TCSES 126-2023 水環(huán)境承載力預警技術導則

ICS13.020.10CCSZ00/09團 體 標 準T/CSES126—2023水環(huán)境承載力預警技術導則Technicalguidelinesforearlywarningofwaterenvironmentcarryingcapacity（發(fā)布稿）2023-12-20發(fā)布 2023-12-20實施中國環(huán)科學會 發(fā)布T/CSES126T/CSES126—2023II目 次前言 II引言 III1范圍 12規(guī)性用件 13術與義 14總要求 25警識與兆36警評與度定 67警預與情除 7附錄資性）指含義 8附錄資性）警劃分14附錄資性）備雙向控警施 16T/CSES126—2023前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件主要起草人：曾維華、解鈺茜、蔣洪強、高紅杰、胡官正、王立婷、馬俊偉、曹若馨、張靜、吳文俊、謝陽村、續(xù)衍雪、靳方園、李佳穎、張瑞珈、冷卓純。IIT/CSES126T/CSES126—2023IIIIII引 言為全面支撐水環(huán)境承載能力預警體制機制建設，規(guī)范和指導水環(huán)境承載力預警，制定本文件。T/CSES126T/CSES126—202311水環(huán)境承載力預警技術導則范圍本文件規(guī)定了水環(huán)境承載力預警的總體要求、工作流程、預警內容、預警方法及技術要求。本文件適用于流域（區(qū)域）水環(huán)境承載力的短期預警（年度預警）。下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB3838地表水環(huán)境質量標準下列術語和定義適用于本文件。3.1水環(huán)境承載力waterenvironmentcarryingcapacity在一定時期內，一定技術經濟條件下，在某一水系統(tǒng)功能結構不被破壞前提下，水環(huán)境可持續(xù)為人類活動提供支持能力的閾值。3.2預警earlywarning根據水環(huán)境承載力承載狀態(tài)的發(fā)展趨勢，或觀測得到超載的可能性前兆，對未來水環(huán)境承載力承載狀態(tài)進行預判，提前向相關部門發(fā)出警告，報告危險情況，從而最大限度地減輕危害所造成的損失的行為。3.3警源warningsource對水系統(tǒng)（包括水環(huán)境、水生態(tài)和水資源）帶來巨大壓力的風險源，如不合理的經濟社會活動。3.4警兆warningsign水環(huán)境承載力超載警情爆發(fā)的先兆，是警情演變時的一種初始形態(tài)，用于預示警情的發(fā)生。3.5警情warningsituation水環(huán)境承載力超載狀況。3.6警度warningdegree警情偏離預警界限的程度，也是警情的嚴重或危急程度。3.7警限warninglimit用于劃分警度的閾值。3.8警情指標warningindicator表征水環(huán)境承載力超載狀況的指標，是標準化后的壓力指標和承載力指標。3.9先行指標leadingindicatorT/CSES126T/CSES126—202322領先于水環(huán)境承載力承載狀態(tài)變動的指標，用來預測未來水環(huán)境承載力承載狀態(tài)變化態(tài)勢。3.10一致指標coincidenceindicator與水環(huán)境承載力承載狀態(tài)變動一致的指標，用來監(jiān)測并反映水環(huán)境承載力承載狀態(tài)變化的當前態(tài)勢。3.11景氣指數prosperityindex綜合反映水環(huán)境承載力承載狀態(tài)及其發(fā)展趨勢的一種指標，亦稱景氣度。3.12擴散指數diffusionindex評價和衡量景氣指數的波動和變化狀態(tài)，反映了社會經濟對水環(huán)境的影響狀態(tài)。3.13合成指數compositeindex綜合反映各敏感性指標的波動幅度，包括景氣循環(huán)的變化趨勢和拐點、社會經濟指標變化程度、社會經濟對水環(huán)境的影響程度。3.14基準指標benchmarkindicator通過時差相關分析劃分警情指標（先行指標和一致指標）的基準。3.15綜合預警指數compositeearlywarningindex基于所選取的先行指標構造綜合預警指數，能夠全面反映水環(huán)境承載力所面臨的風險，從而進行全面預警。應選取反映水環(huán)境承載力內涵的指標，即經濟社會對水環(huán)境的壓力以及水環(huán)境對經濟社會的支持能力。水環(huán)境承載力承載狀態(tài)的周期性波動與各指標之間的協(xié)同變動有關。各指標的變動應與水環(huán)境承載力承載狀態(tài)的總體變動協(xié)調。應選取靈敏可靠的指標來提高水環(huán)境承載力監(jiān)測預警的功能，水環(huán)境承載力承載狀態(tài)的輕微變化就會導致該指標的巨大變化。為避免指標的重復和冗雜，應選取代表性強的指標表征水環(huán)境承載力分量。應選取指標值在合理范圍內變化的指標，減少統(tǒng)計的不穩(wěn)定性及數據的不可靠性。為克服各類數據的監(jiān)測、統(tǒng)計及發(fā)布流程的時滯性，應盡量選擇公布及時的指標。1。T/CSES126T/CSES126—202333警兆判別警源識別警兆判別警源識別 制定排警策略綜合預警指數預測警度劃分及信號燈構建 制定排警策略綜合預警指數預測警度劃分及信號燈構建綜合預警指數計算及趨勢分析景氣指數及警情波動性分析合成指數編制擴散指數編制景氣指數編制一致指標先行指標時差相關分析預警和基準指標標準化基準指標選取警情指標分類壓力指標預警指標體系構建警情預測警度界定警情評判警情排除1A。表1水環(huán)境承載力預警指標體系一級指標二級指標三級指標一級指標二級指標三級指標壓力指標社會經濟子系統(tǒng)壓力指標總人口（P1）承載力指標社會經濟子系統(tǒng)承載力指標第三產業(yè)占比（C1）GDP（P2）節(jié)能環(huán)保支出占比（C2）第一、二產業(yè)占比（P3）水資源子系統(tǒng)壓力指標（水資源消耗）用水總量（P4）水資源子系統(tǒng)承載力指標年降水量（C3）工業(yè)用水量（P5）生活用水量（P6）水資源總量（C4） 農業(yè)用水量（P7）生態(tài)環(huán)境用水量（P8）萬元GDP水耗（P9）地表水資源量（C5）人均水耗（P10）T/CSES126T/CSES126—202344地下水資源量（C6）水環(huán)境子系統(tǒng)壓力指標（水污染排放）工業(yè)廢水COD排放量（P11）水環(huán)境子系統(tǒng)承載力指標污水處理廠污水處理率（C7）工業(yè)廢水NH3-N排放量（P12）農業(yè)廢水COD排放量（P13）農業(yè)廢水NH3-N排放量（P14）污水處理廠處理規(guī)模（C8）農業(yè)廢水TP排放量（P15）生活污水COD排放量（P16）生活污水NH3-N排放量（P17）再生水利用率（C9）生活污水TP排放量（P18）污水處理廠COD排放量（P19）污水處理廠NH3-N排放量（P20）COD水環(huán)境容量指數（C10）污水處理廠TP排放量（P21）COD排放總量（P22）NH3-N排放總量（P23）NH3-N水環(huán)境容量指數（C11）TP排放總量（P24）萬元GDPCOD排放總量（P25）萬元GDPNH3-N排放總量（P26）TP水環(huán)境容量指數（C12）萬元GDPTP排放總量（P27）GB3838（1）~（3）????????????=√[(RIWE+RIWR)/2]2+[??????(RIWE,RIWR)]22

