水環(huán)境承載力中長(zhǎng)期預(yù)警探討范文
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摘要：基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)模擬仿真方法,構(gòu)建水環(huán)境承載力預(yù)警方法體系,并以昆明市為研究對(duì)象,對(duì)其水環(huán)境承載力超載狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警.研究結(jié)果顯示:在目前發(fā)展情景(BAU)下,2015~2025年10a間,昆明市水環(huán)境承載力超載狀態(tài)綜合指數(shù)從1.78逐漸增大到2.22,水環(huán)境超載狀態(tài)不斷惡化;昆明市系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度一直處于0.5~0.8之間,且社會(huì)總功效大于水環(huán)境總功效,社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)與水環(huán)境子系統(tǒng)互相拮抗;警度自中警轉(zhuǎn)為巨警,信號(hào)燈由橙燈轉(zhuǎn)化為紅燈,昆明市未來(lái)面臨著嚴(yán)峻的水環(huán)境承載力超載問(wèn)題.
關(guān)鍵詞：預(yù)警；水環(huán)境承載力；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；昆明市
近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,流域水污染負(fù)荷急劇增加,多種污染物的排放量超過(guò)水環(huán)境承載能力,引發(fā)了流域水質(zhì)惡化及生態(tài)系統(tǒng)功能退化等一系列水環(huán)境問(wèn)題[1].“十二五”規(guī)劃實(shí)施以來(lái),中央和地方政府將科學(xué)認(rèn)知資源環(huán)境承載能力視為制定區(qū)域發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略的基礎(chǔ)性工作[2].黨的十八屆三中全會(huì)公報(bào)、最新修訂的《環(huán)境保護(hù)法》以及《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》均明確提出應(yīng)建立完善的環(huán)境承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制,以促進(jìn)水環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[3-4].開(kāi)展水環(huán)境承載力預(yù)警研究,不僅能夠準(zhǔn)確預(yù)報(bào)水環(huán)境可能出現(xiàn)的超載情況、預(yù)判水環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)程度,而且能夠提前預(yù)知水環(huán)境承載制約因素,從而為決策部門(mén)及時(shí)采取排警決策提供科學(xué)依據(jù)[5-7].因此,構(gòu)建科學(xué)有效的水環(huán)境承載力預(yù)警體系對(duì)于我國(guó)水環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要.目前國(guó)外多關(guān)注于環(huán)境預(yù)警理論和方法的研究,形成了諸如ECCO模型[8]、概率模型[9]、故障樹(shù)分析應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)[10]等多種技術(shù)方法,但針對(duì)水環(huán)境承載力預(yù)警方法的研究較少.國(guó)內(nèi)對(duì)于水環(huán)境承載力預(yù)警的研究,大多通過(guò)建立指標(biāo)體系對(duì)環(huán)境質(zhì)量或資源供需關(guān)系進(jìn)行預(yù)警.在預(yù)警指標(biāo)構(gòu)建上,主要包括三類(lèi):一是基于PSR理論,從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三方面建立指標(biāo)體系[11-12];二是基于“自然—社會(huì)—經(jīng)濟(jì)”復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論從自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)三方面建立指標(biāo)體系[13-14];三是參考經(jīng)濟(jì)預(yù)警系統(tǒng),從警情、警源、警兆三方面構(gòu)建指標(biāo)體系[15-16].在研究方法上,一些學(xué)者應(yīng)用層次分析法[17]、水質(zhì)模型[18]、水環(huán)境容量模型[19]、多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)模型、供需平衡與多目標(biāo)分析模型[20]對(duì)水環(huán)境承載力進(jìn)行預(yù)警研究.