水資源承載力研究方法總結(jié)與再思考

左其亭

(1.鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,河南 鄭州 450001; 2.鄭州大學(xué)水科學(xué)研究中心,河南 鄭州 450001)

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水資源承載力研究方法總結(jié)與再思考

左其亭1，2

(1.鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,河南 鄭州 450001; 2.鄭州大學(xué)水科學(xué)研究中心,河南 鄭州 450001)

回顧梳理了我國水資源承載力研究的發(fā)展歷程,將其分成“概念提出、初步研究、逐步完善、艱難發(fā)展、開創(chuàng)新時代”5個階段;在對研究方法對比分析的基礎(chǔ)上,把水資源承載力計算方法分為經(jīng)驗公式法、綜合評價法、系統(tǒng)分析法3大類,并重點介紹了基于模擬和優(yōu)化的控制目標(biāo)反推模型(COIM)方法及應(yīng)用情況。認(rèn)為未來幾年水資源承載力研究的重點包括:在水資源承載力計算方法選擇上,全國層面宜采用經(jīng)驗公式法,更詳細的研究宜采用系統(tǒng)分析法;在研究方向上,應(yīng)構(gòu)建水資源承載力計算模型和預(yù)警系統(tǒng)平臺;應(yīng)著重開展變化環(huán)境下水資源動態(tài)承載力研究;應(yīng)與現(xiàn)代治水成果、與尋找“和諧平衡”結(jié)合。

水資源承載力;現(xiàn)代治水思想;和諧平衡;計算方法

水資源是人類賴以生存和發(fā)展不可或缺的一種寶貴資源,具有多種用途,但水資源量是有限的,因此在一定條件下可能會導(dǎo)致不同用水途徑之間、不同地區(qū)之間為爭水而出現(xiàn)矛盾,以及用水與供水之間出現(xiàn)矛盾。一個地區(qū)或流域的水資源到底能支撐多大的經(jīng)濟社會規(guī)模,一直是水資源研究的核心內(nèi)容之一,也是區(qū)域或流域發(fā)展的重要制約因素。

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展,特別是我國自20世紀(jì)70年代末期大規(guī)模經(jīng)濟建設(shè)以后,快速的經(jīng)濟增長和社會發(fā)展,帶來了用水量增加、排污量增加、生態(tài)系統(tǒng)受人工干擾強烈的局面,迫使人們不得不認(rèn)真考慮水資源系統(tǒng)的承載能力。在這一背景下,20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)了水資源承載力(也稱作“水資源承載能力”)的概念[1],隨后,我國學(xué)者對此開展了一系列研究工作[2-5],到21世紀(jì)初基本上形成了相對完善的理論方法及應(yīng)用體系,對支撐我國水資源可持續(xù)利用、人水和諧治水思想的貫徹起到了非常積極的作用。當(dāng)然,其研究也存在比較大的瓶頸:一方面,概念仍未統(tǒng)一,仁者見仁,智者見智;另一方面,計算方法還有待完善,特別是理論研究仍不夠成熟,還存在比較大的爭議;再一方面,在應(yīng)用上也難以推廣,特別是監(jiān)測、預(yù)警、調(diào)控技術(shù)并不成熟。為了解決這些技術(shù)瓶頸和推廣應(yīng)用問題,2016年水利部組織開展了全國水資源承載力監(jiān)測預(yù)警機制建設(shè)工作,科技部設(shè)立了國家重點研發(fā)項目“國家水資源承載力評價與戰(zhàn)略配置”。2016年12月6日,國家重點研發(fā)項目“國家水資源承載力評價與戰(zhàn)略配置”項目組組織召開了“2016國家水資源承載力高層論壇”,筆者有幸應(yīng)邀參會并作學(xué)術(shù)報告,本文在此學(xué)術(shù)報告基礎(chǔ)上,系統(tǒng)梳理了水資源承載力的研究歷程,總結(jié)計算方法并對各方法的優(yōu)缺點進行分析,最后根據(jù)筆者的理解,提出了水資源承載力進一步研究的看法和建議。

