水资源承载力（通用12篇）
水资源承载力 篇1
当前我国经济正在高速的发展, 但是水资源问题成为了制约社会经济发展的主要因素之一, 主要体现在人口增加以及社会发展对水资源的需求与水资源的可利用量之间产生了很大矛盾, 在水资源短缺的同时水资源的浪费与恶化也使水资源对社会发展的制约因素增加, 通过区域水资源承载力研究可以对区域内的水资源供需关系进行更加科学的分析, 对水资源的利用以及保护都具有重要的意义, 所以对水资源承载力做出全面的认识与研究具有必要性与紧迫性。
一、水资源承载力的概念
承载力为力学中的一个指标, 是指所能承受的最大负荷值, 水资源承载力则是水资源领域的研究与承载力概念的结合。联合国教科文组织在80年代将资源承载力定义为:“一个国家或地区的资源承载力是指在可以预见到的期间内, 利用本地能源及其自然资源和智力、技术等条件, 在保证符合其社会文化准则的物质生活水平条件下, 该国家或地区能持续供养的人口数量。”资源承载力的概念可以套用于水资源承载力中, 但是随着水资源新问题的不断出现, 对水资源承载力的研究还在探索阶段, 所以水资源承载力的概念也仍旧没有一个统一的定义, 但是根据水资源承载力定义的主要观点可以将水资源承载力总结为:一定区域内在文化生态环境良性发展的前提下以可持续发展为重要原则, 在特定的社会水平及其社会生产条件下在经过最大开发与合理配置之后对社会发展起到的支撑能力。
二、水资源承载力的特性
在对水资源承载力的研究中可以发现, 水资源承载力具有自身特殊的特性, 主要表现为以下几个方面:一是水资源承载力的时空差异性与动态性, 即不同的区域由于可利用水量的不同会导致水资源承载力的差异, 同时随着时间变化, 社会发展会对水资源具有更大的需求, 而技术的发展也会改变水资源的开发利用水平;二是具有相对极限性, 水资源承载力的极限是相对而言的, 受到自然因素与社会条件的影响很大;三是模糊性, 水资源的承载能力模糊性主要是因为其系统复杂而可能受到很多不确定因素的印象, 从而使水资源的承载指标模糊;四是可增强性。从水资源承载里的以上三个特性中说明水资源承载力是可以增强的, 但是需要注意的是, 水资源承载力的可增强性并不是没有限度的。
三、水资源承载力影响因素
水资源承载力首先是由水资源系统自身决定的, 但是从水资源承载力的可增强性来看, 水资源承载力是可以受到一些因素影响而发生改变的, 而对这些因素的把控也决定了增强水资源承载力的程度。水资源承载力在受到水资源系统的影响外还受到生态环境的影响, 生态环境会对水资源的时空分布如降雨等产生明显的影响, 从而影响区域内水资源承载力;其次水资源承载力受到社会生产力水平的影响, 同一区域的不同历史时期具有不同的生产力水平, 对水资源承载力的要求也不同, 这一因素的影响对今后水资源承载力的评估具有重要指导作用;再次水资源承载能力受到技术发展的影响, 同一区域的不同历史时期对水资源的开发能力不同, 同时对水资源的利用效率也不同;此外水资源承载能力还会受到人口数量以及社会消费水平与结构的影响, 同时水资源政策与市场对水资源的影响也会间接的影响到水资源承载力。
四、水资源承载力研究中的问题
(一) 缺乏有效的研究方法
在水资源的研究方法方面, 主要有背景分析方法、主成分分析方法、模糊评价方法、常规趋势方法、系统动力学方法以及多目标决策方法等, 由于水资源系统受到多种因素的影响而形成的复杂性为水资源承载能力计算造成了很大的困难, 以上这些方法能够对水资源承载能力计算与评估起到一定的作用, 但是都存在一定的局限性。同时水资源承载力指标体系有待完善, 对水资源承载力研究的准确性与有效性也造成了一定的阻碍。
(二) 对水资源承载力研究理论的应用不足
区域水资源承载力的研究虽然仍旧在探索和发展阶段, 但是在理论方面也取得了一些突破性的成果, 但是在社会发展过程中对水资源承载力所取得成果应用方面略显不足, 水资源承载力对社会区域发展中的水资源配置以及产业布局与生产结构规划都具有重要的指导作用, 而不能将理论应用于实践使水资源承载力研究在社会对水资源缺乏合理规划与配置的现状下处在极为尴尬的位置。
五、水资源承载力研究的发展方向
(一) 学科之间的结合加深
水资源承载能力影响因素并不仅仅局限于水资源系统, 而且涉及到社会经济与生态环境系统。所以在水资源承载力研究的发展中水资源系统的研究仍旧会处于中心位置, 同时人类活动与人类社会发展以及生态承载力以及水环境承载力也会成为水资源承载力研究中需要重点研究的因素, 同时在增大水资源承载力的研究中, 水资源安全以及水资源保护也会与水资源承载能力研究结合起来。
(二) 研究方法及技术的发展
随着水资源问题的突显, 水资源承载力研究也会被日益重视并被深入应用到社会发展中, 为社会发展起到促进的作用, 于此同时对水资源研究的方法也会不断的革新, 尤其是在水资源承载力动态性的基础上对水资源承载力模型体系的建立会日趋完善。而许多现代技术如计算机、网络技术、遥感技术、先进的通信技术、地理信息系统以及全球定位系统等技术也将大大提高水资源承载力研究的准确性与有效性, 并使水资源承载力研究在数据采集与获取上更加的快速与及时, 对水资源承载力研究起到重要的推动作用。
(三) 服务范围的扩大
水资源承载力研究不再局限于人类活动较为频繁的地区或经济相对发达的地区, 在干旱地区与经济较为落后的地区的社会发展如水资源开发利用、水资源配置以及产业与人口布局等方面都将发挥重要的指导作用, 适应干旱地区以及经济相对落后地区对水资源需求的紧迫性。
摘要：对水资源承载力的研究能够为人类活动的过程中对水资源的合理开发利用提供指导作用。本文从水资源承载力的定义出发, 对水资源承载力的特性以及影响水资源承载力的因素进行了分析, 同时概括了当前水资源承载力研究中存在的问题, 并提出水资源承载力研究的发展方向。
关键词：水资源承载力,特性,影响因素,问题,发展方向
参考文献
[1]赵西宁、吴普特、王万忠、冯浩:《水资源承载力研究现状与发展趋势分析》, 《干旱地区农业研究》, 2004年04期。
[2]姚治君、王建华、江东、陈传友:《区域水资源承载力的研究进展及其理论探析》, 《水科学进展》, 2002年01期。
水资源承载力 篇2
基于季节调整的水资源承载力不确定性分析
为了更好的反映水资源情况与人类生活的关系,提出了新的水资源承载力计算公式作为衡量指标,并分析了水资源承载力的不确定性.提出季节调整方法处理水资源承载力,以1991～广州流溪河某控制断面的实测数据为例,分析了季节调整后水资源承载力的变化规律与发展趋势,并做出的水资源承载力预测值与实测值对比.结果显示,该断面水资源承载力具有显著的`趋势性和季节性,预测结果符合实际情况.说明季节调整方法应用于水资源承载力的分析预测具有准确性和有效性.
作 者：熊樱 曾光明 黄国和 李忠武 焦胜 XIONG Ying ZENG Guang-ming HUANG Guo-he Li Zhong-wu JIAO Sheng 作者单位：湖南大学环境科学与工程系,湖南,长沙,410082 刊 名：中国环境科学 ISTIC PKU英文刊名：CHINA ENVIRONMENTAL SCIENCE 年，卷(期)： 25(z1) 分类号：X321 关键词：水资源承载力 不确定性 季节调整 预测资源环境承载力综合研究 篇3
关键词：承载力；指标体系；评价方法
随着经济的高速发展，城镇化、工业化等一系列原因加剧了对资源、环境的压力。资源环境为经济发展提供了坚实的物质基础，是经济发展的载体，与此同时，资源环境本身结构、状态的改变又严重制约着经济的发展速度。资源环境状态的优劣与城市的可持续发展密切相关。因此，研究资源环境承载力有很大的必要性，引起了学术界和政府部门的广泛重视。
一、承载力概念的研究
承载力概念一词原本是物理力学的一个概念，其本意是指物体在不受破坏时可承受的最大负荷能力，现在已经组建演变为对发展的限制程度进行描述最常用的概念之一。随着承载力研究的深入，承载力早已突破物理学上的概念范畴，成为人口、资源、生态、环境、经济管理等多学科研究对象。
国外关于资源环境承载力概念研究较早，18世纪英国工业革命导致了人口聚集、资源消耗和环境恶化。在此背景下，英国人口学家Malthus首次发现环境因素对人类社会物质增长过程有着重要影响，在其著名的《人口原理》一书中提出了“人口过剩理论”和“两个级数理论”，比利时数学家Verhulst（1838年）进一步将Malthus资源有限并影响人口增长的观点用Logistic数学公式表现出来，并运用19世纪初英国Essex的人口数据检验了方程结果，使人类意识到资源和环境方面的限制作用。在随后的20世纪，各国科研人员开展了大规模的Logistic拟合和实证研究。
资源环境承载力的概念最早出现于我国科研项目《我国沿海新经济开发区环境的综合研究——福建省湄洲湾开发区环境规划综合研究总报告》中，随后引起了众多学者的广泛研究。黄宁生和匡耀求等（2000）认为，环境承载力从广义上讲，指某一区域的环境对人口增长和经济发展的承载能力。从狭义上讲，即为环境容量。环境容量是指环境系统对外界其它系统污染的最大允许承受量或负荷量。主要包括大气环境容量、水环境容量等。环境容量具有客观性、相对性和确定性的特征。倪天麒和王伟（2000）认为环境承载力体现了环境系统资源的价值，而且还突出了环境系统与生物和人文系统间的密切作用关系。环境承载力具有客观性、相对性、可调性和随机性的特征。环境承载力与环境容量有所不同。
二、资源环境承载力评价指标体系的研究
国内学者关于资源环境承载力指标体系的研究较多，不同学者从不同角度对此研究进行丰富。王书华等（2001）在对土地承载力进行梳理的基础上，结合我国东部沿海地区区域特点，构建了一套适合于东部沿海地区的的区域土地承载力综合评价指标体系，将该区域土地承载力划分为低承载力区、中承载力区、高承载力区3种类型区。张戈平（2003）在充分考虑水资源承载力影响因素的基础上，用归类法从五个方面建立水资源承载力待选评价指标体系。以此为基础，对黑龙江省8个地级城市：哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江、佳木斯、伊春、黑河、绥化和鸡西的水资源承载力进行了排序。王莉芳等（2007）通过分析不同学者对水资源承载力内涵的界定，给出了基于经济学和环境学角度的水资源承载力定义。在此基础上分析了水资源承载力的主要影响因素，进而对水资源承载力指数进行了定量描述。通过选取评价指标和计算承载力指数，构建了水资源承载力指标体系。并以水资源严重短缺的代表城市西安市为例进行应用研究。董文和张新等（2011）分析了现有资源环境承载力含义、相关指标以及指标测算方法等相关研究成果，并在省级主体功能区划中资源环境承载力测算和评价实践的基础上针对现有评价指标体系和计算方法主要从资源环境的自然属性出发，忽略了人类社会对自然的改造能力，无法全面表征资源环境实际承载能力的问题，提出以空气、水、土地、能源和生态5类要素作为约束区域发展的主要因子，分别从资源属性和环境属性两个方面，对每类要素进行单因子发展潜力评价，在现有测算自然总量的计算方法的基础上，通过增加人类科技的贡献分量作了改进。
三、城市综合承载力研究存在的主要问题
根据以上表述，可知现有国内外研究对于资源环境承载力研究有一定进展，取得了一些研究成果，但资源环境承载力指标体系的设计、方法的选择等问题缺乏深入研究，具体说来，分为几下几点：
（一）概念、内涵还不够清晰
不同时期的国内外学者针对资源承载力提出了不同的概念和内涵， 涉及方面也较多，对资源环境承载力的研究做出了巨大贡献，但尚未对其内涵和外延加以准确界定，达成共识。承载力概念、内涵的研究对承载力研究较为重要，涉及承载力研究的方方面面。因此，有待学者的进一步研究。
（二）研究内容不够系统
目前，城市资源承载力、城市环境承载力和城市生态承载力有了较为系统的研究。然而， 较少学者注重对城市基础设施承载力、城市安全承载力、城市公共服务承载力的研究，特别是公共服务承载力的研究非常薄弱。随着社会的发展，这些方面对城市承载力越来越重要，因此，以后在研究资源环境承载力时应加强这些方面的研究。
参考文献：
[1]张太海，赵江彬.承载力概念的演变分析[J].经济研究导刊，2012，14：11-14.