總的來(lái)說(shuō),目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于水環(huán)境承載力預(yù)警的研究思路和方法多沿用評(píng)價(jià)手段,沒(méi)能對(duì)未來(lái)的水環(huán)境超載狀態(tài)進(jìn)行評(píng)判,不能真正體現(xiàn)預(yù)警的內(nèi)涵.同時(shí),在警義界定上,多直接定義水環(huán)境容量超載、水資源量供不應(yīng)求為警情,不能全面反應(yīng)水環(huán)境的超載狀態(tài);在警度量化上,因?qū)λh(huán)境承載力概念界定不清,難以對(duì)警情指標(biāo)采取合適的評(píng)判方法,評(píng)判時(shí)往往只考慮承載率這一指標(biāo),沒(méi)有考慮系統(tǒng)動(dòng)態(tài)發(fā)展和協(xié)調(diào)情況;在確定警限、劃分警區(qū)上面,往往通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定,沒(méi)有結(jié)合研究區(qū)域具體規(guī)劃情況.為此,本研究以水環(huán)境承載力理論為依據(jù),在國(guó)內(nèi)外水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)與預(yù)警研究的基礎(chǔ)上,科學(xué)的對(duì)水環(huán)境承載力進(jìn)行概念厘定;并借鑒經(jīng)濟(jì)預(yù)警和環(huán)境預(yù)警的成功經(jīng)驗(yàn),將水環(huán)境承載力預(yù)警體系劃分為以下階段:明確警義、識(shí)別警源、預(yù)測(cè)警情、分析警兆、評(píng)判警情、界定警度、排除警情.同時(shí),在警情預(yù)測(cè)上,運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)仿真的方法,以動(dòng)態(tài)的跟蹤警兆、警情的發(fā)展;在警情評(píng)判上,引入水環(huán)境承載力超載狀態(tài)綜合指數(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度,以全面的反映水環(huán)境的超載狀態(tài),這為水環(huán)境承載力預(yù)警理論方法體系的完善做了有益探索,對(duì)今后開(kāi)展相關(guān)研究具有重要意義.
1水環(huán)境承載力的概念及表征
1.1水環(huán)境承載力概念
目前,學(xué)術(shù)界對(duì)水環(huán)境承載力的概念尚未有統(tǒng)一的定義,較為科學(xué)的環(huán)境承載力概念為:“在某一時(shí)期,某種狀態(tài)或條件下,某地區(qū)的環(huán)境所能承受人類(lèi)活動(dòng)作用的閾值”[21].但在具體研究中,水環(huán)境承載力的概念極易與水環(huán)境容量、水資源承載力、水生態(tài)承載力等概念交叉混淆[22-23],這直接導(dǎo)致選取指標(biāo)體系時(shí)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而難以形成公認(rèn)的水環(huán)境承載力量化方法,嚴(yán)重限制了水環(huán)境承載力預(yù)警的研究.因此,如何科學(xué)準(zhǔn)確的定義水環(huán)境承載力,避免概念上的混淆,對(duì)于預(yù)警體系的構(gòu)建至關(guān)重要.水環(huán)境承載力強(qiáng)調(diào)自身的綜合屬性,而水環(huán)境容量、水資源承載力和水生態(tài)承載力在概念內(nèi)涵上都有各自不同的側(cè)重點(diǎn):水環(huán)境容量側(cè)重的是水環(huán)境消納污染物的能力,即“水質(zhì)”方面的承載能力[24];水資源承載力指水環(huán)境供給水資源的能力或人類(lèi)在生產(chǎn)生活中可利用水資源的能力,即“水量”方面的承載能力[25];水生態(tài)承載力強(qiáng)調(diào)的是水體在維持自身生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展條件下,支撐人類(lèi)活動(dòng)的能力,即“水生態(tài)”方面的承載能力[26].因此,水質(zhì)、水量、水生態(tài)代表了水環(huán)境的3個(gè)方面,3者之間既有區(qū)別,又存在相互聯(lián)系,都是組成水環(huán)境承載力這一整體概念必不可少的一部分.綜上,本研究將水環(huán)境承載力的定義表述為:全面考察了水質(zhì)、水量和水生態(tài)以及與之相應(yīng)的對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的綜合承載能力.該定義是對(duì)水環(huán)境容量、水資源承載力、水生態(tài)承載力3者的綜合,既強(qiáng)調(diào)水環(huán)境消納污染物的能力和水環(huán)境供給水資源的能力,還強(qiáng)調(diào)水環(huán)境支撐水生態(tài)系統(tǒng)的能力,并將水環(huán)境與人類(lèi)活動(dòng)有機(jī)聯(lián)系在一起.
