1.1水資源承載力定義

目前我國對水資源承載力的定義有多種表述,如惠泱河認為水資源承載力可理解為某一區(qū)域的水資源條件在自然-人工二元模式影響下，以可預見的技術(shù)、經(jīng)濟、社會發(fā)展水平及水資源的動態(tài)變化為依據(jù)，以可持續(xù)發(fā)展為原則，以維護生態(tài)良性循環(huán)發(fā)展為條件，經(jīng)過合理優(yōu)化配置，對該地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展所能提供的最大支撐能力〔7〕（2001）。該定義充分考慮了人類活動影響對水資源系統(tǒng)的干預和水文循環(huán)過程的影響作用，并強調(diào)了動態(tài)發(fā)展的觀念。何希吾將水資源承載力定義為一個流域、一個地區(qū)、一個國家，在不同階段的社會經(jīng)濟和技術(shù)條件下，在水資源合理開發(fā)利用的前提下，當?shù)厮�資源能夠維系和支撐的人口、經(jīng)濟和環(huán)境規(guī)模總量〔8〕（2000）。這一定義將環(huán)境規(guī)模和社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模一并納入水資源承載力的范疇，從理論上而言是正確的，然而對環(huán)境規(guī)模進行界定和度量卻較為困難�？紤]到水資源承載力研究的現(xiàn)實與長遠意義，對它的理解和界定，要遵循下列的事實：第一，必須把它置于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略構(gòu)架下進行討論；第二，要從水資源系統(tǒng)-自然生態(tài)系統(tǒng)-社會經(jīng)濟系統(tǒng)耦合機理上綜合考慮水資源對地區(qū)人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的支撐能力；第三，要識別水資源與其它資源不同的特點，它既是可再生、流動的、不可濃縮的資源，又是可耗竭、可污染、利害并存和不確定性的資源；最后，水資源承載能力受自然資源影響外，還受到許多社會因素如社會經(jīng)濟狀況、國家方針政策包括水政策、管理水平和社會協(xié)調(diào)發(fā)展機制的影響和制約〔9〕。因此，水資源承載力是一個動態(tài)、變化的概念，在此我們認為可將水資源承載力定義為：指某一區(qū)域在特定歷史階段的特定技術(shù)和社會經(jīng)濟發(fā)展水平條件下，以維護生態(tài)良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展為前提，當?shù)厮�資源系統(tǒng)可支撐的社會經(jīng)濟活動規(guī)模和具有一定生活水平的人口數(shù)量。

 

1.2水資源承載力的特性與影響因素

水資源承載能力的大小是隨空間、時間和條件變化而變化，具有動態(tài)性、地區(qū)性、相對極限性、模糊性等特點。影響水資源承載力大小的因素可概括為以下方面：

（1）水資源數(shù)量、質(zhì)量及開發(fā)利用程度。當?shù)厮�資源總量及根據(jù)法律規(guī)定分配給當?shù)乜衫�用過境水量，水資源的礦化度、埋深條件等質(zhì)量情況，以及當前水資源開發(fā)利用方式和程度；

（2）生態(tài)環(huán)境狀態(tài)。生態(tài)環(huán)境不但自身需要一定的水資源量得以維持，并通過對水文循環(huán)的影響在相當程度上決定了水資源總量的大��；

（3）社會經(jīng)濟技術(shù)條件。在不同階段一定社會經(jīng)濟與技術(shù)條件決定了可開發(fā)控制的可利用水量和水資源利用效率；

（4）社會生產(chǎn)力水平。不同歷史時期或同一歷史時期的不同地區(qū)具有不同的生產(chǎn)力水平，決定了水資源可承載社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模的差異；

（5）社會消費水平與結(jié)構(gòu)。在社會生產(chǎn)能力確定的條件下，社會消費水平和結(jié)構(gòu)將決定水資源承載力的大��；

（6）區(qū)際交流。勞動區(qū)域分工與產(chǎn)品交換也將間接影響水資源承載力的大小。

 

