黨麗娟，徐 勇

（1.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所，北京100101；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

改革開(kāi)放30多年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)面貌發(fā)生了深刻而廣泛的變化，但經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和人民生活水平的顯著提高也付出了沉重的資源環(huán)境代價(jià)［1］。資源環(huán)境問(wèn)題究其本質(zhì)，是經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和發(fā)展模式問(wèn)題。粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式不僅使經(jīng)濟(jì)發(fā)展難以持續(xù)，資源環(huán)境也不堪重負(fù)［2］。實(shí)踐證明，我國(guó)的資源環(huán)境與發(fā)展的關(guān)系正在發(fā)生重大變化。黨的“十七大”報(bào)告（2007）把經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的資源環(huán)境代價(jià)過(guò)大列為發(fā)展面臨的首要問(wèn)題，首次把“生態(tài)文明”這個(gè)概念寫(xiě)入黨代會(huì)的政治報(bào)告，強(qiáng)調(diào)要建立人與自然的和諧相處關(guān)系；“十八大”報(bào)告（2013）再次提出“建立資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制，對(duì)水土資源、環(huán)境容量和海洋資源超載區(qū)域?qū)嵭邢拗菩源胧钡葍?nèi)容，將發(fā)展中依然存在的不協(xié)調(diào)、不可持續(xù)問(wèn)題、資源環(huán)境約束加劇等壓力列為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

水資源作為資源環(huán)境重要的組成部分，與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生活密切相關(guān)。隨著人類活動(dòng)的加劇和全球氣候變化問(wèn)題的凸顯，水循環(huán)過(guò)程正在發(fā)生不利于人類維持既有生產(chǎn)生活秩序的改變［3］，淡水資源的供給能力正在持續(xù)減弱，很多地區(qū)發(fā)生了嚴(yán)重的水問(wèn)題和水危機(jī)［4］。目前，聯(lián)合國(guó)及相關(guān)國(guó)際機(jī)構(gòu)已把淡水資源的有效供給和高效利用作為衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和科技水平的重要標(biāo)志，水利調(diào)蓄能力和開(kāi)源節(jié)流潛力也被視作檢驗(yàn)一國(guó)或地區(qū)發(fā)展?jié)摿驼畧?zhí)政能力的關(guān)鍵指標(biāo)［5］。為推進(jìn)我國(guó)資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的有效開(kāi)展，本文針對(duì)水資源單項(xiàng)要素，在回顧水資源承載力研究的起源和發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)水資源承載力的概念、指標(biāo)、評(píng)價(jià)方法等研究進(jìn)展進(jìn)行較為系統(tǒng)的梳理、總結(jié)和評(píng)述，希望能對(duì)未來(lái)我國(guó)資源環(huán)境承載能力尤其是水資源承載力評(píng)價(jià)工作的開(kāi)展具有一定啟示意義。

1 水資源承載力研究的起源及歷程

承載力（Carrying Capacity）的思想萌芽于古希臘的亞里士多德時(shí)代，1798年馬爾薩斯（Malthus）人口論提出食物線性增長(zhǎng)不及人口的指數(shù)增長(zhǎng)速度，饑荒和戰(zhàn)爭(zhēng)會(huì)抑制人口數(shù)量；1838年弗赫斯特（Verhulst）基于此理論提出了對(duì)數(shù)增長(zhǎng)方程（Logistic Equation），用容納能力反映食物的約束對(duì)人口增長(zhǎng)的限制作用，被認(rèn)為是如今承載力定量研究的起源。后有學(xué)者提出增長(zhǎng)的極限這一概念［6］，承載力的主流思想延伸至人口學(xué)［7］、社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的“適度”人口［8］，以及生物生態(tài)領(lǐng)域的生態(tài)環(huán)境能夠承載的最大種群數(shù)量等。20世紀(jì)60年代以后爆發(fā)了全球性資源環(huán)境危機(jī)，隨著人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，資源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化等現(xiàn)象日趨顯著，人們不得不從資源環(huán)境的角度研究其所能支撐的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)規(guī)模，承載力的研究逐漸回歸到人口和產(chǎn)業(yè)的承載力層面上［9］。針對(duì)資源短缺在全球許多國(guó)家或地區(qū)的蔓延問(wèn)題，20世紀(jì)70年代開(kāi)始，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）、聯(lián)合國(guó)教科文組織（UNESO）、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）開(kāi)展了一系列承載力項(xiàng)目研究，包括土地資源承載力、水資源承載力、森林資源承載力以及礦產(chǎn)資源承載力等，共同提出了“資源承載力”的概念，即“一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的資源承載力是指在可以預(yù)見(jiàn)到的時(shí)期內(nèi)，利用本地能源及其自然資源和智力、技術(shù)等條件，在保證符合其社會(huì)文化準(zhǔn)則的物質(zhì)生活水平條件下該國(guó)家或地區(qū)能持續(xù)供養(yǎng)的人口數(shù)量”。在資源承載力研究中較早的是土地承載力，20世紀(jì)80年代初由聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）主持的土地資源人口承載力研究［10］，對(duì)全球和區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的規(guī)劃與可持續(xù)發(fā)展做出了積極的貢獻(xiàn)。