1.2水環(huán)境承載力的表征
水環(huán)境承載力可用發(fā)展和限制這兩種變量的聯(lián)系來(lái)表征.依據(jù)所厘定的定義,本研究將水環(huán)境承載力表征為:一定時(shí)空范圍內(nèi),水環(huán)境系統(tǒng)在能保證一定的納污功能、水資源供給功能和生態(tài)功能的前提下,所能承載的人口經(jīng)濟(jì)閾值.其中,限制變量即為水環(huán)境承載力的3個(gè)分量,3個(gè)分量的超載將會(huì)限制人口和經(jīng)濟(jì)的增速.發(fā)展變量即為系統(tǒng)在分量限制下的總?cè)丝凇⒌貐^(qū)生產(chǎn)總值、污染物排放量、水資源需求量和生態(tài)需水量等因素.水環(huán)境承載力的3個(gè)分量表征和量化方法如表1所示.本研究采用水體污染物的環(huán)境容量和水資源可利用量來(lái)表征水環(huán)境容量和水資源承載力;對(duì)于水生態(tài)承載力,主要從保障水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能即生態(tài)供水滿(mǎn)足相應(yīng)生態(tài)需水的角度進(jìn)行界定.因此,本文進(jìn)一步選擇生態(tài)需水保障率作為度量水生態(tài)承載力超載狀態(tài)的量化指標(biāo).
2預(yù)警方法
水環(huán)境承載力超載狀態(tài)預(yù)警是指對(duì)水環(huán)境承載的未來(lái)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)度,以預(yù)報(bào)不正常狀態(tài)的時(shí)空范圍和危害程度并提出防范措施.在水環(huán)境承載力理論的基礎(chǔ)上,本研究借鑒經(jīng)濟(jì)預(yù)警和環(huán)境預(yù)警的成功經(jīng)驗(yàn)[27],將流域/區(qū)域水環(huán)境承載力預(yù)警研究劃分為以下階段:明確警義、識(shí)別警源、預(yù)測(cè)警情、分析警兆、評(píng)判警情、界定警度、排除警情.
2.1明確警義及警源識(shí)別
警義即警情的含義,明確警義,實(shí)際上是對(duì)超載狀態(tài)進(jìn)行最基本的定性判別,解決的是“何種狀態(tài)需要報(bào)警”的問(wèn)題,本研究的警義為水環(huán)境超載狀態(tài).警源即警情產(chǎn)生的來(lái)源,是警情預(yù)測(cè)的基礎(chǔ),能夠?yàn)楹罄m(xù)的排警提供幫助.區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水環(huán)境在相互影響和相互作用下形成了一個(gè)非線(xiàn)性、高階次的復(fù)雜系統(tǒng)[28],因此,本研究對(duì)于警源的識(shí)別采用系統(tǒng)分析法,即通過(guò)調(diào)查收集昆明市水系統(tǒng)背景資料,在明確考察昆明市未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水環(huán)境影響這一目標(biāo)的基礎(chǔ)上,將昆明市行政區(qū)范圍劃定為系統(tǒng)邊界,進(jìn)而通過(guò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析,劃分為人口-經(jīng)濟(jì)-水資源-水環(huán)境四個(gè)子系統(tǒng),同時(shí),綜合考慮子系統(tǒng)組成要素之間的聯(lián)系,形成系統(tǒng)因果反饋回路圖(如圖1所示).由回路圖可知,影響水環(huán)境容量的警源可追溯到居民生活污染排放和產(chǎn)業(yè)污染排放;影響水資源承載力的警源可追溯到居民生活用水、各產(chǎn)業(yè)用水和城市環(huán)境雜用水;而過(guò)多的生產(chǎn)生活用水會(huì)直接導(dǎo)致生態(tài)需水保障率的降低,從而容易引起水生態(tài)承載力超載,此三者的警源均可歸納為人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)規(guī)模.因此,人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模正是昆明市水環(huán)境承載力超載狀態(tài)的警情來(lái)源.
