基于PSR模型的遼寧省水資源承載能力分析

那 娜

(遼寧省撫順水文局，遼寧 撫順 113015)

自水資源承載力概念提出以來，國內外眾多學者針對具體的流域和區域分別利用多種方法開展了承載力的研究分析。水資源承載力不僅與生態自然相關，而且與水資源開發程度和范圍相關，它是反映水資源與區域發展相互關系的重要指標[1]。目前，在水資源評價方面應用較為廣泛的方法有多目標決策分析法、系統動力學法、主成分分析法、模糊綜合評價法、壓力-狀態-響應模型等，這些方法具有不同的特點和優點，在不同的應用領域均具有一定的適用范圍，但也存在一定的局限性，應結合研究區域的實際情況選擇合適的評價方法[2]。壓力-狀態-響應模型即PSR模型，因能夠較好地反映生態環境、社會經濟以及水資源之間的復雜關系，在水資源承載力方面具有廣泛的應用價值和前景。

1 PSR模型基本理論

由David Rapport提出的PSR模型是一種用于研究分析水資源系統中環境壓力、現有狀態與響應過程的理論方法，之后由歐洲經濟合作與發展組織(OECO)于20世紀70年代對PSR模型加以改進，并用于環境報告方面。在PSR模型有效性和適用性分析方面，OECO在20世紀90年代開展了研究分析并認為該模型能夠反映自然、社會與經濟之間的作用關系。人類通過生產消費將自然環境中所取得的各種資源又重新排放至環境系統，并在一定程度上改變了系統原有的環境質量和資源數量，從而影響人類的生產生活及各類活動，由此形成了自然環境與人類活動之間的“壓力-狀態-響應”的循環往復的變化關系。所以，在PSR模型中所涉及的指標具有能夠反映自然資源、生態環境、社會經濟之間的相互協調的關系特點，在生態安全[3]、濕地健康[4]以及工業污染評價[5]等方面該模型具有廣泛的應用前景，并取得了理想的應用效果。

2 構建PSR模型

2.1 建立PSR模型評價指標體系

本文分別從生態系統、水資源、社會經濟3個層次篩選了能夠反映各層次之間的壓力、狀態、響應關系的40項指標，評價客體的實際狀況以及引起該現狀的主體可通過狀態與壓力指標進行表征和體現[6- 8]，各指標選取見表1。

表1 基于PSR模型理論的指標體系

表1中，P11～P15分別為總供水量、地表水供水量、地下水供水量、外調水量和污水回用量指標；P21～P27分別為總人口、城鎮人口、工業增加值、建筑業增加值、第三產業增加值、GDP和灌溉面積指標；P31～P33分別為綠化面積、環境衛生面積、廢污水排放量；S11～S16分別為水資源總量、地表水利用率、地下水利用率、客水資源量、客水利用率以及污水處理回用率指標；S21～S25分別為總需水量、生活需水量、工業需水量、建筑及第三產業需水量、農業需水量指標；S31和S32分別為河道外生態環境需水量與廢污水處理率指標；R11～R16分別為新增供水能力、當地水源工程投資、外調水工程投資、污水處理回用工程投資、節水工程投資即人均用水量指標；R21～R24分別為人均增長率、城鎮化率、工業增加值增長率、產業結構；R31～R32分別為廢污水排放量與廢污水處理投資指標。

2.2 壓力-狀態-響應模型簡介

水資源具有生活與生產要素的雙重屬性，它是人類賴以生存和社會發展不可或缺的資源，因此在評價過程中應充分考慮社會、環境以及水資源等各個方面[9]，而PSR模型因自身的結構優勢和理論特點能較好地反映各子系統之間的作用關系。據此，本文分別從以下3個層次建立PSR模型。

(1)在不同的社會發展階段分析自然系統能夠維持人類社會經濟發展所需要的水資源量，并且考慮能夠維持后代可持續發展和不影響與其緊密相關的生態環境。

(2)針對不同的水資源配置方案和指標使用頻率，選擇合適的承載力評價指標。在不同的承載力評判標準下進一步明確生態環境與社會經濟客體的指標變化情況。

(3)基于生態環境、水資源開發以及社會經濟與人口存在的問題，根據通用評價指標體系構建方法和原則并結合遼寧省社會經濟發展實際情況，在充分考慮PSR模型框架的基礎上，分別從壓力、狀態、響應方面建立指標體系和分析方法[10]。

壓力指標反映經濟系統中引起不可持續的原因，即對“為什么發生如此變化”的問題進行表征與描述；狀態指標反映系統發展的狀態，分析城市發生怎樣的變化；響應指標是針對出現的問題和變化人類會采取的相應措施，即應該怎樣做才能保持水資源系統的可持續發展利用。確定水資源對生態環境、社會經濟規模與人口的承載力為水資源承載力分析的主要目標，因此在評價承載力時還應考慮超載生態環境面積、超載GDP與超載人口等指標特征。其中超載人口是指實際人口扣除水資源能夠承受的最大人口數，而可承載最大人口是指實際人口減去單方水可承載人口與缺水量的乘積。根據實際人口與總蓄水量的比值確定單方水可承載人口，同理，可計算得到超載生態環境與超載GDP指標數據。

