水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確立

水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確立

可持續(xù)水資源系統(tǒng)為人類的繁殖和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。然而，隨著世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)和人口的增加，水資源的需求增加，資源濫用的開(kāi)發(fā)和消耗方式，以及廣泛的社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式給水資源系統(tǒng)帶來(lái)了可持續(xù)發(fā)展的壓力，水資源的缺乏已成為世界難題。1資源配置的概念、特點(diǎn)和內(nèi)涵1.1水資源承載力的特征承載力(Carryingcapacity)的概念來(lái)源于物理學(xué)的研究,是指物體在不產(chǎn)生任何破壞時(shí)的最大荷載,具有力的量綱.“水資源承載力”可以定義為:一定區(qū)域、一定時(shí)段,維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán),水資源系統(tǒng)支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大規(guī)模.圖1為城市水資源承載力計(jì)算的概念圖.水資源承載力具有客觀性和主觀性的統(tǒng)一、相對(duì)極限性、多樣性、不確定性、動(dòng)態(tài)性和可增強(qiáng)性等特性:(1)客觀性和主觀性的統(tǒng)一.客觀性體現(xiàn)在一定時(shí)期內(nèi),流域或區(qū)域水資源系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能方面不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化,而水資源承載力是水資源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征的反映.(2)相對(duì)極限性.在某一具體歷史發(fā)展階段,水資源承載力具有最大和最高的特性,即可能的最大承載指標(biāo).此外,水資源承載力是基于一定歷史發(fā)展階段和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平而言的,其極限性是相對(duì)的.(3)多樣性.水資源承載力的多樣性主要體現(xiàn)在承載主體的多樣性和被承載模式的多樣性兩個(gè)方面.不同區(qū)域的水資源的組成是不同的,決定了承載主體的多樣性.被承載模式的多樣性是水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展模式的多樣性.(4)不確定性.水資源承載力不確定性主要是由承載主體——水資源的隨機(jī)性和承載客體——社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的模糊性造成的.(5)動(dòng)態(tài)性.動(dòng)態(tài)性是指水資源承載力與發(fā)展階段和發(fā)展水平有直接關(guān)系,不同的發(fā)展水平有不同的承載能力,由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、社會(huì)結(jié)構(gòu)的改變或者其他外界資源的引入,使水資源承載力發(fā)生跳躍.(6)可增強(qiáng)性.在人類社會(huì)對(duì)水資源需求日益增加這種驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)使下,人們一方面拓寬水資源質(zhì)和量的范圍,如地下水的開(kāi)采、雨水集流、海水淡化、污水處理回用、洪水資源化等都是水資源利用外延的拓展;另一方面水資源使用內(nèi)涵的不斷添加和豐富,也增強(qiáng)了水資源承載力,如用水結(jié)構(gòu)的調(diào)整和水資源的重復(fù)使用量等.1.2水資源承載力研究是水資源可持續(xù)發(fā)展理論的重要內(nèi)容通過(guò)對(duì)水資源承載力特性和概念的剖析,其內(nèi)涵可以從以下幾方面理解:(1)水資源承載力中,主體是水資源系統(tǒng),客體是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),其最終的承載對(duì)象是人類社會(huì)發(fā)展規(guī)模,即是人口及其生活質(zhì)量,準(zhǔn)確地說(shuō)應(yīng)是水資源與土地、礦產(chǎn)、森林等其它資源共同承載.(2)研究水資源承載力所依據(jù)的原則是可持續(xù)發(fā)展原則,前提條件是“以維護(hù)生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展”,對(duì)社會(huì)的支持方式為“持續(xù)支持”,這充分體現(xiàn)了水資源承載力的可持續(xù)內(nèi)涵.