水環(huán)境承載力研究評述

崔 寧 梁冬梅 蘇 偉

（1.吉林農業(yè)大學資源與環(huán)境學院 吉林 長春 130118；

（2.吉林省環(huán)境科學研究院 吉林 長春 130012）

隨著社會經濟的快速發(fā)展，水環(huán)境問題日益嚴峻，使人類活動與生態(tài)環(huán)境之間難以協調，并已阻礙了社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。因此，對于水環(huán)境承載力的研究具有迫切性和重要意義。本文綜述了水環(huán)境承載力概念和研究現狀，分析了研究的不足和亟需解決的問題。

1 水環(huán)境承載力概念

1.1 概念

對于水環(huán)境承載力概念學術界尚未達成共識，定義主要有兩種：一種是指水環(huán)境對污染物的容納能量，即水環(huán)境容量，可視為狹義概念；另一種為廣義的定義，指某一時期，某種環(huán)境狀態(tài)下、某一水域環(huán)境對人類社會、經濟活動支持能力的閾值[1]。對水環(huán)境承載力研究多數學者以廣義的定義為主，其中水利部汪恕誠部長[2]提出：水環(huán)境承載能力指在一定的水域，其水體能夠被繼續(xù)使用并仍保持良好生態(tài)系統時，所能夠容納污水及污染物的最大能力；賈振幫[3]給出的含義是：在一定的自然環(huán)境條件和特定的社會經濟發(fā)展模式下，區(qū)域水環(huán)境(包括水資源和水污染)對社會經濟發(fā)展的支持能力。

這些概念都是以生命系統為核心，以保障水環(huán)境功能正常為前提，從不同角度提出了水環(huán)境承載力的涵義。水環(huán)境承載力研究實際是從可持續(xù)發(fā)展的角度，尋求人類活動與自然生態(tài)環(huán)境之間相互聯系、相互影響、相互制約的關系，并找出適合社會經濟發(fā)展、保障水環(huán)境功能正常發(fā)揮的最佳模式或發(fā)展策略。本文通過上述觀點，對水環(huán)境承載力概念定義為：在某一水域（包括自然環(huán)境條件和社會經濟發(fā)展模式），其水環(huán)境系統功能在持續(xù)正常發(fā)揮的前提下，所能夠容納污染物的最大限量及對人類社會、經濟活動可持續(xù)發(fā)展的最大支撐能力。

1.2 水環(huán)境承載力與水資源承載力概念辨析

許多學者將水資源承載力與水環(huán)境承載力等同，其實兩種概念是從不同的研究角度提出的，主要體現在水環(huán)境系統功能作用的不同方面。學術界對水資源承載力概念尚未達成共識，主要存在兩種觀點：一種認為水資源包括水質、水量和水資源分布情況三個方面，是從水資源的角度來定義水資源承載力對社會經濟活動和生態(tài)環(huán)境的貢獻；另一種則是從經濟社會系統的角度出發(fā)，用經濟社會規(guī)模作為指標定義的水資源最大支撐能力。

水資源承載力研究主要是基于水資源的優(yōu)化配置和評價理論，具有水利或自然資源學科的背景[4]，通過水體能夠給經濟社會提供多少水量及水資源的開發(fā)利用程度來研究對經濟社會的最大支撐能力，而水環(huán)境承載力的研究內容包括水環(huán)境納污能力（即水環(huán)境容量）、水資源供給能力、和經濟結構方式如何調整等內容，水環(huán)境承載力和水資源承載力應為相互聯系的兩個部分。

2 水環(huán)境承載力量化方法

國內外對水環(huán)境承載力的研究雖取得了一定成果，但并沒有統一、成熟的方法體系。目前，水環(huán)境承載力主要的研究方法包括指標體系評價法、多目標模型最優(yōu)化法和系統動力學法等。

2.1 指標體系評價法

(1)向量模法：將水環(huán)境承載力視為一個由n個指標構成的向量，假設在區(qū)域社會經濟發(fā)展規(guī)劃中，有m個提高水環(huán)境承載力的策略，則在一定時期內相應有m個水環(huán)境承載力，設此m個水環(huán)境承載力為 Ej(j=1，2，3，…，m)；再設每個水環(huán)境承載力由n個具體指標確定的分量組成，每個指標的權重ωi(i=l，2，……n)，第j個水環(huán)境承載力的大小可以用歸一化后矢量的模和權重值來表示。即

