水資源承載力的研究方法分析

摘 要：文章在闡述水資源承載力研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，對水資源承載力的基本概念進(jìn)行了說明，并從社會(huì)經(jīng)濟(jì)、水資源利用、生態(tài)環(huán)境這一符合型系統(tǒng)出發(fā)，分析了在水資源承載力的計(jì)算中節(jié)水措施發(fā)揮的重要作用，對幾個(gè)創(chuàng)新性、高效率的水資源承載力計(jì)算方式進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：水資源承載力；基本內(nèi)涵；研究措施

1 水資源承載力的基本內(nèi)涵

水資源承載力是承載力在水資源領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，從物理學(xué)角度來看，承載力是指物體在不受到外界破壞的基礎(chǔ)上，所能夠承受的最大壓力。隨著人口數(shù)量的增加、資源環(huán)境問題的嚴(yán)重，承載力這一概念逐漸受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。但是國外針對水資源承載力的研究有限，通常情況下，都是將研究局限在水資源的可持續(xù)發(fā)展中，而國內(nèi)關(guān)于水資源承載力的研究主要集中在對其基本內(nèi)涵、評價(jià)指標(biāo)中。

就目前來看，水資源承載力這一概念并沒有得到統(tǒng)一，國內(nèi)的學(xué)者面對這一問題，也都是仁者見仁智者見智。但是從整體上來看，可以將水資源承載力的基本概念簡單的分為三大類，第一：將水資源承載力定義為水資源能夠承受的最大支撐力；第二，將水資源承載力定義為水資源補(bǔ)給的最大規(guī)模；第三，將水資源承載力定義為水資源可開發(fā)的最大容量；這三種觀點(diǎn)各有利弊。它們雖然從三個(gè)不同的角度的處罰，但是從內(nèi)部聯(lián)系來看還是有一定聯(lián)系的，“最大支撐力”更加適合評價(jià)水資源目前或者在不久的將來社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模的支撐程度和承受能力，而不能精確的反應(yīng)出可承受的最大范圍；而“最大規(guī)?！蹦軌驖M足這一要求；“最大開發(fā)容量”能夠間接反應(yīng)出最大的發(fā)展規(guī)模。

水資源承載力分析必須要建立在可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)水資源的科學(xué)利用和高效循環(huán)，為生態(tài)環(huán)境留有充足的水資源，維持大自然的生機(jī)和活力，剩下的一部分才用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

綜上所述，水資源承載力就是在一定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)條件下，在滿足社會(huì)生態(tài)發(fā)展基本需要的前提下，使水資源系統(tǒng)保持合理規(guī)模，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2 水資源承載力的研究措施

國內(nèi)外學(xué)者在對水資源承載力進(jìn)行了長時(shí)間的分析研究后，開始形成全新的研究思路，并形成了全新的研究成果。促使水資源承載力的研究方措施開始發(fā)生大幅度轉(zhuǎn)變，由之前單一的、靜態(tài)分析模式轉(zhuǎn)變成了多樣的、動(dòng)態(tài)分析模式。就目前來看，流行于界內(nèi)的研究措施還是有很多種，極具代表性的研究措施在此進(jìn)行重點(diǎn)闡述，主要包括多目標(biāo)分析法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法和綜合評價(jià)法、常規(guī)趨勢法等。

第一，多目標(biāo)分析法。它在實(shí)際應(yīng)用中，需要確定周圍的人口信息、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況和生態(tài)環(huán)境信息，只有明確了這些基本信息，才能分別列出這些指標(biāo)的具體要求，才能在堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，不過分強(qiáng)調(diào)單個(gè)目標(biāo)的最大化，而是追求整個(gè)效益的最大化。多目標(biāo)分析法是一種典型的規(guī)劃方法，它和綜合評價(jià)法的不同表現(xiàn)在：評價(jià)模型第一步要求設(shè)計(jì)科學(xué)的方案，才能進(jìn)一步對承載力進(jìn)行綜合評判，需要建立多目標(biāo)模型，才能計(jì)算出最精確的答案，而多目標(biāo)分析法主要是利用降維手段，把計(jì)算中遇到的問題和困難按照一定轉(zhuǎn)化方式變成單目標(biāo)規(guī)劃，利用優(yōu)化算法求解，在此項(xiàng)計(jì)算過程中，如何確立目標(biāo)函數(shù)、如何精確選擇降維算法都是計(jì)算中的重點(diǎn)和重點(diǎn)。而具體的計(jì)算模型如下：

第二，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。這是1956年，由麻省理工學(xué)院設(shè)計(jì)的一種計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，適用于研究復(fù)雜系統(tǒng)，將定性和定量分析融入在內(nèi)，形成了系統(tǒng)性、綜合性分析。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建立在動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上，將水資源承載力模型經(jīng)過微分方程進(jìn)行科學(xué)模擬，完成對當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境的非線性的預(yù)測，將社會(huì)經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境作為一個(gè)整體，對承載力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)具有明顯的系統(tǒng)性，并且操作快速有效；但是其應(yīng)用方式較為復(fù)雜，對數(shù)據(jù)精確度要求更嚴(yán)格。具體模型如下：

