水资源板块、水环境板块和水生态板块中每项评估指标的赋分标准，并且在赋分范围内分出五个等级，分别表征每项评估指标的优劣程度。
表3水资源板块的赋分表标准
Figure BDA0002417250830000101
表4水环境板块的赋分表标准
Figure BDA0002417250830000111
表5水生态板块的赋分表标准
Figure BDA0002417250830000112
Figure BDA0002417250830000121
在确定上述表3～表5中各项评估指标的赋分值时，依照以下原则和标准。
若评估指标为固定值型，则按照下述公式(a)计算获得该评估指标的得分值：
Figure BDA0002417250830000122
例如，水环境质量指数为固定型指标，对于该项指标，适用上述公式(a)。若评估区域的水环境净化指数实测值为96％，由水环境板块赋分表可知，该评估区域的水环境质量指数处于第二等级，则Vil＝60，Vih＝80，由上述公式(a)知，Vi＝70。
若评估指标的数值越大越好，则在Ii∈(Iil,Iih]时，按照下述公式(b)计算获得该评估指标的得分值：
Figure BDA0002417250830000123
而在Ii∈(Iil,+∞)时，按照下述公式(c)计算获得该评估指标的得分值：
Figure BDA0002417250830000124
当Vi＞100时，取100作为Vi值。
例如，人均水资源量数值越大则等级越高，对于该项指标，若评估区域的人均水资源量实测值为2500m3/人时，由上述水资源板块赋分表可知，该评估区域的人均水资源量处于第二等级，则适用上述公式(b)，即Vil＝60，Vih＝80，Iil＝2000，Iih＝3000。由上述公式(b)可知，Vi＝60+((80-60)/(3000-2000))*(2500-2000)＝70。
而在评估区域的人均水资源量为4000m3/人时，大于第一等级下限，则适用上述公式(c)。由上述公式(c)可知，Iil＝3000，Vi＝80+(4000-3000)/3000*10＝83.33。
若评估指标的数值越小越好，则在Ii∈(Iil,Iih]时，按照下述公式(d)计算获得该评估指标的得分值：
Figure BDA0002417250830000131
而在Ii∈(Iil,+∞)时，按照下述公式(e)计算获得该评估指标的得分值：
Figure BDA0002417250830000132
当Vi＜0时，取0作为Vi值。
例如，水资源开发利用率为越小越好型指标，对于该项指标，若评估区域的水资源开发利用率为15％时，其处于第二等级，则适用上述公式(d)，由上述公式(d)可知，Vil＝60，Vih＝80，Iil＝10，Iih＝20；Vi＝60+((80-60)/(20-10))*(20-15)＝70。
而在水资源开发利用率为50％时，大于第五等级下限。则适用上述公式(e)，由上述公式(e)可知，Vi＝20-(50-40)/40*10＝17.5。
上述公式(a)～(e)中，Vi代表评估指标i的分值；Vil为评估指标i所在类别标准下限分值；Vih为评估指标i所在类别标准上限分值；Ii为评估指标i原始数据，Iil为原始数据Ii所在分级的下限；Iih为原始数据Ii所在分级的上限。
在获得每项评估指标的得分值之后，将各项评估指标的得分值进行加权计算，获得水资源板块、水环境板块和水生态板块的得分值，并依据其各自得分值，确定评估区域内水生态承载状态。
具体地，在本步骤中，首先根据各项评估指标的得分值和权重计算分项指标的分值，继而根据各分项指标的分值和权重，计算专项指标的分值。
在通过计算获得分项指标的得分值时，使用加权求和法，按照下述公式(f)获得分项指标的得分值：
Figure BDA0002417250830000141
其中，Fij为第i个专项指标的第j个分项指标的分值；Wijk为第i个专项指标的第j个分项指标中第k个评估指标的权重；Pijk为第i个专项指标的第j个分项指标中第k个评估指标的分值；n为第j个分项指标中评估指标的个数。
在通过计算获得专项指标的得分值时，使用加权求和法，按照下述公式(g)获得专项指标的得分值：
Figure BDA0002417250830000142
其中，Zi为第i个专项指标的分值；wij为第i个专项指标的第j个分项指标的权重；m为第i个专项指标下涉及分项指标个数。
在根据上述方法分别获得每个分项指标和专项指标的得分值之后，可以按照下述表6的等级标准确定评估区域内水生态承载状态。
表6水生态承载状态分类标准
得分 [0,20] (20,40] (40,60] (60,80] (80,100]
承载状态 严重超载 超载 临界超载 安全承载 最佳承载
例如，如果评估区域内水资源板块的得分为35分，水环境板块得分为56分，水生态板块得分为78分，则表明该评估区域内的水生态承载状态在水资源板块为超载状态，在水环境板块为临界超载状态，在水生态板块为安全承载状态。
在以上描述的技术方案中，水资源板块、水环境板块和水生态板块中的各分项指标、评估指标为在评估区域内采用各种技术手段或其他方法获得的实际数值数据，因此得到的水生态承载力的评估结果反映的是评估区域的实际情况。但在本实施方式中，依据水资源板块、水环境板块和水生态板块中的各分项指标、评估指标的实际数值数据作为基础，结合各项指标在未来一定时间内的变化趋势，可以获得未来一定时间内的各指标的预测数据。
将水资源板块、水环境板块和水生态板块的各分项指标、评估指标在未来一定时间的预测数据代入，可以获得未来一定时间内评估区域的水生态承载力的评估结果；从而可以对评估区域在未来一定时间内的水生态承载力进行预测，以及结合该预测结果与各项指标预测数据相比现有数据的变化，还可以分析哪些指标对未来一定时间内的水生态承载力产生重要影响，属于关键变量，进而可以指导实践进行动态调控，在未来一定时间获得水生态承载力的最优结果。
