導(dǎo)語：水資源承載力研究管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

水資源承載力的理論研究，國際上單項研究的成果較少，大多納入可持續(xù)發(fā)展理論中。國內(nèi)20世紀(jì)80年代施雅風(fēng)明確提出了水資源承載力的概念。20世紀(jì)90年代以來，在地區(qū)和國家社會經(jīng)濟發(fā)展中堅持走可持續(xù)發(fā)展道路已是普遍的共識，作為可持續(xù)發(fā)展研究和水資源安全戰(zhàn)略研究中的一個基礎(chǔ)課題，水資源承載力研究已引起學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注并成為當(dāng)前水資源科學(xué)中的一個重點和熱點研究課題。

一、影響水資源承載力大小的因素

1.水資源總量及水質(zhì)水資源總量是指流域水循環(huán)過程中可更新恢復(fù)的地表水與地下水資源總量。水資源總量的確定是水資源承載力研究的基礎(chǔ)資料，是決定流域水資源承載力的關(guān)鍵因素之一。在水資源承載力研究中，水量與水質(zhì)密不可分，兩者必須同時考慮。水資源總量的確定包括：變化環(huán)境下的水資源總量；跨流域調(diào)水所引起的水資源總量的增減；各水利工程建筑物所增加的水資源總量及其控制地域范圍與時間范圍；豐水期與枯水期水資源總量與水質(zhì)。

2.生態(tài)環(huán)境需水生態(tài)環(huán)境需水是為了維系生態(tài)系統(tǒng)生物群落基本生存和一定生態(tài)環(huán)境質(zhì)量（或生態(tài)建設(shè)要求）的最小水資源需求量和基本水質(zhì)要求。生態(tài)環(huán)境需水量包括天然生態(tài)保護與人工生態(tài)建設(shè)所消耗的水量。生態(tài)環(huán)境需水不但要滿足最小水資源量的需要，同時還應(yīng)滿足基本的水質(zhì)要求。而水體流速與流量，流量與水質(zhì)又有相互的聯(lián)系，在生態(tài)需水總量計算中需綜合考慮。

3.可供使用的水資源量可供使用的水資源量是指可以直接提取用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活的水資源量。從水資源可持續(xù)發(fā)展的角度來說，可供使用的水資源量是指在一定的用水結(jié)構(gòu)和開發(fā)利用深度下可被開發(fā)利用的最大水資源閾值，是水資源承載力計算的基線?？晒┦褂玫乃Y源量在數(shù)值上不易給定，因為該量一方面要保證不擠占生態(tài)環(huán)境用水，要從水資源總量中扣除地下水總量、地表水對地下水的補給量及蒸發(fā)量，另一方面該量與水資源的需求關(guān)系及相應(yīng)的水資源配置、地區(qū)生產(chǎn)力水平、生產(chǎn)力發(fā)展水平、節(jié)水潛力、節(jié)水技術(shù)、社會消費水平及消費結(jié)構(gòu)等因素相關(guān)，因為這些因素的變化影響了回水量及回水水質(zhì)，從而對流域河道內(nèi)水體產(chǎn)生了不同的影響，使可供使用的水資源量發(fā)生變化。

4.水體自凈能力污染物進入水體后，其濃度在流動過程中經(jīng)過水中物理、化學(xué)與生物作用，使污染物濃度降低的現(xiàn)象，稱為水體的自凈作用。自凈能力的大小是各種綜合因素的結(jié)果，如流域生物群落、水體酸堿性、河床巖性與植被、水體污染程度等因素有關(guān)。對應(yīng)不同的污染物，水體的自凈能力是不同的，在研究時可針對不同的污染物用某一污染物的綜合削減系數(shù)這一指標(biāo)來刻畫。

二、流域水資源承載力指標(biāo)體系依據(jù)其影響因素及所涉及的領(lǐng)域，流域水資源承載力指標(biāo)體系劃分如圖1。

水資源承載力指標(biāo)體系的建立有兩個目的：其一是用來衡量水資源承載力的大小，其二是給定承載力評價的一般性指標(biāo)，這些指標(biāo)的作用是使水資源承載力評價方法與評價手段規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。對于特定地區(qū)需要根據(jù)具體情況增加特定指標(biāo)。所以筆者認(rèn)為水資源承載力還需根據(jù)計算要求建立一套計算性指標(biāo)體系：度量性指標(biāo)：

