一、背景
水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资 源，也是生态环境的控制性因素，对区域社会经济 可持续发展和生态文明建设起着至关重要的作用。
我国水资源总量列世界第 6 位，但人均和亩均 水资源占有量仅为世界平均水平的 28% 和 50%。水 资源分布呈现南多北少，东多西少，山区多平原少 的特征；水资源禀赋与人口、土地、耕地资源和生 产力布局均不相匹配 [1]。按照 1993 年国际人口行 动组织在《可持续水：人口和可更新水的供给前景》 报告中提出的标准，全国有 14 个省市自治区（北京、 天津、河北、山西、上海、江苏、山东、河南、宁夏、 辽宁、吉林、安徽、陕西、甘肃）用水紧张，而这 些水资源缺乏地区也正是我国生态脆弱的地区。我 国水资源供需矛盾突出，水资源与地区生产力、耕 地资源和生态环境需水等不相协调。水资源与生产 力布局极不协调，集中体现在华北地区，其水资源 量仅为全国水资源总量的 3%，却贡献了全国 15% 的国内生产总值（GDP）；水资源与耕地资源分布不 相协调，集中体现在西北、东北、华北地区，其耕 地面积达到全国耕地总面积的 32%，水资源量却仅 为全国水资源总量的 9%；水资源空间分布与生态环 境需水不相协调，集中体现在西北和华北地区，其 单位面积产水量远低于全国平均水平，而生态环境 需水量较大，水资源的短缺加剧了该区域本已十分 突出的生态环境问题，影响区域可持续发展 [2]。分 析水资源缺乏地区的地表水环境容量及承载力现状， 可以为该地区的水生态改善和经济社会发展布局提 供帮助。
我国生态文明建设的首要任务是优化国土空 间开发格局，而实施主体功能区战略、形成主体功 能区布局是优化空间格局的战略重点 [3,4]。2010 年国务院印发了《全国主体功能区规划》（国发 [2010]46 号），将我国国土空间按开发方式划分为 优化开发区域、重点开发区域、限制开发区域和禁 止开发区域，按开发内容分为城市化地区、农产品 主产区和重点生态功能区。规划根据主体功能定位 给出了发展方向和管制原则，推动了符合主体功能 区目标的区域发展。城市化地区把增强综合经济实 力作为首要任务，同时应保护好耕地和生态；农产 品主产区把增强农业综合生产能力作为首要任务， 同时应保护好生态，在不影响主体功能的前提下适 度发展非农产业；重点生态功能区把增强提供生 态产品能力作为首要任务，同时可适度发展不影响 主体功能的适宜产业 [5]。至此，主体功能区划成 为我国国土空间开发的战略性、基础性和约束性规 划，主体功能区建设成为落实人口、经济和资源环 境相协调的国土空间开发格局的重要战略举措。国 家“十三五”规划将主体功能区建设作为落实生态 文明建设新的战略高度，把生态文明建设和经济发 展绿色化统一到主体功能区建设，是关系到形成人 与自然和谐发展的现代化建设新格局的关键 [4]。
本研究从水环境容量的视角，选取水资源供需 矛盾最为突出的京津冀和西北五省（自治区）作为 代表地区，分析其不同主体功能区类型的水环境容量 现状及由经济社会发展带来的污染物排放情况，期 望通过水环境容量的利用和超载情况分析，从不同 主体功能区建设和发展的角度为水资源缺乏、供需 矛盾突出地区的水资源利用和水环境保护提供建议。
二、研究方法
（一）研究区域概况
京津冀区域以全国 2.3 % 的国土面积和 1 % 的 水资源，承担了全国 8.1 % 的人口，产出了全国 9.7 % 的 GDP，是我国水资源最短缺，水污染与水 生态退化最严重，水环境支撑力与发展矛盾最尖锐 的地区 [6,7]，如表 1 所示。根据《全国水资源保护 规划（2015—2030）》，京津冀 157 个水功能区中仅 有 26 % 的地表水质量达标 [8]。在我国主体功能规 划中，京津冀整体定位是“以首都为核心的世界级 城市群、区域整体协同发展改革引领区、全国创新 驱动经济增长新引擎、生态修复环境改善示范区”， 京津冀区域发展要统筹解决经济、生态、交通等方 面的问题，综合建设与改善区域人居环境，成为生 态修复环境改善示范区 [5,9]。