首先，對系統(tǒng)中組成部分的因果關(guān)系進(jìn)行科學(xué)分析。也就是說系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分在運(yùn)行過程中，存在著密切的、復(fù)雜的因果關(guān)系，這種因果關(guān)系在很大程度上影響著系統(tǒng)運(yùn)行、發(fā)展規(guī)律。

其次，需要繪制出精確可靠的系統(tǒng)流程圖；在繪制過程中，將系統(tǒng)當(dāng)做信息反饋工具，對內(nèi)部所有組成部分以及因果關(guān)系的管理控制，用專門的圖案或符號進(jìn)行描述，通過這種方式得到的流程圖被業(yè)界稱為系統(tǒng)流圖。

最后，需要成立系統(tǒng)方程式，在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中，對水準(zhǔn)變量的變化情況進(jìn)行了明確的描述，一般形式為：Lk=Lj+（IRjk-ORjk）×DT，其中Lk，Lj是kj時(shí)刻的水準(zhǔn)，IRjk，ORjk是kj時(shí)刻中間時(shí)段的流入和流出速度，DT為k、j中間的時(shí)段。

第三，綜合評價(jià)法。這種方法需要建立適當(dāng)?shù)脑u價(jià)指標(biāo)體系，并在該體系的指導(dǎo)和約束下對水資源承載力進(jìn)行科學(xué)的綜合評價(jià)，從而獲得一個(gè)相對全面、精確的水資源承載力判斷結(jié)果。

其評判過程通常情況下有選擇評價(jià)指標(biāo)、確定指標(biāo)權(quán)重、選擇評價(jià)方法之分。在現(xiàn)代社會(huì)中，綜合評價(jià)法有很多類型，都有著不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，其適用范圍也不同，這些綜合評價(jià)方式已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到水資源承載力的研究分析中，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，這些方法都過分依賴正確的評價(jià)指標(biāo)，只有確保評價(jià)指標(biāo)的真實(shí)性，才能更加準(zhǔn)確、真實(shí)地檢測出水資源承載力的大小，如今，評價(jià)指標(biāo)的確立很多情況下，都是根據(jù)專家的主觀經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識來確定的，尚未形成統(tǒng)一的、明確的規(guī)定，對這方面的研究還有待深入，在此我們將模糊綜合評判模型作為典型措施，闡述此方法在對水資源承載力進(jìn)行綜合評價(jià)時(shí)應(yīng)用方式。

假設(shè)兩個(gè)不同的有限論域U={u1，u2，…，un}和V={v1，v2，…，vn}，其中U代表評價(jià)指標(biāo)的集合，而V代表評語的集合，模糊綜合評判為以下模糊變換，B=A*R，其中A代表模糊權(quán)向量，就是各評價(jià)指標(biāo)的相對重要性，B作為V的模糊子集，代表評價(jià)對象對特定評語的總隸屬度，其中R代表U對V的隸屬度。第i行、第j列元素則代表被評價(jià)對象從指標(biāo)角度看對等級模糊子集的隸屬度，而*屬于一種合成運(yùn)算，代表著{×，+}，{^，ⅴ}。

第四，常規(guī)趨勢法，它是基于統(tǒng)計(jì)分析的研究方法，可以在實(shí)際應(yīng)用中選擇一個(gè)多項(xiàng)或者單項(xiàng)指標(biāo)。這是體現(xiàn)一定范圍內(nèi)水資源現(xiàn)狀、閾值的最簡單、最直接的方法。例如，用固定范圍內(nèi)的人均水資源占有量及其開發(fā)利用率，對水資源的承載能力進(jìn)行概括總結(jié)，這些指標(biāo)能夠在很大程度上反映出區(qū)域水資源的承載能力，并且具有很強(qiáng)的直觀性和便捷性，但是，從另外一個(gè)角度來看，此方法并不能完全依據(jù)每項(xiàng)指標(biāo)就對承載力進(jìn)行正確的綜合判斷，因?yàn)槠湓谶\(yùn)行過程中，在一定程度上忽略了各項(xiàng)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，這種方式并不能全面的反應(yīng)出區(qū)域水資源的承載力。

對上述方法進(jìn)行總結(jié)，我們可以看出，水資源承載力的計(jì)算措施，大體上可以被分為兩類，其一評價(jià)性措施，主要對水資源的發(fā)展規(guī)模、支撐程度進(jìn)行綜合性評判；其二規(guī)劃行措施；這兩種措施在一定程度上對應(yīng)了承載力的“最大支撐能力”、“最大支撐規(guī)?！币螅瑢烧哂行ЫY(jié)合是未來水資源承載力計(jì)算而得重要趨勢，也是得到有效評價(jià)、獲得最佳方案的重要途徑，當(dāng)前研究領(lǐng)域，就有很多計(jì)算方法是在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)的，比如遺傳算法以及粒子群優(yōu)化算法等。

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