水资源承载力研究进展 篇4
随着全球经济的不断发展,水资源短缺和水环境恶化等问题日益突出,已成为社会经济发展的重要制约因素之一。从可持续发展的战略角度分析,区域的发展必须遵循自然规律,考虑水资源的承载能力,水资源的承载能力决定着区域社会、经济、环境的良性发展。因此,对水资源承载力进行研究具有十分重要的意义。
1 水资源承载力的概念
水资源承载力是承载力概念及理论在水资源领域的具体应用,是继土地资源承载力之后在资源承载力方面研究最多的内容。但是,目前对水资源承载力的定义,国内外还没有一个统一的定义。国外如美国的URS公司对佛罗里达Keys流域的承载力研究时曾涉及到水资源承载力的定义—在不对自然和人工资源造成破坏的前提下该地区所能承载的最大发展水平,并采用模型方法对该流域的社会经济和生态系统整体进行了模拟和评价[1]。我国自20世纪80年代末以来,对水资源承载力的研究较多,众多学者从不同的角度提出了水资源承载力的定义,其具有代表性的如下:
1)施雅风等(1992年)从“容量”的角度,首次明确提出:水资源承载力是指某一地区的水资源,在一定社会历史和科学技术发展阶段,在不破坏社会和生态系统时,最大可承载的农业、工业、城市规模和人口的能力,是一个随社会、经济、科学技术发展而变化的综合目标[2]。
2)贾嵘等(1998年)从“能力”的角度定义为:水资源承载力是指在一个地区或流域范围内,在具体的发展阶段和发展模式条件下,当地水资源对该地区经济发展和维护良好的生态环境的最大支撑能力[3]。
3)阮本清等则将水资源承载力归结到人口和社会经济发展规模上,定义为:在未来不同的时间尺度上,一定生产条件下,在保证正常的社会文化准则的物质生活水平下,一定区域用直接或间接方式表现的资源所能持续供养的人口数量[4]。
4)曾维华则用外部作用定义为:在流域水环境体系结构特征与功能不发生变化的前提下,流域水环境所能承受的最大外部作用[5]。
5)程国栋(2002年)在综合考虑各种影响因素的条件下,将水资源承载力定义为:某一区域在具体的历史发展阶段下,考虑可预见的技术、文化、体制和个人价值选择的影响,在采用合适的管理技术条件下,水资源对生态经济系统良性发展的支持能力[6]。
2 水资源承载力的研究进展
水资源承载力的研究,国际上单项研究的成果较少,大多数将其纳入可持续发展理论中。如1998年美国陆军工兵团(US Army Cory of Engineers)和佛罗里达州社会事务局(Florida Department of Community Affairs)共同委托URS公司对佛罗里达Keys流域的承载能力进行了研究;Joardor等(1998)从供水的角度对城市水资源承载力进行了相关研究,并将其纳入城市发展规划当中[7];Falkemark等学者用较简单的数学计算研究了全球和一些发展中国家的水资源的使用限度,为水资源承载力的专门研究提供了一定的基础;同时,英国科学家斯莱瑟教授提出了ECCO模型,他采用系统动力学方法,综合考虑人口、资源、环境与发展之间的关系,可以模拟不同发展策略下,人口变化与承载力之间的动态关系变化,并在一些发展中国家得到了成功的运用[8];Harris着重研究了农业生产区域水资源农业承载力,将此作为区域发展潜力的一项衡量标准[9];Rijibenman J等在研究城市水资源评价和管理体系中将承载力作为城市水资源安全保障的衡量标准[10]。
我国在水资源承载力方面研究起步较晚,水资源承载力的研究进展,如表1所示。由表1可以看出,水资源承载力的研究具有由宏观的大流域、大区域研究向微观的小区域、城市研究的方向发展。最早对水资源承载力的研究主要集中在北方干旱与半干旱的绿洲区域,是基于黄河流域、黑河流域等干旱区内陆河流域展开的。随着社会经济的迅速发展,人口数量的持续增长,人民生活水平和城市化水平的不断提高,水资源短缺将成为制约城市发展的主要因素。2002年9月18日,水利部副部长素丽生在“变化环境下水资源脆弱性”国际研讨会发言中指出:目前,在我国600多个城市中有400多个面临严重缺水问题。因此,城市水系统的研究将更加细化,辐射到各行业水资源的承载力研究,如进行工业、农业、生态甚至工农业内部的某方面的水资源承载力研究等。
3 水资源承载力的研究方法及评价
不同学者对水资源承载力的定义及研究思路不同,因而采用了不同的方法。目前,水资源承载力研究使用最多的方法有:常规趋势法、模糊评价法、主成分分析法、系统动力学方法、多目标决策分析法等。
1)常规趋势法:主要考虑利用水量、生态环境用水以及国民经济各部门的适当用水比例的前提下,在适当考虑建设节水型社会的情况下,计算水资源所承载的工业、农业及人口量等[30]。这种方法运算简便、内容显示直观,但涉及的社会因子较多是这种方法的主要缺陷,因为各因子之间的关系复杂,计算过程中难以把握,得出的水资源承载力与实际能力有一定的差距。
2)模糊综合评价法(Fuzzy Comperhensive Evaluation.FCE):指在设置影响水资源承载力要素的基础上,确定评价集合和权重,通过综合评判矩阵对影响水资源承载力的多因素做出评价[31]。该方法克服了常规趋势法因子较多的缺陷,对主观产生的“离散”过程进行综合处理,运算过程中选取部分影响较大的因子,而因子的取舍难以准确判断,取舍的偏差使得结果存在片面性。
3)主成分分析法(Principal Component Analysis):指通过降维处理技术把影响水资源承载力的多个变量化为少数几个综合指标,并确保综合指标能够反映原来较多指标的信息,以及各指标间彼此独立[32]。该方法是将高维变量空间进行降维处理,尽量使数据信息丢失最少,克服了模糊综合评价法的缺陷,但不具有动态监测的效果。
4)系统动力学方法(System Dynamics Method):20世纪60年代初,美国麻省理工学院的Jay W Forrester教授首次提出,通过建立DYNAMO模型并借助计算机仿真,能定量地研究具高阶次、非线性、多重反馈和复杂时变的系统[33]。该种方法用于长期发展模拟时,参量不好掌握,推断的结论容易产生偏差。
5)多目标决策分析(Multi-abjective Optimization Analysis):是指在列出影响水资源系统的主要约束条件下,运用系统动力分析和动态分析手段,寻求多目标的整体最优[34]。该方法可以将水资源承载系统与区域宏观经济系统作为一个综合体考虑。由于多目标决策中各影响因子权重的确定多是通过主观判断的方法,客观性较差。
此外,王顺久采用投影寻踪评价模型,对我国水资源承载力、淮河流域水资源承载力进行评价,这些模型的分析逐渐细化了影响指标,分析结果更趋近于现实;但是由于选取指标的有限性,而且指标的选择也带有一定的主观性,因此预测的结果难免存在误差。
4 水资源承载力研究展望
可持续发展已成为全球发展的首当其冲,而水资源的缺乏,特别是我国城市缺水数量的猛增,引起了政府及众多学者对水资源承载力研究的关注。我国对水资源承载力的研究虽然起步较晚,但近10年多来发展迅速,取得了不少成果。然而,由于水资源承载力自身的特性(有限性、动态性、不确定性、可增强性等)及涉及内容复杂,虽有众多学者非常关注,但目前有关水资源承载力的定义,国内外还没有一个统一的认识,理论基础、方法体系还不成熟,尚处于探索阶段。今后的研究重点有以下几个方面。
4.1 加强理论基础研究
随着全球经济的不断发展,水资源短缺和水环境恶化等问题突出,已成为整个社会经济发展的重要的制约因素之一。因此,要加强水资源承载力的基础理论研究,形成公认的水资源承载力概念、内涵。在此基础上总结出有效的研究思路、方法体系。
4.2 与水环境污染结合,侧重干旱缺水地区和城市
水资源承载力应该是一个研究包括人口、资源、环境在内的生态经济系统。随着工业化和城市化进程的加快,今后水资源承载力的研究应更加重视水环境污染对水资源承载力以及整个社会经济发展的影响。水资源承载力的研究将成为区域和城市发展规划与计划制订的依据。
4.3 引入新技术、新方法
水资源承载力 篇5
开发区资源环境承载力评价方法初探
开发区是集社会经济发展、资源与环境消耗、人口集中于一体的面积较小的区域,在有限的面积内使经济得到快速稳定的发展,其资源环境必定承受一定的发展压力,探讨其资源与环境是否在社会发展的可承受范围内具有一定的.实际意义.将目前的资源环境承载力评价方法大致分为单因素评价法和综合评价法,以某开发区为例,将区域承载力评价的综合方法一状态空间法用于开发区资源环境承载力的评价,分别采用状态空间法与单因素评价两种方法对开发区进行分析,发现两种评价方法所发现的问题及结论基本一致,状态空间法由于考虑影响因素多,考虑问题更全面;将各个影响因素进行一系列的计算过程,然后通过比较实际状态空间值与理想状态空间值,得出的结论更简洁明了.状态空间法用于评价开发区的资源环境承载力是可行的.