本文在綜合分析遼寧省生態環境、社會經濟及人口的基礎上，針對水資源緊缺及開采利用時出現的主要問題建立了PSR模型，然后按照“三次平衡”配置的理念分別從主體、客體與主客體耦合的層面研究分析了遼寧省水資源承載力，以期為該區域水資源管理規劃與可持續發展利用提供一定參考與決策依據。

3 實例應用

3.1 區域概況

遼寧省位于我國東北部區域，處于我國工農業發展的核心區域，其水資源現狀將直接影響著生態環境與社會經濟的可持續發展，境內由北向南、由東西向中間整體呈降低趨勢，遼東、遼西區域主要以低山丘陵為主。遼寧省共轄14個地級市和綏中縣、昌圖縣2個省管縣，境內河網水系密集，大小河流約300多條，主要有饒陽河、大凌河、太子河、遼河等。其中遼河流域面積6.92萬km2，全長480km，為遼寧省第一大河流。2015年遼寧省生產總值較2014年增長約7.8%，其中第一、第二和第三產業年增長率分別為4.2%、7.6%和5.5%。雖然，近年來該區域人均GDP呈顯著逐年增長的發展趨勢，但是相比同期其他省份及全國的平均的增幅還有較大的差距[11]。

3.2 水資源條件

遼寧省2015年總降水量約568.0mm，相對于多年平均值下降約16.8%，并且在時空分布上極不均衡，主要集中在汛期(6—9月)。全省水資源總量為178.98億m3，人均水資源量185.6m3/人，遠遠低于全國平均水平。遼寧省2015年水資源供應量和總用水量大致相同，地表水與地下水供應量分別為23.43億和5.52億m3，地下水質良好，生產、生活及生態用量分別占總量的62%、36%和2%。隨著科技的進步及社會的發展，遼寧省工農業經濟發展及城鎮建設對水資源的需求量迅速增加，并進一步使得寶貴的水資源更加緊張，加之該區域節水設施較為落后、水資源浪費及污染嚴重等問題，其承載力面臨著嚴峻的挑戰。

3.3 水資源承載力分析

本文按照人口增長和社會經濟發展的高速、中速和低速組成的9種情景對遼寧省水資源需求量進行預測，并在此基礎上利用文中所構造模型和方法對承載力進行評價。

方案一：對單位GDP綜合需水量通過可供應量與經濟發展水平的作用關系進行推導，并計算相應的承載力水平。然后以人均GDP為參考標準，選取衡量經濟發展水平的指標為全面小康、基本現代化以及現代化，對可供生產使用的用水量數據按照水資源可供應量扣除生態和生活必需水量的方法進行確定，并以此作為一定承載力條件下的能夠用于生產用水的單位GDP綜合需水量，在此基礎上推導水資源可承載的經濟規模。水資源可承載的人口數量按照可承載的經濟規模與人均GDP的比值進行求解，計算結果見表2。

表2 指標體系法的水資源承載力

由表2可知，隨著時間的推移，可承載GDP呈現出逐漸增大的趨勢，而可承載整體人口表現出降低的趨勢，由此表明水資源承載力在滿足社會經濟發展的同時抑制了人口的增長。

方案二：利用水資源承載力“三次平衡”配置的理念建立適用于PSR模型及指標體系，并對遼寧省未來的水資源承載力進行評價。在綜合考慮經濟發展、允許最大缺水程度、缺水行業以及不同配置方案的工程投資等影響，選取遼寧省水資源承載力方案為適度節水和經濟低速增長的方案。該方案下在保證75%供水保證率的條件下，總供水量和需水量分別為15.85億m3和17.32億m3，總缺水量占供水量的9.3%，其中超載GDP和超載人口分別為146.47億元和1028.5萬人，超載生態環境面積約為0.18萬hm2。

對比分析可承載人口可知，在區域水環境承載力分析方面PSR模型具有良好的可靠性與可行性。研究表明，即使遼寧省具有較高的節水水平，但僅僅依靠當地的水資源仍無法滿足該區域未來人口發展的需求和經濟發展的需要。2020和2030年生態環境面積在及時采取外調水的措施下仍存在一定的超載問題。因此，提高當地用水效率和節水水平，加快推進節水設施的普及和應用，提高用水效率等已成為今后水資源可持續發展的重點。

4 結論

(1)通過利用PSR模型和指標評價法對遼寧省水資源承載力進行評價，不僅能更好地反映該區域水資源可持續利用現狀，而且能夠對各子系統之間的相互作用關系進行客觀、全面地表征。因PSR模型在水資源承載力方面的應用研究還處于初始階段，因此在未來還需要進一步對指標體系和模型優化做深入的研究分析。

(2)隨著時間的推移，遼寧省可承載GDP呈現出逐漸增大的趨勢，而可承載整體人口表現出降低的趨勢，由此表明水資源承載力在滿足社會經濟發展的同時抑制了人口的增長。綜合考慮經濟發展、允許最大缺水程度、缺水行業以及不同配置方案的工程投資等影響，選取遼寧省水資源承載力方案為適度節水和經濟低速增長的方案。

(3)2020和2030年生態環境面積在及時采取外調水的措施下仍存在一定的超載問題。因此，提高當地用水效率和節水水平，加快推進節水設施的普及和應用，提高用水效率等已成為今后水資源可持續發展的重點。