2.2基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)仿真的警情預(yù)測(cè)方法
識(shí)別警源后,需要預(yù)測(cè)警情.警情預(yù)測(cè)是預(yù)警系統(tǒng)的信息來(lái)源,也是系統(tǒng)運(yùn)行的前提,本研究采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)模擬仿真的方法進(jìn)行警情預(yù)測(cè).系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)以系統(tǒng)分析和因果反饋的理論為基礎(chǔ),應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)預(yù)測(cè)復(fù)雜系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)態(tài).它可以根據(jù)已知系統(tǒng),結(jié)合研究目的、現(xiàn)狀、系統(tǒng)內(nèi)要素關(guān)系以及前人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)建立模型,相對(duì)于其他預(yù)測(cè)方法,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)在時(shí)間序列上的動(dòng)態(tài)研究更有優(yōu)勢(shì),并可根據(jù)輸出結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[29].因此,本研究采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)昆明市的水環(huán)境承載力超載狀態(tài)進(jìn)行警情預(yù)測(cè),以動(dòng)態(tài)的跟蹤警兆、警情的發(fā)展,并結(jié)合情景分析,考察目前發(fā)展情境下,昆明市未來(lái)的水環(huán)境承載力超載狀態(tài)與趨勢(shì),從而為昆明市環(huán)保部門(mén)的排警決策提供支撐.本研究在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上,采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件STELLA(StructureThinkingExperimentalLearningLaboratorywithAnimation)建立昆明市水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型.參數(shù)設(shè)定的數(shù)據(jù)資料主要來(lái)源于:2010~2014年中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào);2010~2014年云南省統(tǒng)計(jì)年鑒、云南省水資源公報(bào)、昆明市統(tǒng)計(jì)年鑒、昆明市環(huán)境質(zhì)量公報(bào);“十二五”期間滇池流域水污染防治規(guī)劃、昆明市海綿城市建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃、昆明市環(huán)境保護(hù)與生態(tài)建設(shè)規(guī)劃、昆明市城鎮(zhèn)再生水利用專(zhuān)業(yè)規(guī)劃;第一次全國(guó)污染源普查云南省農(nóng)業(yè)污染源普查報(bào)告以及相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)果等[30-31].模型的模擬時(shí)段為2010~2025年,時(shí)間步長(zhǎng)DT=1a.
2.3水環(huán)境承載力超載狀態(tài)警兆判別
警兆即警情的預(yù)兆,是警情演變的一種初始形態(tài),預(yù)示著警情有可能發(fā)生.分析判別警兆,實(shí)際上是在評(píng)判警情之前,提前對(duì)系統(tǒng)做出預(yù)判,考察是否有可能出現(xiàn)警情,需不需要對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行下一步的評(píng)判.環(huán)境承載率是社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力與環(huán)境可承載能力的比值[32],水環(huán)境承載率可以直觀對(duì)比壓力強(qiáng)度是否超出水環(huán)境的承載能力,衡量現(xiàn)狀值和理想值的差距,是水環(huán)境承載力預(yù)警方法體系中常用的警兆指標(biāo)。
2.4水環(huán)境承載力超載狀態(tài)警情評(píng)判方法
通過(guò)警情預(yù)測(cè)與警兆判別,需進(jìn)一步分析評(píng)判警情,即用統(tǒng)一、客觀的方法來(lái)量化表征警情,以便界定其所在的警度.本研究將水環(huán)境承載力超載狀態(tài)綜合指數(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度作為警情評(píng)判的指標(biāo).
2.4.1水環(huán)境承載力超載狀態(tài)綜合指數(shù)
考慮短板效應(yīng),本文采用內(nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)算水環(huán)境承載力超載狀態(tài)指數(shù).為綜合體現(xiàn)水環(huán)境承載力的超載狀態(tài),本研究以警兆判別中所提到的環(huán)境承載率和生態(tài)需水保障指數(shù)作為評(píng)價(jià)基礎(chǔ),考慮水環(huán)境容量、水資源和水生態(tài)3個(gè)方面以計(jì)算水環(huán)境承載力超載狀態(tài)綜合指數(shù)。
2.4.2社會(huì)經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度
