研究區基本概況

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]。

研究方法與結果

1.評價指標的選取

根據定義,本文構建的水環境承載力的指標體系包括水環境系統、社會經濟系統、人類生活影響系統三個部分。水環境系統包括的具體指標是人均供水量、人均水資源量;社會經濟系統包括的具體指標是人均GDP、農民人均純收入、城鎮居民家庭恩格爾系數;人類生活影響系統包括的具體指標是工業用水重復利用率、工業廢水排放達標率,城鎮生活污水處理率[9210]。

2.評價方法

本文采用AHP和/模加和0法對海南省水環境承載力進行評估。首先需要確定各指標的權重,然后建立選定指標的水環境承載度計算模型,代入實際數據后得到選取各指標的水環境承載度,加權計算得到水環境分承載力的值,再根據三個系統的分承載力權重,得到水環境承載力的綜合值,最后對海南省水環境承載力進行綜合評價[11]。

1）評價指標權重的確定

因為模型中選取的各指標對水環境承載力的影響程度有所不同,因此需要確定權重。目前確定權重的方法大致分為主觀賦權法和客觀賦權法,主觀賦權法主要是通過綜合專家們的經驗所得出的各指標的權重進行的賦權,如層次分析法(AHP)、專家調查法等。客觀賦權法是指各個評價指標由一定的數學方法進行自動賦權,它不取決于人們的主觀判斷。由于本文模型構建選取的指標涉及多個系統和要素,所以選擇采用AHP[12]。綜合考慮和分析各個判斷指標對水環境承載力的影響,了解各項指標間的關系,根據海南省水環境的實際情況,得出各層判斷矩陣,采用MATLAB計算權重,得出各指標的權重值。水環境承載力各指標的權重確定結果見表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,由于對數函數關系能夠比較好的反應指標和承載度的關系,并借鑒了學者解艷對榆林市水環境的評價時所采用的方法,選用對數函數[9]計算水環境承載度,該計算方法適于單純指標計算。其模型參數為:y=a+blgx(1)式中:a和b為模型中的參數。在確定具體的各指標承載度計算模型時,首先根據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等確定海南省水環境承載力承載度指標核算標準。按照國際上的規定,如果人均水資源量少于1700m3將會發生用水緊缺[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為0.6;取最差值時,指標的承載度為0;最優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]。農民人均純收入是衡量一個國家或地區人民生活整體水平的統計指標,該指標越大越好。取3600元為及格值,10000元為最優值。城鎮居民家庭恩格爾系數是普遍使用的衡量居民生活發展水平的指標,一般比例越小越好。取40%為及格值,20%為最優值。人均GDP作為衡量經濟發展狀況的指標,根據國際上的規定,取3000美元為及格值,100美元為最差值。另外,工業廢水排放達標率、工業用水重復利用率、城鎮生活污水處理率都是揭示水環境質量的指標,都是越大越好的指標,因此它們的最優值都取100%。取工業廢水排放達標率的最差值為40%,取工業用水重復利用率的最差值為30%,取城鎮生活污水處理率的最差值為20%。根據海南水環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。根據農民人均純收入的承載度模型得出,承載度為0時,農民人均純收入為776元。根據城鎮居民家庭恩格爾系數的承載度模型得出,當x為60%時,可得承載度為0.35。(2)海南水環境承載力各類評價指標承載度的計算。從5中國環境年鑒6、5海南省水資源公報6、5海南省環境狀況公報6、5海南省國民經濟和社會發展統計公報6、5海南統計年鑒6等相關資料中,統計出2005年-2010年共6年數據,經過初步處理和換算得出海南省水環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為水環境分承載力;Ei為第i個指標的數值;Wi為第i個指標的權重;m為指標的數目。為了能夠統一計算,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值和最差值之間。根據前面用層次分析法計算出來的各指標在系統中的權重,帶入各指標的承載度計算得出海南水環境各系統分承載力計算結果,見表5。

4）水環境承載力的綜合評價

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

3.結果分析

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