技术摘要：
本发明涉及流域水生态环境承载力评估技术领域，提供一种具有功能差异性的流域水生态环境承载力评估方法，包括：首先，构建具有功能差异性的水生态环境承载力评估指标库、监测指标库、特征因子库；然后，对待评估流域控制单元进行职能类型划分；最后，对待评估流域控制  全部
背景技术：
伴随我国经济的快速增长，资源能耗水平大幅度提高，工业生产与生活污染物的 排放不断向自然环境和生态系统施加压力，对自然界造成污染，其中以水污染问题最为严 重。我国流域的水污染问题表现为社会经济发展、水资源、水生态和水环境系统共同作用的 结果。水生态环境承载力这一概念的提出将传统水环境管理体系从单一的水质评价转换为 水资源、水环境、水生态和社会经济耦合的概念，并特指在某一特定流域范围内某一特定时 间流域水生态系统所能承载的最大的人口数量和经济规模。正确认识并合理评价流域水生 态环境承载能力，能够在完善我国水环境监督管理体系的同时，对即将超载的流域控制单 元通过预警和风险控制方案进行人为干预，改善流域水生态环境承载力现状，维护水生态 环境系统的健康稳定性。水生态环境承载力这一概念，从流域尺度出发，将流域水生态环境 特征和区域经济发展相结合，可定量地反映社会发展与水生态环境系统之间相互影响的作 用关系。 现有的流域水生态环境承载能力评估方法比较复杂，且用一种方法对具有不同功 能的流域控制单元进行评估，导致评估的误差较大，不能快捷、针对性地采取响应措施和风 险控制方法，对流域水环境的评估和管理效率低下，不利于我国水环境管理规划方案的完 善、落实实施和治理效果的评估。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有功能差异性的流域水生态环境承 载力评估方法，能够对流域控制单元进行分类监测与评估，提高流域水生态环境承载力评 估的针对性、效率与准确性。 本发明的技术方案为： 一种具有功能差异性的流域水生态环境承载力评估方法，其特征在于，包括下述 步骤： 步 骤 1 ：构 建 具 有 功 能 差 异 性 的 水 生 态 环 境 承 载 力 评 估 指 标 库 其中， 为第i类职能的第j个水生态环境承载力评估 指标，m为流域控制单元的职能类型总数，m＝3，第1、2、3类职能分别为城市型、工业型、农业 型，ni为第i类职能的水生态环境承载力评估指标总数； 步 骤 2 ：构 建 具 有 功 能 差 异 性 的 水 生 态 环 境 承 载 力 监 测 指 标 库 其中， 为评估指标 的第k个监测指 标，由监测指标 能够计算得到评估指标 nij为评估指标 的监测 8 CN 111598431 A 说　明　书 2/25 页 指标总数； 步骤3：构建具有功能差异性的特征因子库 其 中， 为第i类职能的第l个特征因子，Li为第i类职能的特征因子总数； 步骤4：对待评估流域控制单元进行职能类型划分： 步骤4.1：采集待评估流域控制单元集合U＝{ur|r＝1,2,...,R}中每个待评估流 域控制单元ur的特征因子数据集 其中，ur为第r个待评 估流域控制单元，R为待评估流域控制单元总数，集合{ur|r＝1,2,...,R}中的各个待评估 流域控制单元为同一个流域在同一个城市的控制单元， 为待评估流域控制单元ur的特征 因子 的值； 步骤4.2：利用熵权法对特征因子 赋予权重 i＝1,2,...,m,l＝1,2,...,Li： 步骤4 .2 .1：对待评估流域控制单元u r的第i类职能的特征因子数据集 进行标准化处理 ，得到标准化处理后的特征因子数据集 其中， ε为 变换幅度； 步骤4.2.2：对标准化处理后的特征因子数据集 进行归一化处理，得到归一化 处理后的特征因子数据集 其中， 步骤4.2.3：计算特征因子 的熵值为 步骤4.2.4：计算特征因子 的权重为 步骤4.3：从特征因子数据集Xr中剔除 的特征因子，利用与步骤4.2 中相同的方法对剩余的特征因子构成的数据集中的特征因子重新赋予权重，重复剔除操作 与重新赋予权重操作，直至所有的特征因子的权重均在(0.01,0.9)内，得到剩余的特征因 子构成的数据集 其中， 为数据集Yr中第i类职能的 第l个特征因子值，L '为数据集Yri 中第i类职能的特征因子总数，给特征因子值 对应的特 征因子 