2.1水資源承載力研究的理論基礎(chǔ)

（1）可持續(xù)發(fā)展理論

可持續(xù)發(fā)展強調(diào)三個主題：代際公平、區(qū)域公平以及社會經(jīng)濟發(fā)展與人口、資源、環(huán)境間的協(xié)調(diào)性。在可持續(xù)發(fā)展理論的指導下，資源的可持續(xù)利用、人與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展取代了以前片面追求經(jīng)濟增長的發(fā)展觀念。可持續(xù)發(fā)展是一種哲學觀，是關(guān)于自然界和人類社會發(fā)展的哲學觀，可作為水資源承載力研究的指導思想和理論基礎(chǔ)，而水資源承載力研究則是可持續(xù)發(fā)展理論在水資源管理領(lǐng)域的具體體現(xiàn)和應用。

 

（2）水-生態(tài)-社會經(jīng)濟復合系統(tǒng)理論

區(qū)域（流域）是具有層次結(jié)構(gòu)和整體功能的復合系統(tǒng)，由社會經(jīng)濟系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和水資源系統(tǒng)組成。水資源既是該復合系統(tǒng)的基本組成要素，又是社會經(jīng)濟系統(tǒng)和自然生態(tài)系統(tǒng)存在和發(fā)展的支持條件。水資源的承載力狀況對地區(qū)的發(fā)展起著重要的作用，水資源狀況的變化往往導致區(qū)域環(huán)境的變化、土地利用和土地覆被的改變、社會經(jīng)濟發(fā)展方式的變化等。水-生態(tài)-社會經(jīng)濟復合系統(tǒng)理論也是水資源承載力研究的基礎(chǔ)，應將水資源作為生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的一員，從水資源系統(tǒng)-自然生態(tài)系統(tǒng)-社會經(jīng)濟系統(tǒng)耦合機理上綜合考慮水資源對地區(qū)人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的支撐能力。

 

（3）自然-人工二元模式下的水文循環(huán)過程與機制

隨著人類活動的加強，原有的一元流域天然水循環(huán)模式受到嚴重挑戰(zhàn)，人類活動不僅改變了流域降水、蒸發(fā)、入滲、產(chǎn)流、匯流特性，而且在原有的天然水循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生了人工側(cè)支循環(huán)，形成了天然循環(huán)與人工循環(huán)此消彼長的二元動態(tài)水循環(huán)過程。具有二元結(jié)構(gòu)的流域水資源演化不僅構(gòu)成了社會經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，是生態(tài)環(huán)境的控制因素，同時也是諸多水問題的共同癥結(jié)所在，因此它也是進行水資源承載力研究的一個基石〔10〕。

 

2.2水資源承載力的研究內(nèi)容體系

2.2.1水資源系統(tǒng)構(gòu)成

（1）水資源數(shù)量與質(zhì)量、來源與組成,水資源的開發(fā)利用方式及開發(fā)利用潛力，水利工程可控制面積、水量等，這些條件構(gòu)成了天然水循環(huán)通量和人工水循環(huán)通量的比例；

（2）水量轉(zhuǎn)化規(guī)律與水流系統(tǒng)（大氣降水、地表水、地下水、土壤水和植物生態(tài)水）模擬研究。

 

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)

（1）生態(tài)系統(tǒng)的組成要素、規(guī)模及各要素平衡匹配關(guān)系，生態(tài)系統(tǒng)平衡閾值；

（2）生態(tài)系統(tǒng)的需水和耗水規(guī)律研究。

 

2.2.3社會經(jīng)濟系統(tǒng)

（1）國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，社會消費水平及結(jié)構(gòu)，區(qū)際交流；

（2）人口與社會經(jīng)濟發(fā)展的規(guī)模、速度和方向。

 