可供使用的水資源量、人口數(shù)、人均工業(yè)GDP產(chǎn)值、耕地灌溉率和有效灌溉面積

評價性指標(biāo)

診斷指標(biāo)(用于課承載的判斷)：包括生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)指標(biāo)

計算指標(biāo)(用于承載力大小的計算):包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活、城市發(fā)展指標(biāo)

三、水資源承載力的計算水資源承載力研究的核心問題：

在目前以及未來可預(yù)見的水資源開發(fā)利用階段，流域（或某一區(qū)域）可供使用的水資源量是多少（屬于可再生利用的水資源量）？這些水資源究竟能夠支撐多大規(guī)模的社會經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展？對于目前水資源已經(jīng)不能承載的地區(qū)如何補救？如何合理管理有限的水資源，維持和改善水資源承載力？為此，筆者提出水資源承載力計算的流程（略），所需要的計算指標(biāo)，見表1、表2。

圖1流域水資源承載力指標(biāo)體系劃分

水資源承載力計算中可承載性判斷的理論依據(jù)是生態(tài)環(huán)境指標(biāo)體系中的各指標(biāo)是否低于環(huán)境指標(biāo)數(shù)值，即：若環(huán)境的實際指標(biāo)均優(yōu)于或等于指標(biāo)體系中的標(biāo)準(zhǔn)時是可承載的，否則不可承載。水資源承載力計算的總體思路分為五步：

①確定水資源總量，將其分為兩部分，即“保留水資源量”與“可供使用的水資源量”，給定一個初始值；

②對可供使用的水資源量進行水資源配置（按目前用水結(jié)構(gòu)或計劃結(jié)構(gòu)），計算出各行業(yè)的回水量及水對各行業(yè)的支撐能力（包括目前用水水平與深度開發(fā)水平）；

③計算出將回水與河道（或湖泊等水體）內(nèi)水混合后的區(qū)域水量與水質(zhì)情況，并計算經(jīng)水體自凈后的水質(zhì)；

④將計算結(jié)果與生態(tài)環(huán)境指標(biāo)體系中各指標(biāo)進行對比，若計算水質(zhì)與水量標(biāo)準(zhǔn)高于或等于（部分等于）指標(biāo)體系要求時是可承載的，否則不可承載；

⑤若不可承載，返回第一步。重復(fù)以上五步直到計算水量及水質(zhì)均符合要求，且有一個或若干個指標(biāo)與環(huán)境要求指標(biāo)相等時停止計算，此時計算出的可供使用的水資源量為最大可供使用的水資源量，計算出水的支撐能力為最大支撐能力，計算出的回水量為最大允許回水量（按達標(biāo)排放）。

在此只對模型構(gòu)造中關(guān)鍵性的兩步（第二步、第三步）進行說明。

1.分配水量對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活的支撐能力計算在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活方面，水資源承載能力計算包括兩個方面，即目前技術(shù)條件以及深度開發(fā)水平下的水資源支撐能力。對于目前技術(shù)條件下的計算只需將分配水量與目前用水情況進行簡單對比運算即可，由于文章篇幅限制，在此不加以論述。采用先進技術(shù)條件下水資源的承載能力計算如下（未標(biāo)明的變量見表1及表2）：

(1)工業(yè)目的為計算出在分配水量(QI)下可支撐的工業(yè)產(chǎn)值(CI)及排污量(QPI)。定義產(chǎn)品水利用率為：k=

Q產(chǎn)品用水

Q1用水

Q產(chǎn)品用水=QI-QPI-ΨQI

式中，ψ為在生產(chǎn)過程中的跑、漏等浪費的水量占供水量的百分比系數(shù)；QPI為排污量。

再根據(jù)工業(yè)用水重復(fù)利用率的定義，以及工業(yè)耗水率的定義：ζI=

Q耗水

QI

則k=(ζI-Ψ)(1-α)

(1)