作 者：王志伟 耿春香 赵朝成 作者单位：中国石油大学(华东)化学化工学院,青岛,266555 刊 名：价值工程 ISTIC英文刊名：VALUE ENGINEERING 年，卷(期)：2010 29(26) 分类号：X2 关键词：资源环境承载力 开发区 单因素评价 综合评价 状态空间法水资源承载力 篇6
关键词：土地；承载力；可持续发展；陕西省
中图分类号：F323.211 文献标识码：A 文章编号：1009-9107（2016）04-0062-07
引 言
土地是人类赖以生存的物质基础，人类的一切活动均与其密切相关。近年来，随着经济的飞速发展与城市化进程的加快，人口增长、城市扩建、以及对土地不合理的开发和利用造成的污染成为威胁我国土地安全的重要因素[1]，人地关系日趋紧张，严重影响了土地资源的可持续发展。我国以山地为主，耕地数量有限，后备资源紧缺。据国土资源部统计，人均耕地面积1996年为1.59亩，2009年为1.52亩，到2013年下降至1.49亩，远低于世界平均水平。耕地锐减和人口增加已对我国人口的生存形成了双重压力。如何科学地评价区域土地资源承载人口的能力，并在此基础上构建合理的土地管理体系和制定行之有效的农业政策无疑具有重要的意义。
我国于20世纪80年代开展了“中国土地生产能力及人口承载量研究”，将土地承载力定义为在未来不同时间尺度上，以可预见的技术、经济和社会发展水平及与此相适应的物质生活水准为依据，一个国家和地区利用自身的土地资源所能持续供养人口的数量[2]。随后，相关研究不断出现[3-6]。国内关于土地资源承载力的研究大致经历了两个阶段：第一阶段，以区域内土地所能承载的人口数量为研究目标，形成了以“耕地—粮食—人口”为主线的土地承载力[7]研究；第二阶段，在对区域土地承载力的研究过程中，人们发现，一个区域的消耗，不仅来自于本地的产出，而越来越多的来自于其他地区，故而形成了与更大区域对比的相对土地承载力[8]研究。在土地承载力的研究中，将研究区域视为封闭系统，考察耕地粮食产量承载人口的限度[9]；而相对土地承载力从物质和能量交换的视角出发，与更大区域进行对比[10]，有助于分析研究区域的可持续发展和竞争力的问题，体现了区域开放性的特征[11]。以上研究成果丰富了我国土地资源可持续发展评价的方法，但仍存在一些不足，主要包括：（1）研究视角单一，从区域土地承载力或相对土地承载力的单一模型进行评价，未形成对研究区域的全面评价。（2）指标选取不科学，以耕地的粮食产出能供养人口的数量[12-14]为出发点，仅考虑了人生存的需求，而未考虑人发展的需要。鉴于此，本文从人生存和发展的角度，结合区域独立性和开放性特征，构建了基于土地承载力和相对土地承载力的区域土地资源可持续发展评价模型，并对陕西省1978-2013年进行实证分析，以期为区域土地资源可持续发展评价提供新的思路和借鉴。
一、区域土地资源可持续发展评价模型
区域土地资源可持续发展评价包括两层含义：独立性和开放性。独立性反映了研究区域处于封闭系统状态下，其实际所能承载人口的数量；开放性表现了研究区域相对更大区域所能承载人口数量的相对变化。具体到评价的模型上，包括两个子模型：土地承载力模型和相对土地承载力模型。
（一）土地承载力模型
传统的土地承载力以人地关系为研究主线，基于粮食安全与土地可持续利用视角，探讨区域土地资源对人口的支撑能力。其量化方法以区域内耕地粮食产量代表土地产出，以人均粮食消费量代表人的生存需求。公式如下：
P=Qn×c （1）
式中：P为研究区域土地承载力水平，即能承载人口的数量；Q为粮食总产量；为人均粮食消耗量；n为区域人口总数。
该方法从粮食供给满足人口生存需求的角度分析，较为直观，简单易行，在研究中得到了广泛应用。但其仅考虑了人“饱”的问题，把人口作为土地产出的供养客体，将人与地的关系连接在一起，未能考虑在满足农村人口温饱问题的基础上，是否仍能满足农村人口生活需求[15，16]。从人的生存和发展角度看，该方法并不符合客观实际：（1）改革开放以来，随着生活水平的提高，人们的饮食结构也在逐渐发生变化，由以“初级生产者”（粮食）消耗为主向更多的“次级消费者”（动物）及其产出物（奶、蛋等）消耗转变；从食物链的角度分析，能量在食物链的传递中递减，以粮食产量衡量区域土地对人口的承载能力有失偏颇。（2）物质生活的改善，使人由满足“饱”的需求转变为多种生活需求并存。此外，考虑到农村居民和城镇居民收入来源的差异，农村居民的收入主要以土地的产出为主。因此，以农业总产值代替耕地粮食总产量，分别以农村居民人均生活支出和城镇居民人均粮食消费支出代替二者粮食消耗量，考察在满足农村居民生活消费的基础上，能进一步满足城镇居民生存的能力，不仅考虑了人们对生存的需求，同时兼顾了饮食结构的变化及农村居民生活的需求，更符合我国人口生存和发展的趋势。公式如下：
式中：P为土地承载力，即区域农业总产值理论承载人口的数量；Ga为区域农业总产值；Ca为农村居民人均生活消费支出；Pa为农村人口实际数量；Cu为城镇居民人均粮食消费支出；I为土地承载力指数；Pn为城乡人口实际数量。公式（2）表示农业总产值在完全满足农村居民生活消费支出的基础上，还能承载城市居民生存的人数，是两者之和。公式（3）表示农业总产值只能或恰好承载农村居民人数。由上述分析可知，公式（4）中，当I>1时，土地承载力表现为富裕状态；当I<1时，土地承载力不足，即人口超载；当I=1时，土地承载力恰好能承载当前城乡人口总数，处于临界状态。
（二）相对土地承载力模型
目前，相对土地承载力属于相对自然资源承载力的研究范畴[17]，是以耕地面积和人口数量表征的相对量，公式如下：
式中：Crl为相对土地承载力；Il为相对土地承载力指数；Ql为研究区域耕地面积；Qp0为参照区人口数量；Ql0为参照区耕地面积。
该模型将研究区域与更大的区域进行对比，开辟了新的研究思路，更能体现研究区域的开放性，但其耕地面积指标仅能反映耕地数量的差异。同时，由于我国人口分布不均的现状，加之与耕地产出密切相关的生产主体为农村劳动力[18]，以及各地区城市化水平的差异，以区域人口总数表征该特点有失偏颇，影响该模型的分析效能。鉴于此，以农业总产值代替耕地面积，同时反映区域耕地数量与质量的差异；以农村人口数量代替区域总人口，以增强尺度间对比的精度和能力。改进后公式如下：
式中：R为调整后的相对土地承载力系数比；P0为参照区农村人口数；Ga0为参照区农业总产值；Ga为研究区域农业总产值；Pa为相对土地资源承载农村人口数；R0为研究区域农村人口占城乡总人口的比例；P1为研究区域农村人口数；Pn为研究区域城乡人口总数；C为调整后的相对土地承载力。根据公式（7）～（10）进一步推出：
用I0表示相对土地承载力指数，根据公式（7）～（11）计算，土地承载力状态表现为三种类型：
（1）Pn>C，I0=CPn<1，即相对土地承载力可承载人口数量小于研究区域实际人口数量，表现为人口超载。
（2）Pn
（3）Pn=C，I0=CPn=1，即相对土地承载力可承载人口数量等于研究区域实际人口数量，表现为临界状态。
二、结果与分析
（一）研究区域概况
陕西省位于我国西北地区东部，地处东经10529'～11115'，北纬3142'～3935'。地域狭长，南北长约870公里，东西宽200～500公里。从北到南可分为陕北高原、关中平原和秦巴山地；东临山西、河南，西连宁夏、甘肃，南抵四川、湖北，北接内蒙古，全省总面积为20.58万平方公里，具有连接东、西部和西北、西南地区的重要战略地位和区位优势。由于自然条件的复杂性，加之人类活动的深刻影响，水土流失严重、土地荒漠化加剧、自然灾害频发，土地可持续性进一步受到威胁。
（二）数据来源
数据主要来源于《陕西统计年鉴》（1986-2014年）《陕西省国民经济和社会发展统计公报》（2000-2014年）《中国统计年鉴》（1979-2014年）。其中，农业总产值等数据已变换为不变价（1978年为基期）。
（三）陕西省土地资源承载力演化分析
根据以上模型，选取1978-2013年陕西省农业总产值、农村居民人均生活消费支出、农村居民数量、城镇居民人均粮食消费支出、城乡人口实际数量作为指标，统计结果见表1和图1～4所示。分析表明，陕西省土地承载力的发展趋势大致可分为四个阶段，分别为1978-1992年、1993-1999年、2000-2006年和2007-2013年。
1.第一阶段为积累期（1978-1992年）。改革开放解放和发展了生产力，与1978年相比，1992年农业总产值增加1.09倍，农村居民人均生活消费增加0.68倍，城市人均粮食消费支出增幅不大，城乡人口总数增加近600万。该阶段虽然农村居民人数增长较慢，但由于农村人口基数较大，正反因素共同作用，土地承载力整体趋势较为平稳，表现为人口超载。
2.第二阶段为波动期（1993-1999年）。与1993年相比，1999年农业总产值增加0.31倍，人们生活水平进一步提高，农村居民人均生活支出增加0.49倍，农村居民与城乡总人口无显著变化。该阶段主要表现为农业总产值的增加和农村居民生活消费支出及城镇居民粮食消费支出的增加保持动态平衡。土地承载力指数在临界水平上下浮动，表现为时而人口超载，时而富裕。
3.第三阶段为低谷期（2000-2006年）。该阶段农业总产值持续增加，农村居民数量缓慢减少，城乡人口总数变化不大，但农村居民生活消费支出及城镇居民人均粮食消费支出的增加超过了农业总产值的增加，打破了第二阶段的动态平衡，使土地承载力水平持续下降，表现为人口超载。
4.第四阶段为增长期（2007-2013年）。该阶段有3个明显特征：（1）农村居民人均生活消费支出呈指数增长趋势；（2）随着城市化进程的加快，农村居民数量持续降低，而城乡居民总数变化不大；（3）农业总产值增长较快，与2007年相比，2013年翻了一番，该阶段土地承载力状态表现为富裕。另外，农村居民人均生活支出的指数增加趋势，拉缓了土地承载力指数的增长趋势，虽然总体增长，但增速降低。
就陕西省土地承载力发展趋势而言，其压力主要来源于四个方面：农村居民数量、农村人均生活消费支出、城镇居民粮食消费支出和城乡人口总数。改革开放以来，农村居民人口数量先增后减，其生活消费支出逐年增加，城市居民人均粮食消费支出变化不大，城乡人口总数增势相对较为平缓，土地承载力指数与农村居民数量呈明显反向相关（见表1、表2）。
（四）陕西省相对土地承载力变化趋势分析
根据相对土地承载力模型的分析和改进，选取陕西省农业总产值、农村居民数量、城乡人口总数、全国农村居民数量、全国农业总产值作为指标，由公式（7）～（11）计算，统计结果如表2和图4所示。分析表明，由于陕西省位于我国中西部交界处，是欠发达省份之一，受地区差异和经济发展水平等诸多因素限制，与全国（不包括香港、澳门、台湾）平均水平相比，1978-2000年，土地承载力水平均低于全国平均水平，逐年波动，无显著变化趋势。随着2000年西部大开发战略的实施，带动了当地的经济发展和社会进步，经过2001-2003年的调整，2004年之后，陕西省相对土地承载力水平呈显著提升趋势，并于2011年超过全国平均水平，且有进一步增长趋势。
三、结论与建议
（一）结论
模型体系中，综合考虑了区域土地资源的独立性和开放性，从土地承载力和相对土地承载力两个角度进行分析，更加全面地展现了研究区域土地可持续发展趋势和状态。以农业总产值作为衡量农村居民生活需求与城乡居民生存需求，兼顾了人口的生存和发展，体现出更强的适应力；调整后的相对土地承载力模型引入了农业总产值和农村人口数量指标，在考虑农村居民为耕地生产主体的同时，充分体现了耕地数量与质量的双重因素，更能反映研究对象的客观实际。
实证分析中，（1）从土地承载力发展趋势来看，改革开放以来，陕西省土地承载力大致可分为四个阶段：1978-1992年、1993-1999年、2000-2006年和2007-2013年，分别对应于积累期、波动期、低谷期和增长期，与之密切相关的因素为：农村居民数量、农村居民人均生活消费支出、城乡总人口和城市人均粮食消费支出。研究时段内，随着陕西社会经济的进步，农村居民人均生活消费水平逐年提高，2005年之后呈指数增长趋势，城市人均粮食消费支出变化不大；城乡人口总数逐渐增加，趋势相对平稳；农村居民数量大致可分为四个阶段，1978-1984年期间相对稳定，1985-1990年期间增速平稳，1991-2004年期间再次进入相对稳定期，2004-2013年逐年减少。土地承载力有24年表现为人口超载，12年表现为富裕。现阶段土地承载力主要受农村居民数量和农村居民人均生活消费支出的影响。自2007年土地承载力表现为富裕以来，其承载能力增长明显，且随着城市化水平的不断提高，土地承载力水平有进一步增长的趋势，但增速减慢。（2）从相对土地承载力发展趋势来看，1978-2004年期间，陕西省土地承载力水平低于全国平均水平，逐年波动，且无明显增减变化趋势。近年来，随着国家政策导向的转变，陕西经济发展迅速，农业总产值逐年增加，从2004年起，相对土地承载力水平持续攀升，并于2011年首次超过全国平均水平，随着经济的进一步发展，该趋势有望进一步扩大。
