CN113487174A - 一种水环境承载力评估预警调控方法 - Google Patents
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Abstract
一种水环境承载力评估预警调控方法，通过设定的水环境、水生态、水资源三个评估指标，对水环境进行环境承载状态以及对应的预警等级划分，建立水环境承载力评估预模型，评估未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级，对未来预设时间段预警等级高的评估指标进行调控，该方法综合考虑水环境纳污与净化能力、水资源禀赋和利用状况、水生态生物与物理生境健康等与社会经济发展的协调程度，按照目标层、准则层、指标层的结构构建水环境承载力评估预警指标体系，对水环境承载超载状况进行调控，使水环境承载力与指标均向更高质量发展，能够有针对性地分析当前水环境管理、社会经济发展存在问题，制定合理的调控方案，为流域水环境污染防治。
Description
技术领域
本发明涉及水资源调控技术领域，尤其涉及一种水环境承载力评估预警调控方法。
背景技术
国内外学者对资源环境承载力做了大量研究，从最初的单要素资源环境分析到后来资源环境和社会经济的综合要素分析，出现了向量模法、系统动力学模型、情景分析法、状态空间法、生态足迹法、能值分析法、K-均值聚类法、突变级数法等多种研究方法。能值分析法是以Odum H T为首创立的生态-经济系统理论和方法，基本思路是通过不同的能值转换率，将生态系统中各种形式的能量转换成以最常见的太阳能为基准的能值来表示，对各种形式的能量进行比较和衡量，以此来评价各个要素在系统中的地位和作用，定量的分析生态状况和经济利益。状态空间法最早是由Kalman R E于1960年发表的《控制系统的一般理论》提出，该方法从资源环境和社会经济的各个角度构建综合评价指标体系，利用相关的矩阵和方程函数对指标进行量化分析，并充分考虑了生态系统的动态响应，通过描述三维状态空间的承载状态点来表达一定时间尺度内区域的承载状况。生态足迹法由加拿大生态经济学家William Rees于1992年提出，它通过定量计算生态系统能为人类社会提供的服务支持和人类社会对生态系统需求量的差距，分析得出现阶段生态环境的运行状况，并通过预测未来生态系统的发展趋势为现在的发展规划提供改进依据和指导建议。系统动力学模型是一种定性与定量相结合的系统仿真方法，模型注重子系统和大系统的综合性、协调性，不追求最优的选择，而是从整体的角度出发去寻找改善系统内部结构的方法和途径。突变级数法是由法国数学家Rene Thom于1972年提出的突变理论和模糊数学相结合的综合评价方法，其核心思想是将系统中的总指标进行层层分解，并按照指标的重要程度进行排序，利用归一函数对各个控制变量计算得出的值求得各层次状态的变量值，对研究对象按总指标的得分大小进行排序。情景分析法是假定某种现象或某种趋势将持续到未来的前提下，对预测对象可能出现的情况或引起的后果作出预测的方法。水环境承载力研究中，情景分析法主要用于提出调控方案，进行承载力优化预测分析，并得到得到不同方案下的水环境承载力阈值。目前主要从社会经济、资源方面论证调控方案的状况及调控结果，对于调控方案的承载力和指标状态缺少描述。
发明内容
针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种水环境承载力评估预警调控方法。
为达到以上目的，本发明的技术方案为：
一种水环境承载力评估预警调控方法，包括：
1)、设定水环境、水生态、水资源三个评估指标；其中，所述水环境评估指标包括：水环境纳污水环境纳污指标和水环境净化指标；所述水生态评估指标包括：水生生境指标和水生生物指标；所述水资源评估指标包括：水资源禀赋指标和水资源利用指标；
2)、根据所述水环境、水生态、水资源三个评估指标，划分水环境承载状态以及对应的预警等级；
3)、根据所述评估指标和预警等级，建立水环境承载力评估预模型；
4)、获取当年以及过去预设时间段评估指标的数据，根据水环境承载力评估预模型，评估未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级；
5)、根据所获取的未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级，预警等级高的评估指标进行调控。
