水资源承载能力研究现状与分析

  摘要:水资源承载能力的内涵概括为:某地区在一定的社会、经济、技术阶段,水资源可持续开发利用的最大规模。水资源承载能力具有区域性、动态性、有限性、模糊性和可增强型等特点。它具有自然―社会双重属性,既反映了水资源系统满足社会经济系统的能力,也与社会经济系统开发水资源系统的深度有关。它的大小取决于区域自然环境、水资源量、社会经济技术水平、社会经济结构和承载驱动力大小等方面。分析方法有供需平衡分析法、背景分析法、综合指标法、系统动力学方法以及动态模拟递推算法等。   关键词:承载能力;内涵;特点;水资源   中图分类号:P641.76 文献标识码:A文章编号:1673-0992(2010)07A-0036-02      随着水问题的日益突出,我国学者早在20世纪80年代末就提出了“水资源承载力”的概念。它是一个国家或地区在持续发展过程中自然资源承载力的重要组成部分,且往往是水资源紧缺和贫水地区支持人口与发展的“瓶颈”资源,对一个国家或地区综合发展和发展规模有至关重要的影响。进入20世纪90年代以后,在地区和国家经济社会发展中坚持走可持续发展道路,深入贯彻落实科学发展观已是共识,而水资源短缺与“水资源安全”问题则已成为影响可持续发展的重要制约因素。作为可持续发展研究和水资源安全战略研究中的一个基础课题[1]。   1 水资源承载能力的内涵   我国许多学者在土地承载能力、环境承载能力等概念的基础上,对水资源承载能力的内涵进行了深入探讨,其中有两个主要热点问题:其一是针对水资源的承载对象。水资源的承载对象包括人口、经济、社会、生态环境等。不同区域在不同的发展阶段,面对不同的水资源问题,其承载对象不同。其二是针对水资源的承载形势。目前水资源的承载形势有水资源开发规模论和水资源支持持续发展能力论两类。前者认为通过水资源合理分配和有效利用,使得社会、经济与环境协调发展的水资源开发利用的最大规模。后者认为,水资源的最大开发规模相对水资源作为一种社会发展的“支撑能力”而言,范围要小得多,含义也不尽相同,更为强调水资源的可持续利用。前者的观点适用于缺水地区,而后者的观点更有普遍的意义。   综合上述观点,可将水资源承载力的内涵概括如下:某一地区在一定的社会、经济、技术阶段,水资源可持续开发利用的最大规模。这里的水资源可持续开发利用是指水资源可以维持人口、社会、经济、环境的协调发展。水资源承载力的大小反映了水资源对人类活动的支持程度,人类只能在水资源承载力所允许的范围内安排自己的社会经济活动,否则就会影响社会经济的可持续发展。评价分析地区水资源承载能力的目的,就在于提示有限水资源与人口、环境和经济发展的关系,从中找出制约地区发展的因素和条件,以利于统筹对策,促进全社会的持续发展。理解和界定:第一,水资源承载能力是一定地区,一定社会经济技术发展阶段的产物,对水资源承载能力的分析不能脱离这个具体背景;第二,必须把它置于可持续发展战略构架下进行讨论,建立在生态系统完整、水资源持续供给和水环境长期有容纳量的基础上,综合考虑水资源对地区人口、资源、环境和经济协调发展的支撑能力;第三,水资源承载能力应当以区域水资源合理配置为前提,以水资源供需分析为手段进行。   2 水资源承载能力的特点   水资源承载能力与土地资源承载能力以及其它矿产资源承载能力等都是资源承载能力,但它们的承载能力内涵各具特点。土地资源并不因使用而消失(当使用是按照资源本身的自然补偿能力进行时,则资源的使用价值也不会发生变化),可以通过补偿恢复因超量使用而劣化了的土地,这使得土地承载力的研究主要是探讨与土地的自然再生能力(或加上人类可以实现的人工再生能力)相适应的人地关系问题[2]。水资源是有限度的可再生资源,而地下水(尤其是深层地下水)在很大程度上属于不可更新资源[3]。水资源如果利用合理,则会像土地资源一样,可以持续利用;如果使用不当,则就会像矿产资源一样,用一点少一点,直至枯竭。这就使得水资源承载能力的研究更具复杂性。水资源承载能力的大小是随着水资源开发阶段、目标和条件不同而变化,它不仅是水文循环、水资源研究的重要方面,而且与经济社会发展、环境系统的耦合研究密切相联。   