（1）RIWR

=

（2）式中：

RIWE

?????(=(

?????3+3?????????3???3

+???)?????????

（3）????????????——RIWR——m3；QWR——水資源總量，m3；CD

H3?N，??TP——流域（區(qū)域）內河流監(jiān)測斷面平均的COD、NH3-N和TP污染物實際濃度（g/；??S-COD，??S-NH3?N，??S-TP——對應污染物在該流域（區(qū)域）內水功能區(qū)平均的水質目標濃度，mg/L。（）（4）??或??=?????min

（4）T/CSES126T/CSES126—202355式中：??——標準化后的壓力（或承載力）指標，即警情指標；Y——標準化后的基準指標。????????按照公式（5）∑?????????????)????=

??=1∑?????????2∑??????2

（5）式中：

??=1

??=1移動的期數（年、月、日等，正值表示前移（滯后，負值表示后移（先行，零值表示未移動；t————T——Y????l??????????是??的一致指標；若????在??<0時最大，說明??是??D）C。（DI）（6）∑??

??P(????≥?????1)+∑????S(?????1≥????)式中：

??????=(

??=1

?? ?? ??=1 ??

??)×100 （6）??????——第i個警情指標t時刻的波動值；??n——指標總數；??S——承載力指標的數量；??P——壓力指標的數量；（），5050t）t（CI）????(??)（7）計算。??????????1????(??)=1?? ??

×100 （7）(????+?????1)2?? ??式中：????(??)——對稱變化率。????????(??)（8）（9）????

=∑|????(??)|???1

（8）T/CSES126T/CSES126—202366式中：????——標準化因子；????(??)——標準化變化率；n——標準化期間的年數。

=????(??)????