歷史地分析，水資源承載力的研究大致可分為4個(gè)階段：1985—1991年為概念及內(nèi)涵的形成階段；1992—1999年為理論探索階段；2000—2005年為方法模型的發(fā)展階段；2005年至今為技術(shù)和應(yīng)用的拓展階段。從承載力的研究地域上看，由最早的西北干旱地區(qū)發(fā)展到幾乎國(guó)土全域覆蓋的程度；在研究?jī)?nèi)容上，以水資源開(kāi)發(fā)利用的能力，逐漸擴(kuò)展至水資源承載社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的能力；在承載對(duì)象上，從計(jì)算水資源開(kāi)發(fā)利用規(guī)模的基礎(chǔ)上，延伸至人口規(guī)模、灌溉面積、工業(yè)產(chǎn)值、生態(tài)環(huán)境安全等內(nèi)容［11］；從承載力計(jì)算結(jié)果的表達(dá)來(lái)看，除人口規(guī)模、產(chǎn)業(yè)規(guī)模外，豐富了水資源超載度、承載壓力度等內(nèi)容。

2 水資源承載力的概念及理論進(jìn)展

2.1 水資源承載力概念、內(nèi)涵及發(fā)展

國(guó)外學(xué)者對(duì)于水資源承載力的研究最早可見(jiàn)Shelby等［12］對(duì)伊利諾伊斯河的承載力研究，認(rèn)為河流承載力由物理承載力、生態(tài)承載力、社會(huì)承載力組成，物理承載力是由水資源的可利用量決定的，生態(tài)承載力受到人類活動(dòng)強(qiáng)度的制約，社會(huì)承載力取決于經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，且決定了河流在提供旅游休閑功能方面的承載力大小。Slesser M.［13］運(yùn)用SD法提出了承載力估算的綜合資源計(jì)量技術(shù)模型（Enhancement of Carrying Capacity Options）模擬人口數(shù)量與承載力之間的動(dòng)態(tài)變化，推動(dòng)了發(fā)展中國(guó)家資源環(huán)境承載力的動(dòng)態(tài)研究；Harris［14］將水資源可利用量作為影響農(nóng)作物產(chǎn)量的一個(gè)因素，研究了基于邏輯增長(zhǎng)方程的農(nóng)業(yè)承載力的上限；美國(guó)URS公司［15］在對(duì)佛羅里達(dá)keys群島的自然環(huán)境、島群生態(tài)系統(tǒng)、以及海洋系統(tǒng)的承載能力的研究中，將承載力定義為在不對(duì)自然和人工資源造成破壞的前提下該地區(qū)所能承載的最大發(fā)展水平，并采用由社會(huì)經(jīng)濟(jì)、財(cái)政、基礎(chǔ)設(shè)施、水、海洋及陸地等子系統(tǒng)和圖形用戶界面（Graphical User Interface）共同構(gòu)成的承載力分析模型（Carrying Capacity Analysis Model）對(duì)該流域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)整體進(jìn)行了模擬和評(píng)價(jià)，確定Florida Keys流域生態(tài)系統(tǒng)及其構(gòu)成因子對(duì)各種人類活動(dòng)影響的承受能力；Sawunyama T.等［16］利用遙感與 GIS技術(shù)對(duì)非洲東南部流域小水庫(kù)的調(diào)蓄能力進(jìn)行承載能力評(píng)估，指出小水庫(kù)作為水資源系統(tǒng)的一部分應(yīng)該在水資源的規(guī)劃與管理中得到充分利用。

相比之下，我國(guó)對(duì)水資源承載力的探索始于西北干旱區(qū)水資源［17］的研究，以水資源供需關(guān)系作為研究思路，貫穿區(qū)域水資源及與其聯(lián)接被承載對(duì)象（人口、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)）的結(jié)構(gòu)、規(guī)模及未來(lái)發(fā)展變化進(jìn)行分析。因此，區(qū)域內(nèi)水資源的供需平衡是我國(guó)水資源承載力研究的基本思想。新疆水資源軟科學(xué)課題研究組［18］最早針對(duì)水資源承載力進(jìn)行研究；在國(guó)家政策層面上，“九五”攻關(guān)計(jì)劃中“關(guān)中水資源承載能力研究”課題［19］，“973”項(xiàng)目“黃河流域水資源演化規(guī)律與可再生性維持機(jī)理”均重點(diǎn)對(duì)西北地區(qū)水資源承載能力展開(kāi)了研究［20－22］，旨在為缺水地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展決策提供依據(jù)。

