水資源承載力研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

水資源承載力研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

預(yù)計(jì)在30-40年的時(shí)間里，中國(guó)的人口將達(dá)到16億，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)將達(dá)到世界發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。對(duì)水資源的需求和壓力肯定會(huì)增加。人口壓力、資源短缺和環(huán)境惡化,資源、環(huán)境、人口、發(fā)展之間的矛盾日益尖銳。如何將人類(lèi)活動(dòng)控制在資源、環(huán)境和生態(tài)的承受范圍內(nèi),處理好開(kāi)發(fā)與保護(hù)、人口與資源以及可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系,已成為科學(xué)界研究的熱點(diǎn)之一。承載力的概念隨之被人們接受并運(yùn)用到有關(guān)方面,水資源承載力的研究也應(yīng)運(yùn)而生。1相關(guān)理論與水資源承擔(dān)能力理論1.1水資源在生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的地位和作用,應(yīng)首先提出兩種“承載力”一詞原為物理力學(xué)中的一個(gè)物理量,指物體在不產(chǎn)生任何破壞時(shí)的極限負(fù)荷。后被生態(tài)學(xué)借用,用以衡量特定區(qū)域在某一環(huán)境條件下可維持某一物種個(gè)體的最大數(shù)量。在對(duì)資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題的研究中,“承載力”概念得到延伸發(fā)展并廣泛用于說(shuō)明環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)承受發(fā)展和特定活動(dòng)能力的限度。承載力概念的演化與發(fā)展是對(duì)發(fā)展中出現(xiàn)問(wèn)題的反應(yīng)與變化的結(jié)果。在不同的發(fā)展階段,產(chǎn)生了不同的承載力概念和相應(yīng)的承載力理論。如針對(duì)土地資源短缺問(wèn)題,人們提出了土地資源承載力的概念和理論,針對(duì)環(huán)境問(wèn)題,提出了環(huán)境承載力的概念和理論?！八Y源承載力”是隨水問(wèn)題的日益突出由我國(guó)學(xué)者在80年代末提出的。水資源承載力是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)持續(xù)發(fā)展過(guò)程中各種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)制約人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的“瓶頸”因素,它對(duì)一個(gè)國(guó)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。鑒于水資源承載力研究的現(xiàn)實(shí)與長(zhǎng)遠(yuǎn)意義,對(duì)它的理解和界定,要遵循下列事實(shí):(1)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。(2)要把它作為生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的一員,綜合考慮水資源對(duì)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。(3)要識(shí)別水資源與其它資源不同的特點(diǎn),它既是生命、環(huán)境系統(tǒng)不可缺少的要素,又是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),既是可再生、流動(dòng)的、不可濃縮的資源,又是可耗竭、可污染、利害并存和不確定性的資源。(4)水資源承載能力受自然因素影響外,還受許多社會(huì)因素影響和制約,如受社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、國(guó)家方針政策(包括水政策)、管理水平和社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展機(jī)制等影響。據(jù)上述認(rèn)識(shí),可這樣定義水資源承載力:在一定區(qū)域內(nèi),在一定生活水平和一定生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下,天然水資源的可供水量能夠支持人口、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的能力或限度。