（9）??(??)（10）??(??)

=∑????????∑????

（10）式中：??(??)——平均變化率；????——第i項指標的權重，由各指標的時差相關系數決定。d）?)=10（即無波動??)????)按照公式1）（12??(??)

=??(???1)

×

（11）式中：??(??)——初始合成指數；????(??)——合成指數。

=100×??(??)0)

（12）????(??)int（13）式中：????(??)int——綜合合成指數；????(??)P——壓力合成指數；????(??)S——承載力合成指數。

=????(??)P????(??)S

（13）????(??)intg）當????(??)int≥100時，處于景氣狀態(tài)；當????(??)int<100時，處于不景氣狀態(tài)。h）先行合成指數相對一致合成指數的領先時差為t，可以認為先行合成指數所預測的承載狀態(tài)改變將在t年后出現。宜采用綜合預警指數進行警情評判。按照公式（14）和公式（15）計算。??????(P或S)

??=∑=∑

（14）式中：i（

????????=??????(P)??????(S)

（15）????????——第i個警情指標（先行指標）的權重，即時差相關系數的占比；??????(P或S)——壓力（或承載力）預警指數；????????——綜合預警指數；m——壓力（或承載力）先行指標的個數。T/CSES126T/CSES126—202377B。10.54種顏色分別代表整個承載狀態(tài)中“無警”“輕警”“中警”“重警”4BB.1。宜采用綜合預警指數進行警情預測。按照公式（16）計算。1+ [(????????+1+1)(??????????????????????11+ 式中：

=

× ??????????+???????????1 1? [(????????+1+1)(??????????????????????11? ??????????+???????????1

(16)??????????+1——t+1時刻的綜合預警指數；??????????——t時刻的綜合預警指數；???????????1——t–1時刻的綜合預警指數；????????+1——t+1時刻先行指標綜合合成指數的平均變化率。根據水環(huán)境承載力預警結果和“增容與減壓”雙向調控方法，按照不同的區(qū)域管理需求制定排a）對于無警地區(qū)，特別是上游源頭水與水源地，應守住水生態(tài)底線；b）對于輕警地區(qū)，應盡量騰退生態(tài)空間，留出承載余量；宜通過敏感性分析篩選出對綜合預警指數影響較大的先行壓力指標和先行承載力指標，從社會經濟、水資源、水環(huán)境等三個方面提出具體的雙向調控排警措施。備選雙向調控排警措施參見附錄CT/CSES126T/CSES126—202388附錄A（資料性）指標含義（P）? （P1）（（。計算方法：人口普查、人口抽樣調查或人口變動情況抽查。數據來源：國家（地區(qū)）統(tǒng)計局網站、中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒。GDP（P2）含義：流域（區(qū)域）內地區(qū)生產總值，是一個流域（區(qū)域）（。計算方法：GDP數據來源：國家（地區(qū)）統(tǒng)計局網站、中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒。（P3）（GDPGDP重。其中第一產業(yè)主要指生產食材以及其他一些生物材料的產業(yè)，包括種植業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、水產（。計算方法：??3= GDP+GDPGDP+GDP+

×100% (A.1)數據來源：國家（地區(qū)）統(tǒng)計局網站、中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒。? 水資源子系統(tǒng)壓力指標是從不同行業(yè)水資源消耗角度構建的。（P4）含義：流域（區(qū)域）（塘（。計算方法：??4=生活用量+工業(yè)水量+農業(yè)水+態(tài)境水量 (A.2)數據來源：中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、中國（地區(qū)）水資源公報。（P5）含義：流域（區(qū)域）內工業(yè)生產過程中使用的生產用水及廠區(qū)內職工生活用水的總量。生產用水（計算方法：??5=原料水+產品理水+鍋爐用水+冷卻用水 (A.3)數據來源：中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、中國（地區(qū)）水資源公報。（P6）含義：流域（區(qū)域）內人類日常生活所需用的水量，包括城鎮(zhèn)生活用水和農村生活用水。城鎮(zhèn)生T/CSES126T/CSES126—202399活用水由居民用水和公共用水（含服務業(yè)、餐飲業(yè)、貨運郵電業(yè)及建筑業(yè)等的用水）（。計算方法：??6=城鎮(zhèn)活水+農村活水 (A.4)數據來源：中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、中國（地區(qū)）水資源公報。（P7）（（??7=灌溉水+農村畜水 (A.5)數據來源：中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、中國（地區(qū)）水資源公報。（P8）含義：流域（區(qū)域）內的人工生態(tài)環(huán)境補水量（，僅包括人為措施供給的城鎮(zhèn)環(huán)境用水和河湖、計算方法：??8=城鎮(zhèn)境水+河湖地水 (A.6)數據來源：中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、中國（地區(qū)）水資源公報。GDP（P9）（）GDP萬元??9=