所述水环境纳污水环境纳污指标包括：工业增加值排污强度、农业增加值排污强度、第三产业增加值排污强度、水体纳污率、以及固定源排放量允许排放量达标比率中的一种或任意组合；
所述水环境净化指标包括：断面水质达标率；
所述水生生境指标包括：生态基流保证率、藻类多样性指数、河岸带植被覆盖率、以及林草植被覆盖率；
所述水生生物指标包括：大型底栖动物BI指数；
所述水资源禀赋指标包括：人均水资源量、枯水期水资源模数变异率、以及水资源开发利用率；
所述水资源利用指标包括：万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、以及河流纵向连通性指数。
所述步骤2)根据所述水环境、水生态、水资源三个评估指标，划分水环境承载状态以及对应的预警等级几天包括：
2.1、设定水环境承载力的承载状态和预警等级，并且设定预警等级所对应的指标数据范围；
2.2、设定各个指标数据所对应的指标数据范围，将各个指标进行预警等级划分。
所述水环境承载力的承载状态包括：不超载、临界超载、以及超载；预警等级包括1-5级。
所述步骤4)获取当年以及过去预设时间段评估指标的数据，根据水环境承载力评估预模型，评估未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级，具体包括：
4.1、将当年以及过去预设时间段内评估指标填充到水环境承载力评估预模型，并进行模拟，导出当年及过去预设时间段各指标数据；
4.2、使用层次分析法和熵值法计算各指标权重；
4.3、使用模糊综合评价法判断水环境、水生态、水资源及水环境承载力所处等级及承载状态；
4.4、确定待评估未来时间边界，选取已获取的末端年份为基准年，调控步长为年。
4.5、在水环境承载力评估预模型中输入待评估年份三个产业增加值变化率、不同土地类型变化率、人口变化率等变量，通过模型运行模拟，得到未来年份水环境、水生态、水资源所对应的各指标数据。
4.6、使用模糊综合评价法利用模拟得到的未来预设时间段及目标年份水环境、水生态、水资源及水环境承载力，评估所处预警等级及承载状态。
所述步骤5)根据所获取的未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级，预警等级高的评估指标进行调控，具体包括：
筛选状态最差的指标数值作为调控基础，设定橙色、黄色、蓝色、绿色调控方案；根据承载力评估预警指标状态，按照指标级别由高向低调整原则，逐级将指标状态调整，直到未来预设时间段承载力评估预警状态达到预期状态值为止；所述调控原则为通过提高或降低水环境、水资源、水生态指标数值达到承载力预期目标；在其它指标允许条件状况下，优先保护地下水资源，提倡有条件的区域境外调水或循环利用；调控方案应结合本地社会经济、水环境、水资源、水生态实际状况设计；选取水环境承载力状态最差的污染物进行水环境承载力调控。
与现有技术比较，本发明的有益效果为：
本发明提提供了一种水环境承载力评估预警调控方法，通过设定的水环境、水生态、水资源三个评估指标，对水环境进行环境承载状态以及对应的预警等级划分，建立水环境承载力评估预模型，评估未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级，进而对未来预设时间段预警等级高的评估指标进行调控，该方法综合考虑水环境纳污与净化能力、水资源禀赋和利用状况、水生态生物与物理生境健康等与人类社会经济发展的协调程度，按照目标层、准则层、指标层的结构构建水环境承载力评估预警指标体系，在承载力评估预警技术基础上，对水环境承载超载状况进行调控，使水环境承载力与指标均向更高质量发展，并且能够有针对性地分析当前水环境管理、社会经济发展存在问题，制定合理的调控方案，为流域水环境污染防治，促进社会经济协调发展，合理制定水环境承载力提供科技支撑。
附图说明
图1是本发明水环境承载力评估预警调控方法流程示意图；
图2是本发明调控方案对比图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都属于本发明的保护范围。
水环境承载力主要反映水环境系统对人类社会经济的支撑能力，涉及包括社会经济和生态环境在内的众多要素，应充分考虑水环境、水资源、水生态因素的影响，并采用多种方法进行分析。为此，本发明提供了一种水环境承载力评估预警调控方法，如图1所示，包括：