向量模法簡單易行，廣泛應用于早期研究；但由于忽視了水環(huán)境承載力概念的模糊性和向量所具有的方向性，而且一般采用均權數法確定指標權重，忽略了指標相對大小對承載力的貢獻，進而影響了評價結果的可靠性[5]。

(2)模糊綜合評價法：是將水環(huán)境承載力視為一個模糊綜合評價過程，其模型為設給定兩個有限論域U和V，其中U代表評價因素集合；V代表評語集合，則模糊綜合評價為下面的模糊變換：B=A·R，其中A為模糊權向量，B為V上的模糊子集；R為由各評價因素U對評語V的隸屬度構成的模糊關系矩陣。通過運算可得出評價對象從整體上對各評語等級的隸屬度。再對上面的隸屬度向量B的元素取大或取小，就可確定評價對象的最終評語。

該方法提高了評價的準確性和可操作性，但運用取小取大運算法則使得信息利用率較低，在權重賦值和隸屬函數確定中受人為主觀因素影響較大[6]。

(3)主成份分析法：在力保數據信息丟失最小的原則下，對高維變量系統進行最佳綜合與簡化，以少數綜合變量取代原始多維變量，同時客觀地確定各綜合變量的權重，避免了主觀隨意性。

主成分分析法的優(yōu)點在于客觀性強，易于分析，簡化了評價過程，但在評價參數分級標準的制定和對主成分、控制點的選取方面存在一定的困難[7]。

2.2 多目標最優(yōu)化法

該方法采用分解——協調的系統分析思路，將研究區(qū)劃分成若干個子系統，各子系統模型之間通過多目標核心模型的協調關聯變量相連接，并事先確定需要達到的優(yōu)化目標和約束條件，結合模型模擬和對決策變量在不同水平年上的預測結果，就可解出同時滿足多個目標、整體最優(yōu)的發(fā)展方案，其所對應的人口或社會經濟發(fā)展規(guī)模即為研究區(qū)的水環(huán)境承載力[8]。

該方法具有對承載對象詳細界定、定量表征承載力約束條件的優(yōu)點，但其優(yōu)化目標選定和模型求解存在一定難度。

2.3 系統動力學法

主要通過一階微分方程組來反映系統各個模塊變量之間的因果反饋關系，在實用中對不同發(fā)展方案采用系統動力學模型進行模擬，并對決策變量進行預測，然后將這些決策變量視為環(huán)境承載力的指標體系，再運用前述的指數評價方法進行比較，從而得到最佳的發(fā)展方案及相應的承載能力。

系統動力學方法具有分析速度快、模型構造簡單、可以使用非線性方程等優(yōu)點，但用該方法對長期發(fā)展情況進行模擬時，由于參變量不好掌握，易導致不合理的結論，因而大多應用于中短期發(fā)展情況模擬[9]。

2.4 人工神經網絡法

人工神經網絡法是目前國際上的前沿交叉學科，它通過構建人工神經網絡并使其“學習”、“掌握”不同時段的社會、經濟、資源、環(huán)境系統發(fā)展歷程的運行參數，逐漸成為系統結構和功能的映射集成。在應用中只須根據實際問題確定網絡結構，通過典型樣本數據的學習，獲得有關該問題知識的網絡權值，從而進行環(huán)境承載力的評價分析。

人工神經網絡模型結構簡單、建模方便、評價結果直觀，可利用非線性數據處理能力對水環(huán)境承載力進行量化，但其學習的精度取決于構造的網絡結構和大量的訓練樣本，因此誤差較大。

3 結語與展望

水環(huán)境承載力的多種研究方法各有利弊，其中指標體系評價法依賴人為的評價，結果受人為因素影響較大。目前，系統動力學法和人工神經網絡法使用較多，但兩種方法都處于探索階段。研究水環(huán)境承載力需要綜合考慮區(qū)域系統的復雜性和多因素等特點，應根據研究問題的具體狀況選擇一種或多種可操作、實用的研究方法，客觀、準確的定量研究結果，綜合分析評價水環(huán)境承載能力。

鑒于目前水環(huán)境承載力研究中存在的不足，今后應加強以下幾個方面：①加強水環(huán)境承載力概念的探討，完善其內涵，明確研究對象、目的和范圍；②形成統一、實用的評價方法，使研究結果之間具有可比性和延續(xù)性；③加強學科交叉融合的研究，更加明確表達水環(huán)境系統與其外部各因素關系；④拓展研究及應用領域，目前對于水環(huán)境承載力的研究成果已應用到水環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境影響評價等領域，它對不同地域的水資源時空配置、地理信息等方面的研究也有一定的指導意義。陜西水利

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