水资源承载力简述与研究方法.doc
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1、水资源承载力简述及研究方法一、水资源承载能力国内外研究进展1.1国外研究进展水资源承载力国内外研究进展国际上,关于水资源承载力的单项研究成果相对较少,一般将其纳入资源承载力、区域规划以及可连续发展理论的研究之中,并且偏重水资源管理的经济手段与政策措施研究。进入新世纪以来,水资源问题进一步引起了国际社会的高度重视,对水资源安全以及与其相关的各种冲突给予了深刻的分析和前所未有的关注。URS 公司(1998)受到美国陆军工程兵团以及佛罗里达州社会事务局的委托,研究了弗罗达Keys 流域的承载力水平,在本次研究中,URS公司认为承载力的定义是:以不导致人工资源和自然的破坏为前提,该地区可以承载的最大发
2、展能力。不对采用了一个由社会经济、财政、基础设施、水等分析要素与图形用户界面组成的承载力分析模型,并用此模型对Keys 流域的社会经济和生态系统进行了整体的模拟和评价,最终拟定了各分析要素承受各类人类活动影响的能力。 英国科学家斯莱瑟专家(1998)提出了一种可连续发展的全新的定量分析方法提高承载力的策略模型(ECCO 模型),斯莱瑟专家将资源、环境、人口和发展之间联系起来综合考虑,运用了系统动力学,研究了在不同发展阶段,人口数量与承载力之间的内在联系。 Gleick(1999)等学者则认为现代社会的一系列危机都是由于对水资源不合理运用导致的,例如越来越多的物种濒临或已经灭绝、土地沙漠化等。G
3、leick希望能找到一种新的方法,可以长期、合理的配置水资源。为此他提出了可连续发展的七个标准。 Harris(1999)等学者对水资源研究的侧重点放到了农业方面,将农业用水的承载力作为区域发展能力的发展指标之一。他认为对数增长是当代农业增长的模式,且该模式受到可运用的水资源量的影响,关系着农业能否可连续发展。 Rijiberman(2023)对城市水资源结构和管理进行了研究,认为评估城市水资源系统是否可连续发展大体分为四个方法:生态、资源承载力、社会、经济。该研究选取了承载力这种评价方式来衡量城市水资源的可连续能力,并得出结论认为要建立保障水资源承载力的基础设施。2023年3月,在荷兰海牙(
4、Hague)召开“第二届世界水论坛及部长级会议”,提出了21世纪人类水安全面临的7大挑战。OlliVaris(2023)等将水资源的开发运用作为核心,对长江地区进行了分析,其中涉及快速发展的工业化、人口的增长带来的粮食需求的增长、生态环境恶化等因素对水资源导致的影响,对该地区不同发展时期的水资源承载力进行了比较。Ma.W-F,Zhao.X-H(2023)等建立了以反复运用为基础的多目的的水资源优化配置的模糊线性规划模型,该模型的决策变量是种植面积,目的是最大限度地扩大作物产量和农民收入,依据水优化配置提供科学的决策,缓解农业水灌溉危机。2023年,南非以及津巴布韦学者T.Sawunyama,A
5、.Senzanje等运用遥感与GIS技术对非洲东南部林波波河流域小水库的调蓄能力进行了评估,指出小水库作为水资源系统的一部分应当在水资源的规划与管理中得到充足运用。Mckeon 等(2023)研究了气候变化对澳大利亚北部牧场的承载能力的影响。Bernhard(2023)运用物质流分析方法对智利的电脑废弃物进行了评价,以促进电脑废弃物的处置和再运用从而减少浪费,促进自然环境和社会环境的协调发展。21世纪后国外学者在后来对水资源承载力的研究中,渐渐将其归入了资源和可连续发展的研究中去。(以上内容引自汪洋学位论文冀中南地区水资源承载力评价研究)1.2国内研究进展从研究的时间过程上分析,在我国,关于水
6、资源承载力的研究始于20世纪80年代后期,大体经历了三个阶段。第一阶段(20世纪80年代后期1995年),水资源研究理论的延伸与水资源承载力概念的形成阶段。这一阶段水资源承载力的概念、理论与计算方法等都还处在萌芽状态,研究案例也相对较少。以施雅风等1采用常规趋势法对新疆乌鲁木齐河流域的水资源承载力的研究为代表,明确提出了水资源承载力的概念与评价模型。第二阶段(1996年2023年),水资源承载力的开拓性与探索性研究阶段。这期间不仅政府加大了对水资源战略问题研究的支持力度,并且国内学者在水资源承载力的理论基础、指标体系、评价模型(方法)等方面也做了大量的研究工作,为我国水资源承载力全面、系统的研