1)、设定水环境、水生态、水资源三个评估指标；其中，所述水环境评估指标包括：水环境纳污水环境纳污指标和水环境净化指标；所述水生态评估指标包括：水生生境指标和水生生物指标；所述水资源评估指标包括：水资源禀赋指标和水资源利用指标；
具体的，各个指标包括:
所述水环境纳污水环境纳污指标包括：工业增加值排污强度、农业增加值排污强度、第三产业增加值排污强度、水体纳污率、以及固定源排放量允许排放量达标比率中的一种或任意组合；
所述水环境净化指标包括：断面水质达标率；
所述水生生境指标包括：生态基流保证率、藻类多样性指数、河岸带植被覆盖率、以及林草植被覆盖率；
所述水生生物指标包括：大型底栖动物BI指数；
所述水资源禀赋指标包括：人均水资源量、枯水期水资源模数变异率、以及水资源开发利用率；
所述水资源利用指标包括：万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、以及河流纵向连通性指数。
由于各个指标的计算方法不同，通过表1进行具体的介绍：
表1水环境承载力评估预警指标体系
2)、根据所述水环境、水生态、水资源三个评估指标，划分水环境承载状态以及对应的预警等级；
根据所述水环境、水生态、水资源三个评估指标，划分水环境承载状态以及对应的预警等级几天包括：
2.1、设定水环境承载力的承载状态和预警等级，并且设定预警等级所对应的指标数据范围；如表2所示；
表2水环境承载力的承载状态和预警等级划分
2.2、设定各个指标数据所对应的指标数据范围，将各个指标进行预警等级划分；如表3所示；
表3水环境承载力评估预警指标分级
3)、根据所述评估指标和预警等级，建立水环境承载力评估预模型；
4)、获取当年以及过去预设时间段评估指标的数据，根据水环境承载力评估预模型，评估未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级；
等级；
具体包括：
4.1、将当年以及过去预设时间段内评估指标填充到水环境承载力评估预模型，并进行模拟，导出当年及过去预设时间段各指标数据；
4.2、使用层次分析法和熵值法计算各指标权重；
4.3、使用模糊综合评价法判断水环境、水生态、水资源及水环境承载力所处等级及承载状态；
4.4、确定待评估未来时间边界，选取已获取的末端年份为基准年，调控步长为年。
4.5、在水环境承载力评估预模型中输入待评估年份三个产业增加值变化率、不同土地类型变化率、人口变化率等变量，通过模型运行模拟，得到未来年份水环境、水生态、水资源所对应的各指标数据。
4.6、使用模糊综合评价法利用模拟得到的未来预设时间段及目标年份水环境、水生态、水资源及水环境承载力，评估所处预警等级及承载状态。
5)、根据所获取的未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级，预警等级高的评估指标进行调控。
所述步骤5)根据所获取的未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级，预警等级高的评估指标进行调控，具体包括：
筛选状态最差的指标数值作为调控基础，设定橙色、黄色、蓝色、绿色调控方案；根据承载力评估预警指标状态，按照指标级别由高向低调整原则，逐级将指标状态调整，直到未来预设时间段承载力评估预警状态达到预期状态值为止；所述调控原则为通过提高或降低水环境、水资源、水生态指标数值达到承载力预期目标；在其它指标允许条件状况下，优先保护地下水资源，提倡有条件的区域境外调水或循环利用；调控方案应结合本地社会经济、水环境、水资源、水生态实际状况设计；选取水环境承载力状态最差的污染物进行水环境承载力调控。
调控方法主要是：筛选状态最差的指标数值作为调控基础，设计橙色、黄色、蓝色、绿色调控方案；根据承载力评估预警指标状态，按照指标级别由差向好调整原则，逐级将指标向较好状态调整，直至2025年承载力评估预警状态为橙色、黄色、蓝色、绿色。例如，当水环境承载力预警等级3级黄色时，通过对水环境、水生态、水资源一项指标或多项指标进行优化调整，使得各指标等级降低，进而使水环境承载力达到2级蓝色状态、1级绿色状态。
本发明调控目的和时间边界：
对设置橙黄蓝率不同指标等级调控方案下细河于台控制单元水环境承载力进行评估预警，并根据变量间相互关系计算各调控方案下的水环境承载力阈值。
