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1．前言

安全是危害或災害的反義詞，它與危害（或災害）的風險緊密聯(lián)系。危害（或災害）的風險愈小，安全度就愈高，反之亦然。水安全問題通常指相對人類社會生存環(huán)境和經濟發(fā)展過程中發(fā)生的水的危害問題。例如，水多了（發(fā)生洪水災害，導致人的財產損失，人口死亡問題）、水少了（發(fā)生干旱、水資源短缺以及引起的生態(tài)環(huán)境退化、人類生存環(huán)境損失）和水臟了（水污染導致的病害健康問題、人口死亡問題）。

中國是降水時空分配非常不均勻、“水“的問題十分突出的發(fā)展中國家。水多了（洪澇災害）、水少了（干旱、水資源短缺）和水臟了（水污染問題）業(yè)已成為制約中國可持續(xù)發(fā)展最為重要的限制因子，其緊急程度已經危及人類基本環(huán)境和生存問題和國家發(fā)展利益的安全問題。

在水安全問題研究中，水資源安全問題是最為重要的一個方面[1]。水資源安全通常指水的供需矛盾產生對社會經濟發(fā)展、人類生存環(huán)境的危害問題。20世紀末，不滿足可持續(xù)水資源利用的模式和環(huán)境問題導致嚴重的水資源安全問題，業(yè)已引起國際各國政府的高度重視。2000年3月，在荷蘭海牙(Hague)召開了“第二屆世界水論壇及部長級會議”。會議主題是：水的安全：從洞察到行動，全世界140多個國家首腦或部長，3000名科學家出席會議。21世紀水安全面臨7個主要挑戰(zhàn)[23]：

（1）滿足基本需求（meetingbasicneeds）

（2）保護生態(tài)（protectingecosystems）

（3）食品安全（securingthefoodsupply）

（4）水資源共享（sharingwaterresources）

（5）處理災害（dealingwithhazards）

（6）水的價值(valuingwater)

（7）科學管水(governingwaterwisely)

因此，水資源安全已經成為水資源研究的國家前沿熱點，受到世界范圍的注目。

水資源安全問題研究主要有：水資源安全的范疇，水資源安全的度量，水資源安全評價和水資源安全保障體系的建設等方面。從學術研究，水資源安全的度量最為關鍵。核心問題是：回答如何量度水資源安全程度和如何保證水資源安全？我們的觀點是：水資源承載力是水資源安全的基本度量。因此，研究水資源承載力對于認識和建設水資源安全保障體系尤為重要。

“承載力”一詞，亦稱“承載能力”（CarryingCapacity），起源于生態(tài)學，用以衡量特定區(qū)域在某一環(huán)境條件下可維持某一物種個體的最大數(shù)量[1]。隨著人類社會經濟發(fā)展，全球資源環(huán)境問題日趨嚴重，人們逐漸認識到自然資源是支持地球上生命系統(tǒng)和人類生存發(fā)展的物質基礎，其量和質是有限的，它們滿足人類現(xiàn)在與未來發(fā)展需要的能力也是有限的。關于生態(tài)承載力的一個較早的概念，是由世界自然保護同盟（IUCN）聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）及世界野生生物基金會WWF在其出版的《保護地球》一書中提出的。他們把承載能力定義為一個生態(tài)系統(tǒng)所能支持的健康有機體即在維持它的生產力、適應能力和再生能力的容量。后了“承載力”概念得到延伸發(fā)展，比較多地用于說明生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、資源系統(tǒng)承受發(fā)展和特定活動能力的限度。因此，生態(tài)承載力、環(huán)境承載力、資源承載力等諸多概念也相繼出現(xiàn)。