（二）建议
1.基于承载力的土地资源可持续发展评价中，应结合区域独立性和开放性的特点，从土地承载力和相对土地承载力双重视角进行评价，更能全面反映研究区域的土地资源可持续发展水平。
2.针对于现阶段陕西省土地资源可持续发展中，主要受农村人口数量和农村人均生活消费支出的影响，今后的发展中应合理推进城镇化进程，减少农村人口数量，从而减少农村居民人均生活消费对土地的依赖，增加土地承载力水平；另一方面，城市化的推进，也会造成城市的扩建，占用土地的问题仍会存在，在一定程度上降低了土地承载力水平。因此，在城镇化进程中，城市扩建应以占用非农用地为主，以保存现有农用地数量和质量不降低为原则。
3.农村居民数量、农村居民人均生活消费支出、城乡总人口和城市居民人均粮食消费支出是与陕西省土地承载力密切相关的因素，而现阶段主要受前两者的影响最为显著。但随着陕西省城市化水平的逐步提高，农村人口数量将持续降低，农村人口数量和农村人均生活消费支出对土地的依赖将会减少，而城乡人口总数和城市人均粮食消费支出势必成为影响其土地承载力的主要因素。城乡人口总数在短期内较难控制，今后的发展中，应进一步增加对农业生产的资金投入力度，提高农业产出水平，增强其土地承载力，实现人地关系的协调发展。
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邯郸矿区水资源承载力评价研究 篇7
1 区域水资源条件分析
根据《河北省邯郸市水资源评价》, 区域水资源总量是指当地降水形成的地表和地下产水量之和, 即地表径流量与降水入渗补给地下水量之和, 因此水资源总量并不是简单的等于地表水资源量和地下水资源量之和, 而是由地表水资源量加地下水资源量再扣除地表水与地下水相互转化的重复计算水量后而得。不同类型区水资源总量的计算方法为:
1.1 山丘区
地表水资源量为当地的河川径流量, 地下水资源量按总排泄量计算, 其中河川基流量为重复计算量。就算公式为:
式中:W山—山丘区水资源总量;
Rm—山丘区的河川径流量 (地表水资源量) ;
Qm—山丘区的地下水资源量;
Rgm—河川基流量 (地表地下水资源间的重复计算量) 。
1.2 平原区
地表水资源量为当地的河川径流量, 总补给量扣除井灌回归量为地下水资源量, 其中侧向流入量和各种地表水体渗漏补给量属地表、地下水资源量间的重复计算量, 真正不属于重复计算量的仅有降水入渗补给量。由此, 水资源总量计算公式为:
式中:W平—平原区水资源总量;
Rp—平原区的河川径流量 (地表水资源量) ;
Pr—平原区的降水入渗补给量;
Rgp—平原区降水形成的河川基流量。
1.3 矿区所在行政区域的水资源总量
矿区水资源承载力分析将基于水资源总量分析, 矿区所在行政区域的水资源总量详细见表1。矿区所在行政区域的水资源总量为49118万m3/a, 其中地表水资源总量为26062万m3/a, 地下水资源总量为37637万m3/a, 重复计算量为14581万m3/a。
2 矿区需水量
本次环评根据最新的国家政策, 分两个评价阶段对矿区需水量进行了重新核算, 具体结果见表2。近期 (2011-2015年) 矿区年需水量1514.4万m3/a;远期 (2016-2020年) 矿区年需水量1747.3万m3/a。
3 宏观层次水资源承载力分析
宏观层次的水资源承载力分析是从邯郸矿区所在的行政区域考虑, 宏观考虑区域的水资源总量是否能满足未来矿区开发的需水量, 评价采用区域供需平衡法, 即预测水平年水资源的未利用数与开发需求数的比值, 其比值小于1.2时区域水资源承载能力不足, 比值在1.2~1.5之间区域水资源可以承载, 大于1.5时水资源承载能力较强。
宏观水资源承载力计算详细情况见表3和图1。
由表3和图1可以看出, 矿区近期 (2011-2015年) 需水量为1514.4万m3/a, 占区域水资源总量的3.08%, 所占比例不大;远期 (2016-2020年) 矿区需水量为1747.3万m3/a, 占区域水资源总量的3.56%, 所占比例也不大。近期、远期水资源总量与需水量的比值分别为32.4、28.1, 均大于1.5, 水资源承载能力较高。
4 微观层次水资源承载力分析
4.1 矿区规划水源选择
根据邯郸矿区供水规划, 矿区供水方式仍采用以各矿井为中心的分片、分区集中的供水方式, 改造供水系统、变定时供水为全日制供水;各矿井工业场地生产、生活用水和居住区生活用水以地下水作为水源, 选煤厂及电厂、建材厂等附属企业用水以经过处理达标后的井下排水及污、废水作为水源, 不足部分由地下水水源补足。
4.2 环评核算水量平衡
规划优先考虑井下排水及生活污水处理回用, 井下排水经处理后用于矿井、选煤厂、电厂等生产用水, 生活污水经深度处理后用于绿化浇洒、选煤厂生产补充水;规划生产用水不足部分取用地下水。从节约水资源及满足环保要求出发, 环评认为电厂用水要立足使用矿坑排水和矿区污水处理后的中水, 不足部分可考虑城市中水, 禁止开采地下水, 控制采用地表水。
经过本次环评核算后, 2020年矿区相关规划项目 (包括矿井、选煤厂、电厂、建材项目) 的供水平衡结论如下:
(1) 矿区生产用水首先回用处理后的生活污水、矿井水, 由图2可以看出, 每个矿井都有各自独立的给排水系统, 各矿井产生的生活污水经不同程度处理后回用于绿化浇洒、选煤厂生产补充水, 然后再将处理后的矿井水回用于矿井生产, 经过矿井内部平衡后矿井水均有不同程度的剩余。
(2) 康城矿井水除供本身矿井生产外还剩余11471m3/d, 剩余矿井水达标外排;临漳矿井水除供本身矿井生产外, 可供临漳瓦斯电厂80m3/d, 此外还有4069m3/d剩余, 剩余矿井水达标外排;周庄矿井水除供本身矿井生产外还剩余142m3/d;亨健公司矿井水除供本身矿井生产外, 可供亨健瓦斯电厂50m3/d, 此外还有1082m3/d剩余, 剩余矿井水达标外排;北掌矿井水除供本身矿井生产外还剩余1522m3/d;成安矿井水除供本身矿井生产外还剩余16784m3/d。
(3) 陶二矿井水除供本身矿井生产外, 可供陶二瓦斯电厂180m3/d、陶二综合利用建材厂114m3/d、陶二矸石热电厂7606m3/d, 无剩余矿井水;陶一矿井水除供本身矿井生产外, 可供陶一瓦斯电厂50m3/d、陶二矸石热电厂674m3/d, 此外还有12622m3/d剩余, 剩余矿井水达标外排;云驾岭矿井水除供本身矿井生产外, 可供云驾岭煤矸石砖厂76m3/d、云驾岭综合利用建材厂116m3/d、云驾岭矸石热电厂2718m3/d, 无剩余矿井水;上泉矿井水除供本身矿井生产外, 还供云驾岭矸石热电厂4052m3/d, 无剩余矿井水;骈山矿井水除供本身矿井生产外, 还供云驾岭矸石热电厂3598m3/d, 无剩余矿井水;郭二庄矿井水除供本身矿井生产外, 可供郭二庄煤矸石砖厂51m3/d、云驾岭矸石热电厂3432m3/d, 此外还有2194m3/d剩余, 剩余矿井水达标外排。
(4) 矿区用水经过微观内部平衡后, 有部分剩余矿井水需达标外排, 剩余矿井水共计49954m3/d (分别来自康城矿井11471m3/d、陶一矿井12622m3/d、临漳矿井4069m3/d、郭二庄矿井2194m3/d、周庄矿井142m3/d、亨健公司矿井1082m3/d、北掌矿井1522m3/d、成安矿井16784m3/d) , 1648.48万m3/a;生活用水需要地下水共计3694m3/d, 121.90万m3/a。
各矿矿井水回用率统计见表4。
4.3 地下水资源对矿区开发水资源承载分析
根据《河北省邯郸市水资源评价》的研究成果, 邯郸市行政分区地下水资源可开采量统计见表5。
地下水可开采量是指经济合理、技术可能和利用后不造成地下水水位持续下降、水质恶化、地面沉降等环境地质问题和不对生态环境造成不良影响的情况下, 允许从含水层中取出的最大水量。
根据水利部发布的《地下水超采区评价导则》要求, 按地下水开采系数法 (即地下水的多年平均开采量与当地地下水可开采量的比值) 的划分, 将地下水资源开发利用程度分为地下水严重超采区、一般超采区、地下水采补平衡区和地下水开发尚有潜力区。
式中:K—为某一区域地下水开采系数;
I—为某一区域内的地下水多年平均开采量 (万m3) ;
M—为某一区域内地下水可开采量 (万m3) 。
地下水开发利用程度具体评判指标是在地下水开采系数 (K) 的基础上, 并结合多年地下水水位动态观测资料和地面沉降观测资料进行评判。其中, 地下水资源开发利用程度评判指标K值的评判标准为:地下水严重超采区 (K>1.2) 、一般超采区 (1<K≤1.2) 、地下水采补平衡区 (0.8<K≤1) 和地下水开发尚有潜力区 (K≤0.8) 。
根据《河北省邯郸市水资源评价》以及《2008年邯郸市水资源公报》, 邯郸市行政分区地下水资源开发利用程度统计见表6。
注:表中地下水可开采量数据来自于《河北省邯郸市水资源评价》, 现状供水量数据来自于《2008年邯郸市水资源公报》。
由表6可知, 涉县、峰峰矿区、磁县、大名县以及武安市属于尚有潜力区。邯郸矿区在行政区域上大部分属于武安市, 小部分涉及永年县和邯郸县。矿区生活用水需要地下水共计3694m3/d, 121.90万m3/a。武安市地下水可采量约为9346万m3/a, 矿区需要的地下水占矿区行政区域地下水可采量的1.30%, 可见, 可以满足矿区开发的生活用水需求, 并且矿区采取以各矿井为中心分片、分区集中的供水方式, 不会出现集中开采造成的超采区及岩溶地下水降落漏斗。
4.4 南水北调工程对矿区开发水资源承载分析
南水北调是缓解中国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程, 分东线、中线和西线三条调水线, 其中中线工程途径邯郸市, 从长江支流汉江上的湖北丹江口水库引水, 通过修建渠道向河南、河北、北京、天津的大中城市和县城供水, 主要用于城市生活和工业, 工程计划2013年竣工、2014年汛后通水。
输水总干渠从丹江口水库至北京团城湖全长1267km, 在邯郸市境内全长80km, 引水渠道自河南省安阳市丰乐镇穿漳河进入我市, 沿京广铁路西侧蜿蜒北行, 沿线经过磁县、马头工业城、邯山区、复兴区、邯郸县、永年县, 于永年县邓上村北出境进入邢台。总干渠在邯郸市设7个分水口门, 由南向北依次为民有渠 (向沧州、衡水供水) 、于家店、白村、下庄、郭河、三陵和吴庄。
南水北调工程实施之后, 其供水主要向磁县、邯郸县、永年县、邯郸市和东部平原县, 其中本矿区涉及的永年县和邯郸县的分配水量分别为1851万m3和100万m3。因此, 在2014年竣工通水后可以在一定程度上缓解本矿区的用水压力。
5 评价结论
从宏观区域层次看, 近期、远期区域水资源总量与矿区需水量的比值分别为32.4、28.1, 均大于1.5, 区域水资源承载能力较强。从微观矿区层次看, 矿区自身产生的矿井水可以满足矿区生产用水需求, 水资源承载能力也较高, 且从地下水对生活用水的支撑来看, 矿区需要的地下水占矿区行政区域地下水可采量的1.30%, 可见, 可以满足矿区开发的生活用水需求。而且, 随着南水北调中线在2014年竣工通水后可以在一定程度上缓解本矿区的用水压力。综上所述, 通过对邯郸矿区水资源承载力的评价研究发现, 水资源不是制约矿区发展的瓶颈, 邯郸矿区不缺水。
摘要：水资源是人类社会发展的基础, 开展水资源承载力研究, 并将其引入规划环评中, 对于完善规划环评技术方法, 更好地发挥其战略指导作用, 协调水资源开发与经济发展和环境保护之间的关系具有重要的意义。本文以邯郸矿区为研究对象, 从宏观、微观两个层次开展了矿区水资源承载力评价研究。
关键词：水资源承载力,规划环评,邯郸矿区
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区域水资源承载力综合评价研究 篇8