表 1 研究区域概况
西北五省（自治区）以全国 43 % 的国土面积 和 8 % 的水资源承担了全国 6 % 的人口，贡献了 6 % 的 GDP，化学需氧量（COD）和氨氮排放量占比 分别为 10% 和 7%，502 个水功能区中有 51 % 的 地表水质量达标 [8]，如表 1 所示。西北五省（自 治区）在我国具有重要的生态价值和战略地位，在 中国西部大开发战略、新丝绸之路经济带战略构想 等重大战略支撑下，将发挥越来越重要的作用，经 济持续较快发展将逐步缩小其与我国平均发展水平的差距。西北五省（自治区）是水资源与地区生产 力布局、耕地资源和生态环境需水极不协调的典型 代表区域。
（二）控制单元划分方法
本研究以主体功能区划为原则，综合主体功能 区、行政区、水生态区划、水系完整性、水质响应、 水功能区完整性等因素对京津冀和西北五省（自治 区）进行三级控制单元的划分，以期有效结合功能 区水环境容量和污染物排放数据，分析不同主体功 能区类型和不同控制单元的水环境容量利用和超载 情况，并给出发展建议。
一级控制单元为 4 类主体功能区，以主体功能 区划的范围和类型为主。二级控制单元称为控制区 （京津冀为 12 个控制区、西北五省（自治区）为 10 个控制区），主要考虑水生态区划、行政区等因 素，用于水环境容量和污染源排放的分析。二级控 制单元的划分依据则针对不同的功能区类型有所侧 重，在优化开发区主要考虑了经济社会特征差异、 在重点开发区主要考虑了空间位置差异、在农产品 主产区主要考虑了生态功能区划的差异、在重点生 态功能区主要考虑了水生态功能分区的差异。三级 控制单元为子控制区（京津冀为 29 个子控制区、 西北五省（自治区）为 24 个子控制区），主要考虑 因素为流域完整性。京津冀和西北五省（自治区） 的三级控制单元划分情况，如图 1 所示。
图 1 京津冀和西北五省（自治区）的三级控制单元划分情况
（三）水环境容量的计算方法
水环境容量指水体环境在规定的环境目标下所 能容纳的污染物数量，容量大小与水体特征、水质 目标及污染物特性有关，同时还与污染物的排放方 式及排放的时空分布有密切关系 [10]。随着我国水 环境管理体系从浓度控制、目标总量控制转向容量 总量控制，以水环境容量计算为基础的流域水质目 标管理和水功能区限制纳污红线管理就显得越来越 重要 [11~13]。本研究采用水功能区纳污能力作为 水环境容量的计算方法，依据《全国重要江河湖泊 水功能区纳污能力核定和分阶段限排总量控制方案 技术大纲》，收集全国重要江河湖泊水功能区水质、 水量监测资料，开展基准年水功能区水质评价。结 合各流域入河排污口普查等有关工作，对重要江河 湖泊水功能区中的入河排污口和支流口开展统计调 查，确定水功能区主要污染物的入河量现状。根据 全国重要江河湖泊水功能区水质目标要求，复核重 要江河湖泊水功能区纳污能力（水环境容量），重 点复核水质目标调整和设计条件（如流量）变化时 的水功能区纳污能力。在复核水域纳污能力、测算 主要污染物入河量的基础上，确定水功能区的污染 物限制排污总量。以主体功能区、控制区和子控制 区三级控制单元为分析单元，分析不同地区的污染 物排放情况并给出建议。
（四）主要数据来源
主体功能区数据来源于国务院发布的《全国主 体功能区规划》及相关各省发展和改革委员会和人 民政府发布的主体功能区规划 [5,9]。水功能区的水 域纳污能力（水环境容量）数据来源于水利部发布 的《全国水资源保护规划（2015—2030）》[8]。各 县市污染物的排放数据来源于 2014 年环境保护部 发布的环境统计数据 [7]。
三、结果与分析
（一）京津冀地区水环境容量与入河量超载情况
京津冀地区的水环境 COD 容量为 57 468 t/a， COD 入河量（83 929 t/a）是其容量的 1.5 倍；水环 境氨氮容量为 2 806 t/a，氨氮入河量（12 354 t/a） 是其容量的 4.4 倍。京津冀地区基于水功能区水 质目标的 COD 和氨氮容量及入河超载量，如表 2 所示。