2.2.4水資源系統(tǒng)-生態(tài)系統(tǒng)-社會經(jīng)濟系統(tǒng)耦合機制

（1）水資源系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)的相互作用和影響，相互依賴和制約關(guān)系的機理和量化研究；

（2）二元模式下的水文循環(huán)規(guī)律。

 

2.2.5水資源承載力評價指標體系的建立及計算方法

 

2.2.6水資源系統(tǒng)-生態(tài)系統(tǒng)-社會經(jīng)濟系統(tǒng)耦合下的水資源承載力評價模型及其應用

3.1水資源承載力的組成

從承載媒體（水資源系統(tǒng)）對被承載對象（社會經(jīng)濟系統(tǒng)）的客觀承載力本身來考察，水資源承載力應主要由水環(huán)境容量（納污能力）和水資源供給能力（指可為人類社會經(jīng)濟活動所利用的部分）兩部分組成。

 

3.1.1水資源供給能力

將維護生態(tài)平衡和維持相當?shù)纳鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量作為社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和水資源可持續(xù)利用的前提條件，則水資源可供給能力的大小必須考慮生態(tài)需水量的問題。關(guān)于水資源總量的計算已有較成熟的方法，一般以多年平均產(chǎn)出量——水量表示，其量基本上是個常數(shù)，也是區(qū)域水資源承載能力的理論極限值。因此水資源可供給量的問題實際上轉(zhuǎn)化為生態(tài)需水量的確定問題，而這正是水資源承載力研究中的重點和難點問題之一。對生態(tài)需水量進行計算，必須明確兩個基本前提，第一是生態(tài)環(huán)境用水的界定，不同的生態(tài)系統(tǒng)范圍界定直接影響到生態(tài)需水量的不同；第二是生態(tài)保護準則的確定，例如應當保持怎樣的生態(tài)環(huán)境規(guī)模和質(zhì)量〔11，12〕。雖然在國內(nèi)生態(tài)需水的研究已引起廣泛關(guān)注，但目前對生態(tài)需水量的估算還缺乏較成熟精確的方法。限于篇幅，本文對該問題不作更深入的探討。

 

3.1.2水環(huán)境容量

水環(huán)境容量是指在一定的水質(zhì)或環(huán)境目標下，某水域能夠允許承納的污染物的最大數(shù)量；這個環(huán)境容量對人類活動的支持能力同樣影響到水資源承載力的大小。區(qū)域某時期的水環(huán)境容量分析需要通過水質(zhì)調(diào)查分析、水質(zhì)規(guī)劃、供水工程與污水處理回收等措施的優(yōu)化組合才能進行〔13〕。

 

3.2水資源承載力評價指標體系

水資源承載力評價指標體系的建立應注意兩點：第一，影響水資源承載力的因素是多樣的，要從眾多要素中選取能反映問題本質(zhì)的因素、并除去重復性因素的作用，目前多應用主成分分析法、均方差法避免要素選取重復和遺漏〔14〕。第二，指示區(qū)域水資源承載力大小的指標有兩類，一是水資源承載力絕對指標，即從定義出發(fā)直接根據(jù)可供給水量和水環(huán)境容量計算其可支撐的人口和社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模；二是水資源承載力相對指標，即用水資源承載力指數(shù)來衡量水資源承載力的高低，確定水資源承載力是否在合理閾值范圍內(nèi)和進行區(qū)域間或時間段上的比較。根據(jù)水資源承載主體和客體的關(guān)系、水資源-生態(tài)系統(tǒng)-社會經(jīng)濟系統(tǒng)的耦合關(guān)系以及區(qū)際交流影響，可擬訂水資源承載力評價指標體系。

 

水資源承載力分析關(guān)系到地區(qū)環(huán)境、人口和經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模和代際持續(xù)發(fā)展的前景，涉及面廣、內(nèi)容復雜，目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一和成熟的方法。在已有的研究成果基礎(chǔ)上，設(shè)想解決問題的方法可以有以下幾類：