关键词：区域水资源承载力,指标体系,综合评价方法
0 引言
随着社会经济的发展、人口的增长以及工业化、城市化进程的不断推进,对水的需求量不断增加,水资源供需矛盾日益突出,水资源短缺已逐渐成为制约社会可持续发展的“瓶颈”。一个地区水资源到底能够支撑多大社会规模的现状和发展,就成了制定区域发展规划研究的基础性的尺度和指标。衡量水资源承载力的大小对一个国家或地区综合发展以及发展规模有至关重要的影响。因此,综合地评价区域水资源的承载力,从而为合理利用水资源提供科学依据和决策支持,对促进社会可持续发展具有重要的现实意义。
1 区域水资源承载力的概念
由于水资源承载力系统的复杂性,虽然近年来国内外学者对其进行了积极探索和研究,但至今尚缺乏一个系统的、科学的理论框架,即便是关于区域水资源承载力的定义,国内外也没有统一的认识,很多学者都从各自研究角度提出了自己的观点。在深入分析了国内外水资源承载力相关研究的基础上,文章提出了区域水资源承载力概念,即在现阶段和可预期的将来某段时间内,以可持续发展为前提,对区域内水资源的开发利用为当地社会经济、生态环境发展所能够提供的支撑能力。该定义包括以下几点内涵:
1.1 承载力的空间属性
评价区域可能是一个流域、一个地区或者一个国家,因为不同区域内影响水资源量承载力的因素如水资源量、社会经济结构、生态环境等都可能不同,因此要明确评价区域的空间范围。
1.2 时间属性
不同历史发展阶段,评价区域内的影响因素也各不相同,因此在进行综合评价时要充分考虑到各影响因素在不同阶段内可能发生的变化。
1.3 承载能力
承载力的对象是本地社会经济和生态环境,评价承载力大小取决于区域内水资源的开发利用对承载对象实现可持续发展所能提供支撑能力的大小。
2 指标体系的建立
由于区域水资源承载力系统的复杂性,对其进行评价首先需要建立综合评价指标体系。指标系统是建立在涉及区域水资源承载力系统各组成要素基础上的各方面指标的集合,是一个有机的统一体。区域水资源承载力综合评价指标体系的建立主要考虑以下五方面原则:
2.1 科学性与可操作性相结合原则
评价指标的构成应以水资源承载力理论为前提,建立在科学合理分析的基础上,同时必须考虑在实际应用中数据和信息的可获取性。
2.2 定性与定量相结合原则
评价指标体系应尽量选择可量化指标,对难以量化的重要指标先定性描述,再进一步定量转化。
2.3 动态与静态相结合原则
区域水资源承载力系统是一个不断变化的动态过程。对系统进行综合评价要充分考虑到指标的动态性,既要有静态指标也要有动态指标。
2.4 系统性与层次性原则
区域水资源承载力系统涉及水资源、社会经济、生态环境系统,评价指标由不同层次、不同要素组成,指标系统的建立必须充分体现系统性和层次性。
2.5 简洁性原则
构成区域水资源承载力综合评价的指标是多方面,通常情况下指标数量越多,指标的覆盖面就越大,但指标的信息重复也会越多,因此必须通过科学筛选,建立高效简洁的指标体系。
根据区域水资源承载力的定义和评价原则建立了5项一级指标和19项二级指标的综合评价指标体系,具体指标如表1所示。
3 AHP-德尔菲综合评价法
目前国内外关于水资源承载力评价方法很多,在实际应用中评价结果有时会出现较大的差异,而且过多偏重于数学计算,其原因主要是水资源承载力系统本身的复杂性。本文在建立了综合评价指标体系的基础上,采用层次分析法(Analytical Hierarchy Process,AHP)与德尔菲法相结合的综合评价方法,该方法既简化了复杂的数学计算又确保了评价结果的客观性和准确性。基本步骤如下:
3.1 建立成对比较矩阵
采用德尔菲法聘请一批专家,采用背对背的通信方式征询专家组成员的意见,通过几轮征询,使专家组的意见趋向于集中,并不要求专家直接确定权重的具体值,而只要确定两两指标间的相对重要性即可,相对重要程度用自然数1,2,…,9以及倒数表示。
3.2 构造判断矩阵
对上述建立的成对比较矩阵进行一致性检测。若随机一致性比率CR<0.10,则认为该矩阵的不一致程度在容许范围之内有满意的一致性,通过一致性检验。若CR>0.10,则根据上述方法调整成对比较矩阵,直至通过一致性检验从而确定判断矩阵。
3.3 计算指标权重
判断矩阵的最大特征根所对应的特征向量即为各指标的权重向量,再对特征向量中各值进行归一化处理,最后建立一级指标权重集A1和二级指标权重集Am。A1=(a1,a2,…,am)Am=(a1,a2,…,an)。
3.4 确定评价标准和评判矩阵
为了更直观的反映区域水资源承载力结果,本文将评价标准分为5级值域(5~4)、(4~3)、(3~2)、(2~1)、(1~0),分别定义为完全承载、可承载、轻度超载、中度超载、严重超载5种承载状态。根据二级指标的实际特征通过德尔菲法为各级指标评分,最终建立二级指标的评判矩阵Dm。
3.5 综合评价
将权重集Am和评判矩阵Dm进行线性相乘,得到一级指标的评判矩阵D1,一级指标评分与各自权重a1,a2,…,am的乘积之和为最终综合评价结果,所得分值仍然在5级阈值内,通过进一步分析各级指标的评判矩阵,可以准确找出影响水资源承载力的主要因素,为区域水资源的科学开发提供明确的指导意见。
4 结论
本文在查阅了大量国内外相关资料文献的基础上,提出了区域水资源承载力的概念,并建立了综合评价指标体系,综述了AHP-德尔菲综合评价法,实现了对评价指标的定性描述和定量分析又简化了复杂的数学计算过程。由于区域水资源承载力系统是由水资源、社会经济、生态环境相耦合而成的动态系统,其本身的复杂性决定了对其进行综合评价的难度。因此,需要进一步加强综合评价体系的基础理论研究,逐步完善评价指标体系和评价方法。
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辽河干流区水资源承载力综合评价 篇9
辽河干流经济发展布局与水资源承载能力不相匹配,水资源供需矛盾日益加剧,一些地区矛盾突出,已成为经济社会发展的重要制约因素。辽河流域干流总体上处于工业活动剧烈地带,污染较为严重,因此,评价辽河干流水资源承载能力有很重要的意义。
1 辽河干流区概况
1.1 辽河干流地理位置
辽河干流流经辽宁省铁岭市的昌图县、开原市、铁岭县,沈阳市的康平县、法库县、新城子区和辽中县,鞍山市的台安县,进入盘锦市的盘山县后改名为双台子河,在盘山县入海。辽河的主要支流有招苏台河、亮子河、清河、柴河、泛河、拉马河、秀水河、养息牧河、柳河、九股河等。辽河干流全长523 km,流域面积4 109万km2 ,是辽宁省最大的天然河流。
辽河干流年径流分布特征与降水量的分布是一致的,从东南向西北递减,径流年内分配不均衡,每年6-9月份为丰水期,其中7-8月份的径流量约占年径流量的60%左右,洪水大多发生在此期间;3、4、5、10月份为平水期,3、4月份河道流量主要由冬季融雪融冰及地下水补给河道工程,5月份受灌溉期水库供水影响,河道流量显著增大;11月至次年2月份为枯水期。辽河干流用于农业灌溉用水的水库主要为清河水库、柴河水库,两水库总控制流域面积3731 km2,总库容15 153 亿m3,多年平均径流量10 147亿m3。
1.2 流域分区、行政分区和计算水平年
本次辽河干流流域分区只划分到三级区,即柳河口以上区间和柳河口以下区间。按行政分区分为铁岭、沈阳、抚顺、阜新、盘锦、锦州、鞍山等7个城市。
本研究的基准年为2005年,近期水平年为2020年,远期水平年为2030年。
2 综合评价方法
由于辽河干流水资源短缺,河道枯季断流,不合理的产业结构以及水资源的浪费严重影响到了辽河流域水资源状况。在本区影响水资源承载力的因素很多,如水资源条件及其开发利用程度、生态环境状况、产业结构、科学技术发展水平等。因此,水资源承载力的评价中,首先要从很多因素中选取出可以反映问题本质的因素,并除去重复性因素的作用,建立评价模型及评价方法,最后对辽河干流区水资源开发容量做出全面综合评价。
2.1 评价因素的选取、分级和评分
按照评价因素对区域水资源承载力的影响程度,将上述因素对水资源承载能力影响程度划分为3个等级,分别为V1,V2,V3。其中V1级表示状况较差,表示了水资源承载能力已经接近饱和值,进一步开发利用潜力较小,发展下去将发生水资源短缺;V3级属情况较好,表示本区水资源仍有较大的承载能力,本区水资源利用程度、发展规模都较小;V2级情况介于以上两级之间,表明本区水资源供给开发利用已有相当规模,但仍有一定的开发利用潜力。
为了更好地反映各等级水资源承载能力情况,对V1,V2,V3进行0～1之间的评分,取a1=0.05,a2=0.5,a3=0.95。这样可以定量反映各等级因素对承载能力的影响程度,数值越高,表明水资源的开发潜力越大。按照上述ai的值以及B矩阵中各等级隶属度bj的值进行综合评定。
2.2 模糊综合评判法的评判步骤
(1)建立因素集U={u1,u2,…,um},即有m个评价指标。
(2)确定评价(评语)集V=(v1,v2,v3,…,vn),即代表评价等级、分类的集合,每一等级可对应一个模糊子集,即有n个样本,n=3。
(3)建立隶属函数,构造模糊关系矩阵.隶属函数的建立是模糊数学应用的关键,根据隶属函数,可确定各指标实际值的隶属度,进行单因素评价,并得到隶属度模糊关系矩阵:
相对隶属度按线性变化确定,则指标相对隶属度函数公式为:
V3和V2级的临界值为k1,V2和V1级的临界值为k3,V2等级区间中点值为k2。k2=(k1+k3)/2。
(4)确定加权模糊向量,在综合评价中,考虑到各评价因子对水资源承载力的影响不同,在合成之前要确定模糊权向量A={a1,a2,…,am},A中的元素ai本质上是因素ui对模糊子集(对被评事情重要的因素)的隶属度。
(5)模糊复合运算。模糊综合评价的原理是模糊变换,模型为:
(6)分析计算:
式中:θ值即为基于综合评判结果矩阵B的水资源承载能力的综合评分值,θ值越高,说明其水资源承载能力的潜力越大。
评分值θ介于0～0.33之间,属于承载状况较好;在0.33～0.66之间,属承载状况适中;在0.66～1之间,属于承载状况较差,基本饱和状态。
3 辽河干流区水资源承载力评价
3.1 辽河干流水资源承载力指标选取
影响水资源承载力的因素包括:水资源数量、质量及开发利用程度;生态环境需水;社会经济技术条件;生产力水平和社会消费水平;区际交流等。按照评价指标的可测性、可靠性及充分性原则,考虑各区域水资源及其利用特点,可以选取不同的指标体系。
本文根据辽河流域的具体实际情况,采用10个指标,分别为:人均水资源可利用量u1;水资源开发利用程度u2;单位面积水资源可利用量u3;人均增加值u4;人均粮食占有量u5;生活用水定额u6;人口密度u7;耕地灌溉率u8;万元增加值用水量u9;生态用水率u10。
这些因素反映了影响水资源承载力的供需水情况、社会经济情况(如耕地、人口等)以及区域生态环境情况。对区域水资源影响较大,是水资源承载力评价中较重要因素。评价因素分级指标见表1。
根据国内指标权重确定情况以及所搜集北方河流指标权重的资料可以确定这些指标的权重。其中人均水资源可利用量和水资源开发利用程度对水资源承载能力影响较大,故分别赋予权重a1=a2=0.15。另外生态用水率对于生态环境的维护,人类生存和发展以及对水资源的可持续开发利用影响也较大, 故也赋予权重0.15(a10=0.15)。
人均增加值、人均粮食占有量和人口密度对水资源承载能力影响较小,故分别赋予权重0.05(a4=a5=a7=0.05)。其他几项都赋予权重0.10(a3=a6=a8=a9=0.10)。
因此权重矩阵A=(0.15,0.15,0.1,0.05,0.05,0.1,0.05,0.1,0.1,0.15)。
3.2 评判结果及分析
根据上面过程分别计算出各流域分区城市的评价等级隶属度和综合评分值(表2),评价结果如下。
按照上述10个评价指标,应用SPSS软件运用主成分分析法评价得出辽河干流区各城市评价结果F值及排序结果,见表3。对比可得,模糊综合评判结果与主成分分析法所得结果基本一致。
柳河口以上区间水资源承载能力综合评价结果为:水资源承载潜力已相对较小,水资源供需矛盾突出。由于受地下水的大量超采,水环境破坏,本地水资源进一步开发利用潜力较小。
(1)铁岭市占柳河口以上区间比重最大,铁岭地区在辽河干流的模糊综合评分值位居第3位,承载状况相对较好。铁岭县以农业为主,农业增加值占总值的66.68%,用水量占生产总用水量的92.1%,而该地区灌溉定额非常高,水资源浪费严重。本地区位于辽河干流上游,应该通过采用喷灌、滴灌等工程提高灌溉系数,从而提高该地区的水资源承载能力。