1.2水資源承載力的時(shí)間內(nèi)涵在不同的生態(tài)環(huán)境中,水資源系統(tǒng)對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展支撐能力有一個(gè)“閾值”,這個(gè)“閾值”的大小取決于該地區(qū)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)兩個(gè)方面。在不同時(shí)間、不同區(qū)間、不同生態(tài)、不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況下,“閾值”的取值是不同的。因此,水資源承載能力具有以下特性:(1)時(shí)變性。水資源承載力隨著時(shí)間而變化,同時(shí)又不斷地受到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)愈來(lái)愈強(qiáng)的作用。這種特性,要求人們的經(jīng)濟(jì)行為既要適應(yīng)時(shí)間的變化,同時(shí)又要發(fā)揮主觀能動(dòng)性,對(duì)水資源承載力進(jìn)行調(diào)控。因此,水資源承載力具有特定的時(shí)間內(nèi)涵。(2)空間變異性。在不同區(qū)域,相同水資源量的承載力是有差異的。我們知道,生態(tài)環(huán)境是由各個(gè)自然要素組合成的統(tǒng)一體。水資源是其中的重要組成成分之一。而且在對(duì)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)過(guò)程中,水資源是一種靈敏度較高的因素,水資源可利用量的多少可直接反映該生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。所以,當(dāng)生態(tài)環(huán)境較弱時(shí),水資源的承載力相對(duì)較小,反之則較高。水資源承載力的空間變異性,要求人們?cè)谝欢〞r(shí)期內(nèi),人類(lèi)活動(dòng)應(yīng)根據(jù)空間差異進(jìn)行合理布局,協(xié)調(diào)好區(qū)域之間的發(fā)展,從整體上最大限度地合理利用水資源。(3)可控性。區(qū)域水資源承載力的大小,一方面受制于生態(tài)環(huán)境中的物質(zhì)與結(jié)構(gòu),另一方面,受控于人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的發(fā)展。三者的相互關(guān)系如下:這種關(guān)系需要人類(lèi)有目的地對(duì)生態(tài)環(huán)境加以改造,使得水資源承載力的質(zhì)和量朝著有利于人類(lèi)的目標(biāo)發(fā)生變化。1.3水資源及水環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)地區(qū)水資源承載能力的目的,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(duì)策,促進(jìn)全社會(huì)的持續(xù)發(fā)展。然而,水資源對(duì)地區(qū)發(fā)展的支撐條件,并不僅僅體現(xiàn)在可供水量的多少,更需要從水資源對(duì)人類(lèi)社會(huì)所產(chǎn)生的利害關(guān)系全面考慮,綜合評(píng)價(jià)。據(jù)此,一個(gè)地區(qū)的水資源承載能力,基本上是由水資源量的承載力、水資源質(zhì)和水環(huán)境承載力和地區(qū)水害防御能力三個(gè)部分所組成。三者之間的關(guān)系既有相互影響的一面,也有相互獨(dú)立的一面;三者的各自作用和內(nèi)容不盡相同,且具有各自特有的現(xiàn)時(shí)能力和閾值,但支持持續(xù)發(fā)展的目的是一致的。(1)水資源量的承載力是指水資源可供地區(qū)人口、生態(tài)環(huán)境、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)其它用水的能力。它是維持地區(qū)社會(huì)生產(chǎn)與發(fā)展的“生命之源”,是衡量地區(qū)水資源承載力的主要成分和主導(dǎo)方面,其現(xiàn)時(shí)能力與未來(lái)能力的閾值,可通過(guò)地區(qū)的供需平衡來(lái)確定。地區(qū)水資源現(xiàn)時(shí)承載力是指地區(qū)現(xiàn)時(shí)發(fā)展的情況下,水資源對(duì)現(xiàn)時(shí)人口、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的供應(yīng)能力,預(yù)示著水資源對(duì)地區(qū)發(fā)展的貢獻(xiàn)、存在的問(wèn)題和支持發(fā)展的潛力?，F(xiàn)時(shí)承載力可用地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用率、人均占有水量和人均利用水量表示。