基于不同的研究目的，水資源承載力的定義側(cè)重點(diǎn)不同。已有的關(guān)于水資源承載力的定義可被大致歸納為水資源開(kāi)發(fā)利用的最大能力、水資源的最大支撐規(guī)模兩種類型。水資源開(kāi)發(fā)利用的最大能力也指水資源的最大開(kāi)發(fā)容量、最大供水能力、水資源可利用量，許有鵬［23］、高彥春等［24］的研究認(rèn)為水資源供需盈虧狀況、水資源進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用的潛力大小就代表水資源承載力的大小。相比之下，水資源的最大支撐能力、規(guī)模這一內(nèi)涵得到了更多學(xué)者的認(rèn)可，具體指水資源的最大支撐能力，水資源能夠承載的最大人口規(guī)模、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模等。其中，施雅風(fēng)［25］、惠泱河［26］等以及國(guó)家“九五”科技攻關(guān)“西北地區(qū)水資源合理配置與承載能力研究”項(xiàng)目，認(rèn)為水資源承載力是在特定條件下，對(duì)某一地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所能提供的最大支撐能力；這一內(nèi)涵通常采用人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模等指標(biāo)描述區(qū)域發(fā)展的合理性和可持續(xù)性［27］，采用不同方案制定出符合區(qū)域水資源承載力相應(yīng)的人口、經(jīng)濟(jì)政策。另一方面，水資源能夠支撐的最大人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)規(guī)模這一內(nèi)涵迄今得到了最為深入地研究及拓展。以阮本青［28］、何希吾［29］、夏軍［30］、王浩［3－4］、段春青［31］等為代表的“規(guī)模論”直接利用人口規(guī)模、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值作為刻畫(huà)承載力大小的指標(biāo)，其概念可被定義為：在一定階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和技術(shù)條件下，以社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)良性循環(huán)相協(xié)調(diào)為原則，區(qū)域／流域內(nèi)水資源能夠承載的合理人口數(shù)量和經(jīng)濟(jì)規(guī)模。

總體上看，國(guó)內(nèi)的水資源承載力概念在一定程度上延用了國(guó)外研究和土地資源承載力的定義，強(qiáng)調(diào)了水資源開(kāi)發(fā)利用的可持續(xù)性。對(duì)比地看，水資源承載力概念的表述可以從環(huán)境學(xué)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)兩個(gè)角度進(jìn)行區(qū)分，涵蓋了以下幾個(gè)影響因素：一是水資源稟賦因素；二是社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的影響；三是對(duì)人口社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的支撐情況；四是生態(tài)環(huán)境保障因素。水資源承載力的計(jì)算不應(yīng)割裂整個(gè)資源環(huán)境系統(tǒng)，片面追求水資源的承載力最大值而忽略系統(tǒng)的整體性，違背了可持續(xù)性理論。從研究對(duì)象上看，水資源承載力的研究主要體現(xiàn)在水資源開(kāi)發(fā)利用潛力、區(qū)域發(fā)展規(guī)模（人口規(guī)模或經(jīng)濟(jì)載量）兩個(gè)方面，可分別概括為水資源的最大開(kāi)發(fā)能力和最大支撐規(guī)模。已有研究關(guān)于水資源承載力本身表達(dá)比較宏觀，定量描述不夠精確。定義水資源承載力，在考慮水資源承載力影響因素的同時(shí)，宜以用水指標(biāo)為線索，建立起限制因素（如可供水量、水質(zhì)）與增長(zhǎng)因素（如人口、經(jīng)濟(jì)）之間的定量關(guān)系，從而更好地刻畫(huà)和測(cè)算水資源能夠承受的人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模與發(fā)展方向。

2.2 水資源承載力理論框架及進(jìn)展

水資源承載力研究是可持續(xù)發(fā)展理論在水資源管理領(lǐng)域的具體體現(xiàn)和應(yīng)用?？沙掷m(xù)發(fā)展強(qiáng)調(diào)3個(gè)主題：代際公平、區(qū)際公平以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口、資源、環(huán)境間的協(xié)調(diào)性。作為水資源承載力研究的指導(dǎo)思想和理論基礎(chǔ)，在可持續(xù)發(fā)展理論的指導(dǎo)下，資源的可持續(xù)利用，人與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展取代了以前片面追求經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的發(fā)展觀念。馮尚友等［32］基于水資源的最大開(kāi)發(fā)能力這一內(nèi)涵，提出由可持續(xù)發(fā)展概念和水持續(xù)利用的理論研究、水資源的規(guī)劃管理技術(shù)研究、水資源發(fā)展的戰(zhàn)略和制度研究3個(gè)部分組成的基本理論框架。雖然三者實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展和資源持續(xù)利用是不可或缺的因素，但忽略了水資源系統(tǒng)之外的社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境等因素的存在；姚治君［33］基于水資源的“規(guī)模論”將水資源承載力的研究從低到高概括為3個(gè)層次：區(qū)域水資源的內(nèi)部轉(zhuǎn)換以及區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用與環(huán)境之間平衡關(guān)系研究、區(qū)域水資源狀態(tài)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的適配關(guān)系的研究、社會(huì)需求與水資源承載力之間平衡關(guān)系研究。這一理論得到了朱一中等［34］的支持，進(jìn)一步將水資源承載力研究的理論基礎(chǔ)具體化為可持續(xù)發(fā)展理論、“水—生態(tài)—社會(huì)經(jīng)濟(jì)”復(fù)合系統(tǒng)理論和“自然—人工”二元模式下的水文循環(huán)過(guò)程與機(jī)制，這些理論基礎(chǔ)在后續(xù)研究城市化地區(qū)水資源承載力［35］時(shí)得到應(yīng)用。