(2)沈阳地区在辽河干流柳河口以上区间相对评分值最高,表明该地区的水资源开发利用已经有相当规模,潜力不大。
(3)阜新市在流域内的承载状况比较好。柳河口以上区间的阜新占比重较小,而且有柳河流经,河流水量充沛,城市化不高,因此承载状况较好。评分值接近于V2等级,属于水资源开采适中,有一定的开发利用潜力。
(4)抚顺地区在辽河干流中所占比重非常小,而且均为山区。其评分值最小,评价等级介于V2和V3之间,说明该地区承载状况良好,这与该地区人口稀少,水资源条件良好有密切关系。
柳河口以下区间整体情况要稍微比柳河口以上区间稍差,形势不容乐观。
(1)阜新市部分主要有绕阳河流经,承载状况相对较好。因为绕阳河上游流经阜新部分,城市化相对不高,还有很多小型调节水库。虽然有一定的开发利用潜力,但也应该慎重开采。
(2)沈阳地区在柳河口以下区间相对评分值较高,表明该地区的水资源开发利用已经有相当规模,潜力不大。随着东北老工业基地的振兴,水资源开发利用程度也大大增加,未来沈阳市的水资源不容乐观,开发利用潜力已经很小。
(3)鞍山市在柳河口以下区间部分,辽河干流主要流经台安县。鞍山地区在辽河干流的模糊综合评分值位居第二位,承载状况非常不好。近期鞍山市大力发展节水型社会,通过采用喷灌、滴灌等工程提高灌溉系数,从而提高该地区的水资源利用效率,间接提高了水资源承载能力。
(4)盘锦市是整个辽河干流模糊综合评判评分值最高的,也是承载状况最糟糕的地区。盘锦位于双台子河入海口处,有几个大型灌区,水资源非常短缺。以后面临的水资源问题相当严峻,大伙房水库二期工程能稍微缓解当地水资源状况,但还是应该调整产业结构,充分合理利用水资源。
(5)锦州市在流域内的承载状况也不容乐观。评分值介于V2和V3之间,属于水资源比较缺乏,正面临严峻挑战。流域内的锦州市主要包括北宁市区,水资源比较短缺,承载状况比较糟糕。
整体来说,辽河干流区2005年现状年处于可承载状况。
随着辽河干流区社会经济的发展,人口不断增长和耕地面积的不断扩大,辽河干流区的水资源已经很难承受水资源对社会经济的需求,水资源承载力将逐年下降。但是由于未来加大节水力度,规划节水措施有效减少用水浪费,从而间接增加了水资源承载力。
在未来规划年产业结构不变的前提下,通过模糊综合评价可以得出,2020年辽河干流各分区的水资源承载能力整体上有所改善,大部分地区评分值降低(承载状况好转)。柳河口以上的抚顺、阜新仍比其他地区好,铁岭、沈阳水资源承载能力较2005年有所提高;柳河口以下的水资源承载能力也有所改善,但仍接近饱和值,开发利用潜力仍然比较小。2030年辽河干流各分区的水资源承载能力进一步得到改善,水资源供给需求在一定程度上能满足其经济发展。
4 结 语
本文针对辽河干流特点,建立了相应的水资源承载力综合评价指标体系,直观的反映了影响水资源承载力的因素。建立模糊综合评判法评价模型,该模型计算步骤清晰,原理可靠,评价得出辽河干流区现状年水资源承载潜力已相对较小,水资源供需矛盾突出。对比主成分分析法评价结果,结果基本一致。规划年各分区的水资源承载力整体上有所改善,大部分地区评分值降低,即承载状况好转。
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区域水资源承载力研究理论与方法 篇10
水资源承载力(Water Resources Carrying Capacity)是区域自然资源承载力的重要组成部分,是水资源紧缺地区能否支撑人口、经济与环境协调发展的一个“瓶颈”指标[1]。水资源承载力研究已引起各级政府、领导者和学术界的高度重视,成为当前水资源科学中的一个热点研究问题和话题。
水资源承载能力综合评价是在对水资源特征、保证程度、开发利用情况以及工农业生产、人民生活和生态环境对水资源的需求程度等供需诸方面综合分析基础上,经过多个因素分析评价而得出的结论。水资源承载能力分析的目的,是为了解释水资源、区域经济和人口之间的关系,合理充分的利用水资源,使经济建设与水资源保护同步进行,促进社会经济可持续发展[2]。
1 水资源承载力的概念
承载力(Carrying Capacity)原为物理学中的概念,指物体在不产生任何破坏的情况下所能承受的最大负荷。后来,学者们在研究区域系统时借用了此概念来描述区域系统对外部环境的最大承受能力。最初,由群落生态学将承载力的概念引入该领域,定义为“某一特定环境条件下(主要指生存空间、营养物质、阳光等生态因子),某种生物个体存在数量的最高极限”[3]。随后,伴随着全球经济的发展和全球气候变化,资源短缺、环境恶化的情况逐渐加剧,土地承载力、环境承载力、资源承载力、生态承载力等概念在各研究领域相继出现。
我国对于水资源承载力的研究始于二十世纪80年代,从施雅风明确提出了水资源承载力的概念开始,专家学者们开始在水资源承载力的理论与方法方面进行积极的探索,并取得重大进展,对于水资源承载力的概念、内涵、影响因素、研究理论、分析方法和评价体系方面做了大量的研究工作。
新疆水资源软科学课题研究组通过对新疆水资源的形成机理、特征及优势、长期变化趋势和潜力进行分析,提出水资源承载能力是可开发利用的水量,进而得出新疆水资源承载能力[4]。许有鹏提出水资源承载能力是指在一定的技术经济水平和社会生产条件下,水资源可最大供给农业生产、人民生活和生态环境保护等用水的能力,即水资源最大开发容量。在这个容量下水资源可以自然循环和更新,并不断地被人们利用,造福于人类,同时不会造成环境的恶化[5]。惠泱河等认为水资源承载力是指某一地区的水资源在某一具体历史发展阶段下,以可预见的技术、经济和社会发展水平为依据,以可持续发展为原则,以维护生态环境良性循环发展为条件,经过合理优化配置,对该地区社会经济发展的最大支撑能力[6]。王浩等认为水资源承载力可以定义为:在某一具体的区域和发展阶段下,以可预见的技术、经济和社会发展水平为依据,以可持续发展为原则,以维护生态环境良性发展为前提,在水资源合理配置和高效利用的条件下,区域社会经济发展的最大人口容量[7]。
以上观点大体可以归纳为两类,一类观点是从水资源开发容量或水资源开发规模方面定义的,另一类观点是从水资源支持可持续发展能力角度研究的[8]。两种观点考虑问题的角度不同,前者从水资源系统出发,后者从人类社会经济系统出发进行描述。但都共同指出水资源承载力的主体是水资源系统,承载的客体是人类社会系统;水资源承载力的研究要遵循可持续发展这一原则。笔者认为,后者的概念更加符合水资源承载力的内涵和特性,也更加符合当前水资源短缺造成的制约可持续发展的形势。
2 水资源承载力的研究方法
水资源承载力受自然和社会两方面因素的影响,主要有水资源条件及其开发利用程度、生态环境状况、其它自然资源潜力等自然因素,以及产业结构及生产力水平、社会消费水平、市场条件、科学技术发展水平等经济社会因素[7]。
研究水资源承载力可从其自然和社会属性入手,借助各相关学科的理论知识与方法,结合区域情况和决策参考者的需要进行分析研究。许多学者对此进行了研究,但目前众多的理论与方法仍处于探索阶段。
2.1 供需平衡分析法
供需平衡分析法(Supply and Demand Balance)是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,由此来确定水资源承载能力。
夏军等运用供需平衡分析法提出了可利用水资源量、水资源需求量、流域水资源承载力平衡指数等的计算方法,综合分析了我国西北干旱区水资源承载能力[1]。
郭忠升等学者认为在大面积土壤退化林草地防治过程中应采取以水定需,即根据土壤水分状况,调整植被类型和群落密度,控制植物生产力,增加土壤水分补给,减少土壤水分消耗[9]。提出土壤水分植被承载力的概念,将土壤水分承载力(土壤水分承载植物的最大负荷)定义为:在较长时期内,在现有条件下,当植物根系可吸收和利用土层范围内土壤水分消耗量等于或小于土壤水分补给量时,所能维持特定植物群落健康生长的最大密度,即雨水资源中补给土壤的部分水量所能维持植物健康生长的最大数量。该方法对于以天然降水为土壤水分唯一补给的地区的水资源承载能力研究具有重要价值[10]。随后又提出了土壤水分植被承载力的确定方法,并运用观测资料初步建立了土壤水分植被承载力数学模型[11]。
秦伟等基于水量平衡理论,预测了吴起县2015年各行业的用水量,并运用水资源平衡指数(IWSD)对该县未来的水资源承载力进行了评价,通过分析认为吴起县2015年以后水资源将难以承载生态和经济的发展规模,县域范围今后水资源匮缺的主要压力来自于生态和经济建设耗水[12]。
2.2 背景分析法
背景分析法(Background Analytics)是在一定的历史时段内,将自然和社会背景相似的区域的实际情况加以对比,推算对比区域可能的水资源承载能力的方法。但该方法分析一个或几个独立的承载因子,忽略了因子间的相互作用,局限于静态的历史背景中,割裂了资源、社会、环境之间的相互作用关系,对水资源承载力这样一个涉及到自然状况、社会经济的复杂生态系统来说显得过于单薄[13]。
2.3 模糊综合评价方法
许有鹏提出运用模糊综合评判方法(Fuzzy Comprehensive Evaluation)对水资源承载能力作多因素的综合评价,该方法可以在对影响水资源承载能力的各个因素进行单因素评价基础上,通过综合评判矩阵对其承载能力作出多因素综合评价,从而可较全面地分析区域水资源承载能力的状况[5]。该方法是将需要综合评判的各因素及其属性、影响程度组成集合,通过对评判因素的选取、分级和评分对各因素指标进行分析,再运用评判矩阵进行计算评价。
高彦春[14]、陈守煜[15]、秦莉云[2]、张鑫[16]、朱一中[17]、闵庆文[18]、鹿坤[19]、雷宏军[20]等学者先后运用模糊综合评价方法研究了汉中盆地平坝区、汉中盆地、淮河流域、关中平原、西北地区、山西省河津市、喀斯特地区等区域的水资源承载力状况。郜慧等运用层次分析和专家咨询相结合的方法确定各级指标的权重,采用多级模糊综合评判模型,对广东省江门市水资源可持续利用进行了评价[21]。刘丹丹运用层次分析和专家打分相结合的方法确定了各评价指标的权重,用多层次模糊综合评价模型对陕北地区水资源可持续利用进行了评价[22]。
模糊综合评价方法能够较全面地分析区域水资源承载能力,但在因素选取、权重分配等方面主观性较强,具有局限性。有学者通过数学证明分析了模糊综合评价法误判的原因,认为该法不能客观反映实际[23];且取大取小的运算原则,使得大量有用信息遗失,模型的信息利用率较低。
2.4 主成分分析法
主成分分析法(Principal Component Analysis)是一种多元统计方法,它是对高维变量系统进行最佳综合与简化,同时也可以客观的确定各个指标的权重,避免了主观随意性。该方法在力保数据信息丢失最小的原则下,对高维变量空间进行降维处理,即在保证数据信息损失最小的前提下,经线性变换和舍弃小部分信息,以少数的综合变量取代原始采用的多维变量[24]。
傅湘[24]、周亮广[25]、李坤峰[26]、袁伟[27]等学者运用主成分分析法对喀斯特地区贵阳、重庆、富阳市等地区的水资源承载力进行了分析评价。
主成分分析法虽然避免了模糊综合评价法中人为因素的影响,但该方法关注的是待评因素集的最大差别向量,至于此差别向量是否表达水资源承载能力的现状水平则不予考虑,待评因素的选取恰当与否成为该方法的关键所在[28]。
2.5 系统动力学方法
系统动力学法(System Dynamics)是一种定性与定量相结合、系统分析与综合推理相结合的学法,适合于研究高阶次、非线性、多重反馈、机理复杂的系统问题的实验仿真方法。该方法综合考虑社会经济、资源环境等众多因子及其相互关系,通过模拟不同发展战略得出人口增长、资源承载能力的动态变化趋势。但运用该方法进行模拟时,由于参变量不好掌握,易导致不合理的结果。
王建华等利用系统动力学模型对乌鲁木齐市1993-2020年间水资源承载力进行预测分析,为我国西北地区城市发展规划提供了参考意见和研究方法[29]。李丽娟等运用系统动力学仿真模型对柴达木盆地水资源承载力状况进行了研究[30]。惠泱河利用二元系统动力学仿真模型研究了陕西关中水资源承载力[31]。
2.6 投影寻踪综合评价法
