張 盛，王鐵宇，張 紅，李奇鋒，周云橋，宋 帥

1 山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，太原 030006 2 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085 3 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

?

多元驅(qū)動下水生態(tài)承載力評價方法與應(yīng)用
——以京津冀地區(qū)為例

張 盛1,2，王鐵宇2,3,*，張 紅1，李奇鋒2,3，周云橋2,3，宋 帥2

1 山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，太原 030006 2 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085 3 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

水生態(tài)承載力；多元驅(qū)動；評價方法與應(yīng)用；京津冀地區(qū)；情景模擬

水生態(tài)承載力以水循環(huán)過程為紐帶，是指在保護水生態(tài)系統(tǒng)完整性下的水資源、水環(huán)境和社會經(jīng)濟要素共同作用的支撐能力。我國水生態(tài)系統(tǒng)問題由來已久，水資源過度開發(fā)、粗放利用和污染嚴(yán)重等問題突出。以水生態(tài)系統(tǒng)健康理念為核心的水生態(tài)承載力的相關(guān)研究日益引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-2]。水生態(tài)承載力評價的根本宗旨是通過對關(guān)鍵指標(biāo)的調(diào)控，在滿足區(qū)域生態(tài)需水、棲息地環(huán)境和水質(zhì)目標(biāo)的前提下，評價區(qū)域可承載的最大人口數(shù)量和經(jīng)濟規(guī)模[3-4]。目前，水生態(tài)承載力的相關(guān)研究多集中在概念和評價方法上[4]。水生態(tài)承載力是一個多元動態(tài)的復(fù)合系統(tǒng)，多元性主要體現(xiàn)在其評價因子數(shù)量多，內(nèi)容涉及面廣[5]；動態(tài)性主要體現(xiàn)在時間和空間上的動態(tài)變化[6]，包括社會經(jīng)濟系統(tǒng)和水生態(tài)系統(tǒng)之間的相互影響；復(fù)合性主要體現(xiàn)其概念的組成上，涵蓋了水資源承載力[7-10]、水環(huán)境承載力[11-13]和社會經(jīng)濟承載力等，兼具自然屬性和社會屬性。

國內(nèi)外研究水生態(tài)承載力的方法主要包括生態(tài)足跡法[14-15]、系統(tǒng)動力學(xué)[10,16-27]和統(tǒng)計學(xué)方法[6,19-20]等。其中，生態(tài)足跡方法在評價水資源承載力方面，優(yōu)點在于數(shù)據(jù)資料易獲取，計算方法可操作性強且簡便，著重反映自然資源與經(jīng)濟社會發(fā)展的互補關(guān)系，但缺乏對水質(zhì)、水量以及生物需求的綜合考慮[5]。系統(tǒng)動力學(xué)方法優(yōu)勢在于研究解決非線性問題，如遼寧太子湖流域[21]、新疆葉爾羌河流域[22]和太湖流域[16,23]生態(tài)承載力的評價應(yīng)用，但是模型對于數(shù)據(jù)要求較高，參數(shù)率定繁瑣，求解條件苛刻限制了其推廣。統(tǒng)計學(xué)方法，包括線性回歸、聚類分析、時間序列和主成分分析等，具有目標(biāo)相對單一的缺點。多元驅(qū)動下的PSOGSA-PP水生態(tài)承載力評價模型，是利用粒子群引力算法求最優(yōu)解，并采用投影追蹤模型對最佳投影方向進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，有效的提高了模型的評價精度，具有參數(shù)少、易于操作、計算穩(wěn)定性強和良好的全局搜索能力等優(yōu)點[24]。該模型的優(yōu)勢在于借助粒子群引力搜索算法，多次運算，尋找最優(yōu)投影方向，形成水生態(tài)承載力評價分級標(biāo)準(zhǔn)。本文將模型應(yīng)用于京津冀地區(qū)，把北京、天津和河北省的11個地級市的水生態(tài)承載力進(jìn)行分級評價，提出水生態(tài)承載力評價指標(biāo)體系和分級標(biāo)準(zhǔn)，對于“京津冀一體化”新時期下協(xié)調(diào)區(qū)域水資源開發(fā)、水環(huán)境保護和區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展具有理論和實踐借鑒價值。

