水資源承載能力

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我國不少學者對水資源承載能力的概念及計算方法進行深入探討。關於水資源承載能力的定義，從不同研究角度有不同的定義，這裏僅列舉幾個代表性的定義：

（1）水資源承載能力是指某一地區的水資源，在一定社會歷史和科學技術發展階段，在不破壞社會和生態系統時，最大可承載（容納）的農業、工業、城市規模和人口的能力，是一個隨着社會、經濟、科學技術發展而變化的綜合目標。（施雅鳳等，1992）

（2）在某一歷史發展階段的技術、經濟和社會發展水平條件下，水資源對該地區社會經濟發展的最大支撐能力。（劉燕華，1999）

（3）某一歷史發展階段，以可預見的技術、經濟和社會發展水平為依據，以可持續發展為原則，以維護生態良性循環發展為條件，在水資源得到合理開發利用下，該地區人口增長與經濟發展的最大容量。（李令躍，2000）

（4）一個流域、一個地區、一個國家，在不同階段的社會經濟和技術條件下，在水資源合理開發利用的前提下，當地水資源能夠維繫和支撐的人口、經濟和環境規模總量（何希吾，2000）。

（5）一定的區域內，在一定的生活水平和生態環境質量下，天然水資源的可供水量能夠支持人口、環境與經濟協調發展的能力或限度。（馮尚友，2000）

（6）水資源承載能力，指的是在一定流域或區域內，其自身的水資源能夠持續支撐經濟社會發展規模，並維繫良好的生態系統的能力（汪恕誠，2001）。

（7）在一定的水資源開發利用階段，滿足生態需水的可利用水量能夠維繫有限發展目標的最大的社會-經濟規模。（夏軍，2002）

關於水資源承載能力的定義還可以列舉很多。儘管在表述上各有不同，但其表現的基本觀點和思路並無本質差異，都強調了“水資源支撐能力”的含義。

從水資源承載能力的含義來分析，至少具有如下幾點內涵：

（1）在“水資源承載能力”概念中，主體是水資源，客體是人類及生存的社會經濟系統和環境系統，或更廣泛的生物羣體及其生存需求。“水資源承載能力”就是要滿足客體對主體的需求及壓力，也就是水資源對社會經濟發展的支撐規模；

（2）“水資源承載能力”具有空間屬性。它是針對某一區域來説的，因為不同區域的水資源量、水資源可利用量、需水量以及社會發展水平、經濟結構與條件、生態環境問題等方面可能不同，水資源承載能力也可能不同。

（3）“水資源承載能力”具有時間屬性。在眾多定義中均強調“在某一階段”，這是因為在不同時段內，社會發展水平、科技水平、水資源利用率、污水處理率、用水定額以及人均對水資源的需求量等均有可能不同。因此，在計算水資源承載能力時要指明計算時段。

（4）“水資源承載能力”對社會經濟發展的支撐標準應該是以“可承載”為準則。在“水資源承載能力”概念和計算中，必須要回答：水資源對社會經濟發展支撐到什麼標準時才算是最大限度的支撐。也只有在定義了這個標準後，才能進一步計算水資源承載能力。

（5）必須承認水資源系統與社會經濟系統、生態環境系統之間是相互依賴、相互影響的複雜關係。不能孤立地計算水資源系統對某一方面的支撐作用，而是要把水資源系統與社會經濟系統、生態環境系統聯合起來進行研究，在水資源-社會經濟-生態環境複合大系統中，尋求滿足水資源可承載條件的最大發展規模，才是水資源承載能力。

根據以上分析，本文作者把“水資源承載能力”簡單定義為：“一定區域、一定時段，維繫生態系統良性循環，水資源系統支撐社會經濟發展的最大規模”。可以概括為圖1的概念圖。

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水資源優化配置模型，實際上就是針對水資源配置問題，應用系統優化技術建立的優化模型。僅從建立的模型來看，它只是一個優化模型。從建立的優化模型來分類，可以把水資源優化配置分為多目標優化模型和單目標優化模型。

但是，從模型反映的水資源配置思路可能會有很大差異。從傳統水資源優化配置來説，儘管還沒有提到可持續發展的觀念，但它同樣用到水資源優化配置模型。這時建立的水資源優化配置模型可能是低級的、考慮因素不全，不能全面反映綜合效益最大的目標。雖然如此，它建立的配置模型也是水資源優化配置模型。

隨着水資源承載能力概念的提出，如果在水資源優化配置模型中加入“水資源承載能力條件”約束方程，這時建立的水資源優化配置模型就是滿足“水資源承載能力”條件的水資源優化配置模型。比沒有考慮“水資源承載能力”條件的傳統水資源優化配置模型在觀念上更先進一步。

由於“可承載”條件僅僅是可持續發展準則的一個方面，滿足“可承載”條件還不能保證滿足可持續發展所有準則。因此，如果在水資源優化配置中體現可持續發展準則，就要建立滿足“可持續發展”條件的水資源優化配置模型。比僅考慮“水資源承載能力”條件的優化配置模型在觀念上又先進一步。