调控原则：
一般对调控策略进行多情形设计调控方案，来分析预测水环境承载力的变化情况，并给出较合理发展建议。
(1)为保障经济社会发展，尽量不采取降低经济增长率的措施；
(2)优先保护地下水资源，提倡使用区域外调水；
(3)调控方案应结合细河于台控制单元实际情况，不能盲目制定。
调控方法：
(1)根据已知年份的水环境承载力评估预警结果，选择水环境承载状况最差的污染物作为控制单元的短板因素进行调控，提升短板因素的水环境承载力；
(2)分别设定不同等级(橙色、黄色、蓝色、绿色)指标的水环境承载力调控方案，调控方案主要调控水环境承载力评估预警指标；
(3)分别对各调控方案下水环境承载力进行评估预警，并对结果进行分析；
(4)根据变量间相互关系，分别计算各调控方案下的水环境承载力阈值，分析各个调控方案，为具体实施方案提供依据。
具体实施例进行说明：
例如，细河于台控制单元位于东经122.9207°-123.4171°、北纬41.5073°-41.8356°之间，地处辽宁省省会沈阳市南部。细河于台控制单元境内包括沈阳市铁西区大部分区域和于洪区、和平区、皇姑区、辽中区部分区域共29个乡(镇、街道)，其中皇姑区包括明廉、寿泉、华山、三洞桥共4个街道，和平区包括西塔街道，于洪区包括南阳湖、城东湖、迎宾路共3个街道，辽中区包括长滩、新民、四方台共3个乡镇，铁西区包括彰驿站、兴工、兴华等18个乡(镇、街道)。控制单元总面积303平方公里，其中于洪区27.08平方公里，铁西区174.28平方公里，和平区4.29平方公里，皇姑区6.11平方公里，辽中区91.35平方公里。细河氨氮水环境承载力预警结果如表4所示：
表4细河于台控制单元水环境承载力指标层预警级别(氨氮)
细河增加外调水水环境承载力调控方案：
增加外调水的指标分级调控方案是指为保障社会经济稳定发展和实现承载力调控，通过增加流域外调水量，并将外调水量纳入水资源总量计算中的调控方案。增加外调水的指标分级调控方案包括增加外调水的绿色等级调控方案、增加外调水的蓝色等级调控方案、增加外调水的黄色等级调控方案和增加外调水的橙色等级调控方案，其中，增加外调水的绿色等级调控方案设定为增加外调水后所有指标均调控至指标分级为绿色的区间最优值，增加外调水的蓝色等级调控方案设定为增加外调水后所有指标均调控至指标分级为蓝色的区间最优值，增加外调水的黄色等级调控方案设定为增加外调水后所有指标均调控至指标分级为黄色的区间最优值，增加外调水的橙色等级调控方案设定为增加外调水后所有指标均调控至指标分级为橙色的区间最优值。受细河水环境实际状况所限，部分指标无法调整至分级区间最优值，则将指标调控至根据细河实际状况设定的目标值。
1.增加外调水的绿色等级调控方案
增加外调水的绿色等级调控方案对社会经济发展、不同类型土地面积等变化的速度和趋势不作调整，并通过增加流域外调水的方式满足社会经济发展和承载力调控需要，在此基础上对所有指标直接调控或逐年调控，使各指标在调控结束年2025年调控至指标绿色分级区间的最优值或根据细河实际状况设定的目标值。
(1)方案设定：
水环境指标中，固定源排放量允许排放量达标比率和断面水质达标率直接调控至绿色分级区间最优值；由于2018年细河污染严重，氨氮污染负荷远高于水环境容量，无法直接将水体纳污率调整至绿色无警区间，因此考虑细河实际情况，2019-2025年水体纳污率调整至100％；受水体纳污率调控等影响，工业增加值排污强度、农业增加值排污强度、第三产业增加值排污强度发生变化且2025年指标值优于绿色分级区间最优值，因此不对指标作进一步调控，通过系统动力学模型模拟得到指标值。
水资源指标中，人均水资源量逐年调控，由于2018年细河人均水资源量不足100m3，与绿色分级区间最优值差距较大，无法实现分级调控，因此考虑细河实际情况，将人均水资源量逐年调控使其在2025年达到全省平均水平(1070m3)；枯水期水资源模数变异率、万元工业增加值用水量和河流纵向连通性指数直接调控至绿色分级区间最优值；受外调水增加等影响，水资源开发利用率和万元GDP用水量发生变化且2025年指标值优于绿色分级区间最优值，因此不对指标作进一步调控，通过系统动力学模型模拟得到指标值。