1 模型構(gòu)建

1.1 水生態(tài)承載力評價指標(biāo)體系

水生態(tài)承載能力評價是通過對關(guān)鍵指標(biāo)的調(diào)控，在區(qū)域滿足生態(tài)需水、棲息地環(huán)境和水功能分區(qū)水質(zhì)目標(biāo)的前提下，評價區(qū)域可承載的最大人口數(shù)量和經(jīng)濟規(guī)模[4]。本研究在水生態(tài)承載力評價指標(biāo)選取時，采用頻數(shù)分析法對已有研究文獻(xiàn)中的指標(biāo)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計和篩選，將有關(guān)水資源、水環(huán)境的頻數(shù)累計百分比超過80%的作為主要指標(biāo)，緊扣水生態(tài)承載力的概念和內(nèi)涵，依托京津冀的區(qū)域特征，剔除與概念不相關(guān)指標(biāo)，參閱國家頒布的相關(guān)指標(biāo)體系進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整更新，綜合考慮專家評判結(jié)果，最后將所遴選指標(biāo)做相關(guān)性分析。在常規(guī)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，增加了有關(guān)水管理和水利用方面的指標(biāo)[17,25-27]。嚴(yán)格按照系統(tǒng)性、代表性、區(qū)域差異性、層次性、指標(biāo)定量性和可操作性的選取原則。據(jù)此，從水資源、水環(huán)境、社會經(jīng)濟3方面，構(gòu)建了區(qū)域水生態(tài)承載力評價指標(biāo)體系，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層(表1)。

表1 京津冀地區(qū)水生態(tài)承載力評價指標(biāo)體系

水生態(tài)承載力是針對某一特定地區(qū)的相對概念，它既包含有橫向上和其他地區(qū)的比較，也考慮了縱向時間上與過去的比較。最嚴(yán)格水資源管理制度和“水十條”的提出是一定時期及區(qū)域內(nèi)開展水生態(tài)承載力研究的基礎(chǔ)和前提。利用層次分析法，從水資源系統(tǒng)、水環(huán)境系統(tǒng)和經(jīng)濟社會系統(tǒng)(主要體現(xiàn)在水利用與水管理2個方面)遴選出16項指標(biāo)構(gòu)成水生態(tài)承載力評價指標(biāo)體系，并對每個指標(biāo)進(jìn)行分區(qū)分級量化，將水生態(tài)承載力評價分為目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B和指標(biāo)層C 3個層次。構(gòu)建符合區(qū)域水生態(tài)承載力評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，將水生態(tài)承載力分為“理想”、“較理想”、“臨界”、“超載”和“嚴(yán)重超載”5個等級，分別用Ⅰ級—Ⅴ級表示[17-18,28-32]，并確定各指標(biāo)合理的上限值和下限值(表2)。

需要指出，水生態(tài)承載力評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)是相對的。由于地域條件的不同，所選取的評價指標(biāo)各異，各指標(biāo)之間的相互影響程度和各自權(quán)重大小也不同。利用指標(biāo)體系，一個地區(qū)也可以評價隨時間推移的水生態(tài)承載力變化情況，為環(huán)境政策制定和考核制度的實施提供技術(shù)依據(jù)。

1.2 PSOGA-PP模型原理與技術(shù)路徑

表2 京津冀地區(qū)水生態(tài)承載力評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

[…)為數(shù)學(xué)符號，表示區(qū)間，區(qū)間是數(shù)集的一種表示形式;半開半閉區(qū)間{x|a≤x

其中，PSOGA-PP模型的主要算法過程如下[40]：

(1)

(2)

確定投影指標(biāo)時，要求投影值z(i)的局部投影點盡可能密集，因此，構(gòu)造的投影函數(shù)為：

(3)

式中，Sz為投影值z(i)的標(biāo)準(zhǔn)差；Dz為投影值z(i)的局部密度，即

(4)

(5)

(6)

(7)

Step5 評價。同理，計算得到待評價因子投影值z(i)，并依據(jù)z′(k)進(jìn)行評價。

圖1 PSOGSA-PP模型原理與技術(shù)路徑圖Fig.1 The theory of PSOGSA-PP model and research flow chart