 

4.1水資源供需平衡法與多目標分析模型

采用水資源供需平衡法進行水資源承載力評估與預測與水資源的合理配置有密切關(guān)系，它首先以維護生態(tài)平衡和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量以及可持續(xù)發(fā)展為前提，將水資源在生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)之間進行平衡分析和配置，然后以對社會經(jīng)濟系統(tǒng)可供給水量為約束條件，通過多目標分析模型確定社會發(fā)展模式（經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等）、供水組成（節(jié)水、污水回流、開發(fā)當?shù)厮�、外流域調(diào)水等）及供水分配狀況，最后在上述水資源供需平衡及水資源合理配置的基礎(chǔ)上計算水資源承載力的大�。ń^對指標）——包括人口發(fā)展規(guī)模和社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模〔15〕。本方法中主要采用的模型包括：

 

（1）生態(tài)環(huán)境模擬模型

以生態(tài)保護與環(huán)境保護約束關(guān)系作為模型框架建立模型，揭示生態(tài)系統(tǒng)平衡與生態(tài)系統(tǒng)耗水關(guān)系、生態(tài)系統(tǒng)平衡與社會經(jīng)濟活動方式和強度關(guān)系的規(guī)律，從天然植被面積指標、綠洲面積指標、水環(huán)境指標等方面提出生態(tài)環(huán)境重點保護對象和生態(tài)環(huán)境保護規(guī)模，確定生態(tài)需水量，作為水資源供需平衡的參考依據(jù)。

 

（2）多目標分析模型

以對社會經(jīng)濟系統(tǒng)可供給水量為約束條件，建立描述水資源在社會經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的分配關(guān)系以及這種關(guān)系是怎樣決定社會發(fā)展模式的模型，通過經(jīng)濟發(fā)展目標、結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標、資源約束與利用效益目標等多目標之間的權(quán)衡來確定社會發(fā)展模式（經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等）、供水組成（節(jié)水、污水回流、開發(fā)當?shù)厮�、外流域調(diào)水等）及供水在國民經(jīng)濟各部門之間的分配狀況。

 

4.2多指標綜合評價法與綜合評判模型

該方法通過水資源系統(tǒng)支持力和水資源系統(tǒng)壓力來共同反映水資源承載狀況。水資源系統(tǒng)支持力代表了承載媒體的客觀承載能力大小，其分值越大，表示水資源現(xiàn)實承載力越高；水資源系統(tǒng)壓力代表了被承載對象的壓力大小，其分值越大，表示系統(tǒng)所受壓力越大，水資源承載力越低；通過兩值相比得到水資源承載力指數(shù)（相對指標）并進行分級，可指示水資源承載狀況。

 

（1）評價指標的標準化處理

在多指標綜合評價問題中，通常評價指標有“效益型”和“成本型”兩大類。“效益型”為指標指屬性值越大越好的指標，“成本型”指標為屬性值越小越好的指標，應分別對這兩類指標進行無量綱化處理。在水資源系統(tǒng)支持力和水資源系統(tǒng)承受壓力指標體系中，有人均水資源數(shù)量、可采水量與用水總量之比，（COD）標/（COD），人口規(guī)模與增長率，GDP產(chǎn)值及增長速度，萬元GDP廢水排放量屬于“效益型”指標，其余屬于“成本型”指標。對于區(qū)際交流指標，可將產(chǎn)品調(diào)入調(diào)出量折算成水資源調(diào)入調(diào)出量計入支持力指標（差額為正時）或壓力指標（差額為負時）。

 