水資源承載力研究對(duì)象涉及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、水資源、生態(tài)、環(huán)境等眾多與人類活動(dòng)密切相關(guān)的因素，研究主體是水資源系統(tǒng)、客體是社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)。水資源承載力受供、需水雙方矛盾的影響，需要從受自然變化和人類活動(dòng)影響的水循環(huán)系統(tǒng)出發(fā)，通過(guò)“自然生態(tài)—社會(huì)經(jīng)濟(jì)”系統(tǒng)對(duì)水的需求和區(qū)域能夠提供多少可利用水資源量的支撐能力方面加以度量。結(jié)合學(xué)者們對(duì)水資源承載力的理論研究，可將理論框架分為基礎(chǔ)、概念、量化三部分。基礎(chǔ)理論包括可持續(xù)發(fā)展理論、生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)理論、二元模式下水循環(huán)理論及水資源優(yōu)化配置管理理論等；概念體系包括水資源承載力的內(nèi)涵、特征、影響因素、研究?jī)?nèi)容、判別標(biāo)準(zhǔn)和研究方法等；量化部分包括供水量化、需水量化、水質(zhì)量化、耦合量化、優(yōu)化配置及管理系統(tǒng)等。

3 水資源承載力指標(biāo)體系

建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的目的在于通過(guò)選取適當(dāng)?shù)亩攘恐笜?biāo)，并依據(jù)指標(biāo)間的耦合關(guān)系形成有序而全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)，用以定量反映和衡量不同區(qū)域水資源系統(tǒng)特征及其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)的承載狀況，識(shí)別和診斷、保持或維持承載客體正常運(yùn)行的限制性環(huán)節(jié)及其制約程度。水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建是水資源承載力研究中的一個(gè)基礎(chǔ)性工作。水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取有不同的做法。通常將指標(biāo)類型劃分為宏觀指標(biāo)、綜合指標(biāo)兩大類，宏觀指標(biāo)對(duì)應(yīng)水資源承載人口、產(chǎn)業(yè)規(guī)模；綜合指標(biāo)表征水資源的支撐能力。宏觀指標(biāo)描述的是區(qū)域水資源的可利用量支撐的經(jīng)濟(jì)規(guī)模和人口數(shù)量，用工農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和人口數(shù)量表示，包括4類二級(jí)指標(biāo)，即水資源系統(tǒng)指標(biāo)、社會(huì)系統(tǒng)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)指標(biāo)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)；其中，水資源量的大小、可利用程度、水質(zhì)總體情況、水資源開(kāi)發(fā)利用情況等指標(biāo)刻畫(huà)水資源系統(tǒng)背景值；社會(huì)系統(tǒng)指標(biāo)則反映人口和社會(huì)發(fā)展對(duì)水資源的利用情況；經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)指標(biāo)描述區(qū)域整體發(fā)展方向、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、工農(nóng)業(yè)用水情況等；生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)主要反映人類活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、水資源的開(kāi)發(fā)利用對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。綜合指標(biāo)包括承載力指數(shù)和協(xié)調(diào)指數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)，通過(guò)指數(shù)的范圍值來(lái)判斷水資源承載狀態(tài)。

水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系種類繁多復(fù)雜，然而指標(biāo)數(shù)量多寡并不代表刻畫(huà)概念是否清晰準(zhǔn)確。另外，繁復(fù)的指標(biāo)在計(jì)算過(guò)程中可操作性低，并不能滿足刻畫(huà)承載力的精確度要求。有效刻畫(huà)水資源承載力的指標(biāo)體系是能夠抓住問(wèn)題的關(guān)鍵，既能反映水資源系統(tǒng)的可利用量及其動(dòng)態(tài)變化，又能準(zhǔn)確表達(dá)水資源系統(tǒng)與承載系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系。以區(qū)域內(nèi)某工廠為例，采用其土地占用面積、生產(chǎn)單位產(chǎn)品的耗水量、其他資源消耗量、供水水源與用水單元的距離等指標(biāo)從資源角度刻畫(huà)水資源量的承載力；采用總產(chǎn)值、利潤(rùn)、職工數(shù)量及工資水平、職工住宅情況等指標(biāo)從社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度刻畫(huà)水資源的人口、產(chǎn)業(yè)承載力［36－38］；采用排水量、廢渣、廢水處理以及對(duì)大氣、環(huán)境影響等指標(biāo)從環(huán)境污染的角度刻畫(huà)水資源的生態(tài)與環(huán)境承載力；以最小用水單元為主線，從這三個(gè)角度選取關(guān)鍵指標(biāo)能夠清晰地建立起水資源系統(tǒng)與被承載對(duì)象（人口、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)）的空間關(guān)系，計(jì)算出可供水量與該工廠的產(chǎn)品發(fā)展規(guī)模、職工人數(shù)等數(shù)量關(guān)系，進(jìn)而評(píng)價(jià)和測(cè)算整個(gè)區(qū)域的水資源承載能力。

4 水資源承載力計(jì)算方法

目前，水資源承載力的研究方法有單因素評(píng)價(jià)法、多因素綜合評(píng)價(jià)法、主成分分析法、多目標(biāo)規(guī)劃方法、多指標(biāo)評(píng)判方法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法、常規(guī)趨勢(shì)法等。

4.1 水資源承載力的計(jì)算方法述評(píng)