1 我國水資源承載力研究歷程

水資源承載力的概念最早由我國學(xué)者提出,主要研究工作也是由我國學(xué)者完成的。在國外,很少有專門以水資源承載力為題的研究報道,而在國外期刊發(fā)表的有關(guān)成果也主要是我國學(xué)者的研究成果(如文獻[6-7])。這可能與我國近30多年經(jīng)濟快速發(fā)展、水資源短缺、供需水矛盾日益突出的現(xiàn)狀有關(guān)。當(dāng)然,國外也有與水資源承載力概念相近的研究工作,比如國外提出的可持續(xù)利用水量、河流開發(fā)利用率極限、水資源緊缺程度指標(biāo)等概念[8-10];而納入可持續(xù)發(fā)展、水資源綜合管理范疇進行的水資源利用與管理研究,也與水資源承載力的思路接近[11]?；趪鴥?nèi)外研究現(xiàn)狀,本文主要以我國水資源承載力研究成果為基礎(chǔ),總結(jié)其研究歷程。

a. 概念提出(20世紀(jì)80年代末期)。隨著20世紀(jì)70年代末我國開始改革開放,經(jīng)濟建設(shè)快速發(fā)展,對自然界的改造日新月異,在帶動經(jīng)濟增長的同時,也出現(xiàn)了水資源短缺、水環(huán)境質(zhì)量下降、生態(tài)退化的嚴(yán)峻局面,促使人們在開發(fā)的同時不得不考慮水資源的承載問題。在這一背景下,逐步演化出“水資源承載力”這一概念。從發(fā)表的文獻來看,水資源承載力概念最早于20世紀(jì)80年代末期出現(xiàn),1989年新疆水資源軟科學(xué)課題研究組發(fā)表了新疆水資源承載力的研究成果[1],到20世紀(jì)90年代初期,大量文獻給出該概念的定義,至于誰先定義則難以考證。

b. 初步研究(20世紀(jì)90年代):主要討論概念、計算方法及應(yīng)用,但成果不系統(tǒng)。自水資源承載力概念提出以后,便引起廣泛關(guān)注,大批學(xué)者開始研究這一問題。在20世紀(jì)90年代,研究成果主要集中于概念討論、計算方法提出及實踐應(yīng)用[2-5]。該時期水資源承載力研究具有以下特點:①對水資源承載力的概念爭論較多,從不同角度提出不同的理解和定義,但沒有形成主流定義;②定量計算方面則是在實踐中提出一些計算方法,但無法統(tǒng)一,也沒有形成主導(dǎo)方法;③應(yīng)用成果多,理論方法研究不系統(tǒng);④主要是在可持續(xù)發(fā)展思路大背景下進行思考和研究。

c. 逐步完善(21世紀(jì)10年代):研究成果逐步完善,形成了比較系統(tǒng)的概念、方法。到了21世紀(jì)初,隨著水資源問題越來越突出,人們期待解決水問題的愿望越來越強烈,特別是伴隨著人水和諧理念、節(jié)水型社會建設(shè)、最嚴(yán)格水資源管理制度的提出,對水資源承載力的研究提出了更高的要求和期待,激發(fā)了更多學(xué)者的研究熱情[12-18],包括筆者在此期間所做的研究工作[19-22]。此外,隨著10多年的爭論和基礎(chǔ)研究,水資源承載力研究成果逐步走向成熟,慢慢形成了比較有代表性的概念和計算方法。該時期水資源承載力研究具有以下特點:①在前期討論的基礎(chǔ)上,基本形成了幾種代表性的概念、計算方法。這個時期相關(guān)爭論減少,說明該問題已經(jīng)闡述得比較清晰,觀點趨于成熟;②除發(fā)表大量學(xué)術(shù)論文外,還出版了較多的相關(guān)學(xué)術(shù)專著,說明成果趨于完善和系統(tǒng);③主要是在人水和諧思想、節(jié)水型社會建設(shè)大背景下進行思考和研究。

d. 艱難發(fā)展(2010—2015年):主要以應(yīng)用成果為主,理論方法創(chuàng)新少。由于水資源承載力的概念、計算方法已經(jīng)研究了近20年,基本的理解和計算方法已經(jīng)比較明晰,又沒有太大的突破和創(chuàng)新驅(qū)動,因此,到了研究發(fā)展的瓶頸時期,這期間創(chuàng)新成果較少。該時期水資源承載力研究具有以下特點:①大量成果以應(yīng)用為主,可能與上個10年理論方法研究已經(jīng)比較系統(tǒng)有關(guān),客觀上難以創(chuàng)新;②關(guān)于計算方法的討論存在“炒剩飯”、玩數(shù)學(xué)游戲的現(xiàn)象,原創(chuàng)性新方法少見;③部分成果與最嚴(yán)格水資源管理“三條紅線”聯(lián)系起來,是具有創(chuàng)新思路的主要方面。