水生态指标中，河岸带植被覆盖率逐年调控，使其在2025年达到绿色分级区间最优值；生态基流保证率和大型底栖动物BI指数直接调控至绿色分级区间最优值；由于细河于台控制单元位于沈阳市建成区，林草植被覆盖面积变化有限，且2018年细河藻类多样性指数较差，无法直接将林草植被覆盖率和藻类多样性指数调控至绿色分级区间最优值，因此考虑细河实际情况，将藻类多样性指数直接调控至5，林草植被覆盖率逐年调控至80％，具体如表5所示。
表5增加外调水的绿色等级调控方案设定
(2)调控结果
2019-2025年细河于台控制单元水环境承载力处于不超载状态，预警等级为绿色无警；水环境、水生态和水资源子系统承载力处于不超载状态，预警等级为绿色无警。指标体系中农业增加值排污强度由红色预警调控至绿色无警，河岸带植被覆盖率和万元GDP用水量由蓝色预警调控至绿色无警，林草植被覆盖率和水资源开发利用率由红色预警调控至蓝色预警，人均水资源量由红色预警调控至橙色预警，水体纳污率维持橙色预警不变，其余指标均为绿色无警。通过赋值计算看出，受指标调控影响，细河于台控制单元水环境承载力逐年提升，并在2025年达到该阶段最高水平，如表6、7、8所示，增加外调水的绿色等级调控方案下子系统贡献状况如图2所示。
表6增加外调水的绿色等级调控方案下承载力隶属度及子系统贡献
表7增加外调水的绿色等级调控方案下指标预警级别
表8增加外调水的绿色等级调控方案下指标预警级别
(3)水环境承载力阈值
按照增加外调水的绿色等级调控方案按照设定，人口增长率、三产业增加值增长率、不同类型土地面积变化率等参数在2018年水平上保持不变，通过系统动力学模型模拟，得到总人口、农业增加值、工业增加值、第三产业增加值、GDP、河岸带植被面积、林草覆盖面积，以9个变量在2025年水平的数值作为细河于台控制单元水环境承载力阈值。如表9、10所示。
表9增加外调水的绿色等级调控方案下社会经济与土地面积变化率
表10增加外调水的绿色等级调控方案下水环境承载力阈值
2.增加外调水的蓝色等级调控方案
增加外调水的蓝色等级调控方案对社会经济发展、不同类型土地面积等变化的速度和趋势不作调整，并通过增加流域外调水的方式满足社会经济发展和承载力调控需要，在此基础上对所有指标直接调控或逐年调控，使各指标在调控结束年2025年调控至指标蓝色分级区间的最优值或根据细河实际状况设定的目标值。
(1)方案设定
水环境指标中，固定源排放量允许排放量达标比率和断面水质达标率直接调控至蓝色分级区间最优值；由于2018年细河污染严重，氨氮污染负荷远高于水环境容量，无法直接将水体纳污率调整至蓝色无警区间，因此考虑细河实际情况，2019-2025年水体纳污率调整至100％；受水体纳污率调控等影响，工业增加值排污强度、农业增加值排污强度、第三产业增加值排污强度发生变化且2025年指标值优于蓝色分级区间最优值，因此不对指标作进一步调控，通过系统动力学模型模拟得到指标值。
水资源指标中，人均水资源量逐年调控，由于2018年细河人均水资源量不足100m3，与蓝色分级区间最优值差距较大，无法实现分级调控，因此考虑细河实际情况，将人均水资源量逐年调控使其在2025年达到全省平均水平(1070m3)；枯水期水资源模数变异率、万元工业增加值用水量和河流纵向连通性指数直接调控至蓝色分级区间最优值；受外调水增加等影响，水资源开发利用率和万元GDP用水量发生变化且2025年指标值优于蓝色分级区间最优值，因此不对指标作进一步调控，通过系统动力学模型模拟得到指标值。
水生态指标中，生态基流保证率、藻类多样性指数和大型底栖动物BI指数直接调控至蓝色分级区间最优值；河岸带植被覆盖率和林草植被覆盖率逐年调控，使其在2025年达到蓝色分级区间最优值。增加外调水的蓝色等级调控方案设定具体包括，如表11所示：
表11增加外调水的蓝色等级调控方案设定
(2)调控结果
2019-2025年细河于台控制单元水环境承载力处于临界超载状态，预警等级为蓝色预警；水环境子系统承载力2019-2023年处于临界超载状态，预警等级为蓝色预警，2024、2025年处于不超载状态，预警等级为绿色无警；水生态和水资源子系统承载力处于临界超载状态，预警等级为蓝色预警。指标体系中农业增加值排污强度由红色预警调控至绿色无警，林草植被覆盖率和水资源开发利用率由红色预警调控至蓝色预警，人均水资源量由红色预警调控至橙色预警，万元GDP用水量由黄色预警调控至绿色无警，水体纳污率维持橙色预警不变，工业增加值排污强度和第三产业增加值排污强度维持绿色无警不变，其余指标均为蓝色预警。通过赋值计算看出，受指标调控影响，细河于台控制单元水环境承载力逐年提升，并在2025年达到该阶段最高水平，具体如表12所示。
