区域水资源承载力研究进展与趋势

　　 摘要：对水资源承载力发展、内涵和概念、水资源承载力评价评价方法等方面的最新研究成果进行了全面分析和总结，并展望了水资源承载力研究发展趋势。

　　关键词：水资源承载力；区域；进展

　　中图分类号：TV213 文献标识码：A

　　水资源承载力是承载力概念,是随着水问题的日益突出由我国学者在20 世纪80 年代末提出来的,在吸收了国外承载力研究成果的基础上,水资源承载力的研究在我国得到了独立的发展,取得了较为丰富的成果。本文拟对近年来有关水资源承载力的主要研究进展进行分析和评述，以期有助于推动我国水资源承载力研究的进一步发展。

　　1 水资源承载力的发展

　　承载力（carrying capacity）原为力学中的一个指标，是指物体在不产生任何破坏时的最大荷载。在生态学研究中，其特定含义是指在一定环境条件下某种生物个体可存活的最大数量。1921 年英国人帕克和伯吉斯首次将其用于研究人口问题，并指出在某一地区特定的环境条件下（主要是指生存空间、营养物质、自然资源等因子的配合）人口数量存在的最高极限，它可以通过该地区的食物资源来确定。

　　随着资源短缺与人类社会发展的矛盾不断加剧，承载力概念有了进一步发展，并应用于社会-经济-自然复合系统中。其中，资源承载力就是承载力概念与理论在资源科学领域的具体应用。20 世纪80 年代初，联合国教科文组织（UNESCO）提出了“资源承载力”（resource carrying capacity）的概念，即“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。”尽管资源系统包括自然资源、经济资源和社会资源3 个子系统，但目前有关资源承载力的研究主要集中在自然资源领域，其中又以土地资源承载力的研究历史最长。从20 世纪80 年代开始，许多学者围绕着土地承载力的各方面进行了研究，其中耕地、粮食、人口承载力研究始终是主流。80 年代后期考虑到土地承载力研究的局限性和片面性，在联合国教科文组织的资助下，开始了包括自然资源、能源以及智力、技术等在内的资源承载力的研究。图1 给出了承载力概念不断发展的过程。

图1 承载力概念发展过程

　　2 水资源承载力研究成果

　　在对水资源承载力研究的过程中，国内外许多学者都对其理论体系的建立进行了有益的探索，具有代表性的观点综述如下：

　　对于区域水资源承载力（Regional Water Carrying Capacity）的理论研究，国际上单项研究的成果较少，大多将其纳入可持续发展理论中，如Joardo 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；Rijibermanj 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；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。澳大利亚的Millington 等人应用多目标决策方法，以土地资源、水资源、大气、气候等条件为约束，计算澳大利亚的土地承载力。他们根据研究结果提出了几种社会发展策略并分析了相应的发展前景。研究结果表明，如果澳大利亚发展劳动密集型农业，充分利用一切可以利用的土地资源，人口的动物蛋白摄入量处于低水平，并且生活条件处于低水平的情况下，澳大利亚土地可以养活2 亿人。但是若让每个人都生活在高于目前中等以上水平，能供养的人口将不超过1 200 万人。

　　在国内这方面研究起步较晚。20 世纪70 年代初，水资源定义被提出后，为了更具体和量化，同时随水问题的日益突出，加强了对水资源管理的研究。

　　1992 年施雅风等报导了采用常规趋势法对新疆乌鲁木齐河流域的水资源承载力进行的研究，次年许有鹏等报导了采用模糊分析方法对新疆和田河流域的水资源承载力进行的研究，1995～2000 年间水资源承载力研究达到空前鼎盛阶段，多个“九五”攻关项目和自然科学基金课题都涉及到这一领域，如王建华等采用系统动力学方法对乌鲁木齐市、徐中民等采用情景基础的多目标分析方法对黑河流域、贾嵘等、蒋晓辉等采用多目标模型及修改的契比雪夫算法对陕西关中地区。

　　2001 年以来，汪恕诚多次对水资源承载力和水环境承载力进行论述，引起了新的研讨热潮，还将水资源承载力视为水资源安全的一种度量方式。我国台湾地区的一些学者也对水资源（环境）承载力进行了研究，如陈春生等采用生态系统方法，对台北市都市区水资源的承载能力进行了研究，指出水资源承载力的量化必须采用动态的方法，建宏等立足于水污染控制系统最优化规划方法，也分别开展了水环境承载力的研究。