投影寻踪(Projection Pursuit)是一种处理多因素复杂问题的统计方法,其基本思路是将高维数据向低维空间进行投影,通过低维投影数据的散布结构来研究高维数据特征。对于多因素影响的水资源承载能力综合评价问题,依据样本自身的数据特征寻求最优的投影方向,通过先行投影计算反映评价样本综合特征信息的投影特征指标,根据这一指标可以形象、直观的对样本进行分类或评价。该方法避免了人为确定各评价因素权重的任意性[32]。但方法的准确度主要取决于反映高位数据结构或特征的投影指标函数的构造及其优化问题,而该问题一般较复杂[33]。
王顺久等将投影寻踪法用于全国30个省、市、区和淮河流域水资源承载能力的综合评价[32]。杨晓华等提出了遗传投影寻踪法,该方法采用大样本数据,基于投影寻踪、遗传算法、阶梯形曲线和水资源评价标准,能够提高投影寻踪综合评价各层次的分辨力和评价模型的精度[34,35]。
2.7 多目标决策法
多目标决策法(Multi-objectives Decision)是选取能够反映水资源承载力特征的社会、经济、人口、环境等众多相互关系和作用的目标,按照社会可持续发展的原则,用系统分析和动态分析法通过建立模型研究不同水平年、不同策略方案下水资源所能承载的生态、经济和人口规模。
贾嵘[36]、徐中民[37]、李宜革[38]、庞清江[39]、李淑芹[40]等学者先后运用多目标决策分析法研究了关中地区、黑河流域中游张掖地区、旅游海岛地区、大汶河流域、临沂市等区域的水资源承载力状况。
但该方法对于决策因子权重的确定多是人为主观判断,因此先后有学者对该方法进行了改进:徐中民将多目标分析决策扩展到情景分析框架内,提出了更注重基础模型的建立和反映决策过程中决策者偏好的情景方法——基于情景分析的多目标决策模型[41]。杨晓华等提出了多目标决策理想区间法,该方法采用主、客观相结合的赋权基点法,以全局收敛的格雷码加速遗传算法为工具来确定权重,并对多目标决策理想点法进行改进,把评价标准处理成理想区间的形式[42]。罗利民等提出基于博弈思想的多目标博弈决策模型[43]。
2.8 人工神经网络法
人工神经网络(Artificial Neural Network)是由人工建造的模仿大脑结构和功能,以有向图为拓扑结构的动态系统,通过对连续或间断的输入做状态响应依靠计算机进行信息处理。具有一般非线性动力系统的不可预测性、耗散性、不可逆性、高维性、广泛的联结性和自适应性等特性[44]。人工神经网络法在理论上可以逼近任何非线性函数,在多变量非线性系统的建模与预测方面通常可取得满意的结果。神经网络可以通过对数据本身进行分析、学习和研究,归纳出数据内存在的客观规律。其中误差反向传播网络(Back-Propagation Network,简称BP网络)是目前人工神经网络方法中最具代表性的一种模型。但输入的样本数据选取的数量和质量对于神经网络的学习能力有着较大的影响,这将直接影响该方法的准确度。
杨秀英[41]、刘树锋[45]、许莉[46]等学者运用神经网络法对喀斯特地区惠州、贵州等9个城市的水资源承载力状况进行了分析评价。赵益军在遗传算法与BP网络结构相结合的基础上,提出改进的遗传算法优化神经网络方法,并应用于淮河流域水资源承载力综合评价[47]。邵金花等运用径向基函数(Radial Basis Function)神经网络法对烟台市水资源承载能力进行了综合评价[48]。
2.9 全口径层次化评价方法
王浩等为克服传统水资源评价方法中评价口径狭窄、一元静态模式、各要素分离等缺陷,提出了基于二元水循环模式的水资源全口径层次化动态评价方法(Dynamic Hierarchical Assessment Methodology),以降水为资源评价的全口径通量,以有效性、可控性和可再生性为原则对降水的资源结构进行解析,实现广义水资源、狭义水资源、径流性水资源和国民经济可利用量的层次化评价。构建了由分布式水循环模拟模型与集总式水资源调配模型耦合而成的二元水资源评价模型,并将下垫面变化和人工取用水作为模型变量以实现动态评价[49]。
该方法物理概念明晰,可以描述现代环境下流域水资源二元演变的特征并反映人类活动影响,能够满足不同类型经济社会建设和生态环境活动的需求,但还有待进一步发展和完善,水资源评价模型应用与推广受到分布式水文模型发展的制约,包括大使孔尺度与动力学机制描述问题、数据量不足问题、不确定问题等。
3 水资源承载力研究中存在的问题
水资源承载力研究作为水资源评价的一项重要内容,近年来得到了广泛的研究,但仍存在一些亟待解决的问题。
水资源承载力概念界定不统一,水资源承载力的概念缺乏一个统一、公认、科学的定义和理论体系。不同的学者对水资源承载力的认识和研究角度及深度不同,无法全面准确而深刻的界定水资源承载力的内涵和影响因素,具体化指标选择因人而异,研究成果缺乏可比性。
缺乏科学有效的水资源承载力研究方法。缺少能够反映水资源承载力的复杂性、随机性、模糊性的方法与模型,这限制了水资源承载力研究的系统性和规范性。
当前的水资源承载力研究多是以人口、社会、经济系统作为研究目标,而对水资源维护生态环境稳定作用、进行生态恢复和植被建设的生态需水量研究较少。
4 水资源承载力研究的发展方向
水资源承载力是一个重要而又亟待发展的研究领域,目前还未形成公认的、完整而科学的研究体系,需要新思路、新方法来全面深入科学地研究水资源承载力,为政府决策、发展规划、综合管理提供理论依据。
4.1 加强水资源承载力的理论研究
研究并确立公认且科学的水资源承载力的概念、理论基础、研究范围、评价指标体系。在研究理论上,需用系统的观点综合考虑水资源对人口、生态环境、社会经济耦合发展的支撑能力,涉及水文学、生态学、经济学、管理学、社会学、景观学以及人文学等众多学科领域,在今后的研究中要加强各学科的交叉融合,完善水资源承载力的理论支撑体系。
加强动态模拟研究,实现对水资源动态变化过程的预测。建立能反映水资源承载力问题本质与特征且科学可行的估算预测模型。
加强生态环境需水量的研究。水资源承载力要同时考虑经济用水(生活用水、生产用水)和生态用水,水资源承载力要能够保证生态环境良性发展,因此需要加强对生态系统运行机制、植被生理需水、生态耗水的理论以及定量研究。
4.2 加强水资源承载力的方法与技术研究
目前已有的各种水资源承载力的研究方法各有其优点、缺陷及问题,研究如何将各种方法相互结合并改进是一个重要的研究方向。在计算机技术的支持下,各种数理方法的应用有助于更加深入科学定量地研究评价水资源承载力。
水资源承载力研究还要与新技术相结合。借助遥感(RS)、地理信息系统(GIS)等新技术手段,可有助于水资源承载力评价过程中收集和处理大量数据信息,建立更加科学有效的数据系统。同时,网络技术、微电子技术同样能够为水资源承载力的研究提供有力的定量研究的支持。
水资源承载能力的研究成果将为区域可持续发展规划、资源合理配置、生态环境保护、植被建设提供科学依据,促进社会可持续发展和人与自然和谐相处。
摘要：水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源,成为可持续发展的限制性因素,研究水资源承载力可以为推动社会、经济、生态环境全面协调可持续发展起到重要作用。本文对目前水资源承载力的概念、研究理论、方法和进展进行了全面的阐述,并提出了水资源承载力研究中存在的问题,指出了今后研究发展方向,为水资源承载力的进一步深入研究提供参考。
水资源承载力 篇11
长株潭国土资源环境的基本特征
长株潭城市群地处东面九岭山—罗霄山脉和西面雪峰山之间的丘陵盆地河谷地带，其地势东北高西南低，区内地貌类型多样，地质构造相对稳定，具有典型的江南自然环境特色，盆地与丘陵交错，城镇与乡村交织，湘江等河流穿行而过，形成了城市群良好的生态本底。
由于其处于我国中南部地区，位于湖南省东北部，是我国京广经济带、泛珠三角经济区、长江经济带的结合部，区位和交通条件优越，目前城市群已基本形成由铁路、公路、水运、航空等相结合的立体交通运输网络。
城市群内水、土、生物资源等储量较为丰富，拥有湘江干流及其众多支流，水资源总量达231亿立方米；森林覆盖率55.40%，耕地总面积64.53万公顷，约占全省的15.6%；生物物种资源丰富，经济树种、粮食作物、蔬菜、水产资源等种类繁多，且利用价值较高。区内矿产资源虽储量不丰，但种类多，分布面广，黑色金属矿产在全省占有重要地位，目前境内已探明的矿产达40余种。
长株潭资源环境利用取得的主要成效
改革开放以来，长株潭城市群工业化、城市化水平显著提高，其國土资源开发与国土利用的空间格局发生了巨大变化。
长株潭城市群国土功能日趋清晰，经济集约发展程度不断提高，城乡发展逐渐协调，已初步形成以三市市区为核心、重要交通干线为骨架、周边大小城镇为节点、广大农村为依托的“井字型”国土空间开发利用格局。
近年来，以城市群为载体，交通、电力、水利、能源等综合基础设施建设不断完善，初步形成了长株潭城市群的国土空间支撑体系。尤其是区域交通设施的规模和布局发生了深刻变化，逐步树立了综合交通理念，突出了网络化，对国土开发的支撑作用明显增强。2010年，城市群铁路、公路、机场等交通用地达5.69万公顷。
此外，长株潭三市对保护生态、美化环境已逐步形成共识，均将生态建设列入“十一五”、“十二五”发展规划，国土生态建设已取得初步成效。2010年，长株潭城市群林地总面积达150.61万公顷，近三年累计完成人工造林26686公顷。
株潭城市群区域规划、核心区空间开发与布局规划、核心区建设管治规划、生态绿心地区总体规划、核心区土地利用规划等相继实施，有助于提高国土利用效率，促进国土开发由粗放、非理性向集约、理性的模式转变。
国土资源环境利用中存在的主要问题
国土资源环境的开发利用，一方面有力地支撑了国民经济的快速发展和社会进步，另一方面也出现了一些必须高度重视和着力解决的突出问题。
首先是国土资源综合利用效益偏低，很长一段时期内，受经济结构与发展方式的制约，资源利用水平都偏低。经济增长粗放，片面追求经济利益，从而忽视了国土生态效益，由此造成现状国土空间结构不尽合理。城市建设空间和工矿建设空间单位面积的产出较低，国土空间利用效率不高。2010年，长株潭城市群每公顷土地实现地区生产总值2389万元，低于长三角城市群6790万元/公顷、珠三角城市群5837万元/公顷的产出水平。
其次，由于历史上缺乏对城市外围及整个区域空间开发时序的统筹安排，城市群内各中心城市为了获得更多发展空间，通过开发区建设等方式在其外围不断设置新的组团，与城市本身连成一片，建设用地空间持续扩张，局部城市用地空间布局较混乱，
此外，随着工业化、城市化的快速发展，经济社会发展与资源环境的矛盾日益突出，工业三废排放量逐年递增，由农用化肥、农药及城市生活垃圾等造成的土壤污染问题日益加剧，株洲清水塘、湘潭岳塘竹埠港、长沙七宝山等重点工矿区的重金属污染尤为严重。工业化带来的水污染问题形势严峻，已威胁到城镇居民饮水安全。
国土资源保障对策
首先要落实节约优先战略。严格保护耕地，加强地质勘查，并推进资源节约集约利用，提高市场化配置程度，完善国土资源宏观调控机制，大力推进防灾减灾体系建设，保护人民生命财产安全。
其次，需要以建设“两型社会”作为加快经济发展方式转变的目标和着力点，以新型工业化、农业现代化、新型城镇化、信息化为基本途径，以结构调整、自主创新、节能环保、民生改善和制度建设为着力点，加快经济转变由不合理不协调向协调发展转变，经济增长由外延扩张向内涵提升转变，资源利用由粗放向节约集约转变，城乡发展由二元结构向一体化发展。
第三是加强规划引导，合理拓展发展空间，优化三市总体布局。长株潭城市群正处于城市化快速发展阶段，传统的行政区划概念束缚了城市化快速发展，同时也不利于城市群的协调发展。要站在更高层次对长株潭城市群总体规划进行提升和凝练，从保护环境和生态建设的角度划定禁止开发建设的区域，合理拓展城市发展空间。
此外，还有必要调整产业结构，发展附加值高、资源利用率高的产业，将资源在三大产业中间进行合理分配，提高资源的利用率，使各产业产出值达到最大。强化资源保护，加强环境保护力度，改善资源环境承载力；并建立生态补偿机制，实行全过程、全方位污染控制政策。
（作者系高级工程师，湖南省国土资源规划院基础研究部副主任）
贵阳市花溪水库水资源承载力研究 篇12