1974年，Bishop在《環(huán)境管理中的承載力》一書中指出“環(huán)境承載力表明在維持一個可以接受的生活水平的前提下，一個區(qū)域所能永久地承載的人類活動的強烈程度”[2]；高吉喜（2000）在其關于生態(tài)承載力的研究中特別指出：環(huán)境承載力是指在一定生活水平和環(huán)境質量要求下，在不超出生態(tài)系統(tǒng)彈性限度條件下環(huán)境子系統(tǒng)所能承納的污染物數(shù)量以及可支撐的經濟規(guī)模與相應人口數(shù)量[3]。此外，一些學者還從經濟、社會、環(huán)境、發(fā)展等方面對全球承載力進行了探討（Cohen，J.E.,1995；Sagoff,M,1995；Daly，H.E.，1995，1996）[4][5][6]。然而無論是生態(tài)承載力、環(huán)境承載力抑或全球（區(qū)域）承載力都是一個比較泛化的概念，如何描述和量化，實施和操作性不強，目前的研究還不深入。事實上，在對作為生態(tài)環(huán)境組成要素的各項自然資源的承載力問題還沒有完全解決的時候，是無法對生態(tài)環(huán)境承載力做更深入的研究的。

相比之下，當前對資源承載力的研究則獲得了更多學者的關注。對自然資源承載力的研究主要集中于土地、水和關鍵礦產資源方面。1949年美國的Allan將土地資源承載力定義為：“在維持一定水平并不引起土地退化的前提下，一個區(qū)域能永久地供養(yǎng)人口數(shù)量及人類活動水平”。50-70年代，國外許多學者探討了土地承載力的計算依據為：在確保不會對土地資源造成不可逆的負面影響的前提下，土地的生產潛力能容納的最大人口數(shù)量。同時，對承載力的研究從靜態(tài)轉向動態(tài)，Millington等應用多目標決策分析方法，以各種資源（土地、水、氣候、能源等）對人口數(shù)量的限制，計算了澳大利亞的土地資源承載力。1986年我國也開始了題為“中國土地資源生產力及人口承載量”的研究，研究者認為土地資源承載力通常是指：一個區(qū)域在一定的農業(yè)技術條件下，土地用于食物生產所能供養(yǎng)的人口數(shù)量；或在一定生產條件下，土地資源生產力所能承載一定生活水平下的人口限度。由此，關于土地和水資源承載力的研究在中國全面展開[7]。

承載力概念的演化與發(fā)展是對發(fā)展中出現(xiàn)問題的反應與變化結果。在不同的發(fā)展階段，產生了不同的承載力概念和相應的承載力理論。如針對環(huán)境問題，人們提出了環(huán)境承載力的概念與理論，針對土地資源短缺問題，人們提出了土地資源承載力的概念與理論。而“水資源承載力”一詞，則是隨著水問題的日益突出由我國學者在80年代末提出來的。水資源承載力是一個國家或地區(qū)持續(xù)發(fā)展過程中各種自然資源承載力的重要組成部分，且往往是水資源緊短和貧水地區(qū)支持人口與發(fā)展的“瓶頸”,它對一個國家或地區(qū)綜合發(fā)展和發(fā)展規(guī)模有至關重要的影響。進入90年代以來，在地區(qū)和國家社會經濟發(fā)展中堅持走可持續(xù)發(fā)展道路已是普遍的共識，而水資源短缺與“水資源安全”問題也已成為影響可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素，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課題，水資源承載力研究已引起學術界的高度關注并成為當前水資源科學中的一個重點和熱點研究問題。

2．水資源承載力的定義

水資源承載力最早是源自生態(tài)學中的“承載能力”（CarryingCapacity）一詞，是自然資源承載力的一部分。近年來，我國不少學者在資源承載力、環(huán)境承載力等概念的基礎上對水資源承載力的定義進行了更深入的探討，茲選取幾個有代表性的例子列舉如下：

（1）在某一歷史發(fā)展階段的技術、經濟和社會發(fā)展水平條件下，水資源對該地區(qū)社會經濟發(fā)展的最大支撐能力[8]。（劉燕華，1999）

（2）某一歷史發(fā)展階段，以可預見的技術、經濟和社會發(fā)展水平為依據，以可持續(xù)發(fā)展為原則，以維護生態(tài)良性循環(huán)發(fā)展為條件，在水資源得到合理開發(fā)利用下，該地區(qū)人口增長與經濟發(fā)展的最大容量[9]。（李令躍，2000）

（3）一個流域、一個地區(qū)、一個國家，在不同階段的社會經濟和技術條件下，在水資源合理開發(fā)利用的前提下，當?shù)厮Y源能夠維系和支撐的人口、經濟和環(huán)境規(guī)?？偭縖10]（何希吾，2000）。