　　总体上看，我国大陆地区的水资源承载力研究一般偏重于应用和量化方法的研究，而对概念的系统探讨较少。

　　3 水资源承载力定义

　　关于水资源承载力的定义，不少学者都提出了自己的观点，这些定义都在一定程度上反映了水资源承载力的内涵，但未得到共识。其中较有代表性的定义有：

　　1985 年新疆水资源软科学课题研究组提出的水资源承载能力是水资源可开发利用量，在满足维护生态环境用水要求后，所能支撑的工农业最大产值和人口数量。

　　施雅风等认为“水资源承载能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（容纳）的农业、工业、城市规模和人口的能力，是一个随着社会、经济、科学技术发展而变化的综合目标”。

　　冯尚友对水资源承载力的定义是，在一定区域内、在一定物质生活水平下，水资源所能够持续供给当代人和后代人需要的规模和能力。

　　以上这几个水资源承载力的定义忽略了水资源的合理配置因素。

　　惠映河对水资源承载力的定义是：某一地区的水资源在某一具体历史发展阶段下，以可以预见的技术、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。

　　国家“九五”科技攻关“西北地区水资源合理配置与承载能力研究”项目大纲则定义水资源承载能力为“在某一具体的历史发展阶段下，以可以预见的技术、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条件，经过合理的优化配置，水资源对该地区社会经济发展的最大支撑能力。”

　　综上所述，我们对水资源承载力的定义为：某一地区的水资源在一定的技术经济水平和社会生产条件下，以维护生态环境和水环境良性发展为前提，通过对水资源合理优化配置，对该地区社会可持续发展（包括工业、农业、社会、人民生活和生态环境等）的最大支撑能力。该定义不但兼顾了水资源承载力的社会、经济、技术和生态环境的4 个因素，还考虑了水资源的优化配置和水环境承载能力等方面的因素。

　　4 水资源承载力的内涵

　　经过几十年的发展，己涉及到许多资源领域。基于对以上概念的理解，可以看出关于水资源承载力的有关内涵。

　　（1）时空内涵：水资源承载力具有明显的时序上和区域上的涵义。不同的空间尺度，相同水资源量的承载力是不同的，如在青藏高寒区和东南暖湿区相同数量水的承载力是完全不同的；另外水资源承载力在时间上是一个将来的概念，具有特定的时间内涵，随着时间的变化，影响水资源承载力的因素会发生变化，进而水资源承载力发生变化。

　　（2）社会经济内涵：区域水资源承载力的社会经济内涵主要体现在人类开发水资源的经济技术能力、社会各行业的用水水平、社会对水资源的优化配置以及社会的用水结构等方面，因此，可以依靠调整产业结构和发展经济技术水平等社会手段来提高水资源承载力。

　　（3）持续内涵：区域水资源承载力表示区域水资源持续供给社会体系的能力，因此对水资源的开发利用应是持续利用。例如现今我国北方许多地区的地下水开发已超过其承载能力，这种开发就是非持续的。另外持续的内涵还表现在就是水资源承载力的增强是持续的。需水量零增长的概念提出后，更加证明了这一思想，即随着经济的发展，由于水资源的约束而必然会导致需水量出现零增长甚至负增长，但是水资源承载力的增长是持续的，只是这时增长的形式不以资源量增加的方式表现出来，而出现技术进步型承载力增长。

　　5 水资源承载力的研究方法

　　目前关于水资源承载力的研究主要有背景分析法、常规趋势法、模糊评价方法、主成分分析法、系统动力学方法、多目标决策分析法。

　　（1）背景分析法，就是在一定历史时段内自然的和社会的背景相似的研究区域的实际情况作对比，推算对比区域可能的承载能力。例如对河西走廊石羊河流域与以色列相比较，两个区域天然降水资源量、面积、气候条件几乎相当，而以色列支撑的社会经济规模和水平比较高，从而推算出石羊河流域水资源还应有较大的承载潜力。这种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时背景，割裂了资源、社会、环境之间的相互作用关系，对水资源承载力这一复杂的自然社会经济系统来说显得过于单薄。

　　（2）常规趋势方法。是以可开采水量为基本依据，在满足维持生态环境的起码要求以及合理分配国民经济各部门的用水比例的前提下，适当考虑建设节水型农业和节水型社会，并在此基础上计算水资源所承载的工、农业及人口量。这种方法计算方便，直观简单，对某些承载因子的潜力估算的研究方法有借鉴意义。