式中，α為工業(yè)用水重復(fù)利用率。在工業(yè)結(jié)構(gòu)不變，而只是提高重復(fù)利用率時k值改變。若采用新的工藝需對k值重新進行計算。所以在k值沒有改變的情況下其污水排放量為（設(shè)其工業(yè)重復(fù)利用率為α2）：

QPI=QI[(1-Ψ)-k/(1-α2)]

(2)

(2)農(nóng)業(yè)目的為計算出在所分配水量(QA)下有效灌溉面積的灌溉率（μ）及回水量(QPA)。

不計算農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，因為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益相對很低，將農(nóng)業(yè)作為主要因素是考慮到保護糧食安全和社會穩(wěn)定的社會效益。此外，一般來說隨著工業(yè)化、城市化進程和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展，不可能依靠增加耕地面積來增加糧食產(chǎn)量（從多年來看有效灌溉面積是相對比較穩(wěn)定的），而通過提高復(fù)種指數(shù)來增加糧食產(chǎn)量的潛力也不大，在這種情況下，增加農(nóng)作物產(chǎn)量主要依靠提高單位面積產(chǎn)量來實現(xiàn)，所以選用灌溉率這一指標(biāo)也可以反映出農(nóng)業(yè)的發(fā)展情況。

設(shè)有效灌溉面積為S、灌溉率為μ，則實際灌溉面積為：

SP=S·μ(3)

農(nóng)業(yè)灌溉用水，又可分為凈灌溉用水量和毛灌溉用水量。分別用符號M凈及M毛表示。則綜合渠系有效利用系數(shù)為：

η水=M凈/M毛(4)

文中農(nóng)業(yè)用水包括水田用水、水澆地用水、菜田用水。不包括林特漁業(yè)用水。某種作物的凈灌溉用水量為

M凈i=miAi(i=1,2,3)(5)

式中分別對應(yīng)水田、水澆地、菜田。mi為凈灌溉定額，Ai為灌水面積。設(shè)βi=Ai/(A1+A2+A3)=Ai/SP，為各種耕地所占比重。則

M凈=∑miβiSP,即QA=∑miβiSP/η水

所以SP=QAη水/∑miβi,μ=QAη水/S∑miβi(i=1,2,3)(6)

設(shè)農(nóng)業(yè)耗水率為：ζA=Q耗水/QA，

則QPA=(1-ζA)QA(7)

(3)生活用水方面：目的為計算出在所分配水量(QL)下能夠支撐的城鎮(zhèn)人口數(shù)(NP)和排污量(QPA)。

主要考慮城鎮(zhèn)生活用水，城市生活用水按用途可分為居民住宅用水和市政用水兩大類。這兩部分的用水比例隨城市發(fā)展規(guī)模和人們生活水平的提高而發(fā)生變化，但短期內(nèi)也是相對穩(wěn)定的。

設(shè)v=Q居民用水/QL(8)

則Np=vQL/L(9)

L為居民用水定額。生活耗水率的定義有：QPL=(1-ζL)QL(10)

2.區(qū)域水量、水質(zhì)計算工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活用水污水排入地表水體（江河及湖泊）后使地表水體水質(zhì)惡化，但是排入的污水與地表水不是簡單的混合，由于水體自身有凈化能力，會使污染程度有一定的緩解。在此以“黑箱模型”對其進行求解。

設(shè)污染物i的綜合削減系數(shù)為Ki，則

Ki=1-QCF,i/(QENCEN+QPICPI,i+CPACPA,i+QPLCPL,i+QPOCPO,i),

Q=QEN+QPI+CPA+QPL+QPO(11)

式中Q為混合后的總水量；CFi為污染物i混合后的濃度(mg/L)QEN、QPI、QPA、QPL、QPO及CEN、CPI,i、CPA,i、CPL,i、CPO,i分別為混合前的環(huán)境、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活及其他方面的水量及污染物的濃度。在地表水體中，QEN、CEN和Q、CF,i對于江河來說分別是其上游斷面的水量，污染物濃度和下游斷面的水量和污染物濃度；對于湖泊來說分別是在t0時刻的水量及污染物濃度和t時刻的水量及污染物濃度。所以有：

