水环境承载能力

在一定的水域所能容纳污水及污染物的最大能力

水环境承载能力，指的是在一定的水域，其水体能够被继续使用并保持良好生态系统时，所能容纳污水及污染物的最大能力。在一些发达国家，要求城市和工业做到零排放，一方面节水，用水量零增长，另一方面对污水处理做到零排放。有的国家提出水体自净能力的概念，即水环境承载能力等于水体自净能力。

由来

人类社会进入二十世纪后，生产力飞速发展，环境污染日趋严重，在某些地区资源的掠夺性开发及环境污染已威胁着人类自身的生存，人们开始思考一个问题：这种生活模式能够维持多久？什么是健康的经济发展模式，因而出现了可持续发展的观点。1987年，世界环境与发展委员会区域规划和城市总体规划时，必须编制环境规划环境自净能力。他们认为，污染物排入环境之后，在物理、化学和生物作用下，会使其迁移、稀释、同化分解及转化，逐步消除污染，达到自然净化，因而，称环境的这种能力为对废物的承载能力，并认为它决定了在一定条件下环境所能容纳的污染物的最大负荷量。因而水环境容纳的计算自然而然地与水质模型相联系。

生态系统环境质量，即保持良好的生态系统，这就应与国家的法定标准相联系，再就是提出了是水域纳污的最大能力，即是一个界限值，或称为临界值，这表明该值有一定的基准。

前期研究

在联合国开发署资助的《华北水资源项目》中，研究的内容就是华北地区的经济发展、资源配置和环境承载能力之间的平衡和协调问题。当时确定两个最主要的目标函数水环境水资源水环境可允许的（即不严重破坏生态系统）水质污染程度及其量度方法。其目的就是分区域确定水质管理目标值和水质污染允许的最大值（使用的是状态量度参数而非容量量度参数），在这项研究中已经把承载能力与区域相联系，也与法定界限值相联系了。在确定水质界限值（标准）时，也考虑了其基准值。所用的定量化方法是水质综合指数。

上述度量环境状况的方法是在特定的研究项目中提出的，它虽是能度量区域环境或水质受污染的程度，但用于专门度量水环境承载能力尚需进一步完善。在上述两种度量方法中，BOD的人均量是国际上公认的量度区域环境污染状况的指标，使用简单，但确定界限值有一定难度，因为没有特定的基准值和毒性限，只是环境相对清洁度的指标，且对于环境和水质这个具有多指标的体系来说，其代表性相对简单些。水质综合指标比BOD的代表性更宽广，且大多数有基准值或各国有法律约束的管理值可依，用于度量区域水质污染程度和可用度是不成问题的，但对衡量区域水环境状况来说没有考虑一个水量的因素。水量在区域水环境水环境容量黄河的数倍，但水环境状况仍优于黄河的主要原因。所以度量区域水环境质量的指数中应包括两个部分，即：反映水质优劣的水质指数和反映区域水资源质量的水量因子。基于上述考虑，提出了下述专门用于度量水环境质量状况和水环境承载能力的水环境状态指数。

定量描述方法

在上述研究的基础上，这里提出了一个水环境承载能力的定量描述方法。应用这一方法可界定所研究的区域的水环境现状是否过载。若尚未过载则表明尚有开发余地，并可指明在哪一方面有多大空间。若过载，可提出问题之所在，生态恢复时需主攻什么方向，是水量问题还是水质问题等等。该定量化方法是：

IQE= ··········（1）

式中：

IQE为区域（或全国）水环境状态指数，是水环境承载能力的度量。

QT为水资源总量，是指区域实际拥有的水量，非经水文还原计算得的水量。该水资源总量若以出入区域的水文站流量计的话，指入境的水文站实测流量（不包括水文还原的流量）。

QW是区域总水资源量和可资利用的水资源量之差，即：

QW =Q总-Q可=QT-QC

应称为区域生态需水量，（是除人类生活和生产活动所需水量之外的保持环境生态之水量，包括河道、入海、冲积、不断流、植被、生态多样性保护等）。可将QW除临界值外，再分级，I级为对环境生态基本无影响人类取水，Ⅱ级为对生态有影响，但仍保持较好质量之水量，Ⅲ级为保持生态循环的最低水量，称允许的或临界水量，以及Ⅳ、Ⅴ等称为生态不同破坏程度下的水量等。