表12增加外调水的蓝色等级调控方案下承载力隶属度及子系统贡献
表13增加外调水的蓝色等级调控方案下指标预警级别
表14增加外调水的蓝色等级调控方案下承载力预警级别
(3)水环境承载力阈值
按照增加外调水的蓝色等级调控方案按照设定，计算得到细河于台控制单元水环境承载力阈值以及相关平均变化率如下表15、16所示。
表15增加外调水的蓝色等级调控方案下社会经济与土地面积变化率
表16增加外调水的蓝色等级调控方案下水环境承载力阈值
增加外调水的黄色等级调控方案
增加外调水的黄色等级调控方案对社会经济发展、不同类型土地面积等变化的速度和趋势不作调整，并通过增加流域外调水的方式满足社会经济发展和承载力调控需要，在此基础上对所有指标直接调控或逐年调控，使各指标在调控结束年2025年调控至指标黄色分级区间的最优值或根据细河实际状况设定的目标值。
(1)方案设定
水环境指标中，固定源排放量允许排放量达标比率和断面水质达标率直接调控至黄色分级区间最优值；由于2018年细河污染严重，氨氮污染负荷远高于水环境容量，无法直接将水体纳污率调整至黄色无警区间，因此考虑细河实际情况，2019-2025年水体纳污率调整至100％；受水体纳污率调控等影响，工业增加值排污强度、农业增加值排污强度、第三产业增加值排污强度发生变化且2025年指标值优于黄色分级区间最优值，因此不对指标作进一步调控，通过系统动力学模型模拟得到指标值。
水资源指标中，人均水资源量逐年调控，由于2018年细河人均水资源量不足100m3，与黄色分级区间最优值差距较大，无法实现分级调控，因此考虑细河实际情况，将人均水资源量逐年调控使其在2025年达到全省平均水平(1070m3)；枯水期水资源模数变异率、万元工业增加值用水量和河流纵向连通性指数直接调控至黄色分级区间最优值；受外调水增加等影响，水资源开发利用率和万元GDP用水量发生变化且2025年指标值优于黄色分级区间最优值，因此不对指标作进一步调控，通过系统动力学模型模拟得到指标值。
水生态指标中，生态基流保证率、藻类多样性指数和大型底栖动物BI指数直接调控至黄色分级区间最优值；林草植被覆盖率逐年调控，使其在2025年达到黄色分级区间最优值；由于2018年河岸带植被覆盖率高于黄色分级区间最优值，即指标现状优于黄色等级调控设定，因此河岸带植被覆盖率在2018年水平上保持不变，具体如表17所示。
表17增加外调水的黄色等级调控方案设定
(2)调控结果
2019-2025年细河于台控制单元水环境承载力处于临界超载状态，预警等级为黄色预警；水环境子系统承载力2019-2023年处于临界超载状态，预警等级为黄色预警，2024、2025年处于不超载状态，预警等级为绿色无警；水生态和水资源子系统承载力处于临界超载状态，预警等级为黄色预警。指标体系中农业增加值排污强度由红色预警调控至绿色无警，林草植被覆盖率由红色预警调控至黄色预警，人均水资源量由红色预警调控至橙色预警，水资源开发利用率由红色预警调控蓝色预警，万元GDP用水量由黄色预警调控至绿色无警，水体纳污率维持橙色预警不变，工业增加值排污强度和第三产业增加值排污强度维持绿色无警不变，其余指标均为黄色预警。通过赋值计算看出，受指标调控影响，细河于台控制单元水环境承载力逐年提升，并在2025年达到该阶段最高水平，如表18、19、20所示。
表18增加外调水的黄色等级调控方案下承载力隶属度及子系统贡献
表19增加外调水的黄色等级调控方案下指标预警级别
表20增加外调水的黄色等级调控方案下承载力预警级别
(3)水环境承载力阈值
按照增加外调水的黄色等级调控方案按照设定，计算得到细河于台控制单元水环境承载力阈值以及相关平均变化率如下表21、22。
表21增加外调水的黄色等级调控方案下社会经济与土地面积变化率
表22增加外调水的黄色等级调控方案下水环境承载力阈值
增加外调水的橙色等级调控方案
增加外调水的橙色等级调控方案对社会经济发展、不同类型土地面积等变化的速度和趋势不作调整，并通过增加流域外调水的方式满足社会经济发展和承载力调控需要，在此基础上对所有指标直接调控或逐年调控，使各指标在调控结束年2025年调控至指标橙色分级区间的最优值或根据细河实际状况设定的目标值。
(1)方案设定