(3)定義中指出承載能力是在“水資源得到合理的開(kāi)發(fā)利用下”的承載能力,即研究承載能力就要通過(guò)對(duì)水資源的優(yōu)化配置,確定對(duì)人口及社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的支撐能力.(4)水資源承載力具有時(shí)間和空間屬性,定義中“在某一具體歷史發(fā)展階段下,以可預(yù)見(jiàn)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù)”闡明了水資源承載力的時(shí)間和空間屬性.(5)分析水資源承載力是以“可預(yù)見(jiàn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展水平”為依據(jù).這里預(yù)期的經(jīng)濟(jì)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展水平主要包括該區(qū)域水資源的投資水平、水資源開(kāi)發(fā)利用水平和管理水平.2水資源承載力評(píng)價(jià)方法和方法背景分析法就是在一定歷史時(shí)段內(nèi)自然的和社會(huì)的背景相似的研究區(qū)域的實(shí)際情況作對(duì)比,推算對(duì)比區(qū)域可能的承載能力.這種分析法只采用一個(gè)或幾個(gè)承載因子分析,因子之間相互獨(dú)立,簡(jiǎn)單易行,但分析多局限于靜態(tài)的歷時(shí)背景,割裂了資源、社會(huì)、環(huán)境之間的相互作用關(guān)系,對(duì)水資源承載力這一復(fù)雜的自然——社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)缺乏應(yīng)用的描述分析.常規(guī)趨勢(shì)方法是以可開(kāi)采水量為基本依據(jù),在滿足維持生態(tài)環(huán)境的起碼要求以及合理分配國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的用水比例的前提下,適當(dāng)考慮建設(shè)節(jié)水型農(nóng)業(yè)和節(jié)水型社會(huì),并在此基礎(chǔ)上計(jì)算水資源所承載的工、農(nóng)業(yè)及人口數(shù)量.這種方法計(jì)算方便,直觀簡(jiǎn)單,但該方法較多考慮的是單承載因子的發(fā)展趨勢(shì),而忽略各承載因子之間的相互聯(lián)系,且各因素之間相互促進(jìn)、相互制約.指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法采用多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合來(lái)反映水資源承載力狀況,一般步驟是先確定指標(biāo),然后給指標(biāo)賦予權(quán)重,再進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)數(shù)值的計(jì)算.指標(biāo)分為效益型和成本型兩類.效益型指標(biāo)為指標(biāo)屬性值越大越好的指標(biāo),如人均水資源數(shù)量,可開(kāi)采水量與用水總量之比,人口規(guī)模與增長(zhǎng)率,GDP產(chǎn)值及增長(zhǎng)速度,(COD)標(biāo)準(zhǔn)/(COD)等.成本型指標(biāo)則為屬性值越小越好的指標(biāo),如萬(wàn)元GDP廢水排放量,人均廢水排放量等.為了消除各項(xiàng)指標(biāo)的單位與數(shù)量級(jí)的差異,在綜合評(píng)價(jià)之前要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱處理.指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱處理后,根據(jù)指標(biāo)的重要程度給每一個(gè)指標(biāo)賦予權(quán)重.指標(biāo)賦予權(quán)重后用數(shù)學(xué)方法如模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法、多維灰色評(píng)估法進(jìn)行多因子綜合評(píng)價(jià).系統(tǒng)分析方法主要是采用動(dòng)態(tài)模擬遞推算法,通過(guò)水資源的動(dòng)態(tài)供需平衡計(jì)算來(lái)顯示水資源承載力的狀況和支撐人口與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的規(guī)模.此種方法采用一定的數(shù)學(xué)模型對(duì)地區(qū)水資源的供需過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,把模擬結(jié)果和實(shí)際供需情況進(jìn)行比物,有目的地改變模擬模型參數(shù)或結(jié)構(gòu),使其與真實(shí)系統(tǒng)盡可能一致.