作为贵阳市主要的饮用水水源地,花溪水库承担着向贵阳市花溪水厂和中槽水厂供水的任务,同时也是花溪水库流域范围内众多乡镇的重要水源地。随着流域内的用水量增加,以及流域内水环境的变化,分析研究该水库的水资源承载力是贵阳市水资源管理的重要课题。花溪水库发源于南明河花溪段上游,原名小鱼梁河水库,距花溪区中心区域3 km,距贵阳市中心区域20 km,上游为松柏山水库,库区植被属黔中山原湿润性常绿栎林、常绿针叶落叶混交林,原生植被已不存在,森林覆盖率16.16%。流域多年平均降雨量1 090 mm,水库多年平均来水量9.451×107 m3,年径流深537.0 mm。
花溪水库坝址以上流域面积为325 km2,河长38.3 km,河床平均比降4.53‰。流域内有松柏山中型水库,集水面积139 km2[1];另在花溪水库与松柏两库区间还有汪官、干塘和羊艾三座小型水库。
花溪水库正常蓄水位1 140.00 m,相应库容2.3×107m3;死水位1 119.8 m,死库容3×106 m3;防洪限制水位1 137.9 m,相应库容2×107 m3;水库设计洪水位1 143.32 m,相应库容2.7×107m3,校核洪水位为1 145 m,相应库容3.14×107m3;防洪库容为1.14×107m3。水库主要功能包括:(1)防洪,花溪水库与松柏山、阿哈三库联合调度,共同承担花溪城区和贵阳市中心区的防洪任务, 防洪标准百年一遇,保护沿岸面积58.6 km2,居民130万人;(2)供水,库内无直接取水点,库水经发电尾水汇入花溪河段(花溪水库大坝至下游中曹司取水口),其间设有花溪自来水厂、中曹自来水厂等取水点;(3)发电,坝后电站装机2×1 560 KW,年均发电量9.5×105 KW·h。
松柏山水库位于花溪水库上游约12 km处,坝址以上集水面积139 km2,水库校核洪水位为1 180 m,总库容为4.76×107 m3,正常蓄水位(设计洪水位)1 179 m,相应库容4.46×107 m3,有效库容为3.24×107 m3,防洪限制水位主汛期为1 176.00m(相应库容为3.7×107m3),后汛期为1 178 m(相应库容为4.2×107 m3),水库死水位1 162.4 m,死库容1.22×107m3。水库主要功能是为花溪区2 093 hm2农田提供灌溉用水;为城区南明河提供环境用水4×107 m3/a。
2 流域水资源现状
2.1 水资源量
流域内设有贵阳水文站,但该站资料受供水工程影响较大,资料的一致性和代表性较差,还原难度大,不适合作为参照站;流域周边的惠水水文站,资料代表性及一致性较好,选为本次水文比拟的参照站。分别采用降雨径流频率相应法和水文比拟法对来水量进行了计算,两种计算方法结果相差不超过5%,且同花溪水库的原设计成果及除险加固成果相比较未超过5%,确定最终水资源量分析成果见表1。
2.2 水环境质量
根据对花溪水库流域范围内城镇、工厂及居民、旅游景点的调查和数据采集,以GB3838-2002《地表水环境质量标准》为标准,采用单因子法对流域的主要支流及库区进行了综合评价[2](表2)。在总氮不参评的情况下,花溪水库-松柏山水库的主要支流及库区水质均较好,为Ⅰ类水或Ⅱ类水。
水库水质纵向变化总体趋好,部份监测断面水质受城镇排污影响,但尚未影响总体水质纵向变化趋势。从水库历年的水质监测资料分析,总的较为稳定,根据营养指标分析水库目前营养状态为中度营养。
2.3 水资源开发利用现状
统计分析花溪水库-松柏山水库区间的用水量情况,平水年该区间用水量1.772×107 m3,其中城镇用水总量6.641×105 m3,农村人畜用水总量8.138×105m3,农业灌溉用水总量1.575×107 m3,工业用水总量4.918×105 m3。
根据区间的来水量分析成果,可知区间水资源开发利用率为18.7%,若减去松柏山水库多年平均退水量5.783×107m3, 则区间水资源开发利用率为11.6%。
由上述分析可见该区域的水资源开发利用,主要是灌溉用水量较大,灌溉方式仍为非节水型,水资源的浪费仍然比较严重。
3 流域水资源安全分析
利用以上数据,通过分析流域的安全度来判断流域水资源安全性。
3.1 评价模型的确定
水资源承载力的计算方法大体可以分成两类:一是评价方法,综合评判水资源对某种发展规模的支撑程度;二是规划方法,直接寻找最优的发展方案[3]。本文采用评价方法,对流域水资源安全度的计算采用以下模型[4]:
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式中:Ε为水资源安全度的大小;
Εi是第i个指标的安全度;
Wi是第i个指标的权重;
m 是指标的数目。
其中指标安全度的计算模型采用对数函数:
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式中:Xi是对应于某指标安全度的指标值;
a, b分别为模拟值,依据不同的指标和指标值进行确定。
3.2 评价指标确定
根据花溪水库目前的水资源状况,本研究选择了5项指标来对水库的安全度进行评价。5项指标分别为人均水资源占有量、水资源利用率、工业废水排放达标率、城镇生活污水处理率和污径比(污染排放物与水资源量的比值)。选择这些指标,主要是考虑到流域内存在的水资源问题及潜在风险。
A:人均水资源占有量指标安全度的计算公式为:
y=-0.974+0.487lgx 式中x<100时,y取0
B:水资源利用率指标安全度的计算公式为:
y=0.336-0.664lgx 式中x<0.1时,y取1
C:工业废水排放达标率指标安全度的计算公式为:
y=1+1.91lgx
D:城镇生活污水处理率指标安全度的计算公式为:
y=1+1.43lgx
E:污径比指标安全度的计算公式为:
y=-0.43lgx (x最小值为0.0047)
评价指标的权重是根据各项指标对水资源安全的影响程度来确定的,其确定方法较多,本次主要根据流域的现状及发展情况,采用专家评估法确定,即通过多轮次调查专家对该问题的看法,经过反复征询、归纳、修改,汇总成专家基本一致的意见,作为指标权重,这种方法具有广泛代表性,较为可靠。A指标权重为0.4,B和D次之为0.2,C和E为0.1。
3.3 评价标准确定
对于计算得到的安全度结果采用表3来评价其安全性。
3.4 评价结论
根据以上评价指标及评价标准,得到流域的安全度综合值为0.69(表4)。从计算成果看,目前花溪水库的安全度评价结果为好,这同花溪水库目前的情况是基本相符合的。
4 水资源承载力分析
此处所讲的水资源承载力包括两个方面,一个是量的最大承载力,一个是质的最大纳污能力。
4.1 水库的最大承载量
水库的最大承载量主要是指其最大可供水量。本文从理论和实际两个方面分析了水库的最大可供水量。理论分析不考虑水库的现状调度方式,以水库的最大消落水深(即水库最低水位到死水位)来分析水库的可供水量。由于水库为城镇供水水库,其供水保证率为95%,因此,研究中重点分析了95%来水情况下的可供水量。
根据分析,在理论条件下,通过松柏山水库和花溪水库的联合调节,花溪水库提供的最大可供水量为7.631×107 m3(含生态用水1.523×107 m3)。实际在操作中,两个水库的调节方式不能达到最大消落水深,分析两个水库历年最低运行水位,在这种调度方式下,花溪水库最大可供水量为6.740×107 m3(含生态用水1.523×107 m3)。
4.2 水库的最大纳污能力
4.2.1 模型选择
根据水域纳污能力计算规程,并由于花溪水库的主要污染物是磷和氮,确定采用均匀混合模型、富营养化模型分别对水库的纳污能力进行计算[5,6]。
(1) 水库均匀混合模型计算公式如下:
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式中:M为纳污能力,t/a
Cs为目标水质浓度,mg/L
C0为现状水质浓度,mg/L
V为水库库容,1×103 m3,本次研究中取近10年来水库的最枯月平均水位相应库容。
(2) 富营养化模型
湖(库)中氮或磷水域纳污能力计算公式如下:
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式中:M为氮或磷的水域纳污能力,t/a;
Ls是单位湖(库)水面积氮或磷的水域纳污能力,mg/(m2·a);
A是湖(库)设计水文条件下的水面面积,m2;
Qa是湖(库)年出库水量,m3/a(本次计算采用95%来水情况下的调节计算成果作为依据);
Ps(Ns)是为湖(库)中磷(氮)的年平均控制质量浓度,以地表水Ⅱ类标准值作为控制值,mg/L;
h 是湖(库)平均水深,m,取水库近10年来最枯月平均水位条件下的水深;
Rp是氮、磷在湖(库)中的滞留系数,1/a;
V是水库库容,m3,本次研究中取近10年来水库的最枯月平均水位相应库容;
W出是年出湖(库)的氮、磷量,t/a;
W入是年入湖(库)的氮、磷量,t/a。
4.2.2 纳污能力计算成果
根据对水库流域的历年水质监测,水库的总氮含量已超过Ⅱ类水质的标准限值,水库已无纳污能力。按照水库富营养模型分析,花溪水库现状条件下对氮的最大纳污量为49.87 t/a,对磷的纳污量为7.17 t/a;按照均匀混合模型分析,水库对磷的最大纳污量为0.71 t/a。,对氮的最大纳污量为19.1 t/a。
注:表中Qa系根据现状条件下花溪水库区间来水与松柏山退水之和确定。
根据以上两种模型分别计算出的花溪水库纳污能力所表达的意义并不相同。均匀混合模型反映的是现状与控制水质目标之间的关系,从中反映的是在设计水文条件下的水库还可以承载的污染物量,是一个静态量;而富营养化模型反映的是在控制污染物浓度条件下,水库最大的承载能力,它与现状水质无关,是一个动态量。这两种模型都是在假定来水和出库水相同的条件下的水质模型。
根据相关参数的取值,结合2006年《贵阳市饮用水源地保护规划报告》[7],认为本次取用富营养化模型计算确定的总氮和总磷纳污能力是合理的。
5 水库调度运行分析
目前花溪水库与松柏山水库分属不同管理部门管理和调度。根据对两水库近10年来的水库运行情况资料分析,松柏山水库近10年的最枯水位为1 167.79 m,比死水位1 162.40 m高5.39 m;花溪水库近10年的最枯水位为1 124.32 m,比死水位1 119.80 m高3.52 m,同时两库出现最枯水位的时间也基本接近。从两库的水位高度情况分析,仍有一定的可操作空间。根据对两库从死水位起调的调节计算成果,遇特枯水年时,两库联合调度较现状的运行方式可以增加约8.9×106m3的可供水量。
从中看出,目前水库的联合调度尚有较大的提升空间。建立起两库的联合调度运行机制对提高下游水厂的供水能力至关重要。对松柏山水库的现状用水进行分析可知,一方面其灌溉用水量较大,按照黔中供水规划方案,其供水的区域将逐步由新建的小型水库所替代;另一方面其供水主要以贵阳市中心区域及花溪区为主,因此,发挥好松柏山水库的调节能力,对于贵阳市的供水极为重要。为保证两库的联合运行,发挥该流域的最大供水效益,建议在花溪水库成立专门的水库调度机构,由专业的人员组成,重点分析两库在不同水质情况下的调度方案,为充分利用好该流域的水资源提供科学依据。
6 水资源保护方案
目前花溪水库面临的最主要污染是面源污染及城镇污染问题。水库虽已划定了水源保护区,但由于保护区区域面积有限,部分水源补给区域仍处于保护区的外面,对区域水资源的保护难度较大。为此提出几点改善措施:(1)在主要水源补给区域的乡镇建立污水处理设施,并对面源污染采用生物治理措施。(2)在非水源保护区但属于水源补给区范围内禁止引进污染性企业,鼓励企业增加环保投入。(3)加强水环境监测工作,主要监测点布设在库尾(松柏山坝下)及主要支流入库口。(4)对上游松柏山水库进行保护区划,加强上游的水资源保护力度。(5)加强对水源保护区居民的宣传教育,提高居民水资源保护意识。(6)从完善相关机制入手,实行有效的水源保护管理措施。
参考文献
[1]代凯鸥,丁坚平,曹兴民.基于溪水库纳污能力的分析[J].黑龙江水利科技,2010(1):150-152.
[2]中国环保部.地表水环境质量标准(GB3838-2002)[S].
[3]姜浩.水资源承载力研究[J].现代商贸工业,2011,(14):261.
[4]曾畅云,李贵宝,傅桦.水环境安全及其指标体系研究一以北京市为例[J].南水北调与水利科技,2004(4):31-35.
[5]国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.水域纳污能力计算规程(GB/T25173-2010)[S].
[6]朱党生,王超,程晓冰.水资源保护规划理论及技术[M].北京:中国水利水电出版社,2000:116-130.