赋予的权重为 i＝1,2,...,m,l＝1,2,...,Li'； 步骤4.4：计算待评估流域控制单元ur的第i类职能的特征分数为 9 CN 111598431 A 说　明　书 3/25 页 其中， 为 的标准化处理后又归一化处理得到的值； 步骤4.5：取 中最大特征分数对应的职能类型作为待评估流域控制 单元ur的职能类型； 步骤5：对待评估流域控制单元进行承载力评估： 步骤5.1：根据步骤4中的职能类型划分结果，对待评估流域控制单元集合U中的待 评估流域控制单元进行归类，得到第t类职能的待评估流域控制单元集合Ut＝{uts|s＝1, 2,…,St}；其中，t＝1,2,...,m，uts为集合Ut中的第s个待评估流域控制单元，St集合Ut中的 待评估流域控制单元总数，U1∪U2∪U3＝U； 步骤5.2：对待评估流域控制单元uts的各监测指标进行监测，得到待评估流域控制 单元uts的水生态环境承载力监测指标数据集 其中， 为待评估流域控制单元uts的 监测指标 的值； 步骤5.3：由监测指标值 计算得到评估指标值 得到待 评估流域控制单元uts的水生态环境承载力评估指标数据集 步骤5.4：利用熵权法对第t类职能的待评估流域控制单元集合的评估指标 赋予 权重 步骤5.4.1：对待评估流域控制单元uts的第i类职能的水生态环境承载力评估指标 数据集 进行标准化处理，得到标准化处理后的水生态环境承载力评 估指标数据集 其中， 步骤5.4.2：对标准化处理后的水生态环境承载力评估指标数据集 进行归一化 处理，得到归一化处理后的水生态环境承载力评估指标数据集 其中， 步骤5.4.3：计算第t类职能的待评估流域控制单元集合的评估指标 的熵值为 步骤5.4.4：计算第t类职能的待评估流域控制单元集合的评估指标 的权重为 10 CN 111598431 A 说　明　书 4/25 页 步骤5.5：计算待评估流域控制单元uts的承载力指标为 步骤5.6：根据承载力指标对待评估流域控制单元的承载力等级进行评估。 进一步的，所述步骤1包括下述步骤： 步骤1.1：构建初始评估指标库：收集最近10年内知网上水生态环境承载力评估领 域被引量大于预设被引量的文献作为有效文献，提取有效文献在水生态环境承载力评估过 程中用到的使用频度大于预设使用频度的评估指标构成初始评估指标库； 步骤1.2：利用DPRS模型分析法将初始评估指标库中的评估指标分为驱动力层、压 力层、状态层、响应层； 步骤1.3：完善评估指标库：对初始评估指标库中每一层的水生态环境承载力评估 指标进行筛选，留存我国当前水环境相关的国家标准、行业标准、考评活动文献、科研项目 报告中出现的水生态环境承载力评估指标，构成完善后的评估指标库； 步骤1.4：从完善后的评估指标库中筛选出符合第i类职能特征的评估指标构成第 i类职能的水生态环境承载力评估指标库 得到具有功能差异性的 水生态环境承载力评估指标库 进一步的 ，所述步骤1中 ，第1类职能的水生态环境承载力评估指标库 包括驱动力层的人口密度、单位国土面积经济强度、人均GDP、第二 产业占GDP比重、第三产业占GDP比重、城镇居民年人均可支配收入，压力层的人均生活用水 量、人均生活废水排放量、单位GDP用水量、建设用地比例，状态层的水环境容量利用率、地 下水超采率、水资源开发利用率、水功能区水质达标率、林草植被覆盖率，响应层的城镇污 水集中处理率、城市再生水利用率、污水治理投资占GDP比例；第2类职能的水生态环境承载 力评估指标库 包括驱动力层的单位国土面积经济强度、GDP增长率、 第二产业占GDP比重、第三产业占GDP比重、重点污染工业行业比重，压力层的单位GDP用水 量、单位工业产值用水量、单位工业产值废水排放量、单位工业产值COD排放量、单位工业产 值氨氮排放量、单位工业产值总氮排放量、单位工业产值总磷排放量、建设用地比例，状态 层的COD水环境容量利用率、氨氮水环境容量利用率、水环境容量利用率、地下水超采率、水 资源开发利用率、水功能区水质达标率、鱼类完整性指数、大型底栖无脊椎动物完整性指 数，响应层的工业废水处理率、工业用水重复利用率、工业废水排放达标率、污水治理投资 占GDP比例；第3类职能的水生态环境承载力评估指标库 包括驱动 力层的人口密度、人均GDP、农民人均年纯收入、第一产业占GDP比重，压力层的人均生活用 