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法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,為模型仿真、政策模擬帶來(lái)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(jìn)行具有高階次、非線性、多重反饋、機(jī)理復(fù)雜和時(shí)變特征的系統(tǒng)問(wèn)題,成為研究大系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理想方法.它可以根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的情況和研究的需要,將變化率的描述分解為若干流率的描述.多目標(biāo)決策法是選取能夠反映水資源承載力的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口、生態(tài)環(huán)境等若干目標(biāo),影響這些目標(biāo)的主要因素是相通的,而且目標(biāo)之間又相互依存、相互制約.按照社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的原則,不追求單個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化,只追求整體的最優(yōu).3水資源承載力評(píng)價(jià)張家口市位于河北省西北部,東經(jīng)113°46′～116°28′,北緯39°33′～42°09′之間,總面積36873平方公里.張家口市屬暖溫與寒溫過(guò)渡帶的東亞半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū).張家口市轄4個(gè)市轄區(qū)、13個(gè)縣.張家口市自古是塞外重鎮(zhèn),素有北京北大門之稱,歷經(jīng)多年建設(shè)發(fā)展現(xiàn)已成為一座新興的開(kāi)放工業(yè)化城市,全市2005年GDP為412.87億元,近年來(lái)GDP年均增長(zhǎng)率為9.1%,其中第一、二、三產(chǎn)業(yè)平均增長(zhǎng)率為1.9%、9.6%和11.6%.市區(qū)及周邊集中式供水量為2594.8萬(wàn)m3/年,分散式供水量為650萬(wàn)m3/年,其中居民家庭用水量965.32萬(wàn)m3/年,生產(chǎn)用水量為713.62萬(wàn)m3/年,社會(huì)服務(wù)用水量446.06萬(wàn)m3/年.張家口市主城區(qū)污水處理廠是本市唯一的一座污水處理廠,近期設(shè)計(jì)處理能力是日處理污水10萬(wàn)m3,實(shí)際日處理近6萬(wàn)m3,處理工藝采用A2/O法.污水處理廠于2006年6月正式運(yùn)行,市區(qū)65%的工業(yè)廢水和生活污水得到處理.其出水水質(zhì):COD=93.3mg/l,ss=26.5mg/l,BOD=6.78mg/l,總磷=0.284mg/l,氨氮=1.93mg/l,達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).和中國(guó)許多城市一樣,張家口供水管網(wǎng)漏失率有待減小,城市節(jié)水器具普及率偏低,缺水和用水浪費(fèi)情況并存,近年來(lái)由于城市地表、地下徑流量逐年減少,水資源短缺日益加劇,水資源已成為制約城市和區(qū)域經(jīng)濟(jì)、人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵控制因素.為此,本研究在可持續(xù)發(fā)展理論、“自然——人工”二元模式下的水文循環(huán)理論、水資源——生態(tài)環(huán)境——社會(huì)經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)理論、生命周期評(píng)價(jià)方法(LifeCycleAssessment,LCA)等指導(dǎo)下,以水資源承載力分析的基本原理為基礎(chǔ),建立張家口市水資源承載力模糊綜合評(píng)價(jià)法的分析模型.計(jì)算張家口市不同標(biāo)準(zhǔn)下的水資源承載指數(shù),結(jié)合現(xiàn)狀年、規(guī)劃水平年的預(yù)測(cè)人口,計(jì)算不同水平年不同承載標(biāo)準(zhǔn)下的水資源承載力,并評(píng)價(jià)其承載狀態(tài).水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系歸納為五大類29項(xiàng)指標(biāo),如表1.采用灰色關(guān)聯(lián)模型對(duì)以上29個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析和篩選,將水資源利用率作為參考指標(biāo),其他指標(biāo)作為比較指標(biāo).