CF,i=(1-Ki)(QENCEN+QPICPI,i+CPLCPL,i+QPACPA,i+QPOCPO,i)/Q(12)

3.模型設(shè)判斷指標(biāo)為：Clim,i為計算區(qū)域地表水對污染物質(zhì)i的閥值，Qlim為水量閾值，μlim為耕地灌溉率閾值。

則有：Clim,i≤CF,i，Q>Qlim，μ≥μlim(13)

設(shè)：QI=ρ1QEO、QA=ρ2QEO、QL=ρ3QEO、QO＝ρ4QEO(14)

ρ1、ρ2、ρ3、ρ4為水資源配置系數(shù)，即各行業(yè)用水比重。

ρ1＋ρ2＋ρ3＋ρ4=1(15)

則數(shù)學(xué)模型如下：

MaxCF,i=(1-Ki)(QENCEN+QPICPI,i+CPLCPL,i+QPACPA,j+QPOCPO,j)/Qi=1,2,3,...,n

MinQ=QEN+QPI+CPL+QPA+QPO

CI=ρ1QE0(1-αi)/(q1(1-α2))

QPI=ρ1QE0[(1-Ψ)-k/(1-α2)]

μ=ρ2QE0η水/S∑miβi(i=1,2,3)(16)

QPA=(1-ζA)ρ2QE0

NP=νρ3QE0/L

QPL=(1-ζL)ρ3QE0

Q≥Qlim

μ≥μlim

CF,iClim,ii=1,2,3,...,n

以上數(shù)學(xué)模型實際上是求最優(yōu)解的數(shù)學(xué)問題：當(dāng)MaxClim,i=CF,i，MinQ=Qlim時，求得特定水資源配置條件下的水資源最大承載力，即求解出CI(能夠支撐的工業(yè)產(chǎn)值)、NP(能夠支撐的城鎮(zhèn)人口數(shù))以及μ(有效灌溉面積的灌溉率)的值。模型的求解是一個反復(fù)計算尋求最優(yōu)解的過程，在計算機中可以使用迭代法，或?qū)Π氩罘址▉磉M行最優(yōu)解的搜索。

四、應(yīng)用

以重慶市的用水條件為例對計算進行說明，以長江干流重慶朱沱處的水量為基準(zhǔn)，計算該斷面水資源的承載能力。因為該處在不同月份水質(zhì)差別較大（大都在Ⅱ類到Ⅳ類之間），本文引用2002年4月份的統(tǒng)計數(shù)據(jù)對模型的計算進行說明，因為該時段水量相對較小而污染最嚴(yán)重，是水資源承載能力最弱的時段。本文對該段水資源承載力的計算準(zhǔn)則為：為保證下游長江干流的水質(zhì)，要求經(jīng)開發(fā)利用后長江干流水質(zhì)不得超過Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，否則認(rèn)為是超載的。因為長江干流水量充沛，所以本例中不對水量做限制。

根據(jù)該段主要污染物，選取診斷指標(biāo)為總大腸菌群、總磷、石油類，即：C1<10000個/L，C2<0.2mg/L,C3<1.0mg/L。

用水所占比重關(guān)系為：工業(yè)(ρ1)42.5%，農(nóng)業(yè)(ρ2)35.3%，生活(ρ3)22.2%。工業(yè)耗水率(ζI)20.4%，工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量(q)為155m3/萬元，工業(yè)用水重復(fù)利用率(α)40%，ψ=12.5。有效灌溉面積(S)166.52萬hm2，其中水田所占比重β1=52.2%，灌溉定額3000m3/hm2；旱地所占比重β2＝47.8%，灌溉定額1200m3/hm2；灌區(qū)渠系水利用系數(shù)0.65(η=0.65)。城鎮(zhèn)人口用水定額為0.150m3/日·人，居民住宅用水占城鎮(zhèn)生活用水量的60%(ν1=60%)，生活耗水率(ζL)為20.7%。計算段上斷面流量為3200m3/s。目前的總?cè)∷繛镼EO=182.5m3/s。上斷面水質(zhì)情況為：CEN,1=1500個/L，CEN,2=0.18mg/L，CEN,3=0.48mg/L。污水排放濃度為：CPI,1=30000個/L、CPI,2=0.5mg/L、CPI,3=30mg/L；CPL,1=50000個/L、CPL,2=0.60mg/L、CPL,3＝1mg/L。綜合削減系數(shù)為選取兩典型斷面測量，以此替代整個計算段的綜合削減系數(shù)：K1=0.001，K2=0.0002，K3=0.002。