常規(guī)趨勢(shì)法是在以各部門供、用水量及預(yù)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析水資源可利用量能否滿足用水需求，即水資源的承載能力或承載潛力。具有代表性的是新疆水資源軟科學(xué)課題研究組對(duì)新疆的水資源承載能力和開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略對(duì)策的研究，采用了水文統(tǒng)計(jì)法、樹(shù)木年輪法、太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)弱3種方法對(duì)新疆水資源長(zhǎng)期變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)研究，按照75%來(lái)水保證率計(jì)算可利用水量，假設(shè)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、人民生活用水之間遠(yuǎn)景分水比例為15%，80%，5%，基于未來(lái)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的承載能力，計(jì)算新疆的人口規(guī)模；曲耀光［43］在黑河流域水資源承載力分析計(jì)算與對(duì)策的研究中，利用趨勢(shì)法和灰色模型預(yù)測(cè)方法，分析在高低方案下黑河流域的水資源能否滿足各用水部門的需求。此方法簡(jiǎn)便直觀，基于區(qū)域／流域水資源供需平衡的思路，利用水資源可利用量來(lái)預(yù)測(cè)分析未來(lái)用水需求的發(fā)展趨勢(shì)，沿用至今。

多目標(biāo)分析評(píng)價(jià)方法，即在列出影響水資源系統(tǒng)的主要約束條件下，運(yùn)用系統(tǒng)分析手段尋求多個(gè)目標(biāo)的整體最優(yōu)。阮本青等［28］以系統(tǒng)工程方法為依據(jù)，以水資源供需動(dòng)態(tài)平衡、供水能力、行業(yè)取用水量、人均糧食產(chǎn)量、耕地面積、人均經(jīng)濟(jì)收入為約束，以水資源綜合利用效益最大為目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算水資源所能持續(xù)供養(yǎng)的人口數(shù)量。這種模型建立規(guī)則是以約束條件為基礎(chǔ)的，構(gòu)成約束的因子和約束條件的設(shè)置在某種程度上對(duì)模型有很大影響。例如，多目標(biāo)分析評(píng)價(jià)方法中，對(duì)約束條件的設(shè)置主要可概括為產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值最大、用水量最小、人均資源占有量最大等。而就現(xiàn)有技術(shù)水平、用水節(jié)水水平而言，任意兩種約束條件之間存在矛盾關(guān)系［44］。約束條件的集合可以滿足供需平衡、可持續(xù)發(fā)展的要求，但多種約束條件的耦合效果差強(qiáng)人意。

表1 水資源承載力指標(biāo)類型劃分、表示方法及作用［39－42］

綜合評(píng)價(jià)的方法多樣，可拓物元模型、數(shù)據(jù)包絡(luò)模型、灰色評(píng)價(jià)模型等。最常用的綜合評(píng)價(jià)方法為模糊評(píng)判法，在對(duì)影響水資源承載能力的各個(gè)因素進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，通過(guò)綜合評(píng)判矩陣對(duì)其承載能力進(jìn)行多因素綜合評(píng)價(jià)。如許有鵬［23］以新疆和田流域?yàn)槔?，利用模糊綜合評(píng)判法，選取耕地率、水資源利用率、供水模數(shù)、需水模數(shù)、人均供水量和生態(tài)用水率6個(gè)因素作為評(píng)價(jià)因素，再通過(guò)評(píng)判矩陣建立分析評(píng)價(jià)模型，以小區(qū)、綜合流域的尺度探討了我國(guó)西北干旱區(qū)水資源承載能力綜合評(píng)價(jià)方法。該方法解決了單因素評(píng)價(jià)方法中的缺陷，比較全面地反映水資源承載能力的狀況。這種方法是一種主觀因素突出型的評(píng)判法，在運(yùn)算過(guò)程中容易造成有效信息遺失及誤判，在賦值、權(quán)重分配、指標(biāo)選取方面并不具備普適性。

針對(duì)模糊綜合評(píng)判法在綜合評(píng)價(jià)中存在的主觀隨意性問(wèn)題［45］，傅湘等［46］提出采用主成分分析法進(jìn)行區(qū)域水資源承載能力綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)主成分分析法的原理，分析了灌溉率、水資源利用率、水資源開(kāi)發(fā)程度、供水模數(shù)、需水模數(shù)、人均供水量和生態(tài)環(huán)境用水率7個(gè)主要因素，通過(guò)評(píng)價(jià)參數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行最佳綜合與簡(jiǎn)化，通過(guò)主成分關(guān)系式，最終對(duì)水資源承載能力進(jìn)行分級(jí)評(píng)判。主成分分析法用綜合指標(biāo)代替原來(lái)指標(biāo)所包含的信息，同時(shí)客觀地確定權(quán)重，避免了主觀隨意性。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法通過(guò)借助系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法最為突出的優(yōu)點(diǎn)，即處理高階次、非線性、多重反饋、復(fù)雜時(shí)變的系統(tǒng)問(wèn)題，王建華等［47］根據(jù)“需水—社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平—供水”相互作用、反饋的機(jī)制，建立了水資源承載力系統(tǒng)，即投資、水資源分配、農(nóng)業(yè)節(jié)水、灌溉、生活用水、人口、工業(yè)節(jié)水和循環(huán)用水8個(gè)子系統(tǒng)，預(yù)測(cè)了水資源的工農(nóng)業(yè)承載能力，并指出節(jié)水和降低單位產(chǎn)值耗水是提高水資源利用率的主要途徑。陳冰等［48］利用SDIMWRSCCB模型仿真了高、中、低3種發(fā)展方案，分別從人口、經(jīng)濟(jì)、水資源供需和水環(huán)境污染及治理4個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)柴達(dá)木盆地社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展與水環(huán)境承載力的關(guān)系。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法能夠很好地解決水資源承載力各影響因素之間的定量關(guān)系，系統(tǒng)且快速地計(jì)算出各子模塊的值。在繪制系統(tǒng)流圖時(shí)，涉及到模型參數(shù)眾多，因此數(shù)據(jù)需求量也很大。