（4）一定的區(qū)域內，在一定的生活水平和生態(tài)環(huán)境質量下，天然水資源的可供水量能夠支持人口、環(huán)境與經濟協(xié)調發(fā)展的能力或限度[2]。（馮尚友，2000）

（5）可理解為某一區(qū)域的水資源條件在“自然-人工”二元模式影響下，以可預見的技術、經濟、社會發(fā)展水平及水資源的動態(tài)變化為依據，以可持續(xù)發(fā)展為原則，以維護生態(tài)良性循環(huán)發(fā)展為條件，經過合理優(yōu)化配置，對該地區(qū)社會經濟發(fā)展所能提供的最大支撐能力。（惠泱河，2001）

總之，盡管已有的水資源承載力定義在表述上各有不同，但其思路并無本質上的差異，都強調了支撐能力的概念。但是，對水資源“承載力”本身的內涵，表達比較宏觀。

結合中國科學院知識創(chuàng)新工程有關項目初步研究，作者的觀點是：水資源承載力可定義為“在一定的水資源開發(fā)利用階段，滿足生態(tài)需水的可利用水量能夠維系有限發(fā)展目標的最大的社會-經濟規(guī)?！薄Ｒ虼?，水資源承載力是一個度量區(qū)域社會經濟發(fā)展受水資源制約的閾值，它通常用滿足生態(tài)需水的可利用水量與社會經濟可持續(xù)發(fā)展有限目標需求水量的供需平衡退化到臨界狀態(tài)所對應的單位水資源量的人口規(guī)模和經濟發(fā)展規(guī)模（如GDP）等指標體系表達。

顯然，水資源承載力受水的供、需矛盾雙方影響，它需要從受自然變化和人類活動影響的水循環(huán)系統(tǒng)出發(fā)，通過“自然生態(tài)-社會經濟”系統(tǒng)對水的需求和流域能夠提供的多少可利用水資源量的“支撐能力”方面加以量度。一種概化的水循環(huán)與水資源供需關系如圖1所示意。

圖1量化水資源承載力的系統(tǒng)關系示意

核心問題是：在一定的水資源開發(fā)利用階段和生態(tài)環(huán)境保護目標下，一個流域/區(qū)域的可再生利用的水資源量究竟能夠支撐多大規(guī)模的社會經濟系統(tǒng)發(fā)展？如何合理管理有限的水資源（開源與節(jié)流），維持和改善陸地系統(tǒng)水資源承載能力？

考慮到水資源承載力研究的現(xiàn)實與長遠意義，對它的理解和界定，要遵循下列的事實：

·變化環(huán)境下（即自然變化和人類活動影響）的水循環(huán)是水資源演變和水資源承載力研究的基礎。因為一個流域和區(qū)域的水資源承載能力大小，直接與該流域和區(qū)域的可利用水資源量與質有本質的聯(lián)系。而區(qū)域可利用水資源量又決定于在不但變化的自然環(huán)境（包括全球氣候變化）和人類活動影響下水文循環(huán)規(guī)律及其控制的水資源形成規(guī)律。

·需要把把它置于水資源的可持續(xù)利用概念的框架，建立在生態(tài)系統(tǒng)完整、水資源持續(xù)供給和水環(huán)境長期有容納量的基礎上。生態(tài)系統(tǒng)需水是水資源承載力必須要考慮的重要、方面。

·需要從“水循環(huán)-自然生態(tài)-社會經濟”系統(tǒng)耦合機理上綜合考慮水資源對地區(qū)人口、資源、環(huán)境和經濟協(xié)調發(fā)展的支撐能力；

·水資源承載能力度量除了水循環(huán)和水資源變化的自然屬性影響外，還取決與社會經濟持續(xù)發(fā)展的有限目標。社會經濟發(fā)展的要求目標不同，相應的承載能力也不一樣。

因此，水資源承載能力的大小是隨水資源開發(fā)階段、目標和條件不同而變化，是一個動態(tài)、變化的概念。它不僅是水文循環(huán)、水資源研究的重要方面，而且與社會經濟發(fā)展、環(huán)境系統(tǒng)的耦合研究密切相聯(lián)，是可持續(xù)發(fā)展重大的國家需求研究的問題。