（2）評價因子權(quán)重的確定

多指標的綜合評價因子權(quán)重的確定是整個評價過程中的關(guān)鍵一環(huán)，根據(jù)計算權(quán)數(shù)時原始數(shù)據(jù)來源的不同，權(quán)數(shù)的確定方法大體上可分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩大類。主觀賦權(quán)法主要是由專家根據(jù)經(jīng)驗主觀判斷得到，如古林法、Delphi法、AHP法等，這種方法研究較早，也較為成熟，但客觀性較差。客觀賦權(quán)法的原始數(shù)據(jù)是由各指標在評價單位中的實際數(shù)據(jù)形成，它不依賴于人的主觀判斷，因而客觀性較強，如主成分分析法、均方差法等。

 

（3）綜合評價值的計算

對于支持力和壓力指標，分別依公式多因子綜合評價公式進行計算。

 

4.3系統(tǒng)分析方法——動態(tài)模擬遞推算法

動態(tài)模擬遞推法主要是通過水的動態(tài)供需平衡計算來顯示水資源承載力的狀況和支持人口與經(jīng)濟發(fā)展的最終規(guī)模，其實質(zhì)是模擬法，將動態(tài)模擬和數(shù)學經(jīng)濟分析相結(jié)合，利用計算機模擬程序，仿造地區(qū)水資源供需真實系統(tǒng)運動行為進行模擬預測，根據(jù)逐年運行的實際結(jié)果，有目的地改變模擬參數(shù)或結(jié)構(gòu)，使其與真實系統(tǒng)盡可能一致。當水資源供應能力達到“零增長”（對水資源緊缺地區(qū)）或地區(qū)人口增長，或經(jīng)濟增長達到“零增長”（對水資源豐裕地區(qū)）時，水資源承載力按定義已達最大〔2〕。

 

（1）地區(qū)水資源承載力分析系統(tǒng)描述

水資源供需系統(tǒng)一般由供水子系統(tǒng)、用水子系統(tǒng)、排水子系統(tǒng)和水資源子系統(tǒng)組成。

 

（2）分析步驟

第一步：對區(qū)域水資源進行評價和開發(fā)利用條件分析。

 

第二步：根據(jù)地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展計劃，預測未來各項用水的需求量和總量。

 

第三步：根據(jù)地區(qū)擁有的水資源量和開采利用條件，預測滿足用水需要的新增供水工程的可供水量和相應措施。

 

第四步：通過逐年或一定時期的水資源供需平衡計算，采用動態(tài)模擬遞推算法，進行水資源的現(xiàn)時承載力和承載過程的計算和分析，直到找到可供水量達到零增長時的水資源極限承載力或人口增長、經(jīng)濟發(fā)展達到零增長時的最大水資源承載力限度。

 

4.4系統(tǒng)動力學方法與系統(tǒng)動力學仿真模型

系統(tǒng)動力學（SD）模型是一種定性與定量相結(jié)合，系統(tǒng)、分析、綜合與推理集成的方法，并配有專門的DYNAMO軟件，給模型的仿真、政策模擬帶來很大方便，可以較好地把握系統(tǒng)的各種反饋關(guān)系，適合于進行具有高階次、非線性、多變量、多反饋、機理復雜和時變特征的承載力研究。用SD模型計算的水資源承載力不是簡單地給出區(qū)域所能養(yǎng)活人口的上限，而是通過各種決策在模型上模擬，清晰地反映人口、資源、環(huán)境和發(fā)展之間的關(guān)系，可操作性較強〔16〕。

 

（1）系統(tǒng)流圖設(shè)計

系統(tǒng)流圖是系統(tǒng)動力學的基本變量和表示符號的有機組合。根據(jù)水-生態(tài)-社會經(jīng)濟復合系統(tǒng)內(nèi)部各因素之間的關(guān)系設(shè)計系統(tǒng)流圖，其目的主要是反映系統(tǒng)各因素因果關(guān)系中所沒能反映出來的不同變量的性質(zhì)和特點，使系統(tǒng)內(nèi)部的作用機制更加清晰明了，然后通過流圖中關(guān)系的進一步量化，實現(xiàn)政策仿真的目的。流圖中一般包含兩種重要變量：狀態(tài)變量和變化率。