4.2 代表性研究方法的探討

通過(guò)梳理以往具有代表性的研究，根據(jù)不同的研究方案，水資源承載力的計(jì)算主要體現(xiàn)在人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)載量（產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值、灌溉面積等）和水資源開(kāi)發(fā)利用潛力3個(gè)方面；針對(duì)主流研究方法進(jìn)行展開(kāi)分析可見(jiàn)，水資源承載力是通過(guò)評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

表2 水資源承載力主流研究方法及概況

常規(guī)趨勢(shì)法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法、多目標(biāo)綜合分析法等方法在設(shè)定不同方案下進(jìn)行預(yù)測(cè)和優(yōu)化，從影響水資源承載力的各因素之間相互作用關(guān)系入手，構(gòu)建數(shù)學(xué)方程模擬各因素的動(dòng)態(tài)變化，并通過(guò)不同變量將這些數(shù)學(xué)方程耦合成水資源承載力量化模型，通過(guò)情景預(yù)測(cè)手段計(jì)算水資源承載力。這一類方法在探索各個(gè)因素的分析以及相互作用關(guān)系上有所突破，但過(guò)程復(fù)雜，且其中涉及的參變量太多，不易掌握。而模糊評(píng)價(jià)法、灰關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)法、主成分分析法等方法是從分析水資源承載力系統(tǒng)中的現(xiàn)象入手，構(gòu)建指標(biāo)體系，構(gòu)建評(píng)價(jià)方法及模型，綜合評(píng)價(jià)水資源對(duì)某種發(fā)展規(guī)模的支撐程度。這一類方法往往局限于水資源承載力系統(tǒng)中各個(gè)因素上，在指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法的選擇上主觀性較大，定量分析計(jì)算的結(jié)果會(huì)引起不同解讀。

此外，新方法在水資源承載力研究領(lǐng)域的應(yīng)用也得到了推廣和發(fā)展。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）的非線性映射關(guān)系能夠反映出水資源承載力與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的必然聯(lián)系［49］，通過(guò)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可預(yù)測(cè)和判別區(qū)域未來(lái)水平年水資源承載力狀態(tài)；遺傳算法（GA）模型采用遺傳算法建立目標(biāo)函數(shù)及約束條件［50］，能夠有效解決多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題；動(dòng)態(tài)模擬遞推法通過(guò)水的動(dòng)態(tài)供需平衡計(jì)算來(lái)顯示水資源承載力的狀況和支持人口與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最終規(guī)模［51］；投影尋蹤評(píng)價(jià)模型［52］將高維數(shù)據(jù)向低維空間數(shù)據(jù)進(jìn)行投影，通過(guò)低維投影數(shù)據(jù)的散布結(jié)構(gòu)來(lái)研究高維數(shù)據(jù)特征；最大信息熵原理［53］提出了基于極大熵原理的水資源承載力評(píng)價(jià)模型對(duì)水資源承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)；粗糙集理論［54］采用了層次分析和熵權(quán)法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，采用集對(duì)分析（SPA）構(gòu)建評(píng)價(jià)樣本與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度，建立了水資源承載力評(píng)價(jià)RS－SPA模型。這些新方法突破了以往數(shù)據(jù)獲取與分析手段，避開(kāi)傳統(tǒng)方法中面臨的復(fù)雜問(wèn)題及難點(diǎn)，利用各自的優(yōu)勢(shì)提供了解決耦合系統(tǒng)量化關(guān)系的新思路，既使水資源承載力的結(jié)果更真實(shí)可靠，又是未來(lái)水資源承載力研究方法的新方向［55］。

5 結(jié)論與討論

（1）通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外水資源承載力相關(guān)研究的梳理和歸納，將國(guó)內(nèi)外關(guān)于水資源承載力研究歷程劃分成概念及內(nèi)涵形成、理論和方法探索、方法模型發(fā)展和技術(shù)及應(yīng)用拓展4個(gè)階段。水資源承載力的概念可被定義為在一定階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和技術(shù)條件下，以社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)良性循環(huán)相協(xié)調(diào)為原則，區(qū)域／流域內(nèi)水資源能夠承載的合理人口數(shù)量和經(jīng)濟(jì)規(guī)模。

（2）在總結(jié)以往水資源承載力的研究關(guān)于指標(biāo)體系及方法的基礎(chǔ)上，探討了針對(duì)水資源最大開(kāi)發(fā)能力的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)方法、水資源最大支撐規(guī)模的情景預(yù)測(cè)方法，提出了從微觀層面上計(jì)算水資源承載力的思路，厘清水資源貫穿社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)而產(chǎn)生的供需關(guān)系，從而正確評(píng)價(jià)和判斷區(qū)域發(fā)展的水資源承載能力。