2 案例研究

2.1 京津冀地區(qū)水生態(tài)概況

京津冀地區(qū)位于海河流域的中下游，包括北京市、天津市以及河北省的保定、廊坊、唐山、張家口、承德、秦皇島、滄州、衡水、邢臺市、邯鄲、石家莊等11個地級市，是全國主要的高新技術(shù)和重工業(yè)基地，也是我國政治、文化、經(jīng)濟、科技發(fā)展的核心區(qū)。屬于“資源型”缺水地區(qū)，多年平均水資源總量分別為32.9×108、14.3×108m3和198.3×108m3，據(jù)《2014年中國水資源公報》顯示，京津冀人均水資源占有量僅286m3，為全國平均水平的1/8，世界人均占有量的1/32，也遠(yuǎn)低于聯(lián)合國制定的人均1000m3的缺水線。京津冀地區(qū)約為12×104km2，人口約為9000萬，面積和水資源僅占全國的2.3%和1%，卻承載著全國8%的人口和11%的經(jīng)濟總量[41]。據(jù)《2014年環(huán)境質(zhì)量公報》，京津冀水質(zhì)相對較差，國控斷面中，Ⅰ類水質(zhì)斷面占4.7%，同比上升3.1個百分點；Ⅱ類占14.1%，同比下降4.6個百分點；Ⅲ類占20.3%同比上升1.6個百分點；Ⅳ類占14.1%，同比上升4.7個百分點；Ⅴ類占9.3%，同比下降3.2個百分點；劣Ⅴ類占37.5%，同比下降1.6個百分點，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家十大水系13.7%的平均水平。由水利部水規(guī)總院調(diào)查整理的2013年京津冀供水結(jié)構(gòu)表表明，京津冀地區(qū)水資源開發(fā)程度高達(dá)109%，平水年份生態(tài)環(huán)境用水年均赤字近90億m3，其中地下水68億m3，年均擠占河湖生態(tài)用水量15億m3，枯水年份擠占生態(tài)環(huán)境問題更加突出。京津冀一體化的提出意味著京津冀地區(qū)政策互動和資源共享，但面臨著水資源不匹配、降水時空分布不均、開發(fā)利用難度大、水質(zhì)污染逐年加重和水資源配置能力不足等諸多問題。 “十二五”以來，隨著京津冀地區(qū)經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出，f水污染日趨嚴(yán)峻，導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能等隨之發(fā)生變化。

2.2 情景方案設(shè)定與模擬

2008年為保障北京奧運會成功舉辦，京津冀各地政府統(tǒng)籌協(xié)作以制度和政策為驅(qū)動力，在水生態(tài)保護、水環(huán)境健康、水生態(tài)安全以及水生態(tài)補償措施等方面取得豐碩成果。2015年頒布的《京津冀協(xié)同發(fā)展生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》指出，到2020年，京津冀地級及以上城市集中式飲用水水源水質(zhì)全部達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類，重要江河湖泊水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率達(dá)到73%；同時，京津冀用水總量控制在296億m3，地下水超采退減率達(dá)到75%以上；到2030年，京津冀水生態(tài)承載能力、水生態(tài)文明水平將得到進(jìn)一步提升，一體化協(xié)同水治理管控能力增強，應(yīng)對風(fēng)險能力和水安全保障程度提高，基本實現(xiàn)水利現(xiàn)代化。

基于水生態(tài)承載力的內(nèi)涵，從已有成功經(jīng)驗、污染現(xiàn)狀和環(huán)境治理水平以及政策規(guī)劃等要素綜合考慮，設(shè)定水生態(tài)承載力在“過去-現(xiàn)在-未來”的動態(tài)變化過程情景，歷史年為2008年，基準(zhǔn)年為2014年，規(guī)劃水平年為2020年和2030年(表3)。