e. 開創(chuàng)新時代(2016年以后):期待開創(chuàng)研究新時代。在水資源承載力研究方面,2016年有兩件具有里程碑意義的事件,一是水利部組織開展全國水資源承載力監(jiān)測預(yù)警機制建設(shè)工作,水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院編制了《建立全國水資源承載能力監(jiān)測預(yù)警機制技術(shù)大綱》;二是科技部啟動了國家重點研發(fā)項目“國家水資源承載力評價與戰(zhàn)略配置”。在這兩大事件的驅(qū)動下,將掀起水資源承載力研究的熱潮,預(yù)測未來5～10年會產(chǎn)出豐碩的成果,包括技術(shù)方法創(chuàng)新和全國應(yīng)用等成果。

2 水資源承載力研究方法總結(jié)與討論

2.1 概念

“承載力”(或“承載能力”)(carrying capacity)一詞,起源于物理學(xué),即“物體在不產(chǎn)生任何破壞時所能承受的最大負(fù)荷”?？珊唵卫斫鉃?一個系統(tǒng)對另一個系統(tǒng)所支撐的最大負(fù)荷。目前,對水資源承載力的定義有很多種,從不同的角度有不同的理解,這里不再一一列舉。無論怎樣的定義,大都強調(diào)了“水資源的最大開發(fā)規(guī)?！被蛘摺八Y源對經(jīng)濟社會發(fā)展的支撐能力”。由于出發(fā)點不同,對概念的理解也存在較大差距,致使概念不統(tǒng)一。當(dāng)然也沒有必要一定要統(tǒng)一,因為出發(fā)點不同、理解不同、應(yīng)用需求不同,對概念的理解和定義也可以不一樣。

在現(xiàn)有研究中,有些學(xué)者將水資源承載力、水資源承載程度兩個概念混為一談。實際上,兩者是有區(qū)別的。僅從字面上理解兩者就不同,水資源承載力是通過計算得到的水資源支撐經(jīng)濟社會的最大規(guī)模;水資源承載程度是通過評價得到的水資源支撐目前經(jīng)濟社會規(guī)模所達到的程度(即對嚴(yán)重超載、超載、不超載等水平的評價)。如果按照這樣的理解,水資源承載力是通過計算得到的最大經(jīng)濟社會規(guī)模(能力),水資源承載程度是通過多指標(biāo)對照標(biāo)準(zhǔn)評價得出的承載程度。

為了說明水資源承載力的概念,簡單畫一個示意圖(圖1)，可以定性描述為:當(dāng)水資源系統(tǒng)無法支撐經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)模時,就是“超載”;如果可以支撐,就是“承載”;處于二者的臨界,可以認(rèn)為處于“平衡”狀態(tài),此時的經(jīng)濟社會狀態(tài)是水資源支撐的最大規(guī)模。

圖1 水資源系統(tǒng)對經(jīng)濟社會系統(tǒng)支撐情況示意圖

根據(jù)圖1和上文的描述,就很容易理解水資源承載力的概念。這里簡要介紹筆者曾給出的定義:水資源承載力是指,一定區(qū)域、一定時段,維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán),水資源系統(tǒng)支撐經(jīng)濟社會發(fā)展的最大規(guī)模[19],可以用圖2簡單示意(引自文獻[19],略有改動)。

圖2 水資源承載力概念示意圖[19]

根據(jù)圖2和上述定義,可以把水資源承載力內(nèi)涵解讀為:①水資源承載力的主體是水資源,客體是人類及其賴以生存的經(jīng)濟社會系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)。②具有空間屬性、時間屬性。也就是說,同樣1 m3水在不同區(qū)域所承載的能力可能是不同的,與不同區(qū)域的經(jīng)濟社會發(fā)展水平、科技水平等因素有關(guān);此外,同樣1 m3水在不同時期其所承載的能力也可能是不同的,與不同發(fā)展階段的經(jīng)濟社會發(fā)展水平、科技水平等有關(guān)。③維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)作為其控制目標(biāo),也就是在實現(xiàn)這一目標(biāo)的前提下所能支撐的最大經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)模,判斷為水資源承載力。④必須在經(jīng)濟社會-水資源-生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)中進行綜合研究,這是水資源承載力計算的基礎(chǔ)性工作。