表 2 京津冀地区基于水功能区水质目标的 COD 和氨氮容量及入河超载量
四类主体功能区中重点开发区的 COD 入河 量最多，68 % 的水功能区均超载。优化开发区的 COD 入河总量超载 38 %，超载的水功能区比例为22 %；重点生态功能区的 COD 入河总量相对于水 环境容量仍有部分盈余，但超载的水功能区比例也 达到了 20 %。氨氮与 COD 的入河量超载情况相近， 重点开发区的氨氮入河量最多，67 % 的水功能区超 载，入河总量超载 6.1 倍；优化开发区的氨氮入河 总量超载 3.1 倍，超载的水功能区比例为 27 %；重 点生态功能区和农产品主产区的氨氮入河总量没有 盈余，超载倍数分别为 1.3 倍和 1.9 倍，超载的水 功能区比例也达到了 20 %。
京津冀地区污染物的入河量超载情况在控制 区（二级控制单元）的表现有较大差异（见图 2）。 在优化开发区的三个控制区中，唐山、秦皇岛区 污染物入河量与水环境容量相近，而北京、天 津、廊坊区的氨氮入河量超载达 14 倍。重点开 发区中以衡水区超载最为严重，COD 入河量超载 3.5 倍，氨氮入河量超载 9.6 倍；承德区的氨氮入 河量超载 10 倍，冀中南区氨氮入河量超载 5 倍。 重点生态功能区中燕山地区丰水区的环境容量较 大，但入河量超载倍数也较高，COD 入河量超载 50 %，氨氮入河量超载 1.6 倍。COD 容量盈余存 在于燕山地区欠水区，氨氮容量盈余存在于太行 山地少水区。
图 2 京津冀地区不同控制单元的污染物入河超载情况
（二）京津冀地区污染物排放情况
京津冀地区的 COD 排放以农业排放为主 （65 %），氨氮排放以城镇生活排放为主（54 %）。 在全国 COD 排放逐渐得到控制并出现拐点的情况 下，氨氮排放将成为优化开发区治理的重点和难 点（见表 3）。在绝对排放量上，氨氮排放以城镇生 活排放最高，主要排放区域为京津冀核心区；农业 氨氮排放最高的区域为京津冀核心区和农产品主产 区；工业氨氮排放以冀中南城市群为主。
表 3 京津冀地区各主体功能区的 COD 和氨氮排放情况
从工业产值、废水排放和污染物排放的比例来 看，石化、造纸、食品、纺织、制药、皮革属于京 津冀地区需要重点关注的六大行业。六大行业占其 废水排放总量的 63 %，COD 排放总量的 70 %，氨 氮排放总量的 73 %（见表 4）。工业 COD 的排放 主要集中在造纸、石化和食品行业，分别占工业 COD 排放总量的 21 %、16 % 和 14 %。工业氨氮的 排放主要集中在石化、造纸和食品行业，分别占工 业氨氮排放总量的 35 %、11 % 和 10 %。
表 4 京津冀地区主要工业行业污染物排放情况
京津冀不同主体功能区的主要控制行业如下： 优化开发区的主控行业是造纸和食品行业；重点开 发区的主控地区和行业为滨海开发区的化工行业、 冀中南城市群的造纸和制药行业。
（三）西北五省（自治区）的水环境容量与入河量 超载情况
西北五省（自治区）的水环境 COD 容量为 9.72×105 t，水环境氨氮容量为 4.48×104 t（见表 5）。 水环境容量的总体利用程度不高，COD 容量利用 率仅为 38 %，氨氮容量利用率达到 87 %；仅有重 点开发区的氨氮排放（2.76×104 t）已经超过地表 水环境容量（2.72×104 t）。
表 5 西北五省（自治区）基于水功能区水质目标的 COD 和氨氮容量及入河超载量