社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水環(huán)境之間的耦合作用,可視為兩個(gè)系統(tǒng)相互作用的集合,既包括發(fā)展對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生的壓力和脅迫作用,又包括水環(huán)境對(duì)發(fā)展產(chǎn)生的約束作用;既包括水環(huán)境對(duì)發(fā)展的承載支撐作用,也包括發(fā)展的理論技術(shù)進(jìn)步對(duì)水環(huán)境的改善作用.社會(huì)經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境之間的耦合協(xié)調(diào)度反映了兩者之間的協(xié)調(diào)發(fā)展程度,是對(duì)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的一種評(píng)判方法[33].因此,本研究引入社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度評(píng)判警情,以判斷水環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)程度,耦合協(xié)調(diào)度越高,系統(tǒng)越趨向協(xié)調(diào)有序發(fā)展.耦合協(xié)調(diào)度的計(jì)算方法可分為以下4步.(1)計(jì)算功效函數(shù)設(shè)變量ui(1,2,3……,m)是社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-水環(huán)境系統(tǒng)序參量,uij為第i個(gè)序參量的第j個(gè)指標(biāo),其值為xij(j=1,2,3……,m),αij和βij分別為序參量在系統(tǒng)穩(wěn)定臨界點(diǎn)的上限值與下限值,當(dāng)序參量的值越大時(shí),系統(tǒng)耦合越好,則該變量為正功效指標(biāo);當(dāng)序參量的值越小時(shí),系統(tǒng)耦合越好,則該變量為負(fù)功效指標(biāo)。(2)結(jié)果集成由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和水環(huán)境子系統(tǒng)相互作用而又處于兩個(gè)不同的子系統(tǒng),我們通過(guò)集成方法計(jì)算子系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)序參量的總貢獻(xiàn)度,一般以線(xiàn)性加權(quán)法或幾何平均法計(jì)算單個(gè)子系統(tǒng)的綜合功效值。(3)計(jì)算耦合度根據(jù)物理學(xué)中容量耦合概念及相關(guān)模型,可以推出社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水環(huán)境的耦合度計(jì)算方法,。(4)計(jì)算耦合協(xié)調(diào)度由于耦合度僅能反應(yīng)系統(tǒng)耦合作用的強(qiáng)度和發(fā)展趨勢(shì),不能反應(yīng)系統(tǒng)整體功效的水平和協(xié)調(diào)水平,故在耦合度的基礎(chǔ)上,構(gòu)造耦合協(xié)調(diào)度模型,以反應(yīng)耦合作用的協(xié)調(diào)水平。
2.5水環(huán)境承載力超載狀態(tài)警度界定與報(bào)警
警度即警情危急的程度,界定并預(yù)報(bào)警度時(shí),警情不能直接轉(zhuǎn)化為可預(yù)報(bào)的警度,需通過(guò)警限來(lái)確定警度.警限的確定不僅需要根據(jù)系統(tǒng)化的理論,還應(yīng)結(jié)合研究區(qū)域的規(guī)劃情況進(jìn)行確定.本研究采用水環(huán)境承載力超載狀態(tài)臨界值和控制圖法相結(jié)合的方法確定警限.控制圖法[37]是一種通過(guò)分析樣本數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)判數(shù)據(jù)是否屬于正常狀態(tài)的方法.在該方法的設(shè)定下,被考察的指標(biāo)值X服從正態(tài)分布N(μ,ζ2),其中μ為X的均值,ζ為X的標(biāo)準(zhǔn)差.當(dāng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程處于正常狀態(tài)時(shí),指標(biāo)值X應(yīng)以99.73%的概率落在3ζ范圍之內(nèi).如X落在±3ζ在之外,可以認(rèn)為X超出了控制界限,過(guò)程被某種因素干擾而變得不穩(wěn)定,系統(tǒng)需要立刻報(bào)警來(lái)提醒操作者采取措施.預(yù)報(bào)得到的警度,是當(dāng)前警情狀態(tài)的反映,為綜合體現(xiàn)系統(tǒng)超載狀態(tài)和動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展,將警度和社會(huì)經(jīng)濟(jì)-水環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度結(jié)合起來(lái),采取警情信號(hào)燈綜合描述當(dāng)前警情,詳見(jiàn)表3.表中藍(lán)燈表明水環(huán)境處于安全狀態(tài),整個(gè)系統(tǒng)向有序且高水平協(xié)調(diào)的方向發(fā)展;綠燈表明水環(huán)境處于安全狀態(tài),整個(gè)系統(tǒng)向有序且高水平協(xié)調(diào)的方向發(fā)展;黃燈表明水環(huán)境出現(xiàn)輕度至中度超載,耦合協(xié)調(diào)水平一般,需要采取排警措施;橙燈表明耦合協(xié)調(diào)度和水環(huán)境承載力超載狀態(tài)都處于較危險(xiǎn)的水平;紅燈表明水環(huán)境嚴(yán)重超載或者社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始衰退.