流域（）

(A.7)數據來源：中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒、國家（地區(qū)）統(tǒng)計局網站、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》或按公式計算。（P10）（??10=

流域（區(qū)域）內內總年用水量流域（區(qū)域）內總人口

(A.8)數據來源：中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒、國家（地區(qū)）統(tǒng)計局網站、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》或按公式計算。? 水環(huán)境子系統(tǒng)壓力指標是從水污染排放角度進行構建的。工業(yè)廢水COD（D。??11=樣品中COD總量×工業(yè)水排量 (A.9)樣品總體積數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。NH3-N（P12）（H3N（??12=樣品中NH3?N量×工業(yè)水排量 (A.10)樣品總體積數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。農業(yè)廢水COD（P13）（D。??13=樣品中COD總量×農業(yè)水排量 (A.11)樣品總體積T/CSES126T/CSES126—20231010數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。NH3-N（P14）（H3N（。??14=樣品中NH3?N量×農業(yè)水排量 (A.12)樣品總體積數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。TP（P15）（P（。??15=樣品中TP量×農業(yè)廢總放量 (A.13)樣品總體積數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。生活污水COD（P16）（D??16=樣品中COD總量×生活水排量 (A.14)樣品總體積數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。NH3-N（P17）（H3N（。??17=樣品中NH3?N量×生活水排量 (A.15)樣品總體積數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。TP（P18）（P（??18=樣品中TP量×生活污總放量 (A.16)樣品總體積數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。COD（P19）（D（。??19=樣品中COD總量×污水理污總放量 (A.17)樣品總體積數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。NH3-N（P20）（H3N（。??20=樣品中NH3?N量×污水理污總放量 (A.18)樣品總體積數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。TP（P21）（P（??21=樣品中TP量×污水處廠水排量 (A.19)樣品總體積數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。COD（P22）T/CSES126T/CSES126—20231111（D（。??22=COD排放量COD排放量+COD排放量+污水處廠COD排量 數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。NH3-N（P23）（H3N（??23=工業(yè)廢水NH3?N排放量+農業(yè)廢水NH3?N排放量+NH3?N排放量+污水處廠NH3?N排放量 (A.21)數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。TP（P24）（P（。??24=農業(yè)廢水TP排放量+生活污水TP排放量+污水處理廠TP排放量(A.22)數據來源：《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。GDPCOD（P25）（）GDPCOD（t/。數據來源：按公式計算。

??25=流域（區(qū)域）內COD排放總量流域（區(qū)域）內以萬元計的GDP

(A.23)GDPNH3-N（P26）（）GDPNH3-N（t/。數據來源：按公式計算。

??26=流域（區(qū)域）內NH3?N排放總量流域（區(qū)域）內內以萬元計的GDP

(A.24)aa)萬元GDPTP排放總量（P27）（）GDPTP（t/。數據來源：按公式計算。（C）

??27= 流域（）內TP流域（區(qū)域）內以萬元計的GDP總量

(A.25)?a）第三產業(yè)占比（C1）（）GDPGDP（（。計算方法：??1= GDPGDP+GDP+

×100% (A.26)T/CSES126T/CSES126—20231212數據來源：國家（地區(qū)）統(tǒng)計局網站、中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒。（C2）含義：流域（區(qū)域）（P（。計算方法：??2=

流域（區(qū)域）內各類節(jié)能環(huán)保支出流域（區(qū)域）內GDP

×100% (A.27)數據來源：中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒、《中國環(huán)境統(tǒng)計年報》、《國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》和國家（地區(qū)）統(tǒng)計局網站。? 水資源子系統(tǒng)承載力指標是從水資源來源、構成角度構建的。（C3）含義：流域（區(qū)域）內從天空中降落到地面上的液態(tài)或固態(tài)（經融化后）（。計算方法：通常用雨量器測定，每天定時（8點和20點）觀測兩次。數據來源：中國氣象數據網、中國（地區(qū)）（地區(qū)）水資（C4）（內（3。??4=地表資量+地下資量+外調水量 (A.28)數據來源：中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、中國（地區(qū)）水資源公報。（C5）含義：流域（區(qū)域）（3計算方法：??5=河流水+湖泊水+沼澤水+冰川水+冰蓋水 (A.29)數據來源：中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、中國（地區(qū)）水資源公報。（C6）（（3??6=滲入水+凝結水+初生水+埋藏水 (A.30)數據來源：中國（地區(qū)）統(tǒng)計年鑒、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、中國（地區(qū)）水資源公報。? 水環(huán)境子系統(tǒng)承載力指標是從污水處理規(guī)模、處理率、再生水利用率等角度進行構建的，可以作為水環(huán)境對污染物承載水平的有效度量。此外，通過構建水環(huán)境容量指數，對水環(huán)境容量相對大小進行表征，水環(huán)境容量相對大小可以由地表水資源量、斷面水功能目標及上游來水污染物濃度決定。水資源量越大，斷面水功能目標對應的污染物濃度越高，水環(huán)境容量指數越大；上游來水污染物濃度越高，水環(huán)境容量指數越小。（C7）（。??7=