（3）水資源承載力的計(jì)算，歸根結(jié)底是解決動(dòng)態(tài)變化下水資源供需平衡和生活質(zhì)量、生產(chǎn)效率的問(wèn)題。另外，快速城鎮(zhèn)化、工業(yè)化背景之下的人口格局變化又為區(qū)域水資源承載力的空間差異研究增加了新的研究?jī)?nèi)容。傳統(tǒng)研究方法和思路已難以突破，不妨通過(guò)“以小見(jiàn)大”的方式，將最小用水單元作為主線，結(jié)合不同角度（資源環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)）測(cè)算最小單元的水資源承載力［56］，進(jìn)而確定整個(gè)區(qū)域的水資源承載人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿?，為合理配置區(qū)域資源、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)布局、制定社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略提供決策參考；同時(shí)，也為積極促進(jìn)我國(guó)資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的開(kāi)展提供科學(xué)依據(jù)。

［1］ 劉昌明，王紅瑞.淺析水資源與人口、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)環(huán)境的關(guān)系［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2003，18（4）：635－644.

［2］ 樊杰.我國(guó)主體功能區(qū)劃的科學(xué)基礎(chǔ)［J］.地理學(xué)報(bào)，2007，62（4）：339－350.

［3］ 汪黨獻(xiàn)，王浩，馬靜.中國(guó)區(qū)域發(fā)展的水資源支撐能力［J］.水利學(xué)報(bào)，2000，21（11）：21－26.

［4］ 王浩.區(qū)域缺水狀態(tài)的識(shí)別及其多維調(diào)控［J］.資源科學(xué)，2003，25（3）：66－74.

［5］ Magrath J.WWDR2：Water，a Shared Responsibility［R］.Mexico：Development in Practice，2006.

［6］ Meadows D H，Meadows D，Randers J，et al.The Limits to Growth：A Report for the Club of Rome′s Project on the Predicament of Mankind ［M］.New York：Universe Books，1972.

［7］ Park R E，Burgess E W.Introduction to the Science of Sociology［M］.Chicago：University of Chicago Press，1921.

［8］ Karanth K R.Ground Water Assessment：Development and Management［M］.New York：Tata McGraw－Hill Education，1987.

［9］ Allan W.The African Husbandman［M］.London：LIT Verlag Münster，1965.

［10］ Higgins G M，Kassam A H，Naiken L，et al.Potential population supporting capacities of lands in the developing world［R］.Roma：FAO，1982.

［11］ 張威，郭善麗莉，穆克華，等.資源環(huán)境因素對(duì)城市建設(shè)用地增長(zhǎng)的影響［J］.水土保持研究，2006，13（6）：255－259.

［12］ Uzun O，Müderrisglu H.Visual landscape quality in landscape planning：Examples of Kars and Ardahan cities in Turkey ［J］.African Journal of Agricultural Research，2011，6（6）：1627－1638.

［13］ Sleeser M.Enhancement of Carrying Capacity Options［M］.London：The Resource Use Institute，1990.

［14］ Harris J M.Carrying capacity in agriculture：Globe and regional issue ［J］.Ecological Economics，1999，129（3）：443－461.

［15］ Peterson D H.Florida keys carrying capacity study［J］.Proceedings of the Water Environment Federation，2002（13）：489－501.

［16］ Sawunyama T，Senzanje A，Mhizha A.Estimation of small reservoir storage capacities in Limpopo River Basin using geographical information systems （GIS）and remotely sensed surface areas：Case of Mzingwane catchment［J］.Physics and Chemistry of the Earth，Parts A／B／C，2006，31（15）：935－943.

［17］ 湯奇成.塔里木盆地水資源與綠洲建設(shè)［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，1990，4（3）：110－116.

［18］ 新疆水資源軟科學(xué)課題研究組.新疆水資源及其承載能力和開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略對(duì)策［J］.水利水電技術(shù)，1989（6）：1－7，9.

［19］ 惠泱河，蔣曉輝，黃強(qiáng)，等.二元模式下水資源承載力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模型研究［J］.地理研究.2001，20（2）：191－198.

［20］ 李麗娟.柴達(dá)木盆地水資源承載力研究［J］.環(huán)境科學(xué)，2000，23（2）：20－23.

［21］ 王煌，楊立彬，張新海，等.西北地區(qū)水資源承載能力研究［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2001，12（2）：523－529.

［22］ 王浩，秦大庸，王建華，等.西北內(nèi)陸干旱區(qū)水資源承載能力研究［J］.自然資源學(xué)報(bào).2004，19（2）：151－159.

［23］ 許有鵬.干旱區(qū)水資源承載能力綜合評(píng)價(jià)研究：以新疆和田河流域?yàn)槔跩］.自然資源學(xué)報(bào)，1993，8（3）：229－237.

［24］ 高彥春，劉昌明.區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用的閾限研究［J］.水利學(xué)報(bào)，1997（8）：73－79.