2.2 水資源承載力計算方法

除了對概念進行了很多討論外,還有非常重要的一方面內(nèi)容是對水資源承載力進行定量計算,目前已有大量的研究成果,概括起來可以分為3類。

2.2.1 經(jīng)驗公式法

就是運用某些經(jīng)驗公式或指標(biāo)進行計算,以此來判斷承載力大小。目前已有的經(jīng)驗公式法有背景分析法、常規(guī)趨勢法、簡單定額法、指標(biāo)計算法等[1,3]。

這類方法的特色是計算相對簡單,不足是對資源、環(huán)境、經(jīng)濟社會之間的聯(lián)系考慮較少,對調(diào)控方案的技術(shù)支撐不足。如水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院2016年制定的《建立全國水資源承載能力監(jiān)測預(yù)警機制技術(shù)大綱》水量要素評價推薦采用如下公式:

I1=W/W0

(1)

I2=G/G0

(2)

式中:I1、I2分別為采用用水總量和平原區(qū)地下水開采量計算得到的水量要素評價系數(shù);W為用水總量;W0為用水總量指標(biāo);G為平原區(qū)地下水開采量;G0為平原區(qū)地下水開采量指標(biāo)。

水質(zhì)要素評價推薦采用如下公式:

J1=Q/Q0

(3)

J2=P/P0

(4)

式中:J1、J2分別為采用水功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo)率和污染物入河量計算得到的水質(zhì)要素評價系數(shù);Q為水功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo)率;Q0為水功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo)率要求;P為污染物入河量;P0為污染物入河限排量。

該方法的優(yōu)勢很明顯:方法簡單、便于操作、便于推廣,推薦在全國范圍內(nèi)開展水資源承載力評價時采用該方法。但其存在的問題也比較明顯:①主要還是圍繞水資源,與經(jīng)濟、社會、生態(tài)的直接聯(lián)系少;②對環(huán)境發(fā)生變化的水資源動態(tài)承載力很難計算或把握;③如果水資源超載,其調(diào)控方案很難定量化,或制定的調(diào)控方案理由可能不充分。

2.2.2 綜合評價法

基本思路是通過選定的指標(biāo)與評價標(biāo)準(zhǔn),采用某種評價方法,進行綜合評價計算,得到計算值,據(jù)此進行承載力評價[2,4,12]。目前已有的綜合評價法有綜合指標(biāo)法、模糊綜合評價法、主成分分析法、投影尋蹤法、物元可拓模型法等。

該方法的優(yōu)點是數(shù)學(xué)理論應(yīng)用比較深入,但對水資源的系統(tǒng)性考慮不足，指標(biāo)選擇難以統(tǒng)一,評價標(biāo)準(zhǔn)難以確定,所以可能存在對評價結(jié)果的異議。

比如多指標(biāo)綜合評價方法,一般研究過程為:選擇指標(biāo)—確定標(biāo)準(zhǔn)—綜合計算—得出結(jié)果。這其中的問題有:指標(biāo)選擇多少、選擇哪些因人而異,很難統(tǒng)一;評價標(biāo)準(zhǔn)如何確定,特別是承載或不承載的閾值很難統(tǒng)一;在綜合評價計算中權(quán)重的確定既重要又困難,很難有較好的方法來解決。

2.2.3 系統(tǒng)分析法

基本思路是將水資源承載力的主體和客體作為整體一并考慮,通過系統(tǒng)研究,計算得到水資源承載力[5]。目前已有的系統(tǒng)分析法有系統(tǒng)動力學(xué)法、優(yōu)化模型法、控制目標(biāo)反推模型(control objective inversion model，COIM)法等[22]。

該方法的優(yōu)勢是考慮了水資源-經(jīng)濟社會生態(tài)的復(fù)雜性和系統(tǒng)性,不足是計算方法復(fù)雜,不直觀,推廣應(yīng)用難;在水資源系統(tǒng)模擬方面仍有欠缺,如何將水資源系統(tǒng)模型納入統(tǒng)一模型中是難點。

比如系統(tǒng)動力學(xué)方法,其思路是:以反饋控制理論為基礎(chǔ),方程主要包括狀態(tài)變量(L)方程、速率(R)方程、輔助(A)方程等。存在的顯著弊端是:無法包括或耦合復(fù)雜的水資源系統(tǒng)模型。為此,筆者曾提出嵌入式系統(tǒng)動力學(xué)的思路:在系統(tǒng)動力學(xué)中增加專業(yè)模型(M)方程[23],在此基礎(chǔ)上,再構(gòu)建水資源承載力計算模型。