　　（3）模糊综合评判方法。若仅从需水量和供水量简单地供需平衡计算还不足以全面反映水资源的承载能力，必需对那些影响水资源供需主要因素作全面分析，从不同角度和不同方面加以考虑。而模糊综合评价可以提供一种有效途径，它是在对影响水资源承载能力的各个因素进行单因素评价的基础上，通过综合评判矩阵对其承载能力做出多因素综合评价。克服了（1）、（2）两种方法中因子间“相互独立”的局限性，从而可以较全面地分析出干旱区水资源承载能力的状况。但是模糊综合评判是一种对主观产生的“离散”过程进行综合的处理，其方法本身也存在缺陷。取大取小的运算法则会遗失部分的有用信息，模型的信息利用率低。因此如将模糊综合评判运用于区域水资源承载力评价，也存在一定的局限性。

　　（4）主成分分析法，克服了模糊综合评判的缺陷，其在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；即经过线性变换和舍弃一小部分信息，以少数的综合变量取代原始采用的多维变量。其本质目的是对高维变量系统进行最佳综合与简化，同时也客观地确定各个指标的权重，避免主观随意性。但该方法也存在一定的信息丢失现象。另外，它仅适于某地区某一年的水资源承载力空间差异研究，而不适于研究不同年份水资源承载力的变化情况。

　　（5）系统动力学方法（System Dynamic，简称SD），是一种以反馈控制理论为基础，以计算机仿真技术为手段的研究复杂社会经济系统的定量方法。由美国麻省理工学院J. WForrester 于20 世纪50 年代中期创立。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，并配有专门的DYNAMO 软件，它给模型仿真、政策模拟带来很大方便，可以较好地把握系统的各种反馈关系，适合于具有高阶次、非线性、多重反馈、机理复杂和时变特征的系统问题，成为研究大系统运动规律的理想方法。其本质是用一阶微分方程组描述系统各状态变量的变化率对各状态变量或特定输入等的依存关系。根据实际系统的情况和研究的需要，可将变化率的描述分解为若干流率的描述。但用该方法对长期发展情况进行模拟时，由于参变量不好掌握，易导致不合理的结论，因而系统动力学方法大多应用于中短期发展情况模拟。

　　（6）多目标决策法，是选取能够反映水资源承载力的社会、经济、人口、生态环境等若干目标，而影响这些目标的主要因素是相关的，且目标之间又相互依存、相互制约。按照社会可持续发展的原则，不追求单个目标的优化，只追求整体的最优。用系统分析和动态分析方法研究不同水平年、不同策略方案下水资源所能承载的生态、经济、人口规模。对于多目标规划问题的求解，具有代表性的是采用切比雪夫（Tchebycheff）求算法。总的来说，多目标决策分析模型及其求解方法的研究为水资源规划决策提供了新的思想和手段。利用多目标决策模型，可以将水资源系统（自然系统）与区域宏观经济系统（社会系统）作为一个综合体来考虑。在这个综合体中全面研究水资源开发利用与区域社会、经济、环境发展目标间的动态联系，供水需水间的动态联系，以及投资与效益间的动态联系等。同样，该方法也存在一定的不足。多目标决策中各影响因子权重的确定是整个评价过程中的关键，但是一些权重的确定方法（如古林法、Delphi 法、ABP 法等）多是主观判断方法，其结果客观性也较差。

　　6 结语

　　尽管当前对于水资源承载力的计算方法很多，但均存在不同程度的不足，由于水资源系统自身的复杂性、随机性和模糊性以及影响水资源承载力因素的多方面性、多层次性等，因此对水资源承载力的准确评价还有待进一步的研究。因此，必须全面系统性地分析水资源承载力研究的起源、过程和成果以及相关理论的，从而建立水资源承载力的理论体系，建立客观、有效、实用的评价体系。

　　参考文献：

　　［1］施雅风，曲耀光.乌鲁木齐河流域水资源承载力及其合理利用［M］.北京：科学出版社，1992.

　　［2］许有鹏.干旱地区水资源承载能力综合评价［J］.自然资源学报，1993,8（3）：229-237.

　　［3］贡力，刘俊民.应用模糊综合评价分析方法对区域水资源承载力评价研究［J］.甘肃水利水电技术，2007，3（1）：35-37.

　　［4］徐中民.情景基础的水资源承载力多日标分析理论及应用［J］.冰川冻土，1999，21（2）：99-106.

　　作者简介：周刚（1974-），男，宁夏中宁人，工程师，主要从事水利水电工程建设管理。