7、究奠定了良好的基础,这一阶段也涌现了许多经典的研究案例2。第三阶段(2023年至今),水资源承载力的专题性与系统性研究阶段。这一阶段水资源承载力的定义与内涵得到了进一步的明确与界定,理论基础也得到了进一步的拓展与深化。汪恕诚3曾多次对水权、水市场、水资源的优化配置与可连续运用进行论述,对加强我国水资源问题的相关研究起到了推动作用。2023 年,朱一中档4指出可连续发展理论、水生态社会经济复合系统理论、二元模式下的水文循环机制和过程是水资源承载力研究的理论基础。此外,也有学者对水资源承载力的概念、内涵、评价模型、技术手段等进行了跟踪性研究。例如,龙腾锐等5指出区域开发和水资源管理政策不应将人口增
8、长和经济总量增长作为目的,而应将水生态系统功能的完整发挥和这些功能所导致的效用在人口上的分派作为重点考虑内容;夏军等6通过度析城市化对“社会经济水资源生态与环境”复合系统的影响,对城市化地区水资源承载力的理论研究基础进行了探讨。这一阶段水资源承载力评价指标体系得到了专题性的研究7,评价模型(方法)也得到进一步的丰富与完善。(以上内容引自2023年朱运海期刊文献区域水资源承载力评价国内外研究综述)从研究领域和内容的不同来分析,水资源承载能力的研究涉及众多区域、流域、城市。横向上有不同行政区域、流域及具体城市水资源承载能力的研究。纵向上有对水资源承载能力的现状研究,也有对未来水资源承载能力的预测。
9、(1)流域研究流域研究水资源承载能力的流域研究重要集中在北方干早与半干早区,是基于黄河流域、黑河流域等干旱区内陆河流域展开的。1993年,许有鹏以新疆和田河流域为例,探讨了我国西北干早区水资源承载能力综合评价的方法,并将模糊综合评判方法应用于该研究,建立了分析评价模型,并应用该模型对和田河流域水资源承载能力进行了评价研究;1999年,徐中民根据水资源承载能力分析的结构特点,在传统多目的分析决策技术的基础上,结合黑河流域的具体情况,建立黑河流域水资源承载能力情景分析的模型;2023年,秦莉云等,2023年,王顺久等,2023年,郦建强等分别采用模糊综合评判方法、投影寻踪方法和多目的决策抱负区间模
10、型对淮河流域水资源承载能力进行了评价分析;2023年,苏志勇等以黑河中游为例,将水资源承载能力的研究纳入了生态经济系统进行综合集成研究,从价值量的角度对流域生态系统和经济系统进行了初步的耦合研究;2023年,刘强等提出了水资源承载对象的划分,在对每一承载对象承载能力计算的基础上,采用综合指数法计算特定条件下的总承载能力,采用多分量水资源承载能力指数法对水资源承载能力对汉江中下游进行了综合评价;2023年,戴薇等从水资源承载能力的基本概念出发,根据水资源承载能力的内涵和特性,用简朴明确的模型来定义和估算了太湖流域水资源承载能力。(2)区域研究地区方面的研究以西北干早区研究较多,新疆是我国率先提出
11、水资源承载能力概念的地区。新疆水资源软科学课题组最早开展了新疆的水资源承载能力和开发战略对策研究,由此开创了区域水资源承载能力研究的先河。1994年,蔡安乐对新疆水资源适度承载能力研究,重要从用水结构方面探讨水资源供需平衡的关系,得出了农业是社会各行业中用水比例最大的产业;1998年,阮本清等在可连续发展理论指导下,以系统工程方法为依据,建立了区域水资源适度承载能力分析计算模型,研究水资源对区域经济的支持作用,回答水资源支持下的区域经济合理发展规模及在一定生活条件下的合理人口载量,并以黄河下游沿黄地区为例进行了实例计算。19962023年,中国水利水电科学研究院等单位承担的国家“九五”重点科技
12、攻关计划“西北地区水资源合理配置与承载能力研究”项目对水资源承载能力进行了量化分析,基本上实现了定性与定量结合的研究,提出了干旱区水资源承载能力计算方法及重点区不同发展阶段的水资源承载能力在该项目的支撑和影响下,很多专家开展了西北及相关地区的水资源承载能力的研究;1998年,贾嵘等从水资源、环境、人口、发展之间的关系入手,分析探讨了水资源承载能力的内涵及研究思绪,建立了区域水资源承载能力研究的模型体系,研究了关中地区的水资源承载能力;2023年,李丽娟等,建立了以盼望人口为核心的水资源承载能力指标体系,运用系统动力学仿真模型对柴达木盆地水资源承载能力及承载人口进行了预测和分析;2023年,惠泱