水环境指标中，固定源排放量允许排放量达标比率和断面水质达标率直接调控至橙色分级区间最优值；由于2018年细河污染严重，氨氮污染负荷远高于水环境容量，无法直接将水体纳污率调整至橙色无警区间，因此考虑细河实际情况，2019-2025年水体纳污率调整至100％；受水体纳污率调控等影响，工业增加值排污强度、农业增加值排污强度、第三产业增加值排污强度发生变化且2025年指标值优于橙色分级区间最优值，因此不对指标作进一步调控，通过系统动力学模型模拟得到指标值。
水资源指标中，人均水资源量逐年调控，使其在2025年达到橙色分级区间最优值；枯水期水资源模数变异率、万元工业增加值用水量和河流纵向连通性指数直接调控至橙色分级区间最优值；受外调水增加等影响，水资源开发利用率和万元GDP用水量发生变化且2025年指标值优于橙色分级区间最优值，因此不对指标作进一步调控，通过系统动力学模型模拟得到指标值。
水生态指标中，藻类多样性指数和大型底栖动物BI指数直接调控至橙色分级区间最优值；林草植被覆盖率逐年调控，使其在2025年达到橙色分级区间最优值；由于2018年河岸带植被覆盖率和生态基流保证率高于橙色分级区间最优值，即指标现状优于橙色等级调控设定，因此河岸带植被覆盖率和生态基流保证率在2018年水平上保持不变，具体如表23。
表23增加外调水的橙色等级调控方案设定
(2)调控结果
2019-2025年细河于台控制单元水环境承载力处于超载状态，预警等级为橙色预警；水环境水生态和水资源子系统承载力处于超载状态，预警等级为橙色预警。指标体系中农业增加值排污强度由红色预警调控至绿色无警，林草植被覆盖率和人均水资源量由红色预警调控至橙色预警，水资源开发利用率由红色预警调控至蓝色预警，万元GDP用水量由黄色预警调控至绿色无警，河岸带植被覆盖率维持黄色预警不变，工业增加值排污强度和第三产业增加值排污强度维持绿色无警不变，其余指标均为橙色预警。通过赋值计算看出，受指标调控影响，细河于台控制单元水环境承载力逐年提升，并在2025年达到该阶段最高水平，如表24、25、26。
表24增加外调水的橙色等级调控方案下承载力隶属度及子系统贡献
表25增加外调水的橙色等级调控方案下指标预警级别
表26增加外调水的橙色等级调控方案下承载力预警级别
(3)水环境承载力阈值
按照增加外调水的橙色等级调控方案按照设定，计算得到细河于台控制单元水环境承载力阈值以及相关平均变化率如下表27、28。
表27增加外调水的橙色等级调控方案下社会经济与土地面积变化率
表28增加外调水的橙色等级调控方案下水环境承载力阈值
调控方案对比分析
(1)调控趋势分析
从承载状态上看，2025年绿色等级调控方案条件下水环境承载力最优，当前发展方案条件下水环境承载力最差。从变化趋势上看，绿色等级调控方案条件下水环境承载力提升幅度最大。对比各调控方案下的水环境承载力，除2024、2025年绿色等级调控方案下水环境承载力等于或略高于增加外调水的绿色等级调控方案以外，其余年份增加外调水的指标分级调控方案均优于对应等级的指标分级调控方案，主要原因来自以下两方面：其一在于区域外调水的措施削弱了水资源短缺或供水不足对社会发展的限制，促进了人口和经济总量的增长，并对水资源开发利用率等指标的调控有一定的帮助；其二为指标分级调控方案通过抑制社会经济发展来换取水环境系统平衡稳定，尽管该方案在短时间内实现了承载力的大幅提升，但无法实现区域可持续发展。
(2)水环境承载力阈值分析
各调控方案下水环境承载力阈值见下表。由于增加外调水的指标分级方案采取区域外调水的措施削弱了水资源短缺或供水不足对社会经济的限制，使人口与产值等增长率可以维持在2018年水平，因此其人口与产值与当前发展方案相同。从社会经济发展规模看，当前发展方案和增加外调水的指标分级方案可承载的人口和经济规模大于指标分级方案；从污染负荷量和用水总量看，绿色等级调控方案的污染负荷和用水总量最少；从植被面积看，绿色等级调控方案和增加外调水的绿色等级调控方案的河岸带植被面积和林草覆盖面积最大。
综合比较调控趋势和承载力阈值，本文认为增加外调水的绿色等级调控方案的提升幅度较大，承载的社会经济规模和植被面积最大，是细河于台控制单元的最佳调控方案，调控方案对比如图2，具体数值如表29。
表29水环境承载力阈值对比
对于本领域技术人员而言，显然能了解到上述具体事实例只是本发明的优选方案，因此本领域的技术人员对本发明中的某些部分所可能作出的改进、变动，体现的仍是本发明的原理，实现的仍是本发明的目的，均属于本发明所保护的范围。
Claims (6)