水量、人均生活废水排放量、单位GDP用水量、单位面积灌溉用水量、农业面源污染物排放 量、畜禽养殖污染物排放量、单位耕地面积化肥折纯量、单位面积综合牲畜量、水产养殖面 11 CN 111598431 A 说　明　书 5/25 页 积比重、耕地比例、建设用地比例，状态层的生态需水保证率、COD水环境容量利用率、氨氮 水环境容量利用率、水环境容量利用率、地下水超采率、水资源开发利用率、水功能区水质 达标率、湖库富营养化指数、林草植被覆盖率、鱼类完整性指数、大型底栖无脊椎动物完整 性指数，响应层的农村生活污水处理率、污水治理投资占GDP比例。 进一步的，所述步骤2中， 第1类职能的水生态环境承载力评估指标库 中，人口密度 的监测指标包括人口总量、行政区面积，单位国土面积经济强度的监测指标包括地区生产 总值、行政区面积，人均GDP的监测指标包括地区生产总值、人口总量，第二产业占GDP比重 的监测指标包括第二产业产值、地区生产总值，第三产业占GDP比重的监测指标包括第三产 业产值、地区生产总值，城镇居民年人均可支配收入的监测指标包括城镇居民年总可支配 收入、城镇人口总数，人均生活用水量的监测指标包括人均生活用水量，人均生活废水排放 量的监测指标包括人均生活废水排放量，单位GDP用水量的监测指标包括用水总量、地区生 产总值，建设用地比例的监测指标包括区域建设用地面积、区域总面积，水环境容量利用率 的监测指标包括水环境容量利用率，地下水超采率的监测指标包括地下水开采量、地下水 可开采量，水资源开发利用率的监测指标包括区域总供水量、区域水资源总量，水功能区水 质达标率的监测指标包括水功能区水质达标率，林草植被覆盖率的监测指标包括区域植被 面积、区域总面积，城镇污水集中处理率的监测指标包括污水处理厂处理的城镇污水量、城 镇生活污水排放量，城市再生水利用率的监测指标包括中水回用量、污水处理量，污水治理 投资占GDP比例的监测指标包括污水治理投资占GDP比例； 第2类职能的水生态环境承载力评估指标库 中，单位国土 面积经济强度的监测指标包括地区生产总值、行政区面积，GDP增长率的监测指标包括GDP 增长率，第二产业占GDP比重的监测指标包括第二产业产值、地区生产总值，第三产业占GDP 比重的监测指标包括第三产业产值、地区生产总值，重点污染工业行业比重的监测指标包 括排污量80％以上的工业行业产值、工业总产值，单位GDP用水量的监测指标包括区域用水 总量、地区生产总值，单位工业产值用水量的监测指标包括工业用水量、工业总产值，单位 工业产值废水排放量的监测指标包括工业废水排放量、工业总产值，单位工业产值COD排放 量的监测指标包括工业COD排放量、工业总产值，单位工业产值氨氮排放量的监测指标包括 工业氨氮排放量、工业总产值，单位工业产值总氮排放量的监测指标包括工业总氮排放量、 工业总产值，单位工业产值总磷排放量的监测指标包括工业总磷排放量、工业总产值，建设 用地比例的监测指标包括建设用地面积、区域总面积，COD水环境容量利用率的监测指标包 括COD入河量、水环境容量，氨氮水环境容量利用率的监测指标包括氨氮入河量、水环境容 量，水环境容量利用率的监测指标包括污染物入河量、水环境容量，地下水超采率的监测指 标包括地下水开采量、地下水可开采量，水资源开发利用率的监测指标包括区域总供水量、 区域水资源总量，水功能区水质达标率的监测指标包括水功能区水质达标率，鱼类完整性 指数的监测指标包括鱼类栖息地面积、鱼类理想栖息地面积、鱼类栖息地面积满足率，大型 底栖无脊椎动物完整性指数的监测指标包括水温、电导率、溶解氧浓度、pH、总溶解颗粒物 浓度、饱和度DO％、盐度、总氮浓度、总磷浓度、氨氮浓度、硝酸盐浓度、磷酸盐浓度、悬浮物 浓度、高锰酸盐指数、总有机碳浓度、硬度、生物种类与物种丰富度，工业废水处理率的监测 12 CN 111598431 A 说　明　书 6/25 页 指标包括工业废水处理量、工业废水产生量，工业用水重复利用率的监测指标包括工业重 复用水量、工业用水总量，工业废水排放达标率的监测指标包括工业废水达标排放量、工业 废水排放总量，污水治理投资占GDP比例的监测指标包括污水治理投资占GDP比例； 第3类职能的水生态环境承载力评估指标库 中，人口密度 