崔 寧 梁冬梅 蘇 偉

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 吉林 長春 130118；

（2.吉林省環(huán)境科學(xué)研究院 吉林 長春 130012）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，水環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，使人類活動與生態(tài)環(huán)境之間難以協(xié)調(diào)，并已阻礙了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。因此，對于水環(huán)境承載力的研究具有迫切性和重要意義。本文綜述了水環(huán)境承載力概念和研究現(xiàn)狀，分析了研究的不足和亟需解決的問題。

1 水環(huán)境承載力概念

1.1 概念

對于水環(huán)境承載力概念學(xué)術(shù)界尚未達成共識，定義主要有兩種：一種是指水環(huán)境對污染物的容納能量，即水環(huán)境容量，可視為狹義概念；另一種為廣義的定義，指某一時期，某種環(huán)境狀態(tài)下、某一水域環(huán)境對人類社會、經(jīng)濟活動支持能力的閾值[1]。對水環(huán)境承載力研究多數(shù)學(xué)者以廣義的定義為主，其中水利部汪恕誠部長[2]提出：水環(huán)境承載能力指在一定的水域，其水體能夠被繼續(xù)使用并仍保持良好生態(tài)系統(tǒng)時，所能夠容納污水及污染物的最大能力；賈振幫[3]給出的含義是：在一定的自然環(huán)境條件和特定的社會經(jīng)濟發(fā)展模式下，區(qū)域水環(huán)境(包括水資源和水污染)對社會經(jīng)濟發(fā)展的支持能力。

這些概念都是以生命系統(tǒng)為核心，以保障水環(huán)境功能正常為前提，從不同角度提出了水環(huán)境承載力的涵義。水環(huán)境承載力研究實際是從可持續(xù)發(fā)展的角度，尋求人類活動與自然生態(tài)環(huán)境之間相互聯(lián)系、相互影響、相互制約的關(guān)系，并找出適合社會經(jīng)濟發(fā)展、保障水環(huán)境功能正常發(fā)揮的最佳模式或發(fā)展策略。本文通過上述觀點，對水環(huán)境承載力概念定義為：在某一水域（包括自然環(huán)境條件和社會經(jīng)濟發(fā)展模式），其水環(huán)境系統(tǒng)功能在持續(xù)正常發(fā)揮的前提下，所能夠容納污染物的最大限量及對人類社會、經(jīng)濟活動可持續(xù)發(fā)展的最大支撐能力。

1.2 水環(huán)境承載力與水資源承載力概念辨析

許多學(xué)者將水資源承載力與水環(huán)境承載力等同，其實兩種概念是從不同的研究角度提出的，主要體現(xiàn)在水環(huán)境系統(tǒng)功能作用的不同方面。學(xué)術(shù)界對水資源承載力概念尚未達成共識，主要存在兩種觀點：一種認(rèn)為水資源包括水質(zhì)、水量和水資源分布情況三個方面，是從水資源的角度來定義水資源承載力對社會經(jīng)濟活動和生態(tài)環(huán)境的貢獻；另一種則是從經(jīng)濟社會系統(tǒng)的角度出發(fā)，用經(jīng)濟社會規(guī)模作為指標(biāo)定義的水資源最大支撐能力。

水資源承載力研究主要是基于水資源的優(yōu)化配置和評價理論，具有水利或自然資源學(xué)科的背景[4]，通過水體能夠給經(jīng)濟社會提供多少水量及水資源的開發(fā)利用程度來研究對經(jīng)濟社會的最大支撐能力，而水環(huán)境承載力的研究內(nèi)容包括水環(huán)境納污能力（即水環(huán)境容量）、水資源供給能力、和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)方式如何調(diào)整等內(nèi)容，水環(huán)境承載力和水資源承載力應(yīng)為相互聯(lián)系的兩個部分。

2 水環(huán)境承載力量化方法

國內(nèi)外對水環(huán)境承載力的研究雖取得了一定成果，但并沒有統(tǒng)一、成熟的方法體系。目前，水環(huán)境承載力主要的研究方法包括指標(biāo)體系評價法、多目標(biāo)模型最優(yōu)化法和系統(tǒng)動力學(xué)法等。

2.1 指標(biāo)體系評價法

(1)向量模法：將水環(huán)境承載力視為一個由n個指標(biāo)構(gòu)成的向量，假設(shè)在區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃中，有m個提高水環(huán)境承載力的策略，則在一定時期內(nèi)相應(yīng)有m個水環(huán)境承載力，設(shè)此m個水環(huán)境承載力為 Ej(j=1，2，3，…，m)；再設(shè)每個水環(huán)境承載力由n個具體指標(biāo)確定的分量組成，每個指標(biāo)的權(quán)重ωi(i=l，2，……n)，第j個水環(huán)境承載力的大小可以用歸一化后矢量的模和權(quán)重值來表示。即

向量模法簡單易行，廣泛應(yīng)用于早期研究；但由于忽視了水環(huán)境承載力概念的模糊性和向量所具有的方向性，而且一般采用均權(quán)數(shù)法確定指標(biāo)權(quán)重，忽略了指標(biāo)相對大小對承載力的貢獻，進而影響了評價結(jié)果的可靠性[5]。