2.3 優(yōu)化結(jié)果與評價分析

京津冀地處海河流域，其中天津處在京津冀下游，為海河流域的入?？?北京市和河北省的大部分地區(qū)父親位于上游，而承德市和張家口市又處于北京市上游，為北京重要的水源地。從圖2可以看出，就2008年而言，基于外來人口壓力，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理以及本身水資源匱乏等因素的多重脅迫，北京市水生態(tài)承載力為Ⅲ好的水生態(tài)環(huán)境不僅為奧運會的成功舉辦增添了優(yōu)美的景觀，也是奧運會成功舉辦的重要條件。但是位于北京下游的保定該模型所需數(shù)據(jù)和參數(shù)設(shè)定主要依據(jù)以下參考資料計算所得：《北京市城市總體規(guī)劃(2004—2020)》、《天津市城市總體規(guī)劃(2005—2020)》、《2008年北京市環(huán)境保護工作總結(jié)》、《2015年北京十三五規(guī)劃建議全文》、《天津市十三五規(guī)劃綱要全文》、《天津市未來科技城總體規(guī)劃(2013—2030)》、《天津市國土規(guī)劃(2002—2030)》、《河北省生態(tài)環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》、《河北省十三五規(guī)劃全文》、《京津冀協(xié)同規(guī)劃綱要(全文)》、河北省《關(guān)于實施實行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》、《關(guān)于實施實行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》附件、《天津市污水處理及其再生水利用行業(yè)企業(yè)排名統(tǒng)計報告》、《2009年—2013年河北省污水處理及其再生利用行業(yè)年度經(jīng)營狀況統(tǒng)計分析報告》、河北省《污水垃圾處理專項提升行動工作方案》、《2008年天津市環(huán)境狀況公報》、《2014年天津市環(huán)境狀況公報》、《2008年中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、《2014年中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、《河北省人口戰(zhàn)略發(fā)展研究報告》等[42-45]級，處于臨界狀態(tài)；天津市和位于首都上游的張家口市、承德市水生態(tài)承載力均為Ⅱ級，處于比較理想狀態(tài)；良市、衡水市和滄州市水生態(tài)承載力為Ⅴ級，出現(xiàn)嚴(yán)重超載的局面；廊坊市、邢臺市和邯鄲市也不容樂觀，水生態(tài)承載力為Ⅳ級，表現(xiàn)為超載；石家莊市、唐山市和秦皇島市相對居中，水生態(tài)承載力為Ⅲ級，處于臨界狀態(tài)。京津冀同屬于海河流域為主體的半干旱地區(qū)，2008年—2014年間，河北平原過量開采地下水，導(dǎo)致地下超采區(qū)域漏斗達(dá)20多個，面積達(dá)7×104km2，由地下水面下降形成地下水降落漏斗，產(chǎn)生地面沉降達(dá)9×104km2，年沉降速率大于30mm的嚴(yán)重沉降區(qū)面積約為2.53×104km2，部分地區(qū)最大沉降量達(dá)到160mm[46]，沉降中心主要分布在滄州市、衡水市、邢臺市和邯鄲市境內(nèi)，同時保定市也出現(xiàn)地下水超采和水質(zhì)惡化情況。因此，2014年京津冀水生態(tài)承載力較2008年，大部分地區(qū)出現(xiàn)下滑態(tài)勢，北京市基于人口和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的壓力，表現(xiàn)為Ⅳ級，天津市和承德市為Ⅲ級，張家口市為仍呈現(xiàn)Ⅱ級，投影值達(dá)到全區(qū)域最大為2.4688，滄州市、衡水市、邢臺市和邯鄲市為Ⅴ級，其余地區(qū)投影值均小于2.1893和北京一樣同為Ⅳ級，。2020年是《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》全面實施階段，京津保中心區(qū)生態(tài)過渡帶即將建成，同時也是2022北京—張家口國際冬奧會舉辦的攻堅階段，京津冀將構(gòu)建水資源統(tǒng)一調(diào)配管理平臺和水環(huán)境統(tǒng)一監(jiān)管制度，實行水量聯(lián)合調(diào)度，水質(zhì)統(tǒng)一評價。預(yù)計京津冀重點流域水質(zhì)優(yōu)良(達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類)比例總體70%以上，地級及以上城市黑臭水體均控制在10%以內(nèi)，地級及以上城市集中式飲用水水源水質(zhì)達(dá)到或者優(yōu)于Ⅲ類比例高于93%，京津冀區(qū)域喪失使用功能(劣于Ⅴ類)的水體斷面比例下降15%左右。水生態(tài)承載力分級如下：北京市出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，投影值由2.3573上升為2.3733，達(dá)到Ⅱ級臨界值，但是呈現(xiàn)Ⅲ級，天津市、承德市和張家口市為Ⅱ級，達(dá)到較理想狀態(tài)，投影值分別為2.5032,2.4489和2.5804，滄州市、衡水市、邢臺市和邯鄲市地處河北平原地下水下滲漏斗帶仍處于超載狀態(tài)，評定為Ⅳ級，其余地區(qū)投影值均位于2.3037與2.3896之間評定為Ⅲ級。到2030年，京津冀地區(qū)將率先建成節(jié)水型社會，一體化協(xié)同水生態(tài)管控能力進(jìn)一步加強，重點流域水質(zhì)優(yōu)良比例總體75%以上，城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除，地級及以上城市集中式飲用水水源水質(zhì)達(dá)到或者優(yōu)于Ⅲ類比例高于95%左右，基本實現(xiàn)水利現(xiàn)代化。水生態(tài)承載力分級結(jié)果可以看出，各個地區(qū)的投影值z″(i)均有所上升，除滄州市、衡水市、邢臺市和邯鄲市為Ⅲ級外，其余全部地區(qū)均為Ⅱ級。其中張家口市和承德市分別為2.6878和2.7227，已經(jīng)達(dá)到Ⅰ級的臨界值。