1.一种水环境承载力评估预警调控方法，其特征在于，包括：
1)、设定水环境、水生态、水资源三个评估指标；其中，所述水环境评估指标包括：水环境纳污水环境纳污指标和水环境净化指标；所述水生态评估指标包括：水生生境指标和水生生物指标；所述水资源评估指标包括：水资源禀赋指标和水资源利用指标；
2)、根据所述水环境、水生态、水资源三个评估指标，划分水环境承载状态以及对应的预警等级；
3)、根据所述评估指标和预警等级，建立水环境承载力评估预模型；
4)、获取当年以及过去预设时间段评估指标的数据，根据水环境承载力评估预模型，评估未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级；
5)、根据所获取的未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级，预警等级高的评估指标进行调控。
2.根据权利要求1所述的水环境承载力评估预警调控方法，其特征在于，所述水环境纳污水环境纳污指标包括：工业增加值排污强度、农业增加值排污强度、第三产业增加值排污强度、水体纳污率、以及固定源排放量允许排放量达标比率中的一种或任意组合；
所述水环境净化指标包括：断面水质达标率；
所述水生生境指标包括：生态基流保证率、藻类多样性指数、河岸带植被覆盖率、以及林草植被覆盖率；
所述水生生物指标包括：大型底栖动物BI指数；
所述水资源禀赋指标包括：人均水资源量、枯水期水资源模数变异率、以及水资源开发利用率；
所述水资源利用指标包括：万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、以及河流纵向连通性指数。
3.根据权利要求1或2所述的水环境承载力评估预警调控方法，其特征在于，所述步骤2)根据所述水环境、水生态、水资源三个评估指标，划分水环境承载状态以及对应的预警等级几天包括：
2.1、设定水环境承载力的承载状态和预警等级，并且设定预警等级所对应的指标数据范围；
2.2设定各个指标数据所对应的指标数据范围，将各个指标进行预警等级划分。
4.根据权利要求3所述的水环境承载力评估预警调控方法，其特征在于，所述水环境承载力的承载状态包括：不超载、临界超载、以及超载；预警等级包括1-5级。
5.根据权利要求1所述的水环境承载力评估预警调控方法，其特征在于，所述步骤4)获取当年以及过去预设时间段评估指标的数据，根据水环境承载力评估预模型，评估未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级，具体包括：
4.1、将当年以及过去预设时间段内评估指标填充到水环境承载力评估预模型，并进行模拟，导出当年及过去预设时间段各指标数据；
4.2、使用层次分析法和熵值法计算各指标权重；
4.3、使用模糊综合评价法判断水环境、水生态、水资源及水环境承载力所处等级及承载状态；
4.4、确定待评估未来时间边界，选取已获取的末端年份为基准年，调控步长为年；
4.5、在水环境承载力评估预模型中输入待评估年份三个产业增加值变化率、不同土地类型变化率、人口变化率等变量，通过模型运行模拟，得到未来年份水环境、水生态、水资源所对应的各指标数据；
4.6、使用模糊综合评价法利用模拟得到的未来预设时间段及目标年份水环境、水生态、水资源及水环境承载力，评估所处预警等级及承载状态。
6.根据权利要求1所述的水环境承载力评估预警调控方法，其特征在于，所述步骤5)根据所获取的未来预设时间段的评估指标数据以及对应的预警等级，预警等级高的评估指标进行调控，具体包括：
筛选状态最差的指标数值作为调控基础，设定橙色、黄色、蓝色、绿色调控方案；根据承载力评估预警指标状态，按照指标级别由高向低调整原则，逐级将指标状态调整，直到未来预设时间段承载力评估预警状态达到预期状态值为止；所述调控原则为通过提高或降低水环境、水资源、水生态指标数值达到承载力预期目标；在其它指标允许条件状况下，优先保护地下水资源，提倡有条件的区域境外调水或循环利用；调控方案应结合本地社会经济、水环境、水资源、水生态实际状况设计；选取水环境承载力状态最差的污染物进行水环境承载力调控。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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