(2)模糊綜合評價法：是將水環(huán)境承載力視為一個模糊綜合評價過程，其模型為設(shè)給定兩個有限論域U和V，其中U代表評價因素集合；V代表評語集合，則模糊綜合評價為下面的模糊變換：B=A·R，其中A為模糊權(quán)向量，B為V上的模糊子集；R為由各評價因素U對評語V的隸屬度構(gòu)成的模糊關(guān)系矩陣。通過運算可得出評價對象從整體上對各評語等級的隸屬度。再對上面的隸屬度向量B的元素取大或取小，就可確定評價對象的最終評語。

該方法提高了評價的準(zhǔn)確性和可操作性，但運用取小取大運算法則使得信息利用率較低，在權(quán)重賦值和隸屬函數(shù)確定中受人為主觀因素影響較大[6]。

(3)主成份分析法：在力保數(shù)據(jù)信息丟失最小的原則下，對高維變量系統(tǒng)進行最佳綜合與簡化，以少數(shù)綜合變量取代原始多維變量，同時客觀地確定各綜合變量的權(quán)重，避免了主觀隨意性。

主成分分析法的優(yōu)點在于客觀性強，易于分析，簡化了評價過程，但在評價參數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)的制定和對主成分、控制點的選取方面存在一定的困難[7]。

2.2 多目標(biāo)最優(yōu)化法

該方法采用分解——協(xié)調(diào)的系統(tǒng)分析思路，將研究區(qū)劃分成若干個子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)模型之間通過多目標(biāo)核心模型的協(xié)調(diào)關(guān)聯(lián)變量相連接，并事先確定需要達到的優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，結(jié)合模型模擬和對決策變量在不同水平年上的預(yù)測結(jié)果，就可解出同時滿足多個目標(biāo)、整體最優(yōu)的發(fā)展方案，其所對應(yīng)的人口或社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模即為研究區(qū)的水環(huán)境承載力[8]。

該方法具有對承載對象詳細(xì)界定、定量表征承載力約束條件的優(yōu)點，但其優(yōu)化目標(biāo)選定和模型求解存在一定難度。

2.3 系統(tǒng)動力學(xué)法

主要通過一階微分方程組來反映系統(tǒng)各個模塊變量之間的因果反饋關(guān)系，在實用中對不同發(fā)展方案采用系統(tǒng)動力學(xué)模型進行模擬，并對決策變量進行預(yù)測，然后將這些決策變量視為環(huán)境承載力的指標(biāo)體系，再運用前述的指數(shù)評價方法進行比較，從而得到最佳的發(fā)展方案及相應(yīng)的承載能力。

系統(tǒng)動力學(xué)方法具有分析速度快、模型構(gòu)造簡單、可以使用非線性方程等優(yōu)點，但用該方法對長期發(fā)展情況進行模擬時，由于參變量不好掌握，易導(dǎo)致不合理的結(jié)論，因而大多應(yīng)用于中短期發(fā)展情況模擬[9]。

2.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是目前國際上的前沿交叉學(xué)科，它通過構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并使其“學(xué)習(xí)”、“掌握”不同時段的社會、經(jīng)濟、資源、環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展歷程的運行參數(shù)，逐漸成為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的映射集成。在應(yīng)用中只須根據(jù)實際問題確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過典型樣本數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，獲得有關(guān)該問題知識的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，從而進行環(huán)境承載力的評價分析。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)簡單、建模方便、評價結(jié)果直觀，可利用非線性數(shù)據(jù)處理能力對水環(huán)境承載力進行量化，但其學(xué)習(xí)的精度取決于構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和大量的訓(xùn)練樣本，因此誤差較大。

3 結(jié)語與展望

水環(huán)境承載力的多種研究方法各有利弊，其中指標(biāo)體系評價法依賴人為的評價，結(jié)果受人為因素影響較大。目前，系統(tǒng)動力學(xué)法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法使用較多，但兩種方法都處于探索階段。研究水環(huán)境承載力需要綜合考慮區(qū)域系統(tǒng)的復(fù)雜性和多因素等特點，應(yīng)根據(jù)研究問題的具體狀況選擇一種或多種可操作、實用的研究方法，客觀、準(zhǔn)確的定量研究結(jié)果，綜合分析評價水環(huán)境承載能力。

鑒于目前水環(huán)境承載力研究中存在的不足，今后應(yīng)加強以下幾個方面：①加強水環(huán)境承載力概念的探討，完善其內(nèi)涵，明確研究對象、目的和范圍；②形成統(tǒng)一、實用的評價方法，使研究結(jié)果之間具有可比性和延續(xù)性；③加強學(xué)科交叉融合的研究，更加明確表達水環(huán)境系統(tǒng)與其外部各因素關(guān)系；④拓展研究及應(yīng)用領(lǐng)域，目前對于水環(huán)境承載力的研究成果已應(yīng)用到水環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境影響評價等領(lǐng)域，它對不同地域的水資源時空配置、地理信息等方面的研究也有一定的指導(dǎo)意義。陜西水利

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