2.3 水資源承載力COIM方法及應(yīng)用

筆者于2005年緊扣水資源承載力概念,提出了基于模擬和優(yōu)化的控制目標(biāo)反推模型方法(簡稱COIM方法)[22]。該方法是系統(tǒng)分析法的一種,比較好地緊扣了水資源承載力概念,反映了水資源與經(jīng)濟社會系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜關(guān)系,體現(xiàn)了水資源系統(tǒng)對經(jīng)濟社會系統(tǒng)的支撐作用,筆者自認(rèn)為COIM方法是目前比較科學(xué)的一種定量描述模型方法。

圖3為水資源承載力COIM的結(jié)構(gòu)和構(gòu)建思路,其大致思路是:以“水資源循環(huán)轉(zhuǎn)化關(guān)系方程、污染物循環(huán)轉(zhuǎn)化關(guān)系方程”為基礎(chǔ)系統(tǒng)模型,以“經(jīng)濟社會系統(tǒng)內(nèi)部相互制約方程、水資源承載程度指標(biāo)約束方程、生態(tài)系統(tǒng)控制目標(biāo)約束方程”為約束方程,以“經(jīng)濟社會規(guī)模(人口、工業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值等指標(biāo))最大”為目標(biāo)函數(shù),構(gòu)建一個含眾多系統(tǒng)方程、約束方程和目標(biāo)函數(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化模型。通過該模型的求解就可以得到水資源系統(tǒng)支撐的最大經(jīng)濟社會規(guī)模,即稱作水資源承載力。該模型的最大優(yōu)點是:緊扣水資源承載力概念,基于復(fù)雜的經(jīng)濟社會-水資源-生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)模型,考慮水資源承載目標(biāo),通過優(yōu)化模型,反推或優(yōu)化計算得到最終結(jié)果。

圖3 水資源承載力COIM示意圖

在文獻[22,24]中,筆者介紹了COIM方法的幾個應(yīng)用實例,后來又在中原經(jīng)濟區(qū)國土規(guī)劃專題“中原經(jīng)濟區(qū)水資源承載力研究”(2009—2011年)項目中再次應(yīng)用,通過定量計算,很好地回答了以下兩個問題:①當(dāng)前水資源條件能滿足未來多大的發(fā)展規(guī)模;②如果不能滿足未來發(fā)展要求,該如何提高承載力。通過研究,提出了中原經(jīng)濟區(qū)重大水利工程布局以及水資源集約利用和高效開發(fā)的戰(zhàn)略思路,為提升國土開發(fā)利用水平、調(diào)控國土空間利用提供支撐。

3 對水資源承載力進一步研究的再思考

3.1 計算方法的選擇

前文已把目前的水資源承載力研究方法概括為3類,實際應(yīng)用時,到底選用哪種方法,需要作出選擇,筆者認(rèn)為:

a. 全國層面推廣應(yīng)用,最好采用較簡單、易理解的方法,推薦采用《建立全國水資源承載能力監(jiān)測預(yù)警機制技術(shù)大綱》提出的方法。但該方法對水資源與經(jīng)濟社會、生態(tài)系統(tǒng)之間的復(fù)雜關(guān)系把握不夠,很難制定切實可行的調(diào)控方案。為此,建議在調(diào)控方案制定時參考系統(tǒng)分析法得到的結(jié)果,可采用國家重點研發(fā)項目“國家水資源承載力評價與戰(zhàn)略配置”的研究成果。

b. 對未來水資源承載力分析、預(yù)警和調(diào)控,建議構(gòu)建基于經(jīng)濟社會-水資源-生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)模型、以維系良性水環(huán)境狀況為控制約束、以支撐最大經(jīng)濟社會規(guī)模為優(yōu)化目標(biāo)的、類似COIM的水資源承載力計算模型。