13、河等运用系统动力学仿真模型,根据陕西关中未来水资源的变化趋势,研究了不同方案下关中水资源承载能力;2023年,王煜等通过度析西北地区的水资源量、可运用量、人类生存发展对水资源的需求,提出了西北地区人口承载数量,由此对西北地区的水资源承载能力进行了评价;2023年,程国栋在分析总结我国已有水资源承载能力研究成果的基础上,在生态经济系统的背景下,提出了新的水资源承载能力概念,分析了水资源承载能力的特性和研究方法,并提出了西北水资源承载能力的研究框架;2023年,王浩等针对生态环境脆弱的内陆干旱区特点,在水资源生产能力分析的基础上,提出了基于二元的水资源承载能力的指标体系、计算流程和边界条件,定量地
14、给出了该区域重点地区的一定生活水平下的承载人口;秦大庸等对基准年和规划年宁南山区的人口、粮食需求进行了分析预测,提出了本地的农业发展模式和相应的农业生产能力,计算了基于不同生活水平下的承载人口及合理的搬迁人口规模;贾绍凤等界定了水资源可运用量和径流口径生态需水的概念,对西北地区的径流口径生态需水和水资源可运用量进行估算,建立了水资源承载能力优化计算模型,估算西北地区的水资源承载能力,并建议用水资源承载能力图谱表达水资源承载能力;2023年,周维博采用模糊综合评判方法,对河西走廊灌溉农业发展的水资源承载能力进行了分析,建立了评价模型;王薇等在对共和盆地水资源环境系统构成分析的基础上,采用系统动力
15、学方法建立了共和盆地水资源承载能力模型,对该地区的水资源承载能力进行了定量研究;王学全等应用模糊综合评判方法对青海省水资源承载能力进行了分析评价,并在评价因素选取、权重分派方面对水生态环境、生态用水因素给予重点考虑。同时,对山西、河北等地区的水资源承载能力研究也很多,2023年,王在高等阐述了岩溶地区水资源承载能力的特点,构建出岩溶地区水资源承载能力的指标体系,把LOGISTIC曲线应用于岩溶地区水资源承载能力的研究;2023年,郦建强等采用大样本数据,建立了一种新的数学模型遗传投影寻踪插值模型(GPPIM),并对山西省水资源承载能力进行了综合评价;孙才志等在灰色系统理论理论基础上,提出了一种
16、基于最大熵原理水资源承载能力评价模型,并将其应用到山西省黄河流域水资源承载能力评价中;2023年,龙丽民等采用相对资源承载系数对河北省农业资源与水资源承载状况进行了分析,并分别探讨了机制及其发展对策。(3)城市研究城市水资源承载能力的研究和流域、地区有很大的差别,城市中农业用水相对比例较前两者少,而工业用水是城市重要用水方式。由于城市用水广泛,其研究内容也趋于多元化。城市水资源承载能力的研究重要集中于以下三方面:水资源承载能力在城市规划和布局的应用、水资源承载能力时间序列动态变化研究和水资源承载能力的影响因素及驱动力的研究。很多专家把水资源承载能力城市规划和布局的依据,1994年,牟海省等提出
17、了城市设立与区域水资源承载能力相协调的原则,指出水资源承载能力限制下我国城市体系的宏观布局是城市水资源的重要研究方向之一,并为城市水资源研究指明了几个方向,水资源承载能力限制下我国城市体系的宏观布局和不同地区、不同类型城市设立水资源的标准是其中的两个关键研究方向。1995年,魏斌等对重工业城市本溪市的水资源承载能力进行了专项研究,他运用指数评价模型和模型,对城市工业用水变化情况和城市水资源系统发展趋势进行了分析预测。2023年,姜文超等探讨了水资源承载能力理论在城市规划中应用的必要性及其对城市规划的影响,提出城市规划应将水资源承载能力作为其指导思想之一,从水资源承载能力量化指标体系和水资源承载
18、能力的多(单)目的模型优化两个方面展望了水资源承载能力理论在城市规划中的应用。水资源承载能力实质上是一个长期的、动态的现象,这就需要沿着时间序列进行研究,采用的方法重要是系统动力学方法,2023年,吴九红等以动态序列研究为主,运用系统动力学模型,分析了影响郑州市水资源承载能力的各层次要素间的反馈关系。2023年,范英英等在水资源合理配置的前提下,以北京市社会经济环境系统为研究对象,建立北京市水资源系统动力学模型,通过动态仿真模拟,预测北京市项水资源政策对水资源承载能力的长期影响。同年,韩俊丽等运用系统动力学模型对包头市城市水资源承载能力进行了模拟和预测,指出包头市在未来经济社会和人口、城市发展