综上所述，在本发明的实施方式中，通过构建科学的、包含能够影响水生态承载力的各项指标的评估指标系统，获取各项评估指标的实际数值或在未来一定时间的预测值，并依据该实际数值或预测值，结合对照的赋分表标准，获得每项评估指标的得分值，继而通过加权计算获得水资源板块、水环境板块和水生态板块的得分值，依照该三个模块的得分值，可以准确地确定评估区域内当前的或者未来一定时间的水生态承载状态，并确定对当前或未来一定时间内影响水生态承载状态的具体评估指标，通过预测和分析指导实践进行动态调控。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种区域水生态承载力的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建评估区域内水生态承载力的评估指标系统；所述评估指标系统包括水资源板块、水环境板块和水生态板块，每个板块包括一个或多个评估指标；
获取评估区域内的各项评估指标的实际数值或在未来一定时间的预测值；
根据 每项评估指标的实际数值或预测值对照设定的赋分表标准，获得每项评估指标的得分值；
将各项评估指标的得分值进行加权计算，获得水资源板块、水环境板块和水生态板块的得分值，并依据其各自得分值，确定评估区域内水生态承载状态；
其中，每项评估指标的赋分值标准根据以下方式确定：
若评估指标为固定值型，则按照下述公式(a)计算获得该评估指标的得分值：
Figure FDA0003519232500000011
若评估指标的数值越大越好，则在Ii∈(Iil,Iih]时，按照下述公式(b)计算获得该评估指标的得分值：
Figure FDA0003519232500000012
而在Ii∈(Iil,+∞)时，按照下述公式(c)计算获得该评估指标的得分值：
Figure FDA0003519232500000021
且当Vi＞100时，取100作为Vi值；
若评估指标的数值越小越好，则在Ii∈(Iil,Iih]时，按照下述公式(d)计算获得该评估指标的得分值：
Figure FDA0003519232500000022
而在Ii∈(Iil,+∞)时，按照下述公式(e)计算获得该评估指标的得分值：
Figure FDA0003519232500000023
且当Vi＜0时，取0作为Vi值；
上述公式(a)～(e)中，Vi代表评估指标i的分值；Vil为评估指标i所在类别标准下限分值；Vih为评估指标i所在类别标准上限分值；Ii为评估指标i原始数据，Iil为原始数据Ii所在分级的下限；Iih为原始数据Ii所在分级的上限。
2.根据权利要求1所述的区域水生态承载力的评估方法，其特征在于，所述水资源板块包括水资源禀赋指数和水资源利用指数；
所述水资源禀赋指数包括人均水资源量；
所述水资源利用指数包括单位GDP用水量、水资源开发利用率和用水总量控制红线达标率。
3.根据权利要求2所述的区域水生态承载力的评估方法，其特征在于，在所述水资源板块中，水资源禀赋指数和水资源利用指数的权重均为0.5；
在所述水资源禀赋指数中，人均水资源量的权重为1；
在所述水资源利用指数中，单位GDP用水量的权重为0.3，水资源开发利用率的权重为0.2，用水总量控制红线达标率的权重为0.5。
4.根据权利要求1所述的区域水生态承载力的评估方法，其特征在于，所述水环境板块包括水环境纳污指数和水环境净化指数；
所述水环境纳污指数包括工业污染强度指数、农业污染强度指数和城镇污染强度指数；所述工业污染强度指数包括工业COD排放强度、工业氨氮排放强度、工业总氮排放强度和工业总磷排放强度；所述农业污染强度指数包括单位耕地面积化肥施用量、农业COD排放强度、农业氨氮排放强度、农业总氮排放强度和农业总磷排放强度；所述城镇污染强度指数包括城镇生活污水COD排放强度、城镇生活污水氨氮排放强度、城镇生活污水总氮排放强度和城镇生活污水总磷排放强度；
所述水环境净化指数包括水环境质量指数。
5.根据权利要求4所述的区域水生态承载力的评估方法，其特征在于，在所述水环境板块中，水环境污染指数的权重为0.4，水环境净化指数的权重为0.6；
在所述水环境污染指数中，工业COD排放强度、工业氨氮排放强度、工业总氮排放强度和工业总磷排放强度的权重均为0.1，单位耕地面积化肥施用量、农业COD排放强度、农业氨氮排放强度、农业总氮排放强度和农业总磷排放强度均为0.06，城镇生活污水COD排放强度、城镇生活污水氨氮排放强度、城镇生活污水总氮排放强度和城镇生活污水总磷排放强度均为0.075；
在所述水环境净化指数中，水环境质量指数的权重为1。
6.根据权利要求1所述的区域水生态承载力的评估方法，其特征在于，所述水生态板块包括水生生境指数和水生生物指数；
所述水生生境指数包括林草覆盖率、水域面积指数、河流连通性和生态基流保障率；
所述水生生物指数包括河湖库综合指数、藻类完整性指数和大型底栖动物完整性指数。
7.根据权利要求6所述的区域水生态承载力的评估方法，其特征在于，在所述水生态板块中，水生生境指数和水生生物指数的权重均为0.5；
在所述水生生境指数中，林草覆盖率的权重为0.2，水域面积指数的权重为0.25，河流连通性的权重为0.25，生态基流保障率的权重为0.3；
在所述水生生物指数中，河湖库综合指数的权重为0.4，藻类完整性指数为0.25，大型底栖动物完整性指数为0.35。
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