研究區(qū)基本概況

海南島為海南省的陸地主體,面積3.39km2。海南島地處熱帶,屬于熱帶季風性氣候,全島近似橢圓形,四周被大海包圍,中部多山較高,周圍相對較低,從而使中部成為江河的源頭,并呈放射狀流向周邊,全島獨流入海的河流有154條。南渡江、昌化江和萬泉河為海南島的三大河流,其流域面積占全島面積的47%,另外還有陵水河、寧遠河、珠碧江等10多條河流。海南島全年暖熱,雨量豐沛,全島年平均降水量在1600mm以上,但降雨分布東濕西干,降雨季節(jié)分布也不均勻[8]。2010年全省水資源總量為479.8億m3,人均擁有水資源量為5538.7m3,總供水量為44.35億m3,地表水資源量為474.3億m3,地下水資源量為105.7億m3。海南島水資源的特點是雨量充沛、存儲豐富,但分布不均,水資源量以地表水為主,地下水缺乏,受熱帶海洋性氣候影響年內(nèi)和年際變化幅度都大,熱帶風暴、臺風等帶來的強降雨在總降水量中占有很大一部分比例[7]。

研究方法與結(jié)果

1.評價指標的選取

根據(jù)定義,本文構(gòu)建的水環(huán)境承載力的指標體系包括水環(huán)境系統(tǒng)、社會經(jīng)濟系統(tǒng)、人類生活影響系統(tǒng)三個部分。水環(huán)境系統(tǒng)包括的具體指標是人均供水量、人均水資源量;社會經(jīng)濟系統(tǒng)包括的具體指標是人均GDP、農(nóng)民人均純收入、城鎮(zhèn)居民家庭恩格爾系數(shù);人類生活影響系統(tǒng)包括的具體指標是工業(yè)用水重復利用率、工業(yè)廢水排放達標率,城鎮(zhèn)生活污水處理率[9210]。

2.評價方法

本文采用AHP和/模加和0法對海南省水環(huán)境承載力進行評估。首先需要確定各指標的權(quán)重,然后建立選定指標的水環(huán)境承載度計算模型,代入實際數(shù)據(jù)后得到選取各指標的水環(huán)境承載度,加權(quán)計算得到水環(huán)境分承載力的值,再根據(jù)三個系統(tǒng)的分承載力權(quán)重,得到水環(huán)境承載力的綜合值,最后對海南省水環(huán)境承載力進行綜合評價[11]。

1）評價指標權(quán)重的確定

因為模型中選取的各指標對水環(huán)境承載力的影響程度有所不同,因此需要確定權(quán)重。目前確定權(quán)重的方法大致分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法,主觀賦權(quán)法主要是通過綜合專家們的經(jīng)驗所得出的各指標的權(quán)重進行的賦權(quán),如層次分析法(AHP)、專家調(diào)查法等?？陀^賦權(quán)法是指各個評價指標由一定的數(shù)學方法進行自動賦權(quán),它不取決于人們的主觀判斷。由于本文模型構(gòu)建選取的指標涉及多個系統(tǒng)和要素,所以選擇采用AHP[12]。綜合考慮和分析各個判斷指標對水環(huán)境承載力的影響,了解各項指標間的關(guān)系,根據(jù)海南省水環(huán)境的實際情況,得出各層判斷矩陣,采用MATLAB計算權(quán)重,得出各指標的權(quán)重值。水環(huán)境承載力各指標的權(quán)重確定結(jié)果見表1。