19、规划中,要充足考虑水资源承载能力因素,力争做到经济社会发展的速度和规模在水资源承载能力范围之内,达成地区水资源开发运用与经济社会、环境协调发展的良性状态。对城市水资源承载能力的影响因素和驱动力的研究也是城市水资源承载能力研究的热点之一,2023年,王媛等根据水资源承载能力的理论,应用多目的规划模型定量地研究了天津地区水资源所能承载的经济规模,重要通过对提高水资源承载能力的各个方案的分析,考察天津的水资源承载能力在现有条件下对于各种方案的响应限度,从而为分阶段提出对策提供依据。2023年,陈洋波等采用驱动力压力状态影响响应模型,提出了一个广义的水资源承载能力综合评价指标体系,根据深圳市水资源情势
20、及社会经济发展状况,给出了深圳市水资源承载能力综合评价的9个评价指标,并采用模糊综合评判方法对深圳市2023年水资源承载能力现状评价。2023年,孟凡德等采用主成因分析法分析了北京市自上个世纪80年代以来水资源承载能力变化的总体趋势和驱动因子,结果表白:人口和GDP是影响北京市水资源承载能力变化的重要驱动因素,并采用回归分析法建立的线性回归分析模型预测北京市的水资源承载能力。二、水资源承载能力概念与内涵2.1水资源承载能力的概念“承载力”一词源于生态学,原用以衡量特定区域在某一环境条件下可维持某一物种个体的最大数量8。在对资源短缺和环境污染问题的研究中,“承载力”概念得到延伸发展并广泛用于说明
21、环境或生态系统承受发展和特定活动能力的限度9。20世纪60年代以后,随着人口、资源和环境问题日趋严重,承载力的概念有了进一步发展,并应用到社会经济生态复合系统中。20世纪80年代,联合国教科文组织(UNESCO)提出了资源承载力的概念: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,运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,该国或地区能连续供养的人口数量10。资源承载力涉及很多方面,其在实践中的最初应用领域是草地畜牧业。在北美、南美以及亚洲草原地区,由于草地开垦、过度放牧等因素,土地开始退化,为有效管理草原和取得最大经济效益,一些学者将承载力
22、理论引入到草原管理中,他们认为自然生态系统的承载力应当以载畜量来衡量,并且提出了草地承载力、最大载畜量等概念11。在资源承载力中研究较早并且研究较充足的是土地承载力,其因素重要是随着全球人口不断增长,一些地区出现了环境恶化和资源短缺,最终导致了粮食危机,面临饥饿威胁,土地粮食生产引起了各国政府的高度重视,于是生物学家和生态学家将承载力的概念发展并应用到人类生态学中,以研究现有土地到底可以承载多少人口12。水资源承载力是承载力概念在水资源领域的应用,是继土地承载力后在资源承载力方面研究最多的内容。水资源承载力迄今为止仍是一个外延模糊、内涵混沌的概念,其内涵的界定仍存在一定的分歧和局限性。国际上,
23、关于水资源承载力单项研究成果较少,一般将其纳入资源承载力、区域规划及可连续发展理论中,偏重于水资源管理的经济手段与政策措施研究。我国对于水资源承载力的研究始于二十世纪80年代,许多学者根据各自的结识提出了对水资源承载力的不同见解。现将具有代表性的概念解释总结如下:水资源承载能力的定义一方面是1985年新疆水资源软科学课题研究组提出的,他们认为水资源承载能力是水资源可开发运用量,在满足维护生态环境用水规定后,所能支撑的工农业最大产值和人口数量13。施雅风1等解释“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
24、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的。”许有鹏14认为“水资源承载力是指在一定的技术经济水平和社会生产条件下,水资源可最大供应工农业生产、人民生活和生态环境保护等用水的能力,也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,并不断地被人们运用,造福于人类。同时不会导致恶化。”冯尚友9解释水资源承载力为“在一定区域内、在一定物质生活水平下,水资源所可以连续供应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。在随后的研究中,学者对水资源承载能力的界定考虑到了水资源的时空特性,阮本青15解释水资源承载力为“在未来不同
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