Qc （Q可）为可资利用的水资源量。

IWQ是区域水质综合指数。它是水质对环境的影响程度和可用度的量度（为无量纲值），也可称为水质评价综合指数（其计算方法可用水质中心为《水利与国民经济协调发展》课题开发的成果）。

上述IQE，区域（全国）环境状态指数，表示区域（全国）水环境状况。并认为其有可持续发展的临界状态IQEC，IQEC为可接受（acceptable或criteria）的水环境状况，也表征可持续发展的水资源开发利用总体状态。

IQEC和Ic（实际）的差为现状水环境和临界水环境状态的差值，正值为有开发余地；负值为生态不能承载，必须进行区域生态恢复。

该水资源状况评价方法的优点是：

1．由于Qw的量和IWQ的值都是客观的存在的，可以通过区域生态破化程度界定的，其中IWQ可以与现性的水质标准挂钩（也可以独立于人为的水质标准而存在），其好处是水资源质量评价不受人为定的水质标准的左右，在必要时又能与环境水质标准相对应，给出地区水质级别以及不同水质标准的不同评价结果之间的转换。保持历次水质评价和水资源评价的可比性。

2．Q可是地区水资源可用度的表征和约束，人们只能在不超过Q可的情况下发展经济（但可用节水、污水回用及回归河道等措施增加Q总或改变原IWQ下求得发展）即在环境承载的约束下发展经济。

3．IQE能分地区或生态区和在全国范围内给出水环境和水资源的总体状态（可表征过渡开发和水污染引起的生态质量的降低）是水资源状况的总体表征，作为水资源规划的战略目标的数字化定量描述方法。

另外，对环境现状IQE和临界IQE的比较也能给出不同区域水资源开发利用和水质状况的综合对比，其正值区为有开发余地之可开发区，负值区为水资源过渡开发或水资源造成生态严重破坏需进行水环境生态恢复的地区。进而可向国家报告水质水量相结合的水资源总体评价的结果和区域分布及比例。这就为全国水资源状况在不同区域的对比和开列国家水环境治理优先序奠定了基础。

计算方法

使用上述区域水质综合指数也可以计算出某区的具有某种水质类别（级别）的水资源量并进行全国的汇总。它即可给出年内使用的水量中各级别水质的比例，也可以给出年内存在于区内自然环境中的不同级别的水资源量的空间分布。其方法为：

IiQ= ··········（2）

式中：QHT为根据水文学还原后计算的全国水资源量；

Qi为第i分区（生态区）的表观水资源量；

IiQ为第i分区（生态区）的水文学计算的全国水资源量在该区的分量；

m为全国的水资源计算分区数量；

Qj= ··········（3）

Qj为符合j级别的区域（或全国）水资源量；

IiQ 为落入j级别标准内的i分区的水资源量；

n为相应的水质类（级）别数量；

IWQI,,，IWQI+1,，····为I级，I+1···I+n 级的水质指数。

Ij= ···········（4）

Ij为全国符合j级别水质的水资源所占的比例。

因为水是流动的，水经某一个上游区使用之后，又流至下游某区再次使用，这样会带来全国统计上的水资源量重复计算，上述方法在数学上可称为归一化方法，在物理学上可称为像卫星照相一样的在欧拉坐标系中的瞬间凝固法。这样就解决了水资源量的重复计算问题。

界限值确定

解决了计算方法后，确定上述水环境承载能力的难点就变成了对每个研究区（生态区）需确定其水资源人为可资利用量的临界值和允许最大水质污染的临界值的问题。

对于第一个问题，可根据区域生态条件，国外相应控制水平制定，例如，用美国的Tennant法（对干旱区）或湿周法（对水网区）等技术方法确定。而第二个问题可参考EPA的水质基准值，根据水质污染的环境影响曲线进行推断之。话虽这样说，但研究起来仍需根据不同的经济技术水平，人们对生态价值的认识程度以及与经济社会条件无关联的自然科学的基准数据（如水的污染物毒性限、不能造成断流等）的约束来制定。

这些问题解决之后，我们将获得区域乃至全国的生态管理目标，水资源使用限定目标及水质管理目标（水资源质量标准）等一系列有操作的基础数据，为真正实行可持续发展的各项决策服务。

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