2.1 区域性区域水资源承载能力是根据区域水资源供需平衡情况,分析水资源对区域人口、经济、环境协调发展的支撑能力。即水资源承载能力不是一个定值,而是不同的人口、经济、环境协调发展的一种组合。   2.2 动态性在不同的社会发展阶段,人类开发利用水资源的方式和手段不同,社会对水资源的需求不同,水资源的利用率不同,水资源承载力也会不同;而且水资源系统由于本身量和质的不断变化,导致其支持能力也相应发生改变[2~7]。   2.3 有限性有限性是指在一定的社会发展阶段,一定技术水平和经济规模等影响因素下,水资源的量是有限的,水环境容量是有限的,即水资源对社会经济和环境的支撑能力是有限的。   2.4 模糊性由于水资源承载能力的研究涉及到自然、社会、经济、环境系统,各系统内部的结构因素之间影响以及系统耦合影响的不确定性,以及人类认识水平的局限性,决定了水资源承载力具有模糊性。   2.5 可增强性随着人类社会对水资源需求的增加,人类不断拓宽水资源质和量的范围,不断添加水资源的使用内涵,提高水资源利用效率,从而增加水资源承载力[6,7]。   3区域水资源承载能力分析方法   区域水资源承载力是一个具有自然―社会双重属性的概念,它既反映了水资源系统满足社会经济系统的能力,也与社会经济系统开发水资源系统的深度有关。它的大小取决于区域自然环境、水资源量、社会经济技术水平、社会经济结构和承载驱动力大小等方面。目前研究大多是根据地区社会经济发展的状况,从水资源的自然和社会属性角度入手,循着可持续发展的方向,借助各相关学科和领域的理论和知识,结合地区问题性质和参考决策者的需要来分析水资源承载能力。   3.1 供需平衡分析法[8,9]   根据区域水资源总量、可利用水资源量以及水资源需求总量,进行区域水资源供需平衡分析,估算承载能力或其平衡指数。水资源系统是自然和社会相互作用的动态系统,影响区域地下水资源承载力的因素众多。区域需水量和供水量的供需平衡关系不足以全面反映其承载能力,因此,该方法只能用于简单估算区域水资源承载能力。   3.2背景分析法   背景分析法是在一定历史时段内,对比自然背景和社会背景相似的研究区域的实际情况,推算对比区域可能的承载能力。背景分析法只采用一个或几个承载因子分析,因子之间相互独立,简单易行,但分析多局限于静态的历史背景,割裂了资源、社会、环境之间的相互作用的联系,对水资源承载能力这一复杂的自然社会经济系统来说显得过于单薄[10]。   3.3综合指标法   综合指标法主要采用统计分析的方法,选择单项和多项指标来反映地区水资源承载能力现状和阈值。采用单项指标可以简单衡量区域水资源承载能力,如用人均占有水量、水资源开发利用潜力、资源开发利用率等判断区域水资源承载力的现状与潜力。对于多项指标多采用权系数法[11]或模糊综合评判法[12]进行多因素综合分析。   一些研究认为,由于模糊综合评判的实质是对主观产生的“离散”过程进行综合处理,评价因素越多,遗失的有用信息就越多,信息利用率也越低,误判的可能性就越大。将模糊综合评判运用于区域水资源承载力的评价中,无论是在评判因素的选取上,还是因素对承载力的影响程度上都存在一定的局限性[10]。此外,综合指标法较多考虑的是单个承载因子的发展趋势,而忽略了各承载因子之间的相互联系,较难处理复杂巨系统之间的耦合关系[15]。要从众多要素中选取能反映问题本质的因素,并除去重复性因素的作用,可以应用主成分分析法,均方差法等方法避免要素选取重复和遗漏[16]。   3.4 系统动力学方法   系统动力学模型(SD)是一种定性与定量相结合,系统分析、综合与推理集成的方法,从系统内部的元素和系统结构分析入手来建立数学模型,并配有专门的DYNAMO软件,可以方便地进行模型仿真和政策模拟,适合于进行具有高阶次、非线性、多变量、多反馈、机理复杂和时变特征的承载力研究。SD模型应用系统动力学原理,采用动态系统反馈模拟评价一个地区水资源承载力的方法。