2）指標承載度的計算

(1)指標承載度計算模型的確定。本文中指標承載度的計算模型參考了水安全度的計算模型,由于對數(shù)函數(shù)關(guān)系能夠比較好的反應指標和承載度的關(guān)系,并借鑒了學者解艷對榆林市水環(huán)境的評價時所采用的方法,選用對數(shù)函數(shù)[9]計算水環(huán)境承載度,該計算方法適于單純指標計算。其模型參數(shù)為:y=a+blgx(1)式中:a和b為模型中的參數(shù)。在確定具體的各指標承載度計算模型時,首先根據(jù)國際認可的各類指標值、我國的5全國人民小康生活水平的基本標準6等確定海南省水環(huán)境承載力承載度指標核算標準。按照國際上的規(guī)定,如果人均水資源量少于1700m3將會發(fā)生用水緊缺[9],因此選1700m3為指標的及格值。選100m3為指標的最差值。及格值時指標的承載度設(shè)為0.6;取最差值時,指標的承載度為0;最優(yōu)值時指標的承載度為1。人均供水量是衡量水資源概況的指標,取600m3為及格值,30m3為最差值[11]。農(nóng)民人均純收入是衡量一個國家或地區(qū)人民生活整體水平的統(tǒng)計指標,該指標越大越好。取3600元為及格值,10000元為最優(yōu)值。城鎮(zhèn)居民家庭恩格爾系數(shù)是普遍使用的衡量居民生活發(fā)展水平的指標,一般比例越小越好。取40%為及格值,20%為最優(yōu)值。人均GDP作為衡量經(jīng)濟發(fā)展狀況的指標,根據(jù)國際上的規(guī)定,取3000美元為及格值,100美元為最差值。另外,工業(yè)廢水排放達標率、工業(yè)用水重復利用率、城鎮(zhèn)生活污水處理率都是揭示水環(huán)境質(zhì)量的指標,都是越大越好的指標,因此它們的最優(yōu)值都取100%。取工業(yè)廢水排放達標率的最差值為40%,取工業(yè)用水重復利用率的最差值為30%,取城鎮(zhèn)生活污水處理率的最差值為20%。根據(jù)海南水環(huán)境承載力承載度指標核算標準,代入公式(1),建立方程得出海南水環(huán)境承載力各類評價指標承載度計算模型的確定,見表2。根據(jù)農(nóng)民人均純收入的承載度模型得出,承載度為0時,農(nóng)民人均純收入為776元。根據(jù)城鎮(zhèn)居民家庭恩格爾系數(shù)的承載度模型得出,當x為60%時,可得承載度為0.35。(2)海南水環(huán)境承載力各類評價指標承載度的計算。從5中國環(huán)境年鑒6、5海南省水資源公報6、5海南省環(huán)境狀況公報6、5海南省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報6、5海南統(tǒng)計年鑒6等相關(guān)資料中,統(tǒng)計出2005年-2010年共6年數(shù)據(jù),經(jīng)過初步處理和換算得出海南省水環(huán)境承載力評價指標原始值,見表3。將表3中獲得的海南省水環(huán)境各指標原始值代入表2所建立的具體指標的承載度的計算模型,便得出海南省水環(huán)境承載力各類評價指標承載度值,見表4。

3）分承載力的計算

分承載力的計算采用模型[9]為:E=Emi=1Ei@Wi(2)式中:E為水環(huán)境分承載力;Ei為第i個指標的數(shù)值;Wi為第i個指標的權(quán)重;m為指標的數(shù)目。為了能夠統(tǒng)一計算,首先對模型中的每個指標進行無量綱化處理,得到無量綱值。模型中的每個指標都介于0~1之中,它們的取值都在最優(yōu)值和最差值之間。根據(jù)前面用層次分析法計算出來的各指標在系統(tǒng)中的權(quán)重,帶入各指標的承載度計算得出海南水環(huán)境各系統(tǒng)分承載力計算結(jié)果,見表5。

4）水環(huán)境承載力的綜合評價

本文采用/模加和0方法對水環(huán)境承載力進行綜合評價[8],即:（略）式中:|E|為水環(huán)境總承載力;Wi為第i個分承載力的權(quán)重;Ei為第i個分承載力的數(shù)值。將表5所求得的數(shù)據(jù)帶入公式(3),得出海南水環(huán)境承載力計算結(jié)果,見表6。同理得出2005年-2010年海南省水環(huán)境承載力綜合值,見表7。變化趨勢見圖1。

3.結(jié)果分析

根據(jù)錢華的對黃河萬家寨水庫水環(huán)境承載力研究中,水環(huán)境承載力的取值范圍是在0~1之間的,其大小反映了地區(qū)水環(huán)境承載力的程度,得出的值越大說明該地區(qū)水環(huán)境承載力越好,能夠承受比較大的壓力,具有很大的納污彈性。根據(jù)水環(huán)境承載力的取值將其劃分成四個判斷區(qū)間:第一判斷區(qū)間為不可承載(0~0.2),水環(huán)境處于崩潰狀態(tài);第二判斷區(qū)間為弱可承載(0.2~0.5)水環(huán)境處于脆弱狀態(tài);第三判斷區(qū)間為基本可承載(0.5~0.8)水環(huán)境處于一般狀態(tài);第四判斷區(qū)間為良好可承載(0.8~1.0)水環(huán)境處于彈性好狀態(tài)[13]。2005年-2010年海南省水環(huán)境承載度處于弱可承載的這個等級,水環(huán)境狀態(tài)很脆弱,但是從2005年到2010年,海南省水環(huán)境承載力呈逐年上升的趨勢,承載度從2005年的0.404提高到2010年的0.468。尤其是2009年到2010年水環(huán)境承載度有較為顯著的提高,工業(yè)廢水排放達標率由2009年的96.6%提高到2010年的97.82%,城鎮(zhèn)生活污水處理率由2009年的38.9%提高到2010年的50.0%。可見,社會經(jīng)濟系統(tǒng)的經(jīng)濟實力持續(xù)增長(因為海南省人均GDP承載度呈逐年上升趨勢),使水環(huán)境承載力穩(wěn)步增長。人類社會影響系統(tǒng)的承載力持續(xù)增長,尤其是2009年到2010年上升較為明顯。水環(huán)境系統(tǒng)的承載力2005年到2006年有所下降,但總體呈現(xiàn)出上升的態(tài)勢。海南水環(huán)境承載力的持續(xù)增長與這三個系統(tǒng)總體上的穩(wěn)步增長密切相關(guān)。