水資源承載力的內(nèi)涵與特征

水資源承載力的內(nèi)涵與特征

隨著水問題日益突出，中國科學(xué)家在20世紀(jì)80年代末提出了“水資源承載”的概念。它是一個國家或地區(qū)持續(xù)發(fā)展過程中自然資源承載力的重要組成部分,且往往是水資源緊缺和貧水地區(qū)支持人口與發(fā)展的“瓶頸”資源,對一個國家或地區(qū)綜合發(fā)展和發(fā)展規(guī)模有至關(guān)重要的影響。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后,在地區(qū)和國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中堅持走可持續(xù)發(fā)展道路已是共識,而水資源短缺與“水資源安全”問題則已成為影響可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。作為可持續(xù)發(fā)展研究和水資源安全戰(zhàn)略研究中的一個基礎(chǔ)課題,水資源承載力研究已引起學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注并成為當(dāng)前水資源科學(xué)中的一個重點和熱點研究問題。1社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的水資源的開發(fā)利用的最大規(guī)模在一般意義上也很近年來,我國許多學(xué)者在土地承載能力、環(huán)境承載能力等概念的基礎(chǔ)上,對水資源承載能力的內(nèi)涵進(jìn)行了深入探討,其中有兩個主要熱點問題:其一是針對水資源的承載對象。水資源的承載對象包括人口、經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境等。不同區(qū)域在不同的發(fā)展階段,面對不同的水資源問題,其承載對象不同。其二是針對水資源的承載形式。目前水資源的承載形式有水資源開發(fā)規(guī)模論和水資源支持持續(xù)發(fā)展能力論兩類。前者認(rèn)為通過水資源合理分配和有效利用,使得社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的水資源開發(fā)利用的最大規(guī)模。后者認(rèn)為,水資源的最大開發(fā)規(guī)模相對水資源作為一種社會發(fā)展的“支撐能力”而言,范圍要小得多,含義也不盡相同,更為強(qiáng)調(diào)水資源的可持續(xù)利用。前者的觀點適用于缺水地區(qū),而后者的觀點更有普遍的意義。綜合上述觀點,可將水資源承載力的內(nèi)涵概括如下:某一地區(qū)在一定的社會、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)階段,水資源可持續(xù)開發(fā)利用的最大規(guī)模。這里的水資源可持續(xù)開發(fā)利用是指水資源可以維持人口、社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。水資源承載力的大小反映了水資源對人類活動的支持程度,人類只能在水資源承載力所允許的范圍內(nèi)安排自己的社會經(jīng)濟(jì)活動,否則就會影響社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。評價分析地區(qū)水資源承載能力的目的,就在于提示有限水資源與人口、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系,從中找出制約地區(qū)發(fā)展的因素和條件,以利統(tǒng)籌對策,促進(jìn)全社會的持續(xù)發(fā)展。對它的理解和界定,應(yīng)該考慮以下幾個方面:第一,水資源承載能力是一定地區(qū)、一定社會經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展階段的產(chǎn)物,對水資源承載能力的分析不能脫離這個具體背景;第二,必須把它置于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略構(gòu)架下進(jìn)行討論,建立在生態(tài)系統(tǒng)完整、水資源持續(xù)供給和水環(huán)境長期有容納量的基礎(chǔ)上,綜合考慮水資源對地區(qū)人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的支撐能力;第三,水資源承載能力應(yīng)當(dāng)以區(qū)域水資源合理配置為前提,以水資源供需分析為手段進(jìn)行。2礦產(chǎn)資源與水資源水資源承載能力與土地資源承載能力以及其他礦產(chǎn)資源承載能力等都是資源承載能力,但它們的承載能力內(nèi)涵各具特點。土地資源并不因使用而消失(當(dāng)使用是按照資源本身的自然補(bǔ)償能力進(jìn)行時,則資源的使用價值也不會發(fā)生變化),可以通過補(bǔ)償恢復(fù)因超量使用而劣化了的土地,這使得土地承載力的研究主要是探討與土地的自然再生能力(或加上人類可以實現(xiàn)的人工再生能力)相適應(yīng)的人地關(guān)系問題。礦產(chǎn)資源則是通過百萬年計的地質(zhì)年代的綜合地質(zhì)作用而逐漸形成的,礦產(chǎn)資源人口承載力與時間成反比,所以,礦產(chǎn)資源的承載力研究更多的是要探討持續(xù)性發(fā)展下的承載力問題。水資源是有限度的可再生資源,而地下水(尤其是深層地下水)在很大程度上屬于不可更新資源。水資源如果利用合理,則會像土地資源一樣,可以持續(xù)利用;如果使用不當(dāng),則就會像礦產(chǎn)資源一樣,用一點少一點,直至枯竭。這就使得水資源承載能力的研究更具復(fù)雜性。