3．水資源承載力的度量與計算方法

由圖1的系統(tǒng)關系和水資源承載力的定義，可以導出水資源承載力的度量與計算方法。主要過程概述如下：

（1）水資源總量（W）：它指流域水循環(huán)過程中可更新恢復的地表水與地下水資源總量（WL）。流域水循環(huán)受自然變化(包括氣候變化)和人類活動的影響，可更新恢復的地表水與地下水資源量也在不斷變化。另外，除了本地產生的水資源量外，人工跨流域調水（WT）可以增加本流域（或地區(qū)）的水資源總量。由于流域水循環(huán)降水和徑流形成的不確定性，對應不同保證率的水資源量，有流域水資源總量關系

W=WL+WT

（2）生態(tài)需水量（We）：生態(tài)系統(tǒng)是流域水循環(huán)和流域環(huán)境系統(tǒng)的基本部分，滿足一定環(huán)境要求的最小生態(tài)需水量（We）首先應該加以估算。它們通常由河道外的生態(tài)需水的估算（如天然生態(tài)需水、人工生態(tài)需水等），和河道內的生態(tài)需水估算（如防止河道斷流所需的最小徑流量等）構成。

（3）可利用水資源量（WS）：流域可利用水資源量是指在經濟合理、技術可行和生態(tài)環(huán)境容許的前提下，通過技術措施可以利用的不重復的一次性水資源量。在概念上，維系生態(tài)環(huán)境最小的需水量需要扣除，以保證生態(tài)環(huán)境容許的前提條件。因此，原則上講，可利用水資源量可以通過流域可更新恢復的地表水與地下水資源總量加上境外調水扣除生態(tài)需水量加以估算，即：

WS=aWL+WT–We

式中：a為反映工程技術措施的開發(fā)利用系數(shù)。

（4）水資源需求總量（WD）:流域社會經濟發(fā)展規(guī)模水平可以表達為人口數(shù)量(P),國民生產總值(GDP)或凈福利(H)等指標。因此，它們對水資源需求包括：人口需水(Wp)，工業(yè)需水(WI)，農業(yè)需水(WA)，環(huán)境和其它需水(WM)等。因此，社會經濟發(fā)展對水資源需求總量（WD）可表達為：

WD=Wp+WI+WA+WM

（5）流域水資源承載力的平衡指數(shù)（IWSD）：為了描述水資源的承載力，首先需要定義流域水資源承載力的供需平衡指數(shù)（IWSD）即：

很顯然，當流域可利用水量小于流域社會經濟系統(tǒng)的需水量，即,有,這說明流域可供的水資源量不具備對這樣規(guī)模的社會經濟系統(tǒng)的支撐能力。流域水資源對應的人口及經濟規(guī)模是不可承載。但是，通過調水增加WS和通過節(jié)水減少WD可提高IWSD。反過來，當流域可供水量大于等于流域社會經濟系統(tǒng)的需水量，即,這說明流域可供的水資源量具備對這樣規(guī)模的社會經濟系統(tǒng)的支撐能力，流域水資源對應的人口及經濟規(guī)模是可承載，供需為良好狀態(tài)。

（6）水資源承載力的分量測度：如何量度流域水資源的承載力呢？由定義和上述水資源承載力的供需指數(shù)可知，首先需要建立研究對象的“水-社會經濟-環(huán)境”系統(tǒng)關系。它們的作用是將水資源量支撐的環(huán)境、社會經濟系統(tǒng)規(guī)模（如人口數(shù)或人口密度、人均GDP工業(yè)產值、農業(yè)產值、水環(huán)境污染級別等）聯(lián)系起來。然后，通過一定的水資源開發(fā)利用階段與有限發(fā)展目標，分析識別出由供大于需,即IWSD>0可行域退化到IWSD＝0，即系統(tǒng)供需平衡達臨界狀態(tài)的水資源WS=WD所對應的流域人口數(shù)（P）和社會經濟規(guī)模（GDP）等等指標參數(shù)。記水資源供需平衡達到臨界狀態(tài)的可供水資源量為，進一步，可以定義水資源承載力的各個分量，即：

