基于结构方程的流域水环境承载力分析

徐律 安徽省城建设计研究总院股份有限公司

所谓水环境承载力，指的是水环境功能在一定区域和一定时期不朝恶性方向转变且可持续发展的条件，水环境系统能够实现的对社会、经济、人口可持续发展规模支撑的阈值。通过科学评价水环境承载力，可持续的流域内经济社会发展即可得到支持。

一、研究思路

水环境承载力评价需以构建合理、科学、实用的体系，但由于客观依据缺乏、主观因素影响较大。本文建议采用结构方程模型分析流域水环境承载力，该模型主要用于因果关系的建立、估计和检验，模型同时包括显在变量和潜在变量，二者的区别在于能否直接观测，通过对单项指标间相互关系和指标总体作用的清晰分析，结构方程模型同时具备验证性研究和探索性研究能力。基于结构方程模型具备的优势，本文将基于该模型建设水环境承载力评价体系并实现权重的确定，结合流域实际，即可为流域的健康可持续发展提供依据[1]。

二、实例分析

（一）案例概况

以某地河流作为研究对象，当地多年平均降水量为460.5mm，地势东南低、西北高，属于高原干旱、半干旱大陆性气候，区域内存在呈树枝状水系分布的河流干、支流，该流域属于当地经济发达、人口集中的地区。

（二）数据来源

研究数据主要源于当地的水文监测站和气象站点，以及当地政府发布的统计年鉴、污染源普查数据、经济社会发展统计资料等。以环境保护部环境规划院及同类研究作为氨氮和COD 可用环境容量、氨氮与COD降解系数等数据来源。此外，研究还收集了当地的土地利用数据并基于Fragstats 等软件开展了数据的处理。

（三）建立结构方程模型

基于土地利用对水环境压力和承载力的影响机理，以及数据的可获得性，为明确水环境承载状态与不同影响因素间存在的关系，研究采用结构方程模型。直接测量无法获得模型架构主体变量，具体反映需要使用其他指标，这类潜变量无法直接测量，侧变量则能够直接测量，基于可靠性、系统性、可操作性、科学性原则，为保证数据的顺利收集，研究最终确定了潜变量共8 个，包括A1 面源负荷、A2 点源负荷、A3 水质净化能力、A4 产流和水源涵养能力、A5 上游来水水质、A6 水环境压力、A7 水环境承载力、A8 水环境承载状态，其中A1 可细分为B1 化肥施用量、B2 耕地面积占比、B3不透水面面积占比共3 个测变量，A2 可细分为B4 氨氮点源排放量、B5 COD 点源排放量，A3 可细分为B6 河流蜿蜒度、B7 湿地聚集度、B8 湿地面积占比、B9 湿地连通性，A4 可细分为B10 水面面积占比、B11 草地面积占比、B12 林地面积占比、B13 年降水量，A5 可细分为B14 上游来水氨氮浓度、B15 上游来水COD，A6 可细分为B16 氨氮排放入河量、B17 COD 排放入河量，A7 可细分为B18 氨氮可用环境容量、B 19COD 可用环境容量，A8 可细分为B20 氨氮浓度、B21 COD。为更多获取数据样本量，将案例区域细分为控制子单元16 个，具体划分基准为自然水系汇水范围。以污染物排放量和景观格局/土地利用对水环境承载状态影响路径为基础，针对性建设结构方程模型用于水环境承载力评价，样本数据组由收集的水文、土地利用、气象、水质、污染物排放等数据组成，标准化处理原始数据后即可向AMOS软件导入数据，具体格式为SPSS，量化计算采用极大似然法估计，标准化系数及模型结构能够随之确定[2]。

（四）水环境承载力综合评价

基于上文确定的测变量和潜变量，即可构建水环境承载力综合评价指标体系，该体系由准则层、领域层、指标层组成，准则层包括水环境压力和水环境承载力，领域层包括面源负荷、点源负荷，以及水质净化能力、水资源供给能力、上游来水水质，指标层包括化肥施用量、耕地面积占比、不透水面面积占比、氨氮点源排放量、COD 点源排放量、河流蜿蜒度、湿地聚集度、湿地面积占比、湿地连通性、水面面积占比、草地面积占比、林地面积占比、降水、来水氨氮、来水COD。各层指标的权重确定基于式（1）进行计算：

（五）结果分析

结合权重的计算结果进行分析能够发现，水环境压力负荷与承载力权重分别为0.67、0.37，这说明案例流域上游水环境质量主要受到人类活动影响，由此可直观了解本文研究方法的实用性。总的来说，结构方程模型能够较好用于流域水环境承载力研究，流域各个子单元水环境承载状态也能够基于该模型通过综合评价指数揭示，同时该模型还能够明确各类影响因素的源头，如面源污染以化肥施用量和耕地面积占比为主要影响因素，水质净化能力则直接受到湿地聚集度和湿地连通性影响。

三、结论

综上所述，基于结构方程的流域水环境承载力分析具备较高实用性。为更好服务于流域可持续发展，环境和资源差异的研究、水资源利用和污染防治政策的优化必须得到重视。