水資源最大承載力或極限因地區(qū)水的豐缺程度而有不同含義:對(duì)水資源緊缺和貧乏地區(qū),是指在合理分配人口、環(huán)境和生產(chǎn)用水的條件下,水資源可供水量(包括當(dāng)?shù)睾陀蛲饪赡苷{(diào)引的可用水源)的增長(zhǎng)率為零時(shí)的總可供水量:對(duì)水資源豐富地區(qū),是指在合理滿足各種用水的條件下,人口發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)均達(dá)到零增長(zhǎng)時(shí)的可供水量。(2)水環(huán)境承載能力是指一定水域、一定時(shí)期內(nèi),為了維持水域生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康環(huán)境,實(shí)施設(shè)定的水質(zhì)和環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的支持能力。一般,水環(huán)境的承載力也有最大、最小之分。水環(huán)境最小的承載力是指在維持水體自?xún)裟芰Φ臈l件下,保證水環(huán)境質(zhì)量最低要求時(shí)對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的限制。最大承載力是指在保持一定生態(tài)環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)的條件下,采用無(wú)污染環(huán)境的各種措施,達(dá)到人類(lèi)活動(dòng)與水環(huán)境和諧狀態(tài)時(shí)所具有的支持能力。水環(huán)境最大最小承載力之間存在一個(gè)非常重要的環(huán)境容量承載力。它的含義是指在一定的水質(zhì)或環(huán)境目標(biāo)下,某水域能夠允許承納某類(lèi)污染物的最大數(shù)量,稱(chēng)為該污染物在這一水域的環(huán)境容量;這個(gè)環(huán)境容量對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的支持能力,即為環(huán)境容量的承載力。它對(duì)開(kāi)發(fā)利用水環(huán)境、防治水污染、管理水環(huán)境、保護(hù)水資源均起著重要的作用。(3)區(qū)域水害的防御能力是指對(duì)水的危害一面進(jìn)行防御,從而支持地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的能力,就是根據(jù)地區(qū)自然、社會(huì)條件,依設(shè)立的防災(zāi)目標(biāo),采用工程和非工程措施相結(jié)合的防御體系,所能保護(hù)和支持地區(qū)社會(huì)發(fā)展的能力。因?yàn)樗牟淮_定性和投入防御措施的經(jīng)濟(jì)性,人們只求與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的、能夠使災(zāi)害損失降到最小的防御標(biāo)準(zhǔn)。2關(guān)于展規(guī)模及代際持續(xù)發(fā)展的研究方法水資源承載力分析關(guān)系到地區(qū)環(huán)境、人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模及代際持續(xù)發(fā)展的前景,涉及面廣、內(nèi)容復(fù)雜,目前國(guó)內(nèi)外的研究均處于初始階段,尚無(wú)統(tǒng)一和成熟的方法,設(shè)想解決問(wèn)題的方法可有以下幾類(lèi):2.1社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展采用水資源供需平衡法進(jìn)行水資源承載力評(píng)估與預(yù)測(cè)與水資源的合理配置有密切關(guān)系,它首先以維護(hù)生態(tài)平衡和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量以及可持續(xù)發(fā)展為前提,將水資源在生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間進(jìn)行平衡分析和配置,然后以對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可供給水量為約束條件,通過(guò)多目標(biāo)分析模型確定社會(huì)發(fā)展模式(經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等)、供水組成(節(jié)水、污水回流、開(kāi)發(fā)當(dāng)?shù)厮?、外流域調(diào)水等)及供水分配狀況,最后在上述水資源供需平衡及水資源合理配置的基礎(chǔ)上計(jì)算水資源承載力的大小(絕對(duì)指標(biāo)),包括人口發(fā)展規(guī)模和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模。2.2承載能力和壓力該方法通過(guò)水資源系統(tǒng)支持力和水資源系統(tǒng)壓力來(lái)共同反映水資源承載狀況。水資源系統(tǒng)支持力代表了承載媒體的客觀承載能力大小,其分值越大,表示水資源現(xiàn)實(shí)承載力越高;水資源系統(tǒng)壓力代表了被承載對(duì)象的壓力大小,其分值越大,表示系統(tǒng)所受壓力越大,水資源承載力越低;通過(guò)兩值相比得到水資源承載力指數(shù)(相對(duì)指標(biāo))并進(jìn)行分級(jí),可指示水資源承載狀況。