意義是：λ1表明維系現(xiàn)狀/目標水平的人口規(guī)模所需要最少水資源量WS；λ2維系現(xiàn)狀/目標水平的經濟規(guī)模所需要的最少水資源量WS。

流域的綜合水資源承載力（F）是其分量的集成，例如，

λ=人均GDP/WS=(GDP/p)/Ws

（7）單位水資源量承載力的度量：為了達到水資源承載力分量和總量可比性的目的，可以進一步轉化水資源承載力分量為某單位水資源量的承載指標參數(shù)。例如，當統(tǒng)一轉化W0為億m3的可比單位水資源量，有對應的水資源承載力的各個分量，即：

上述公式中的就是流域系統(tǒng)第i個水資源承載力分量。例如，F(xiàn)1的單位量綱是每億m3的人口數(shù)目，說明該流域每億m3可利用水資源量能夠承載的最大人口數(shù)。同理，F(xiàn)2的單位量綱是每億m3的GDP，它說明該流域每億m3可供水資源量能夠承載的經濟發(fā)展最大規(guī)模的GDP。

同理，流域的綜合水資源承載力（F）是其分量的集成。例如：

F=人均GDP/億m3=(GDP/p)/W0

4．西北干旱區(qū)水資源承載力綜合研究的關鍵問題

廣義上的西北地區(qū)包括新疆、青海、甘肅、寧夏、陜西和內蒙古的西北部，總土地面積為374萬km2，占全國的39%，總人口約1億，占全國的8%。涉及西北內陸河流域（包括新疆的部分外流河流域）、黃河流域、長江流域和瀾滄江流域。本文討論的范圍，界定在西北內陸河干旱地區(qū)。

西北干旱區(qū)水資源承載力綜合研究的關鍵問題有：變化環(huán)境的流域水循環(huán)模擬研究，生態(tài)需水研究，社會經濟可持續(xù)發(fā)展的水資源需求研究，流域水資源承載力的計量，西北干旱區(qū)水資源承載力綜合。下面重點討論水循環(huán)模擬，生態(tài)需水和指標體系問題。

（1）變化環(huán)境的流域水循環(huán)模擬研究

水文循環(huán)是聯(lián)系地球系統(tǒng)地圈~生物圈~大氣圈的紐帶，是全球變化三大主題碳循環(huán)、水資源和食物纖維中的核心問題之一，它受自然變化和人類活動的影響，決定水資源形成與演變的規(guī)律。因此，人類活動經濟開發(fā)和影響劇烈地區(qū)的水循環(huán)與水資源安全研究，是21世紀資源環(huán)境學科領域一個十分重要的方向性問題。

目前水科學發(fā)展的前沿問題突出反映在：水文循環(huán)的生物圈方面，自然變化和人類活動影響下的水資源演變規(guī)律，水與土地利用土地覆被等社會經濟相互作用影響等。因此，水文循環(huán)需要考慮地球生物圈、全球變化以及人類活動等方面的影響。國際地圈生物圈計劃（IGBP）代表國際地球學科發(fā)展前沿，水文循環(huán)的生物圈方面(BiosphereAspectsofHydrologicalCycle，簡稱BAHC)是IGBP的核心之一。它注重陸面生態(tài)-水文過程與空間格局的變化規(guī)律和受人類活動影響的關鍵問題。進入90年代末，變化環(huán)境（即全球變化與人類活動影響）下的水文循環(huán)研究成為熱點。

人類活動對水文過程的影響，集中表現(xiàn)在對下墊面的改變上，改變流域下墊面的地形、地貌、土壤、植被等條件，可概括為土地利用和土地覆被的變化。下墊面條件發(fā)生變化了，水文過程的各環(huán)節(jié)也相應發(fā)生變化，如蒸發(fā)、入滲、產流的量會加大或減小，水循環(huán)的路徑和速率也會發(fā)生變化，也就是說，利用原來的降水-徑流關系不能反映土地利用/土地覆被變化后的流域降水徑流形成規(guī)律和水文循環(huán)過程，分析人類活動（土地利用/土地覆被變化）對流域徑流形成規(guī)律的影響成為當水資源承載力研究的基礎問題。