西北五省（自治区）三级控制单元的水环境 COD 和氨氮容量利用率，如图 3、图 4 所示。污 染物入河量超载区在 COD 和氨氮指标上有一定差 异，COD 入河量超载的仅有 3 个控制单元，最高 超载倍数为 2.8 倍；氨氮入河量超载的则有 5 个 控制单元，最高超载倍数为 5.7 倍。COD 入河超 载 100%~150% 的控制单元主要是重点开发区的 黄 河 — 甘 肃 渭 河 单 元（A0409）；COD 入 河 超 载 150%~280% 的重点控制单元主要为农产品主产区 的内蒙古—内蒙古内流区单元（B0204）和生态功 能区的塔里木盆地—塔里木河内流区单元（C0719）， 分别超载 3 053 t/a（189%） 和 5 316 t/a（276%）。 氨氮入河超载 100%~150% 的控制单元主要分布 在宁夏和内蒙古地区的黄河干流区，重点开发区 的黄河—内蒙古单元（A0407）、黄河—宁夏单元 （A0408）、生态功能区的青藏高原—甘肃黄河干流单 元（C0614）；氨氮入河超载 150 % ~ 280 % 的重点 控制单元主要为重点开发区的黄河—甘肃渭河单元 （A0409）、黄河—青海黄河干流单元（A0411），分 别超载 1 652 t/a（261 %）和 1 229 t/a（194 %）。
图 3 西北五省（自治区）三级控制单元的水环境 COD 容量利用率
图 4 西北五省（自治区）三级控制单元的水环境氨氮容量利用率
（四）西北五省（自治区）污染物排放情况
西北五省（自治区）污染物排放在主体功能区 类型的分布上以重点开发区为主，在农业、城镇生 活和工业分布上 COD 排放以农业排放为主（55 %）， 氨氮排放以城镇生活排放为主（53 %），如表 6 所示。 城镇生活排放应是重点关注的领域，尤其是整个西 北五省（自治区）的氨氮排放情况和重点开发区的 COD 排放情况。
表 6 西北五省（自治区）各主体功能区的 COD 和氨氮排放情况
COD 排放应重点关注内蒙古东北部的重点生 态功能区和农产品主产区，以及黄河发展区。农产 品主产区的内蒙古—内蒙古内流区单元（B0204） 和生态功能区的塔里木盆地—塔里木河内流区单 元（C0719）的 COD 容量利用率分别为 189 % 和 276 %，农业排放占比达到 87 % 和 79 %，是重点的 减排领域。氨氮排放以黄河发展区的氨氮排放总量 最高，其城镇生活氨氮排放比例为 58 %。重点开发 区的黄河—甘肃渭河单元（A0409）、黄河—青海 黄河干流单元（A0411）的氨氮容量利用率分别为 261 % 和 194 %，城镇排放占比达到 73 % 和 80 %，是重点的减排领域。
从工业产值、废水排放和污染物排放的比例来 看，金属冶炼、采矿、石化、化工、食品、造纸行 业属于应重点关注的行业，六大行业占工业总产值 的 73 %，占废水排放总量的 87 %，占 COD 排放总 量的 92 %，占氨氮排放总量的 95 %。工业 COD 排 放应主要关注化工、食品和造纸行业，其排放量分 别占工业 COD 排放总量的 36 %、26 % 和 15 %。工 业氨氮排放应主要关注化工、石化、食品和金属 冶炼行业，其排放量分别占工业氨氮排放总量的 45 %、16 %、13 % 和 12 %。
四、总结和建议
重点开发区的地表水氨氮容量超载严重，城镇 生活的氨氮排放是主要贡献因子，应进一步提高城 镇生活污水收集率和氨氮排放标准。农产品主产区 和重点生态功能区也出现地表水环境容量超载的情 况，京津冀地区的 COD 和氨氮入河量普遍超载； 而在西北五省（自治区）还有 19 % ~ 73 % 的水环境 容量剩余。因此，需要进一步控制工业和城镇生活 排放，强化农业畜禽养殖污染控制等。
石化、造纸、食品、纺织、制药、皮革六个 行业为京津冀地区主要的污染排放行业。根据亿元 GDP的污染物排放量，纺织、皮革和造纸行业（COD 为 49 ~ 66 t/ 亿元，氨氮为 2.2 ~ 4.9 t/ 亿元）应采取 整个行业关闭转移的措施；石化、食品和制药行业 （COD 为 10 ~ 15 t/ 亿元，氨氮为 1 ~ 2 t/ 亿元）可以 采取行业关闭转移、行业化清洁生产改造、污水处 理工艺改进等措施。
西北五省（自治区）水环境容量利用不足，在 重点开发区应采取行业化清洁生产改造、污水处 理工艺改进等措施，适度发展水资源利用率高的 行业。在农产品主产区应重点关注农业节水工作， 重点关注城镇生活和畜禽养殖领域的减排工作。 重点生态功能区应加快发展符合主体功能区规划 的经济产业。