2.6水環(huán)境承載力超載狀態(tài)排除警情方法
當(dāng)警情發(fā)生時(shí),決策者需要對(duì)此進(jìn)行響應(yīng)來(lái)排除警情,這種響應(yīng)就是排警決策.排警決策是指應(yīng)對(duì)警情的響應(yīng)手段,在確定排警決策時(shí),不僅要考慮警情和警度,更要對(duì)警情的警源進(jìn)行分析,同時(shí)結(jié)合警兆提出有效緩解警情的對(duì)策.在實(shí)際操作中,可從雙向調(diào)控角度提出緩解對(duì)策;并從敏感度分析角度進(jìn)行警源參數(shù)篩選,進(jìn)而對(duì)不同排警決策進(jìn)行情景模擬仿真,以考察警情是否得到排除;如無(wú)法使系統(tǒng)安全,則需采取進(jìn)一步措施.
3結(jié)果與分析
3.1警情預(yù)測(cè)結(jié)果分析
3.1.1SD模型有效性檢驗(yàn)
為驗(yàn)證模型的運(yùn)算結(jié)果與客觀實(shí)際的吻合程度,本研究選取昆明市2010~2014年人口、GDP、COD和氨氮排放量的歷史數(shù)據(jù)與模擬仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果如圖2所示.經(jīng)對(duì)比,模擬值與歷史數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差率平均值不超過(guò)15%,絕大多數(shù)的參數(shù)運(yùn)行結(jié)果誤差小于10%,說(shuō)明模型擬合程度較好,模擬預(yù)測(cè)結(jié)果真實(shí)可信.
3.1.2BAU情景下動(dòng)態(tài)模擬仿真結(jié)果與分析
目前發(fā)展情景(BAU)指的是對(duì)現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)不加約束的情景,按照昆明市目前發(fā)展情景的設(shè)置,以2014年為基準(zhǔn)年,預(yù)測(cè)昆明市2015~2025年的人口社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)?昆明市2015~2025年間,在不施加外界約束的情景下,總?cè)丝诓粩嘣黾?其中城鎮(zhèn)人口占比不斷增高,城鎮(zhèn)化比例的增加直接導(dǎo)致城鎮(zhèn)生活用水量及污染物(CODCr,氨氮)排放量不斷增加,同時(shí),農(nóng)村人口的不斷減少,使得農(nóng)村生活用水量及污染物質(zhì)排放量不斷減少.作為重要的旅游城市,昆明市第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快,第二產(chǎn)業(yè)次之,第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢.各產(chǎn)業(yè)所消耗的水資源及其污染物質(zhì)排放量(CODCr,氨氮)均呈現(xiàn)上升趨勢(shì),但不同產(chǎn)業(yè)增加的幅度存在差異.其中,以農(nóng)林業(yè)為主的第一產(chǎn)業(yè)消耗水資源最快,排放氨氮最多,CODCr最少;以旅游服務(wù)業(yè)為主的第三產(chǎn)業(yè)則消耗水資源最少,排放的氨氮最少,但排放的CODCr最多,比第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)廢水排放出的CODCr還要多,這說(shuō)明旅游服務(wù)業(yè)帶來(lái)了高濃度污染的生活污水,生活污水的增加給昆明市水環(huán)境承載力帶來(lái)巨大壓力.
3.2警兆判別結(jié)果與分析
BAU情景下,昆明市的水環(huán)境承載率計(jì)算結(jié)果如表4所示,生態(tài)需水保障指數(shù)在2020年和2025年的計(jì)算結(jié)果分別為0.53和0.43.從表4和生態(tài)需水保障指數(shù)的計(jì)算結(jié)果可以看出:在不對(duì)昆明市水環(huán)境施加外界約束的情景下,2020年和2025年的生態(tài)需水保障指數(shù)分別為0.53和0.43,模擬結(jié)果均小于0.8,說(shuō)明水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可以得到保障;而水資源、CODCr和氨氮在2020年的承載率分別為0.82、1.67和2.38,2025年的承載率分別為1.15、2.04和2.78,均大于0.8,說(shuō)明三者均處于超載狀態(tài),且隨著時(shí)間推移,承載率趨向上升,超載狀態(tài)愈發(fā)惡劣,其中氨氮超載狀態(tài)最為嚴(yán)重.因此,從警兆的判別結(jié)果來(lái)看,BAU情景下,水資源、CODCr和氨氮的警兆指標(biāo)值皆大于0.8,且有隨時(shí)間上升的趨勢(shì),故可以作為具體的警兆指標(biāo),并需要進(jìn)一步對(duì)警情進(jìn)行評(píng)判.