以河西走廊的黑河流域為例，由于中游引水等人類活動的劇烈影響，已經完全改變了流域中下游水循環(huán)關系，造成下游流量減少和斷流，產生嚴重的生態(tài)環(huán)境問題。為了說明黑河干流的水資源變化，我們將黑河干流上游出流控制水文站（鶯落峽站）及下游輸水控制水文站（正義峽站）1959年以來的實測流量資料進行了分析比較。根據1959-1998年實測資料統(tǒng)計，黑河鶯落峽多年平均流量49.83m3/s，相當于年徑流量15.71×108m3，正義峽多年平均流量31.05m3/s，相當于徑流量9.80×108m3，鶯落峽流量高于正義峽流量18.78m3/s，相當于區(qū)間多年平均每年損耗水量5.92×108m3。

從兩站流量多年變化趨勢看，鶯落峽站水量歷年變化平穩(wěn)，年際變化不大，甚至還稍有上升。正義峽站水量不僅遠遠小于鶯落峽站，且水量在逐年減少（圖2），兩站水量年均差值越來越大（圖3）。

圖2黑河鶯落峽及正義峽歷年徑流量變化圖

圖3鶯落峽-正義峽年均流量差值圖

造成下游水資源量減少的原因：中游張掖地區(qū)人口持續(xù)增長，工農業(yè)生產迅速發(fā)展，用水量急劇增加，導致黑河干流水資源大量損耗，水資源的變化與人類活動的關系密不可分。

因此，深入研究自然變化和人類活動影響下的黑河流域水循環(huán)規(guī)律，是建立黑河流域水資源承載力模型的重要基礎。

（2）生態(tài)需水研究

中國西北地區(qū)氣候干旱、水資源短缺，水已經成為中國西北地區(qū)環(huán)境與發(fā)展最大的限制因子。實際觀測與實驗研究表明，水對生態(tài)環(huán)境質量有明顯的限制作用，生態(tài)系統(tǒng)對水的需求也存在脅迫響應的機制。生態(tài)環(huán)境需水量是維系生態(tài)系統(tǒng)平衡最基本的需用水量，是生態(tài)系統(tǒng)安全的一種基本閾值。因此，生態(tài)環(huán)境需水估算問題成為生態(tài)環(huán)境建設依據的重要基礎。確定不同生態(tài)類型的生態(tài)需水量，是生態(tài)環(huán)境建設區(qū)域配置的重要內容，是建設生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的關鍵。這也是中國工程院咨詢項目“西北地區(qū)水資源合理配置、生態(tài)環(huán)境建設和可持續(xù)發(fā)展問題”中第2課題中的關鍵問題之一。

20世紀90年代后，隨著國際地圈生物圈計劃（IGBP）等大的科學計劃推動，如水文循環(huán)的生物圈方面（BAHC）實施，國際國內對生態(tài)環(huán)境需水問題十分重視并且已有了一些研究。國家“九五”科技攻關項目有關課題，如“西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護對策研究”等，利用土地利用/覆被變化的遙感信息對區(qū)域生態(tài)需水進行初步的估算。中國工程院一期咨詢項目《中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究》，取得了一批重要的研究成果，所完成9個專題報告中對生態(tài)環(huán)境用水也做出初步的測算，取得一些進展。但是，目前有關生態(tài)需水的研究仍處在初級發(fā)展階段，人們對“生態(tài)需水”問題理解還不盡相同。目前，與生態(tài)需水有關的概念和定義有多個方面，如“生態(tài)需水”、“生態(tài)用水”、“生態(tài)環(huán)境耗水”等。不同人從不同角度看問題有不同的理解與解釋。總之，生態(tài)環(huán)境與水文水資源以及人類生存環(huán)境的交叉研究，面臨許多挑戰(zhàn)，也存在不同的學術觀點與看法。