其中由联合国教科文组织发起的提高资源能力分析的ECCO(Enhancement of Carrying Capacity Options)法,就是专门研究提高资源承载能力备选方案的资源计量方法。该法将地区人口、资源、环境与发展(PRED)统一纳入发展计划,采用资源计量系统进行分析,通过PRED之间的相互关系,选出能够提高地区资源承载能力的发展战略。国内也用此法进行区域人口承载力[17]和水资源承载力[18]的研究。SD模型能定量分析各类复杂系统的结构和功能的内在关系,能定量分析系统的各种特性,擅长处理高阶次、非线性问题,可以灵活地进行多方案的比较择优[19]。但是模型的建立受建模者对系统行为动态水平认识的影响,由于参变量不好掌握,易导致不合理的结论[15]。   3.5 动态模拟递推算法[17]   动态模拟递推法主要是通过水的动态供需平衡计算,来显示水资源承载力的状况和支持人口与经济发展的最终规模。其实质是运用模拟法,将动态模拟和数学经济分析相结合,利用计算机模拟程序,仿造地区水资源供需真实系统运动行为进行模拟预测,根据逐年运行的实际结果,有目的地改变模拟参数或结构,使其与真实系统尽可能一致。当水资源供应能力达到“零增长”(对水资源紧缺地区)或地区人口增长、或经济增长达到“零增长”(对水资源丰裕地区)时,水资源承载力已达最大。   动态模拟递推算法与传统的水长期运转规则(如调度规划、供水规划和水质规划)的模拟算法并无本质区别,进行逐年递推,可以直观地反映地区水资源承载力的发展和达到承载力最大的全部过程,利于分析和采取对策,而且可以更能贴近地区发展的实际状况,反映地区有关政策、科技进步与管理水平对水资源承载力的影响。   3.6 多目标模型分析法   由水资源承载力的定义和特点可知,水资源承载力研究面对的系统涉及水资源、经济、社会、人口、环境等众多因素,各因素之间相互促进、相互制约,是一个复杂的大系统。这就为多目标模型进行承载力分析提供了理论依据。最早将多目标决策分析技术引入承载能力分析的是澳大利亚学者Millington(1973)。某些研究采用投入产出分析方法,将水资源纳入了宏观经济系统集成研究[15,18]。还有研究将整个系统分解为若干子系统,各子系统模型既可单独运行,又可配合运行,子系统模型之间通过多目标核心模型的协调关联变量相连接,其中多目标核心模型为总控模型[5,19]。   该方法综合考虑了区域水、土、气候等限制资源及资源相互之间作用的关系,而且决策分析中可考虑人类不同目标和价值取向,融入决策者的思想,比较适合处理社会经济生态水资源系统这类复杂的多属性多目标群决策问题[10]。由于多目标规划问题在求解技术上存在的困难,因而难以全面考虑系统的影响因素。近些年,由于计算机技术的发展以及数学规划工具的日臻完善,使分析人员可以将精力更集中在模型建立、方案构成和目标选择上。   4存在问题及研究展望   目前,水资源承载力研究在我国还处于初期阶段,没有形成水资源承载力研究的成熟的理论、内容和方法体系,有待解决的主要问题:   4.1在研究理论上,需要综合考虑水资源对区域人口、生态环境及社会经济耦合发展的支持能力,加强各个学科的交叉融合。   4.2在分析方法上,由于水―生态―社会经济复合系统需要收集和处理大量的数据,因此应借助遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和数据库管理系统(DBM)等作为技术手段,结合水资源承载力数学模型或一些灰色方法(如人工神经网络),建立水资源承载能力综合信息数字体系。   4.3以区域可持续发展为原则,在区域水资源合理配置和区域建立节水体制的基础上,分析区域水资源承载能力。   参考文献:   [1] paily G.C, ehrlich P.R. socioeconomic equity, sustain―ability, and earty carrying capacity[J]. 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