3.3警情評(píng)判結(jié)果與分析
根據(jù)公式(4)~公式(9),分別對(duì)BAU情景下昆明市2015~2020年的水環(huán)境承載力超載狀態(tài)綜合指數(shù)和耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如表5和表6所示.從表中可以看出,超載狀態(tài)綜合指數(shù)于2015~2018年維持在1.78,且于2019~2025年間不斷增大,說(shuō)明超載狀態(tài)逐漸惡化;2015~2025年間,耦合協(xié)調(diào)度大于0.5小于0.8,社會(huì)總功效大于水環(huán)境總功效,說(shuō)明水環(huán)境難以支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,子系統(tǒng)互相拮抗耦合.
3.4警度界定與報(bào)警
3.4.1警度界定
警度是在警限確定的基礎(chǔ)上劃分的.本文采用水環(huán)境承載力超載狀態(tài)臨界值和控制圖法相結(jié)合的方法確定警限.結(jié)合昆明市作為全國(guó)主體功能區(qū)劃中重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的實(shí)際情況,我們?cè)谂R界超載點(diǎn)“1”時(shí)劃分輕警和安全區(qū);同時(shí),考慮承載率為“1.5”的弱超載-中等超載臨界點(diǎn)和“2.0”時(shí)的中等超載-嚴(yán)重超載臨界點(diǎn),結(jié)合控制圖法劃分中警、重警與巨警.劃分結(jié)果見(jiàn)表7.
3.4.2預(yù)警結(jié)果與分析
結(jié)合水環(huán)境承載力超載狀態(tài)綜合指數(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度,得出BAU情景下的警情信號(hào)燈,如表8所示.從表8可以看出,水環(huán)境承載力超載狀態(tài)于2022年進(jìn)入巨警,同年,耦合協(xié)調(diào)度也受到水環(huán)境超載影響開(kāi)始下降,警度達(dá)到紅燈,表明BAU情境下,到2022年,昆明市水環(huán)境將完全無(wú)法容納社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的巨大壓力,整個(gè)水系統(tǒng)趨于紊亂退化,無(wú)法協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展,必須施行相應(yīng)的排警決策.在排警決策方面,可分別從提高水環(huán)境承載力和降低社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)水環(huán)境壓力2個(gè)方面入手.諸如通過(guò)水利設(shè)施蓄水和雨水回用措施等提高水環(huán)境承載力;調(diào)整經(jīng)濟(jì)增速、人口規(guī)模和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高廢水回用率等以降低社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)水環(huán)境壓力.
4結(jié)論
4.1BAU情景下,昆明市未來(lái)的水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可以得到保障,而水資源、CODCr、氨氮承載率均屬于超載狀態(tài),其中氨氮超載狀態(tài)最為嚴(yán)重;超載狀態(tài)綜合指數(shù)于2015~2018年維持在1.78,且于2019~2025年間不斷增大;耦合協(xié)調(diào)度大于0.5小于0.8,社會(huì)總功效大于水環(huán)境總功效,水環(huán)境難以支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,子系統(tǒng)互相拮抗.
4.2BAU情景下,昆明市2015~2025年的水環(huán)境承載力超載狀態(tài)的警度自2015年起即為中警,并于2022年進(jìn)入巨警,同年的耦合協(xié)調(diào)度也受到水環(huán)境系統(tǒng)影響而開(kāi)始下降,整體系統(tǒng)進(jìn)入紅燈,表明BAU情境下,到2022年,昆明市水環(huán)境將完全無(wú)法容納社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的巨大壓力,整個(gè)水系統(tǒng)無(wú)法協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展,必須施行相應(yīng)的排警決策.在排警決策方面,需嚴(yán)格按照“十三五”規(guī)劃中的可持續(xù)發(fā)展要求,提高節(jié)能降耗水平,控制污染物排放,合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),以避免因城市發(fā)展帶來(lái)的水環(huán)境承載力超載問(wèn)題.
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作者：崔丹；陳馨；曾維華 單位：北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院