由于目前對“生態(tài)需（用）水量”一詞，還沒有確切的或者得到公認的定義，因此在對它的理解與計算上還存在這樣那樣的問題。總的來看，多數(shù)認為：生態(tài)需水量是指在水資源短缺地區(qū)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)境質量（或生態(tài)建設要求）的最小水資源需求量。它包括天然生態(tài)保護與人工生態(tài)建設所消耗的水量。其內涵：以可持續(xù)發(fā)展為前提的天然生態(tài)保護與人工生態(tài)建設的需水，其外延包括地帶性植被所用降水和非地帶性植被所用的徑流。因此，生態(tài)需水量可以理解為維系一定生態(tài)系統(tǒng)功能所不能被占用的最小水資源需求量，包括天然生態(tài)和人工生態(tài)，其計算有河道內和河道外之分?；A是自然變化和人類活動影響下的流域水循環(huán)規(guī)律的認識與模擬。

·河道外的流域上的生態(tài)需水的計算

根據補給來源，生態(tài)需水首先可以分為降水性生態(tài)需水和徑流性生態(tài)需水。降雨形成徑流以及徑流運動過程中，地帶性植被所在的天然生態(tài)系統(tǒng)完全消耗降水量，非地帶性植被所在的天然生態(tài)系統(tǒng)消耗徑流量為主、降水為補充，處于地帶性與非地帶性的交錯過渡帶以消耗降水為主、徑流為補充。

從生態(tài)系統(tǒng)形成的原動力又進一步分為天然生態(tài)需水和人工生態(tài)需水兩大類。從植物生理角度分析生態(tài)需水，可以得到天然植被或農作物正常生長時的總騰發(fā)量ET。其水分來源有兩部分：直接利用的有效降水，以及通過水利工程直接或間接利用的供水。

區(qū)域生態(tài)需水計算應該以流域為單元，建立變化環(huán)境下的流域水循環(huán)模型，如圖1所示意。然后，充分利用高分辨率的土地利用遙感信息，結合陸面水文生態(tài)實驗站的校核分析識別確定。對于每個流域，結合其生態(tài)特點和水循環(huán)特點，確定一級分區(qū)為山區(qū)、平原綠洲、過度區(qū)、荒漠無流區(qū)。為了突出人類活動影響，在山區(qū)和平原綠洲中進一步區(qū)分天然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)，作為二級計算分區(qū)。二級計算單元內在以土地利用單元作為三級計算分區(qū),由遙感信息土地利用圖上讀取各類生態(tài)面積單元。對三級分區(qū)的每一項，單獨計算其生態(tài)需水或經濟需水。在計算中考慮了天然植被或人工植被對徑流性水資源和降水性水資源的同時利用。國家“85”科技攻關項目中的一種基于水循環(huán)概念的流域生態(tài)需水計算框圖如圖6所示意（細節(jié)略）。

·河道內的生態(tài)需水的計算

河道內的生態(tài)需水的計算主要考慮的問題是維系河流湖泊水系的生態(tài)平衡的最小水量。主要考慮的方面有：

維持河湖水生生物生存的最小需水量；

維系城市人工生態(tài)環(huán)境景觀的最小需水量；

防止河流泥沙淤積所需最小徑流量；

防止河流水污染的最小水量；

防止海水入侵所需維持的河道最小流量；

防止河道斷流、湖泊萎縮所需維持的最小徑流量

通常需要通過流域水循環(huán)模擬、枯水分析后，在給出一定生態(tài)環(huán)境標準（或要求）下確定上述多個的最小流量組合的閾值（具體方法討論略）。

（3）水資源承載力評價指標及計算方法

水資源承載力評價指標的建立是水資源承載力研究中的另一個關鍵問題。核心是用什么指標體系反映“社會-經濟-環(huán)境”系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)模與質量？目前，借鑒土地資源承載力的概念，采用在水資源可供給量所能維持生產的糧食產量的基礎上計算水資源承載力的方法顯然將問題過于簡化了[10]。

從目前的認識，水資源承載力評價指標的選取有不同的做法。例如，有人從定義出發(fā)直接選取可支持人口數(shù)量、工農業(yè)發(fā)展規(guī)模等人口和社會經濟發(fā)展指標作為衡量水資源承載力大小的依據[14]。也有人從水資源可供水量、需水量，可承載人口、社會、經濟技術發(fā)展水平和規(guī)模，水環(huán)境容量等方面綜合考慮建立水資源承載力評價指標體系，采用層次分析方法進行評價[15]。