水資源承載能力的大小是隨著水資源開發(fā)階段、目標(biāo)和條件不同而變化,它不僅是水文循環(huán)、水資源研究的重要方面,而且與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、環(huán)境系統(tǒng)的耦合研究密切相聯(lián)。2.1水資源對區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐能力區(qū)域水資源承載能力是根據(jù)區(qū)域水資源供需平衡情況,分析水資源對區(qū)域人口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的支撐能力。即水資源承載能力不是一個定值,而是不同的人口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的一種組合。2.2社會各手段、社會和水資源的利用率與水資源率的關(guān)系在不同的社會發(fā)展階段,人類開發(fā)利用水資源的方式和手段不同,社會對水資源的需求不同,水資源的利用率不同,水資源承載力也會不同;而且水資源系統(tǒng)由于本身量和質(zhì)的不斷變化,導(dǎo)致其支持能力也相應(yīng)發(fā)生改變。2.3水資源的社會支撐能力與水環(huán)境容量、水環(huán)境容量的關(guān)系有限性是指在一定的社會發(fā)展階段,一定技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)規(guī)模等影響因素下,水資源的量是有限的,水環(huán)境容量是有限的,即水資源對社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的支撐能力是有限的。2.4水資源承載力的模糊性由于水資源承載力的研究涉及到自然、社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境系統(tǒng),各系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)因素之間影響以及系統(tǒng)耦合影響的不確定性,以及人類認(rèn)識水平的局限性,決定了水資源承載力具有模糊性。2.5可滲透性隨著人類社會對水資源需求的增加,人類不斷拓寬水資源質(zhì)和量的范圍,不斷添加水資源的使用內(nèi)涵,提高水資源利用效率,從而增加水資源承載力。3水資源開發(fā)的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)區(qū)域水資源承載力是一個具有自然—社會雙重屬性的概念,它既反映了水資源系統(tǒng)滿足社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能力,也與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)開發(fā)水資源系統(tǒng)的深度有關(guān)。它的大小取決于區(qū)域自然環(huán)境、水資源量、社會經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平、社會經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和承載驅(qū)動力大小等方面。目前研究大多是根據(jù)地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況,從水資源的自然和社會屬性角度入手,循著可持續(xù)發(fā)展的方向,借助各相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域的理論和知識,結(jié)合地區(qū)問題性質(zhì)和參考決策者的需要來分析水資源承載能力。3.1地下水資源承載力的綜合評價根據(jù)區(qū)域水資源總量、可利用水資源量以及水資源需求總量,進(jìn)行區(qū)域水資源供需平衡分析,估算承載能力或其平衡指數(shù)。水資源系統(tǒng)是自然和社會相互作用的動態(tài)系統(tǒng),影響區(qū)域地下水資源承載力的因素眾多。區(qū)域需水量和供水量的供需平衡關(guān)系不足以全面反映其承載能力,因此,該方法只能用于簡單估算區(qū)域水資源承載能力。3.2承載能力分析背景分析法是在一定歷史時段內(nèi),對比自然背景和社會背景相似的研究區(qū)域的實際情況,推算對比區(qū)域可能的承載能力。背景分析法只采用一個或幾個承載因子分析,因子之間相互獨立,簡單易行,但分析多局限于靜態(tài)的歷史背景,割裂了資源、社會、環(huán)境之間的相互作用的聯(lián)系,對水資源承載能力這一復(fù)雜的自然社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)來說顯得過于單薄。3.3基于模糊綜合評判的擴(kuò)大參與評價綜合指標(biāo)法主要采用統(tǒng)計分析的方法,選擇單項和多項指標(biāo)來反映地區(qū)水資源承載力現(xiàn)狀和閾值。采用單項指標(biāo)可以簡單衡量區(qū)域水資源承載能力,如用人均占有水量、水資源開發(fā)利用潛力、資源開發(fā)利用率等判斷區(qū)域水資源承載力的現(xiàn)狀與潛力。對于多項指標(biāo)多采用權(quán)系數(shù)法或模糊綜合評判法進(jìn)行多因素綜合分析。一些研究認(rèn)為,由于模糊綜合評判的實質(zhì)是對主觀產(chǎn)生的“離散”過程進(jìn)行綜合處理,評價因素越多,遺失的有用信息就越多,信息利用率也越低,誤判的可能性就越大。將模糊綜合評判運(yùn)用于區(qū)域水資源承載力的評價中,無論是在評判因素的選取上,還是因素對承載力的影響程度上都存在一定的局限性。此外,綜合指標(biāo)法較多考慮的是單個承載因子的發(fā)展趨勢,而忽略各承載因子之間的相互聯(lián)系,較難處理復(fù)雜巨系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系。