 

（2）主要狀態(tài)方程描述與模型構(gòu)建

根據(jù)水資源承載力及承載狀況的反饋關(guān)系，建立描述各類變量的數(shù)學方程，以模型用計算機進行仿真。這些描述方程通常包括狀態(tài)方程、常數(shù)方程、速率方程、表函數(shù)、輔助方程等。系統(tǒng)模型正是由這一組動態(tài)方程有機組合而成。

 

（3）模型的仿真計算

對不同（提高水資源承載力的）方案確定不同的變量輸入值，通過仿真操作運算，得到不同發(fā)展方案下的水資源承載力仿真運算結(jié)果，包括GDP、人口數(shù)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、COD含量及可供水量等各種具體的水資源承載指標，通過對比分析來進行方案的比較擇優(yōu)。

 

水資源承載力研究在我國目前還處于初期階段，還沒有形成水資源承載力研究的成熟的理論、內(nèi)容和方法體系，筆者在前文中已就該問題進行了一個較粗淺的論述。為使水資源承載力研究進一步深入，取得更精確和實用的成果，近期主要研究方向應包括以下方面：

 

5.1加強學科交叉融合的研究

水資源承載力研究涵蓋了從理論到實證；從水-生態(tài)-社會經(jīng)濟復合系統(tǒng)下的二元模式水文循環(huán)和水量平衡等宏觀領(lǐng)域到水環(huán)境容量、植被耗水機理等微觀領(lǐng)域；從水文水資源科學到社會經(jīng)濟科學、規(guī)劃科學等不同層次、不同學科的研究范圍，并以多目標決策分析方法、系統(tǒng)動力學方法、遙感與地理信息系統(tǒng)方法等作為技術(shù)手段，屬于典型的交叉學科研究領(lǐng)域。迫切需要加強學科交叉融合的研究〔17，18〕。

 

5.2技術(shù)方法的創(chuàng)新

目前制約水資源承載力研究的一個重要因素就是數(shù)據(jù)的獲取與分析處理。GIS在支持與水文和水環(huán)境有關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的獲取、管理、分析、模擬和顯示，以解決復雜的水資源、水環(huán)境規(guī)劃和管理問題方面顯示了其強大的功能〔19〕。水資源承載力研究必須突破陳舊的數(shù)據(jù)獲取與分析手段，充分利用現(xiàn)代先進技術(shù)，將地面水文觀測與空中遙感信息相結(jié)合，利用地理信息系統(tǒng)進行數(shù)值計算和模擬，并將現(xiàn)有水資源承載力數(shù)學模型方法與GIS集成，這是水資源承載力研究取得突破性進展的一個關(guān)鍵所在。

 

5.3研究領(lǐng)域的拓展

地域分異和空間配置歷來是地理學最重要的優(yōu)勢研究領(lǐng)域�，F(xiàn)有的水資源承載力研究著重研究了水資源可承載人口和社會經(jīng)濟發(fā)展總量規(guī)模和結(jié)構(gòu)，這只是表征水資源承載力大小的一個面上的宏觀指標, 事實上水土資源與社會經(jīng)濟活動的空間配置狀況對水資源承載力有著極為重要的影響，因此有必要加強空間差異與區(qū)域組合研究，以進一步增強水資源承載力研究成果的適應性。與水資源承載力密切相關(guān)的區(qū)域合理配置研究內(nèi)容包括水土資源空間配置，上、中、下游的城市與產(chǎn)業(yè)合理布局，水源保護區(qū)區(qū)域范圍內(nèi)的人口、產(chǎn)業(yè)布局等，在水資源承載力研究中考慮區(qū)域分異與空間配置問題，不但是水資源承載力研究的一個重要方面-水資源承載力區(qū)域差異研究的需要，也必將使水資源承載力研究成果對社會實踐具有更明確的指導作用。