3.2 水資源承載力的研究方向

筆者認(rèn)為,水資源承載力進一步研究的方向應(yīng)該是:基于“二元水循環(huán)”的經(jīng)濟社會-水資源-生態(tài)耦合分布式模型,基于經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)律、水循環(huán)自然規(guī)律,結(jié)合水資源可持續(xù)利用、人水和諧治水思想、節(jié)水型社會建設(shè)、最嚴(yán)格水資源管理制度、水生態(tài)文明建設(shè)等成果,構(gòu)建水資源承載力計算模型,并開發(fā)基于大數(shù)據(jù)的水資源承載力預(yù)警系統(tǒng)平臺,進行水資源承載力(動態(tài))評價、配置、預(yù)警、調(diào)控等工作。其重點研究內(nèi)容包括:基礎(chǔ)模型、內(nèi)部機制、治水成果、計算模型、系統(tǒng)平臺、動態(tài)評價、預(yù)警調(diào)控等。

3.3 水資源動態(tài)承載力

受氣候變化、人類活動的影響,水資源系統(tǒng)始終處于變化之中,其承載力也必定隨之變化。此外,伴隨著人類社會的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)水平、用水效率不斷提升,同樣會促進水資源承載力提升。因此,非常有必要研究環(huán)境變化下的水資源動態(tài)承載力計算問題。

為了定量計算水資源動態(tài)承載力,需要做好兩方面工作:一是需要建立能反映環(huán)境變化條件下的水系統(tǒng)模型,也就是筆者上面提到的建立經(jīng)濟社會-水資源-生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)模型;二是需要構(gòu)建基于上述復(fù)合系統(tǒng)模型的水資源承載力計算模型,類似于上文提到的COIM,如筆者有關(guān)氣候變化下水資源動態(tài)承載力計算方法的研究[25]可供參考。從這一需求也可以看出,采用類似COIM方法的系統(tǒng)分析法的必要性和重要意義。

3.4 水資源承載力與現(xiàn)代治水成果的結(jié)合

自20世紀(jì)90年代以來,針對我國水資源問題和治水的需要,我國政府提出了一系列水資源管理新思想,并進行了大規(guī)模的治水活動,取得了大批的研究和應(yīng)用成果。這些治水思想或戰(zhàn)略包括水資源可持續(xù)利用、人水和諧、節(jié)水型社會建設(shè)、最嚴(yán)格水資源管理制度、水生態(tài)文明建設(shè)、河湖水系連通戰(zhàn)略、海綿城市建設(shè)、智慧水利(或流域)等。水資源系統(tǒng)是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng),水資源開發(fā)利用與保護不僅涉及水資源系統(tǒng)本身還涉及與水資源相關(guān)聯(lián)的經(jīng)濟活動、社會活動、生態(tài)環(huán)境,是一項十分復(fù)雜的管理問題。因此,針對水資源問題提出眾多治水新思想是十分必要的。

在理論和實踐中,圍繞現(xiàn)代治水思想體系,我國政府和科技界做了大量的工作,這是進一步研究水資源承載力的重要基礎(chǔ),水資源承載力應(yīng)與現(xiàn)代治水成果結(jié)合。①與節(jié)水型社會建設(shè)的關(guān)系:要充分體現(xiàn)“節(jié)水優(yōu)先”,在節(jié)水條件下談水資源承載力;②與最嚴(yán)格水資源管理制度的關(guān)系:“三條紅線”是水資源承載力計算的約束條件,水資源承載力至少要滿足“三條紅線”的要求;③與河湖水系連通戰(zhàn)略的關(guān)系:河湖水系連通戰(zhàn)略的目標(biāo)之一是提高水資源承載力,在滿足水資源承載力條件下才能實施河湖水系連通;④與海綿城市建設(shè)的關(guān)系:海綿城市建設(shè)目標(biāo)之一是提高水資源承載力,海綿城市建設(shè)首先要符合水資源承載力的要求;⑤與智慧水利(流域)的關(guān)系:水資源承載力是智慧水利建設(shè)的主要依據(jù)之一;⑥與水資源可持續(xù)利用、人水和諧、水生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)系:水資源承載力是保障水資源可持續(xù)利用、實現(xiàn)人水和諧、支撐水生態(tài)文明建設(shè)的重要基礎(chǔ)、前提條件和主要抓手,反過來,水資源可持續(xù)利用、人水和諧、水生態(tài)文明建設(shè)是計算水資源承載力的指導(dǎo)思想和目標(biāo)要求。

