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展的基礎上，對水資源承載力的基本概念進行了說明，并從社會經濟、水資源利用、生態環境這一符合型系統出發，分析了在水資源承載力的計算中節水措施發揮的重要作用，對幾個創新性、高效率的水資源承載力計算方式進行了闡述。

關鍵詞：水資源承載力；基本內涵；研究措施

1 水資源承載力的基本內涵

水資源承載力是承載力在水資源領域中的具體應用，從物理學角度來看，承載力是指物體在不受到外界破壞的基礎上，所能夠承受的最大壓力。隨著人口數量的增加、資源環境問題的嚴重，承載力這一概念逐漸受到社會各界的廣泛關注。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發展中，而國內關于水資源承載力的研究主要集中在對其基本內涵、評價指標中。

就目前來看，水資源承載力這一概念并沒有得到統一，國內的學者面對這一問題，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給的最大規模；第三，將水資源承載力定義為水資源可開發的最大容量；這三種觀點各有利弊。它們雖然從三個不同的角度的處罰，但是從內部聯系來看還是有一定聯系的，“最大支撐力”更加適合評價水資源目前或者在不久的將來社會、經濟發展規模的支撐程度和承受能力，而不能精確的反應出可承受的最大范圍；而“最大規模”能夠滿足這一要求；“最大開發容量”能夠間接反應出最大的發展規模。

水資源承載力分析必須要建立在可持續發展的基礎上，實現水資源的科學利用和高效循環，為生態環境留有充足的水資源，維持大自然的生機和活力，剩下的一部分才用于社會經濟的發展。

綜上所述，水資源承載力就是在一定的社會、經濟條件下，在滿足社會生態發展基本需要的前提下，使水資源系統保持合理規模，以實現可持續發展。

2 水資源承載力的研究措施

國內外學者在對水資源承載力進行了長時間的分析研究后，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生大幅度轉變，由之前單一的、靜態分析模式轉變成了多樣的、動態分析模式。就目前來看，流行于界內的研究措施還是有很多種，極具代表性的研究措施在此進行重點闡述，主要包括多目標分析法、系統動力學法和綜合評價法、常規趨勢法等。

第一，多目標分析法。它在實際應用中，需要確定周圍的人口信息、經濟發展情況和生態環境信息，只有明確了這些基本信息，才能分別列出這些指標的具體要求，才能在堅持可持續發展的基礎上，不過分強調單個目標的最大化，而是追求整個效益的最大化。多目標分析法是一種典型的規劃方法，它和綜合評價法的不同表現在：評價模型第一步要求設計科學的方案，才能進一步對承載力進行綜合評判，需要建立多目標模型，才能計算出最精確的答案，而多目標分析法主要是利用降維手段，把計算中遇到的問題和困難按照一定轉化方式變成單目標規劃，利用優化算法求解，在此項計算過程中，如何確立目標函數、如何精確選擇降維算法都是計算中的重點和重點。而具體的計算模型如下：

第二，系統動力學。這是1956年，由麻省理工學院設計的一種計算機仿真實驗，在實際應用過程中，適用于研究復雜系統，將定性和定量分析融入在內，形成了系統性、綜合性分析。系統動力學建立在動力學基礎上，將水資源承載力模型經過微分方程進行科學模擬，完成對當前社會經濟、生態環境的非線性的預測，將社會經濟、資源環境作為一個整體，對承載力進行動態分析。系統動力學具有明顯的系統性，并且操作快速有效；但是其應用方式較為復雜，對數據精確度要求更嚴格。具體模型如下：

首先，對系統中組成部分的因果關系進行科學分析。也就是說系統內部各組成部分在運行過程中，存在著密切的、復雜的因果關系，這種因果關系在很大程度上影響著系統運行、發展規律。

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

最后，需要成立系統方程式，在系統動力學模型中，對水準變量的變化情況進行了明確的描述，一般形式為：Lk=Lj+（IRjk-ORjk）×DT，其中Lk，Lj是kj時刻的水準，IRjk，ORjk是kj時刻中間時段的流入和流出速度，DT為k、j中間的時段。

第三，綜合評價法。這種方法需要建立適當的評價指標體系，并在該體系的指導和約束下對水資源承載力進行科學的綜合評價，從而獲得一個相對全面、精確的水資源承載力判斷結果。

其評判過程通常情況下有選擇評價指標、確定指標權重、選擇評價方法之分。在現代社會中，綜合評價法有很多類型，都有著不同的優點和缺點，其適用范圍也不同，這些綜合評價方式已經廣泛的應用到水資源承載力的研究分析中，但是在實際應用過程中，這些方法都過分依賴正確的評價指標，只有確保評價指標的真實性，才能更加準確、真實地檢測出水資源承載力的大小，如今，評價指標的確立很多情況下，都是根據專家的主觀經驗和認識來確定的，尚未形成統一的、明確的規定，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行綜合評價時應用方式。

假設兩個不同的有限論域U={u1，u2，…，un}和V={v1，v2，…，vn}，其中U代表評價指標的集合，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代表模糊權向量，就是各評價指標的相對重要性，B作為V的模糊子集，代表評價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對象從指標角度看對等級模糊子集的隸屬度，而*屬于一種合成運算，代表著{×，+}，{^，ⅴ}。

第四，常規趨勢法，它是基于統計分析的研究方法，可以在實際應用中選擇一個多項或者單項指標。這是體現一定范圍內水資源現狀、閾值的最簡單、最直接的方法。例如，用固定范圍內的人均水資源占有量及其開發利用率，對水資源的承載能力進行概括總結，這些指標能夠在很大程度上反映出區域水資源的承載能力，并且具有很強的直觀性和便捷性，但是，從另外一個角度來看，此方法并不能完全依據每項指標就對承載力進行正確的綜合判斷，因為其在運行過程中，在一定程度上忽略了各項指標之間的相互關系，這種方式并不能全面的反應出區域水資源的承載力。

對上述方法進行總結，我們可以看出，水資源承載力的計算措施，大體上可以被分為兩類，其一評價性措施，主要對水資源的發展規模、支撐程度進行綜合性評判；其二規劃行措施；這兩種措施在一定程度上對應了承載力的“最大支撐能力”、“最大支撐規模”要求，將兩者有效結合是未來水資源承載力計算而得重要趨勢，也是得到有效評價、獲得最佳方案的重要途徑，當前研究領域，就有很多計算方法是在此基礎上出現的，比如遺傳算法以及粒子群優化算法等。

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