2.3動(dòng)態(tài)模擬與數(shù)學(xué)經(jīng)濟(jì)分析相結(jié)合動(dòng)態(tài)模擬遞推法主要是通過(guò)水的動(dòng)態(tài)供需平衡計(jì)算來(lái)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(shí)質(zhì)是模擬法,將動(dòng)態(tài)模擬和數(shù)學(xué)經(jīng)濟(jì)分析相結(jié)合,利用計(jì)算機(jī)模擬程序,仿造地區(qū)水資源供需真實(shí)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行模擬預(yù)測(cè),根據(jù)逐年運(yùn)行的實(shí)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(shí)系統(tǒng)盡可能一致。當(dāng)水資源供應(yīng)能力達(dá)到零增長(zhǎng)(對(duì)水資源緊缺地區(qū))或地區(qū)人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)均達(dá)到零增長(zhǎng)(對(duì)水資源豐裕地區(qū))時(shí),水資源承載力按定義已達(dá)最大。2.4o軟件的應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SD)模型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,并配有專(zhuān)門(mén)的DYNAMO軟件,給模型的仿真、政策模擬帶來(lái)很大方便,可以較好地把握系統(tǒng)的各種反饋關(guān)系,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(shí)變特征的承載力研究。用SD模型計(jì)算的水資源承載力不是簡(jiǎn)單地給出區(qū)域所能養(yǎng)活人口的上限,而是通過(guò)各種決策在模型上模擬,清晰地反映人口、資源、環(huán)境和發(fā)展之間的關(guān)系,可操作性較強(qiáng)。3承載力研究的理論基礎(chǔ)和方法體系水資源承載力研究在我國(guó)目前還處于初期階段,還沒(méi)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,筆者在前文中已就該問(wèn)題進(jìn)行了一個(gè)較粗淺的論述。為使水資源承載力研究進(jìn)一步深入,取得更精確和實(shí)用的成果,近期主要研究方向應(yīng)包括以下方面:3.1交叉學(xué)科研究領(lǐng)域水資源承載力研究涵蓋了從理論到實(shí)證,從“水-生態(tài)-社會(huì)經(jīng)濟(jì)”復(fù)合系統(tǒng)下的二元模式水文循環(huán)和水量平衡等宏觀領(lǐng)域到水環(huán)境容量、植被耗水機(jī)理等微觀領(lǐng)域;從水文水資源科學(xué)到社會(huì)經(jīng)濟(jì)科學(xué)、規(guī)劃科學(xué)等不同層次、不同學(xué)科的研究范圍,并以多目標(biāo)決策分析方法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法、遙感與地理信息系統(tǒng)方法等作為技術(shù)手段,屬于典型的交叉學(xué)科研究領(lǐng)域。因此,迫切需要加強(qiáng)學(xué)科交叉融合的研究。3.2水資源管理的功能目前制約水資源承載力研究的一個(gè)重要因素就是數(shù)據(jù)的獲取與分析處理。GIS在支持與水文和水環(huán)境有關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的獲取、管理、分析、模擬和顯示,以解決復(fù)雜的水資源、水環(huán)境規(guī)劃和管理問(wèn)題方面顯示了其強(qiáng)大的功能。水資源承載力研究必須突破陳舊的數(shù)據(jù)獲取與分析手段,充分利用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù),將地面水文觀測(cè)與空中遙感信息相結(jié)合,利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和模擬,并將現(xiàn)有水資源承載力數(shù)學(xué)模型方法與GIS集成,這是水資源承載力研究取得突破性進(jìn)展的一個(gè)關(guān)鍵所在。3.3水資源承載力的宏觀影響地域分異和空間配置歷來(lái)是地理學(xué)最重要的優(yōu)勢(shì)研究領(lǐng)域。現(xiàn)有的水資源承載力研究著重研究了水資源可承載人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展總量規(guī)模和結(jié)構(gòu),這只是表征水資源承載力大小的一個(gè)面上的宏觀指標(biāo),事實(shí)上水土資源