3.5 水資源承載力與尋找“和諧平衡”的結(jié)合

一方面,水資源承載力是水資源系統(tǒng)對經(jīng)濟社會系統(tǒng)支撐達到“平衡”的臨界狀態(tài)(圖1);另一方面,水資源承載力應(yīng)滿足水資源系統(tǒng)與經(jīng)濟社會系統(tǒng)達到“和諧平衡”狀態(tài)。其核心內(nèi)容是要找到水資源系統(tǒng)與經(jīng)濟社會系統(tǒng)的“平衡點”。然而,尋找“平衡點”是非常不易的工作?；诖?筆者提出了和諧平衡理論,包括和諧平衡的概念、理論觀點、和諧平衡表達式[26]。

從理論上講,只有在水資源系統(tǒng)與經(jīng)濟社會系統(tǒng)達到“和諧平衡”的狀態(tài)下,得到的經(jīng)濟社會規(guī)模才是水資源承載力。因此,計算水資源承載力的過程也是尋找水資源系統(tǒng)與經(jīng)濟社會系統(tǒng)“和諧平衡”的過程,二者的有機結(jié)合是非常重要的。

4 結(jié) 語

本文在對水資源承載力前期研究成果系統(tǒng)梳理的基礎(chǔ)上,闡述了其發(fā)展歷程,總結(jié)了其研究方法并對3類方法的優(yōu)缺點進行了對比分析,提出了推薦的方法,最后對水資源承載力的進一步研究提出了建議。分析認(rèn)為:①水資源承載力經(jīng)歷了近30年的研究,取得了大批的研究成果,基本概念和研究方法已比較成熟,但仍存在許多難點問題亟待研究,比如,水資源承載的經(jīng)濟社會規(guī)模如何表述,即選用哪些定量指標(biāo)問題;水資源與經(jīng)濟社會系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)之間聯(lián)系機制與定量關(guān)系如何表達,即耦合模型問題;在水資源承載力超載后控制用水量但如何消減生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水量,即他們之間的內(nèi)部制約機制問題。②從研究方法來看,在實際工作中可以采用簡單的經(jīng)驗公式法,但從動態(tài)預(yù)警和調(diào)控方案制定來看,需要建立基于系統(tǒng)模型,即類似于筆者提出的COIM方法的水資源承載力計算模型,開發(fā)基于大數(shù)據(jù)的水資源承載力預(yù)警系統(tǒng)平臺。③水資源系統(tǒng)是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng),其承載力計算涉及經(jīng)濟社會、生態(tài)系統(tǒng)諸多方面,應(yīng)與現(xiàn)代治水成果、與尋找“和諧平衡”結(jié)合。

由于本文僅僅是前期工作的總結(jié)和分析,對未來進一步研究方向提出個人看法,沒有進一步深入研究,期待國家重點研發(fā)項目“國家水資源承載力評價與戰(zhàn)略配置”項目組的新成果問世以及全國水資源承載力監(jiān)測預(yù)警機制建設(shè)工作取得巨大成就,為進一步支持我國治水實踐提供理論方法和應(yīng)用實踐經(jīng)驗。

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Review of research methods of water resources carrying capacity//

ZUO Qiting1,2

(1.SchoolofWaterConservancyandEnvironment,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China; 2.CenterforWaterScienceResearch,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China)

The development process of research on the water resources carrying capacity in China is systematically summarized, and it can be divided into five stages: the creation of conception, the preliminary study, the gradual improvement, the difficult development, and the innovation era. On the basis of comparison of research methods, the calculation methods of water resources carrying capacity can be divided into three categories: the empirical formula method, comprehensive evaluation method, and system analysis method. The control objective inversion model (COIM) based on simulation and optimization and its applications are introduced. It is pointed out that research on the water resources carrying capacity in the future focuses on: using the empirical formula method to calculate the national water resources carrying capacity and system analysis method for detailed calculation; constructing the calculation model of water resources carrying capacity and forewarning system platform; studying the dynamic carrying capacity of water resources under the changing environment; and considering the current achievements of water resources regulation and the balance development of water resources and economic society.

carrying capacity of water resources; modern water resources regulation; harmony balance; calculation method

國家自然科學(xué)基金(51279183);鄭州大學(xué)重大科技項目培育基金(2015ZDPY011)

左其亭(1967—),男,教授,博士,主要從事水文學(xué)及水資源研究。 E-mail: zuoqt@zzu.edu.cn

10.3880/j.issn.1006-7647.2017.03.001

TV213

A

1006-7647(2017)03-0001-06

2016-12-13 編輯：熊水斌)