本文建議，從水資源承載力的基本概念出發(fā)，通過水循環(huán)系統(tǒng)模擬，水資源評價、生態(tài)需水估算和社會經濟對水的需求分析，選取計算參數(shù)，主要有：對應不同保證率的水資源量，最小生態(tài)需水量，可利用水資源量，水資源需求量（包括人口需水，工業(yè)需水，農業(yè)需水，環(huán)境和其它需水等）；通過流域“社會-經濟-環(huán)境”系統(tǒng)的實際分析，確定水資源承載力評價指標體系，如水資源承載力的平衡指數(shù)（IWSD）等。運用本文提出的量化方法，獲得比較具體和實在的水資源承載力的度量結果，如維系現(xiàn)狀/目標水平的人口規(guī)模所需要最少水資源量，維系現(xiàn)狀/目標水平的經濟規(guī)模所需要的最少水資源量等。

總之，希望概念清楚，基礎扎實、評價方法簡單、可比性好。這方面研究工作需要在實際中發(fā)展和完善。

4．結語

水資源承載力的研究在我國雖然已有諸多研究課題和論述，但總的來說，已有的研究重點主要集中在對水資源承載力的評價與計算等方面，還沒有形成水資源承載力研究的成熟的理論和方法。筆者“拋磚引玉”。希望在其概念、新的理論與方法研究方面開展研討。幾點建議如下：

（1）加強學科交叉融合的研究

水資源承載力研究涵蓋了從理論到實證，從“水-生態(tài)-社會經濟”多學科基礎問題和可持續(xù)發(fā)展問題。從變化環(huán)境下的水文循環(huán)水資源演變規(guī)律到流域水文生態(tài)、植被耗水機理等微觀領域，從水文水資源科學到社會經濟科學、規(guī)劃科學等不同層次、不同學科的研究范圍，并以多目標決策分析方法、系統(tǒng)動力學方法、遙感與地理信息系統(tǒng)方法等作為技術手段，因此，迫切需要加強學科交叉融合的研究。

（2）技術方法的創(chuàng)新

目前制約水資源承載力研究的一個重要因素就是數(shù)據的獲取與分析處理。GIS在支持與水文和水環(huán)境有關的地理空間數(shù)據的獲取、管理、分析、模擬和顯示，以解決復雜的水資源、水環(huán)境規(guī)劃和管理問題方面顯示了其強大的功能[17]。水資源承載力研究必須突破陳舊的數(shù)據獲取與分析手段，充分利用現(xiàn)代先進技術，將地面水文觀測與空中遙感信息相結合，利用地理信息系統(tǒng)進行數(shù)值計算和模擬，并將現(xiàn)有水資源承載力數(shù)學模型方法與GIS集成，這是水資源承載力研究取得突破性進展的一個關鍵所在。

（3）研究領域的拓展

地域分異和空間格局歷來是地理學最重要的優(yōu)勢研究領域，水土資源與社會經濟活動的空間配置狀況對水資源承載力有著極為重要的影響。因此，如何加強水資源承載力密切相關的區(qū)域合理配置研究，尤其是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展是21世紀地理科學新的挑戰(zhàn)。它包括水土資源配置，上、中、下游的城市與產業(yè)合理布局，水源保護區(qū)區(qū)域范圍內的人口、產業(yè)布局等。將其納入水資源承載力研究的范疇，不但是水資源承載力研究的一個重要方面-水資源承載力區(qū)域差異研究的需要，也必將使水資源承載力研究成果對社會實踐具有更明確的指導作用，這是當前水資源承載力研究中極具潛力的一個研究領域。

總之，水資源安全問題的水資源承載力研究是21世紀水資源科學發(fā)展一個十分重要的發(fā)展方向。發(fā)揮交叉優(yōu)勢，理論與實際結合，建立中國特色的水資源承載力的量化理論與方法，對于探討國家社會經濟可持續(xù)發(fā)展中受水制約的重大需求問題十分有意義。目前迫切需要發(fā)揮科研機構、高校與水利、環(huán)境部門聯(lián)合優(yōu)勢，為國家水資源安全、水資源可持續(xù)利用做出貢獻！