［25］ 施雅風(fēng)，曲耀光.烏魯木齊河流域水資源承載力及其合理利用［M］.北京：科學(xué)出版社，1992：48－63.

［26］ 惠泱河.水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究［J］.水土保持通報(bào)，2001，12（2）：85－89.

［27］ 謝高地，周海林等.中國(guó)水資源對(duì)發(fā)展的承載能力研究［J］.資源科學(xué)，2005，27（4）：2－7.

［28］ 阮本青，沈晉.區(qū)域水資源適度承載能力計(jì)算模型研究［J］.土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào)，1998，4（3）：57－61，85.

［29］ 何希吾.水資源承載力［M］.北京：中國(guó)大百科全書(shū)出版社，2000：155－162.

［30］ 夏軍，朱一中.水資源安全的度量：水資源承載力的研究與挑戰(zhàn)［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2002，17（3）：262－269.

［31］ 段春青，劉昌明，陳曉楠，等.區(qū)域水資源承載力概念及研究方法的探討［J］.地理學(xué)報(bào)，2010，65（1）：82－90.

［32］ 馮尚友，劉國(guó)金.水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)及其持續(xù)發(fā)展［J］.武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，28（6）：624－629.

［33］ 姚治君，王建華，江東，等.區(qū)域水資源承載力的研究進(jìn)展及其理論探析［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2002，13（1）：111－115.

［34］ 朱一中，夏軍，談戈.關(guān)于水資源承載力理論與方法的研究［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2002，21（2）：180－188.

［35］ 張永勇，夏軍，王中根.區(qū)域水資源承載力理論與方法探討［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2007，26（2）：126－132.

［36］ 徐德鴻.區(qū)域工業(yè)用水與工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整系統(tǒng)分析［J］.環(huán)境科學(xué)研究，1990，3（4）：1－6.

［37］ 程國(guó)棟.承載力概念的演變及西北水資源承載力的應(yīng)用框架［J］.冰川凍土，2002，24（4）：361－367.

［38］ 陳洋波，陳俊合.水資源承載能力研究中的若干問(wèn)題探討［J］.中山大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004（S1）：181－185.

［39］ 徐良芳，馮國(guó)章，劉俊民.區(qū)域水資源可持續(xù)利用及其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，20（6）：119－122.

［40］ 賈紹鳳，張軍巖，張士鋒.區(qū)域水資源壓力指數(shù)與水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2002，21（6）：538－545.

［41］ 劉恒，耿雷華，陳曉燕.區(qū)域水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2003，14（3）：265－270.

［42］ 王友貞，施國(guó)慶，王德勝.區(qū)域水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2005，20（4）：597－604.

［43］ 曲耀光，樊勝岳.黑和流域水資源承載力分析計(jì)算與對(duì)策［J］.中國(guó)沙漠，2000，20（1）：1－8.

［44］ 劉佳駿，董鎖成，李澤紅.中國(guó)水資源承載力綜合評(píng)價(jià)研究［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2011，26（2）：258－269.

［45］ 林衍，顧恒岳，盛湘渝.模糊綜合評(píng)判誤判原因的探討［J］.系統(tǒng)工程理論方法應(yīng)用，1997，6（2）：67－70.

［46］ 傅湘，紀(jì)昌明.區(qū)域水資源承載能力綜合評(píng)價(jià)：主成分分析法的應(yīng)用［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，1999，8（2）：168－173.

［47］ 王建華，江東，顧定法，等.基于SD模型的干旱區(qū)城市水資源承載力預(yù)測(cè)研究［J］.地理學(xué)與國(guó)土研究，1999，15（2）：18－22.

［48］ 陳冰，李麗娟，郭懷成，等.柴達(dá)木盆地水資源承載方案系統(tǒng)分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2000，5（3）：17－21.

［49］ 劉樹(shù)峰，陳俊合.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的水資源承載力研究［J］.資源科學(xué)，2007，29（1）：99－105.

［50］ 董益華，王延輝，李躍鵬.基于多目標(biāo)遺傳算法的水資源承載力模型研究［J］.黑龍江水專學(xué)報(bào)，2007，34（3）：41－43.

［51］ 馮尚友.水資源持續(xù)利用與管理導(dǎo)論［M］.北京：科學(xué)出版社，2000：213－215.

［52］ 王順久，侯玉，張欣莉，等.流域水資源承載能力的綜合評(píng)價(jià)方法［J］.水利學(xué)報(bào)，2003（1）：88－92.

［53］ 孫才志，左海軍，楊靜.基于極大熵原理的黃河流域水資源承載力研究：以山西段為例［J］.資源科學(xué)，2004，26（2）：17－22.

［54］ 丁愛(ài)中，陳德勝，潘成忠，等.基于粗糙集和集對(duì)分析的中國(guó)水資源承載力現(xiàn)狀評(píng)價(jià)［J］.南水北調(diào)與水利科技，2010（3）：71－75.

［55］ 熊建新，陳端呂，彭保發(fā)，等.2001—2010年洞庭湖區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境變化及其生態(tài)承載力響應(yīng)［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2014，33（3）：356－363.

［56］ 黨麗娟，徐勇，王志強(qiáng).陜西省榆林市水資源人口承載規(guī)模研究［J］.水土保持研究，2014，21（3）：90－97.