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(fù)性因素的作用,可以應(yīng)用主成分分析法、均方差法等方法避免要素選取重復(fù)和遺漏。3.4基于sd模型的地區(qū)水資源承載力研究系統(tǒng)動力學(xué)模型(SD)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,從系統(tǒng)內(nèi)部的元素和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析入手來建立數(shù)學(xué)模型,并配有專門的DYNAMO軟件,可以方便地進(jìn)行模型仿真和政策模擬,適合于進(jìn)行具有高階次、非線性、多變量、多反饋、機(jī)理復(fù)雜和時變特征的承載力研究。SD模型應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)原理,采用動態(tài)系統(tǒng)反饋模擬評價一個地區(qū)水資源承載力的方法。其中由聯(lián)合國科教文組織發(fā)起的提高資源能力分析的ECCO(EnhancementofCarryingCapacityOptions)法,就是專門研究提高資源承載能力備選方案的資源計量方法。該法將地區(qū)人口、資源、環(huán)境與發(fā)展(PRED)統(tǒng)一納入發(fā)展計劃,采用資源計量系統(tǒng)進(jìn)行分析,通過PRED之間的相互關(guān)系,選出能夠提高地區(qū)資源承載能力的發(fā)展戰(zhàn)略。國內(nèi)也用此法進(jìn)行區(qū)域人口承載力和水資源承載力的研究。SD模型能定量分析各類復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的內(nèi)在關(guān)系,能定量分析系統(tǒng)的各種特性,擅長處理高階次、非線性問題,可以靈活地進(jìn)行多方案的比較擇優(yōu)。但是模型的建立受建模者對系統(tǒng)行為動態(tài)水平認(rèn)識的影響,由于參變量不好掌握,易導(dǎo)致不合理的結(jié)論。3.5水資源供應(yīng)真實系統(tǒng)模型預(yù)測動態(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(jì)發(fā)展的最終規(guī)模。其實質(zhì)是運(yùn)用模擬法,將動態(tài)模擬和數(shù)學(xué)經(jīng)濟(jì)分析相結(jié)合,利用計算機(jī)模擬程序,仿造地區(qū)水資源供需真實系統(tǒng)運(yùn)動行為進(jìn)行模擬預(yù)測,根據(jù)逐年運(yùn)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(dāng)水資源供應(yīng)能力達(dá)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(jì)增長達(dá)到“零增長”(對水資源豐裕地區(qū))時,水資源承載力已達(dá)最大。動態(tài)模擬遞推算法與傳統(tǒng)的水長期運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)劃(如調(diào)度規(guī)劃、供水規(guī)劃和水質(zhì)規(guī)劃)的模擬算法并無本質(zhì)區(qū)別,進(jìn)行逐年遞推,可以直觀地反映地區(qū)水資源承載力的發(fā)展和達(dá)到承載力最大的全部過程,利于分析和采取對策,而且可以更能貼近地區(qū)發(fā)展的實際狀況,反映地區(qū)有關(guān)政策、科技進(jìn)步與管理水平對水資源承載力的影響。3.6入承載能力分析由水資源承載力的定義和特點可知,水資源承載力研究面對的系統(tǒng)涉及水資源、經(jīng)濟(jì)、社會、人口、環(huán)境等眾多因素,各因素之間相互促進(jìn)、相互制約,是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)。這就為多目標(biāo)模型進(jìn)行承載力分析提供了理論依據(jù)。最早將多目標(biāo)決策分析技術(shù)引入承載能力分析的是澳大利亞學(xué)者M(jìn)illington(1973)。某些研究采用投入產(chǎn)出分析方法,將水資源納入了宏觀經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)集成研究。還有研究將整個系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng),各子系統(tǒng)模型既可單獨運(yùn)行,又可配合運(yùn)行,子系統(tǒng)模型之間通過多目標(biāo)核心模型的協(xié)調(diào)關(guān)聯(lián)變量相連接,其中多目標(biāo)核心模型為總控模型。該方法綜合考慮了區(qū)域水、土、氣候等限制資源及資源相互之間作用的關(guān)系,而且決策分析中可考慮人類不同目標(biāo)和價值取向,融入決策者的思想,比較適合處理社會經(jīng)濟(jì)生態(tài)水資源系統(tǒng)這類復(fù)雜的多屬性多目標(biāo)群決策問題。由于多目標(biāo)規(guī)劃問題在求解技術(shù)上存在的困難,因而難以全面考慮系統(tǒng)的影響因素。近些年,由于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)學(xué)規(guī)劃工具的日臻完善,使分析人員可以將精力更集中在模型建立、方案構(gòu)成和目標(biāo)選擇上。4理論與分析方法上的突破目前,水資源承載力研究在我國還處于初期階段,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,本領(lǐng)域目前存在或有待解決的主要問題有以下幾點:(1)在研