將以上各量代入計算模型，水資源配置關(guān)系保持不變，經(jīng)計算：最大可供使用的水資源量為448m3/s，占總水量的14%，可承載人口總數(shù)為3437.2萬人，人均GDP產(chǎn)值為1.1270萬元，灌溉率為91%。

若水資源配置關(guān)系不變，工業(yè)用水重復(fù)利用率提高至50%，工業(yè)耗水率提高至23%。則最大可供使用的水資源量為480m3/s，占總水量的15%，可承載人口總數(shù)為3560萬人，人均GDP產(chǎn)值為1.3524萬元，灌溉率為93%。

若水資源配置關(guān)系變?yōu)楣I(yè)45%，農(nóng)業(yè)28%，生活27%，其他各項不變，則最大可供使用的水資源量為432m3/s，占總水量的13.5%，可承載人口總數(shù)為4031萬人，人均GDP產(chǎn)值為0.9812萬元，灌溉率69.3%。

表1診斷性指標(biāo)表

診斷指標(biāo)名稱說明

水質(zhì)pH值

溶解氧(mg/L)

CODCr

BOD5

水溫(℃)

總磷(以N計mg/L)

總汞(mg/L)用于有工業(yè)污染的地區(qū)

總鎘(mg/L)

總鉛(mg/L)

總胛(mg/L)

硒(四價)(mg/L)

總氯化物(mg/L)

總大腸菌群(個/L)

懸浮物

生物生存最小蓄水量選取4個量中的最大者。其中包括地表水對地下水的補給量，人工生態(tài)所需供給水量。

防止河流泥沙淤積量

防止海水入侵所需兩

水體自凈能力Ki對污染物i的綜合削減量

耕地灌溉率μ為保證糧食安全和社會穩(wěn)定μ必須大于一定值(推薦60%)

表2計算性指標(biāo)表

計算指標(biāo)計算指標(biāo)參數(shù)說明

名稱表達式

工業(yè)工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量q=Q供/C工業(yè)產(chǎn)值衡量節(jié)水水平的指標(biāo)

工業(yè)用水重復(fù)利用率α＝[1-Q取/Q用]100%衡量節(jié)水水平的指標(biāo)，用于排污量的計算

產(chǎn)品水利用率k=(ζ－Ψ)(1-α)評價水的利用率指標(biāo)

工業(yè)耗水率ζl=Q耗水/Q取

生產(chǎn)過程中跑、漏的水量占水量的百分比Ψ其值的變化與節(jié)水有很大關(guān)系

農(nóng)業(yè)灌溉定額mim1,m2,m3分別為水田、水澆地、菜田的灌溉定額

綜合渠系有效利用系數(shù)η水=M凈/M毛衡量渠系沿城水量損失的量

有效灌溉面積S

灌溉率μ

耕地所占比重βi

農(nóng)業(yè)耗水率ζA=Q耗水/QA

生活用水定額L

用水比重v1居民住宅用水占城鎮(zhèn)生活用水的百分比

生活耗水率ζL=Q耗水/QL

環(huán)境水體自凈能力ki對污染物i的綜合消減系數(shù)

五、結(jié)語在流域水資源承載力計算中，要從水量及水質(zhì)兩方面對流域上各地區(qū)的用水量和排污量進行控制（兩者的控制程度據(jù)流域水資源量而定），以保證下游的水量及水質(zhì)。在實際應(yīng)用時，當(dāng)某一地區(qū)的回水量超標(biāo)時則認(rèn)為其已經(jīng)超載。

水資源承載力的研究在我國已有較多研究課題和論述，但在水資源承載能力的計算上一直以來沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，筆者在此提出的計算模型雖然還有許多不足之處，但希望能為大家提供一個參考。

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