的监测指标包括人口总量、行政区面积，人均GDP的监测指标包括地区生产总值、人口总量， 农民人均年纯收入的监测指标包括农民人均年纯收入，第一产业占GDP比重的监测指标包 括第一产业产值、地区生产总值，人均生活用水量的监测指标包括人均生活用水量，人均生 活废水排放量的监测指标包括生活污水排放量、人口总量，单位GDP用水量的监测指标包括 区域用水总量、地区生产总值，单位面积灌溉用水量的监测指标包括区域灌溉用水总量、耕 地面积，农业面源污染物排放量的监测指标包括农业生产和农村生活产生的污染物排放 量，畜禽养殖污染物排放量的监测指标包括畜禽养殖场产生的污染物排放量，单位耕地面 积化肥折纯量的监测指标包括单位耕地面积化肥折纯量，单位面积综合牲畜量的监测指标 包括年末大牲畜、猪、羊存栏数、区域总面积，水产养殖面积比重的监测指标包括用于水产 养殖的水面面积、总水面面积，耕地比例的监测指标包括耕地面积、区域总面积，建设用地 比例的监测指标包括建设用地面积、区域总面积，生态需水保证率的监测指标包括生态用 水量、生态需水量，COD水环境容量利用率的监测指标包括COD入河量、水环境容量，氨氮水 环境容量利用率的监测指标包括氨氮入河量、水环境容量，水环境容量利用率的监测指标 包括污染物入河量、水环境容量，地下水超采率的监测指标包括地下水开采量、地下水可开 采量，水资源开发利用率的监测指标包括区域总供水量、区域水资源总量，水功能区水质达 标率的监测指标包括水功能区水质达标率，湖库富营养化指数的监测指标包括湖库中总含 磷量、湖库中总含氮量、湖库中叶绿素a含量，林草植被覆盖率的监测指标包括区域植被面 积、区域总面积，鱼类完整性指数的监测指标包括鱼类栖息地面积、鱼类理想栖息地面积、 鱼类栖息地面积满足率，大型底栖无脊椎动物完整性指数的监测指标包括水温、电导率、溶 解氧浓度、pH、总溶解颗粒物浓度、饱和度DO％、盐度、总氮浓度、总磷浓度、氨氮浓度、硝酸 盐浓度、磷酸盐浓度、悬浮物浓度、高锰酸盐指数、总有机碳浓度、硬度、生物种类与物种丰 富度，农村生活污水处理率的监测指标包括农村生活污水处理量、农村生活污水排放量，污 水治理投资占GDP比例的监测指标包污水设施投资、污水处理费用。 进一步的，所述步骤2中，还根据监测指标的数据来源，将监测指标划分为年鉴检 索类、监督调查类、监测计算类、抽样调查计算类。 进一步的，所述步骤3中，第1类职能的特征因子库 包括区 域城镇化率、区域第三产值占比、社会消费品零售总额贡献率、区属公共图书馆图书总藏量 贡献率、医疗卫生机构技术人员数贡献率、区域体育场馆和剧场及影院数贡献率；第2类职 能的特征因子库 包括工业企业数贡献率、工业企业从业人员年平均 人数贡献率、工业产值贡献率、工业产值占比、工业SO2排放量贡献率；第3类职能的特征因 子库 包括第一产业产值占比、农林牧业使用面积占所在区域面积比 例、单位区域面积粮食产量率、粮食产量贡献率、农药使用量即折纯量占比。 进一步的，所述步骤5.6具体包括： 若0＜Wts≤0.2，则待评估流域控制单元uts的承载力弱； 13 CN 111598431 A 说　明　书 7/25 页 若0.2＜Wts≤0.4，则待评估流域控制单元uts的承载力较弱； 若0.4＜Wts≤0.6，则待评估流域控制单元uts的承载力适中； 若0.6＜Wts≤0.8，则待评估流域控制单元uts的承载力较强； 若0.8＜Wts＜1，则待评估流域控制单元uts的承载力强。 本发明的有益效果为： 本发明通过构建具有功能差异性的特征因子库，对待评估流域控制单元进行职能 类型划分，针对不同类型控制单元的特征，构建具有功能差异性的水生态环境承载力评估 指标库与监测指标库，并将监测指标按照数据来源进行分类，能够对流域控制单元进行水 生态环境承载力的分类评估，能够系统反应同类型控制单元不同监测位置的流域水生态环 境承载力情况，可以针对单元特征类型进行责令整改、宣传响应或集中处理等，更加快捷地 采取响应措施和风险控制方法，系统高效地实现流域水环境评估和管理。本发明极大程度 上简化了现有水生态环境承载力评估的流程，降低了评估的复杂性，在提高了评估效率的 同时，确保了评估结果的准确可靠性。 附图说明 图1为本发明的具有功能差异性的流域水生态环境承载力评估方法的流程图。