比較指標(biāo)對(duì)參考指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)為:ζi=minimink|x0(k)?xi(k)|+ρmaximaxk|x0(k)?xi(k)||x0(k)?xi(k)|+ρmaximaxk|x0(k)?xi(k)|ζi=minimink|x0(k)-xi(k)|+ρmaximaxk|x0(k)-xi(k)||x0(k)-xi(k)|+ρmaximaxk|x0(k)-xi(k)|由于計(jì)算出的關(guān)聯(lián)系數(shù)很多,信息分散,因此將各分區(qū)的關(guān)聯(lián)系數(shù)集中處理為一個(gè)值,即求平均值.關(guān)聯(lián)度的一般表達(dá)式為:ri=1N∑k=1Nζi(k)ri=1Ν∑k=1Νζi(k)最終確定指標(biāo)有:①人均水資源可利用量:可供水資源量與總?cè)丝跀?shù)量之比(m3/人);②人均供水量:實(shí)際供水量與總?cè)丝跀?shù)量之比(m3/人);③水資源利用率:需水量與可供水資源量之比(%);④萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值需水量:工業(yè)需水量與工業(yè)總產(chǎn)值之比(m3/萬(wàn)元);⑤需水模數(shù):需水總量與土地面積之比(104m3/km2);⑥綜合生活需水定額:生活需水和公共設(shè)施需水總量與總?cè)丝谥?L/人·日);⑦耕地灌溉率:灌溉面積與耕地面積之比(%).按照上述評(píng)價(jià)因素對(duì)區(qū)域水資源承載力的影響程度,將上述因素對(duì)水資源承載能力影響程度劃分為3個(gè)等級(jí),分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ.在0～1之間對(duì)這三個(gè)等級(jí)評(píng)分,即α1=0.05,α2=0.50,α3=0.95.每個(gè)因素各等級(jí)的數(shù)量指標(biāo)可以根據(jù)不同區(qū)域的情況進(jìn)行計(jì)算,Ⅰ級(jí)表示狀況較差,表示了水資源承載能力已經(jīng)接近飽和值,進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用潛力較小,發(fā)展下去將發(fā)生水資源短缺.因而水資源將制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,這時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的對(duì)策;Ⅲ級(jí)屬情況較好,表示本區(qū)水資源仍有較大的承載能力,本區(qū)水資源利用程度、發(fā)展規(guī)模都較小,因而這時(shí)本區(qū)發(fā)展對(duì)水資源的需求是有保障的,本區(qū)水資源供給情況較為樂(lè)觀;Ⅱ級(jí)情況介于以上兩級(jí)之間,表明本區(qū)水資源供給開(kāi)發(fā)利用已有相當(dāng)規(guī)模,但仍有一定的開(kāi)發(fā)利用潛力,區(qū)內(nèi)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源供給需求有一定的保證.綜合評(píng)定時(shí),基于綜合評(píng)判結(jié)果矩陣B的水資源承載能力的綜合評(píng)分值為:α=∑j=13bkjaj/∑j=13bkjα=∑j=13bjkaj/∑j=13bjkα值越大,水資源承載力的潛力越大.在對(duì)張家口市2010、2020年社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源等各項(xiàng)指標(biāo)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上,提出四種方案并對(duì)其進(jìn)行分析:方案一,保持現(xiàn)狀用水狀態(tài)不變;方案二,大力推進(jìn)節(jié)水型社會(huì)建設(shè);方案三,在推進(jìn)節(jié)水的同時(shí),加大治污力度,提高污水回用率.經(jīng)過(guò)綜合評(píng)價(jià),方案三更有利于水資源承載力的提高.4水資源承載力研究(1)加強(qiáng)對(duì)水資源承載力基礎(chǔ)理論的研究.今后研究應(yīng)立足于系統(tǒng)研究水資源承載力的基礎(chǔ)理論,建立水資源承載力的概念體系及內(nèi)涵特征;完善水資源承載力的支撐理論,研究人類活動(dòng)對(duì)水文現(xiàn)象和水文循環(huán)的影響機(jī)理,加強(qiáng)水文循環(huán)的尺度問(wèn)題研究,探討水資源在人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境需水等方面的優(yōu)化配置理論.(2)開(kāi)展水資源承載力的空間差異性研究.水土資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的空間配置狀況對(duì)