污水處理量污水排放總量

×100% (A.31)數據來源：國家（地區(qū)）統(tǒng)計局網站、《中國城市建設統(tǒng)計年鑒》、地區(qū)水務統(tǒng)計年鑒、生態(tài)環(huán)境部門網站。（C8）（（3。T/CSES126T/CSES126—20231313計算方法：

??8=∑某一污處廠大理量 (A.32)數據來源：國家（地區(qū)）（C9）（。??9=

再生水利用量污水排放量

×100% (A.33)數據來源：國家（地區(qū)）統(tǒng)計局網站、《中國城市建設統(tǒng)計年鑒》、地區(qū)水務統(tǒng)計年鑒、生態(tài)環(huán)境部門網站。COD（C10）含義：COD水環(huán)境容量指數（代表相對大?。┛梢杂傻乇硭Y源量、斷面水功能目標對應的COD濃度及上游來水COD濃度決定。計算方法：??10=地表水資源量×斷面水功能目標對應的COD濃度上游來水COD濃度

(A.34)數據來源：根據公式計算。其中，流域（區(qū)域）內水功能目標所對應的污染物濃度（mg/L）及所有斷面污染物平均濃度（mg/L）由流域（區(qū)域）生態(tài)環(huán)境部門提供。NH3-N含義：NH3-N水環(huán)境容量指數（代表相對大小）可以由地表水資源量、斷面水功能目標對應的NH3-N濃度及上游來水NH3-N濃度決定。計算方法：??11=地表水資源量×斷面水功能目標對應的NH3?N濃度上游來水NH3?N濃度

(A.35)數據來源：根據公式計算。其中，流域（區(qū)域）內水功能目標所對應的污染物濃度（mg/L）及所有斷面污染物平均濃度（mg/L）由流域（區(qū)域）生態(tài)環(huán)境部門提供。TP（C12）含義：TP水環(huán)境容量指數（代表相對大?。┛梢杂傻乇硭Y源量、斷面水功能目標對應的TP濃度及上游來水TP濃度決定。計算方法：??12=地表水資源量×斷面水功能目標對應的TP濃度上游來水TP濃度

(A.36)數據來源：根據公式計算。其中，流域（區(qū)域）內水功能目標所對應的污染物濃度（mg/L）及所有斷面污染物平均濃度（mg/L）由流域（區(qū)域）生態(tài)環(huán)境部門提供。T/CSES126T/CSES126—20231414附錄B（資料性）通過對大量的歷史數據進行定性分析，總結各類預警方法的經驗，根據各種并列的原則或者標準對警限進行研究，綜合多個方面的意見再進行適當調整，從而得出科學的結論。主要包括以下幾種原（（）（）校標法確定警限就是將預警管理取得較好成效的國家或地區(qū)作為標準，并將其所獲得的結果作為警限劃分的標準。這種確定警限的方法局限性較大，不同區(qū)域的情況不盡相同，在使用該法時需要結合當地的具體情況進行適當的修正，以符合本地的實際。校標法屬于對比判斷法。在許多預警方法體系研究中，主要是根據實踐中的經驗來確定警限，基于此提出了專家確定法。主要是依靠各領域專家的智慧和豐富的實踐經驗來確定水環(huán)境承載力預警的警限，主觀性很強，警限的合理程度取決于專家自身專業(yè)水平及判斷能力。控制圖法（ControlChart）即3法，是一種常用的質量管理方法，其確定警限的原理來自控制圖報警系統(tǒng)，其利用系統(tǒng)中的異常點來運作。控制圖法是質量管理的核心，其基本原理是：假設被考察的XNX99.73%,μ+3]X落在[μ-3,μ+3]XX比較其預警期望值X與標準差之間的偏離程度，測算[μ-3,μ+3]