從以上分析可以看出：（1）水資源優化配置模型僅僅是針對水資源配置問題建立的優化模型，它會因反映問題的不同、所持觀念的不同、考慮因素的不同，建立不同類型、不同層次的優化模型；（2）水資源優化配置模型可能是一個簡單的一般優化模型，既不滿足“水資源承載能力條件”，也不滿足“可持續發展”準則；也可能是滿足“水資源承載能力條件”而建立的“基於水資源承載能力的水資源優化配置模型”；也可能是滿足“可持續發展準則”而建立的“面向可持續發展的水資源優化配置模型”。

因此，根據反映的水資源配置問題可以把水資源優化配置模型分為：“不承載條件下”、“承載條件下”和“面向可持續發展”三個層次。在現實水資源研究中，這幾種配置模型都有可能會遇到。比如，對於許多城市現狀水資源利用已經超越水資源承載能力的範圍（如鄭州市），針對現狀水平年建立的水資源優化配置模型只能是“基於不承載條件的水資源優化配置模型”。當然，對於某一規劃水平年，由於條件的改善，要強迫滿足水資源承載能力的要求，這時建立的水資源優化配置模型是“基於承載條件的水資源優化配置模型”。如果把水資源可持續利用納入水資源研究中，這時建立的水資源優化配置模型是“面向可持續發展的水資源優化配置模型”。

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從以上關於水資源承載能力的內涵分析可以引申出影響水資源承載能力大小的主要因素，大致可以分為三大類：

第一類：水資源系統本身特性

水資源系統是水資源承載能力的主體，水資源系統的可利用水資源量大小是其承載能力的內因。也就是説，水資源承載能力大小首先是由水資源系統所能提供的水資源量決定的。在城市區，一般本地水資源滿足不了用水的需求，需要考慮流域（或更大區域）一定的水資源條件。

第二類：人類活動能力及意識形態

人類是水資源承載能力的客體，在很大程度上影響着水資源承載能力。（1）水資源利用率。這是決定單位水資源量能夠養活多少人口或帶來多大經濟效益的重要指標，是水資源承載能力計算的關鍵指標。（2）科技進步通過提高水資源利用率、重複利用率、污水處理率等提高水資源承載能力。科學技術能促進經濟增長，提高資源利用效率，降低污染處理成本，改善人類生存環境。隨着科技的進步，原來不能治理的污染可以治理了，原來需要花費很大代價才能治理的污染需要花費較小的代價。這些變化都有可能促進水資源承載能力的提高。（3）本區域發展戰略。它反映一個國家或地區的發展規劃或發展模式，對水資源的分配和利用有重要影響，從而影響到水資源承載能力。（4）管理體制和法制。它反映了人們用水、治水、保護水資源的基本思路。有些管理體制或法制對水資源的利用和保護有積極作用，有些甚至有消極作用。這在很大程度上影響着水資源承載能力。

第三類：定義“是否可承載”的目標差異

這是關係到水資源承載能力計算的一個關鍵問題，也就是，要人為確定“達到什麼樣的標準時的最大承受能力才是水資源的承載能力”。前文在定義“水資源承載能力”概念時，是以“維繫生態系統良性循環”為判斷目標。另外，也可以制定一些判斷目標，計算得到人為干預下的水資源承載能力。肯定會因為確定的目標差異而導致計算結果的不一致。

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基本思路：緊扣水資源承載能力概念，以“水資源系統、社會經濟系統、生態系統相互制約（模擬）模型”為基礎模型，以“維繫生態系統良性循環”為控制約束，以“支撐最大社會經濟規模”為優化目標，建立最優化模型。通過最優化模型求解（或控制目標反推）得到的“最大社會經濟規模”就是水資源承載能力。我們稱此方法為“基於模擬和優化的控制目標反推模型”方法（A Simulation- andOptimization- Based Control Object Inversion Model），簡稱COIM模型方法。

水資源承載能力計算框架簡單表述如圖2，表達了水資源承載能力量化研究“COIM模型方法”的基本思路。

COIM模型方法是把城市最大社會經濟規模（即，這裏代表水資源承載能力）作為目標函數，把水資源循環轉化關係方程、污染物循環轉化關係方程、社會經濟系統內部相互制約方程、水資源承載程度指標約束方程以及生態與環境控制目標約束方程聯合作為約束條件，建立起一個優化模型。通過該優化模型的求解，得到的目標函數值就是水資源承載能力。

在COIM模型中，水資源系統、社會經濟系統、生態系統本身的複雜性和相互制約關係得到了體現，並且水資源承載能力概念所要求的“生態系統良性循環”也被作為一個約束條件包括在模型中。水資源承載能力的計算結果既可以採用優化模型求解來得到，也可以採用控制目標反推得到。