表3 京津冀地區(qū)水生態(tài)承載力情景方案

圖2 多元驅(qū)動模型下的京津冀水生態(tài)承載力分級評價Fig.2 Water ecological carrying capacity evaluation in Jing-Jin-Ji (Hebei Province) area based the multivariate driven model

3 結(jié)論

(1)本文利用水資源、水環(huán)境和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來綜合表征水生態(tài)承載力，選取具有獨立性和代表性的參數(shù)構(gòu)建評價指標(biāo)體系，建立了多元驅(qū)動模型(PSOGSA-PP)模擬其相互關(guān)系和動態(tài)變化，并進(jìn)行承載指數(shù)計算和分級評價，揭示了各地區(qū)是否超載以及超載程度問題，模擬預(yù)測了京津冀地區(qū)在2008年、2014年、2020年和2030年水生態(tài)承載力的演化態(tài)勢。

(2)利用粒子群引力投影尋蹤模型模擬結(jié)果表明，2008年—2030年京津冀所屬13個地區(qū)的水生態(tài)承載力在呈先惡化再逐步好轉(zhuǎn)趨勢(逐步由Ⅳ級、Ⅴ級趨于Ⅱ級)。2008年—2014年，河北省GDP總量的過快增長導(dǎo)致河北平原地下水嚴(yán)重超采區(qū)占63.2%，一般超采區(qū)占20.5%，嚴(yán)重影響了京津冀三地的水生態(tài)承載力。2014年—2020年，隨著京津冀一體化戰(zhàn)略的實施、“水十條”和最嚴(yán)格水資源管理制度的推行和水生態(tài)修復(fù)工作的完善，預(yù)期到2030年京津冀地區(qū)水生態(tài)整體將得到極大程度改善。

(3)由于京津冀地區(qū)長期受水資源短缺、水生態(tài)環(huán)境破壞、城市發(fā)展不平衡等因素制約，京津冀地區(qū)的總體水生態(tài)承載能力不容樂觀。因此，水生態(tài)的改善必須按照分類、分區(qū)、分階段的梯級模式逐步開展，水生態(tài)系統(tǒng)、水資源系統(tǒng)、水環(huán)境系統(tǒng)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)之間存在著相互影響和相互作用關(guān)系，2008—2030年京津冀13個市區(qū)水生態(tài)承載力的分級評價與發(fā)展態(tài)勢，可望為水生態(tài)保護、水環(huán)境修復(fù)以及水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供決策支撐。

[1] Peng J, Du Y Y, Liu Y X, Hu X X. How to assess urban development potential in mountain areas? An approach of ecological carrying capacity in the view of coupled human and natural systems. Ecological Indicators, 2016, 60: 1017-1030.

[2] 張林波, 李興, 李文華, 王維, 劉孝富. 人類承載力研究面臨的困境與原因. 生態(tài)學(xué)報, 2009, 29(2): 889-897.

[3] Chambers N, Simmons C, Wackernagel M. Sharing Nature′s Interest: Ecological Footprints as an Indicator of Sustainability. New York: Routledge, 2000.

[4] 王西琴, 高偉, 張家瑞. 區(qū)域水生態(tài)承載力多目標(biāo)優(yōu)化方法與例證. 環(huán)境科學(xué)研究, 2015, 28(9): 1487-1494.

[5] 劉子剛, 蔡飛. 區(qū)域水生態(tài)承載力評價指標(biāo)體系研究. 環(huán)境污染與防治, 2012, 34(9): 73-77.

[6] 焦雯珺, 閔慶文, 李文華, FULLER A M. 基于ESEF的水生態(tài)承載力: 理論、模型與應(yīng)用. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2015, 26(4): 1041-1048.

[7] 夏軍, 張永勇, 王中根, 李浩. 城市化地區(qū)水資源承載力研究. 水利學(xué)報, 2006, 37(12):1482-1488.

[8] Dessu S B, Melesse A M, Bhat M G, McClain M E. Assessment of water resources availability and demand in the Mara River Basin. Catena, 2014, 115: 104-114.

[9] Li G, Jin C L. Fuzzy comprehensive evaluation for carrying capacity of regional water resources. Water Resources Management, 2009, 23(12): 2505-2513.

[10] Feng L H, Zhang X C, Luo G Y. Research on the risk of water shortages and the carrying capacity of water resources in Yiwu, China. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal, 2009, 15(4): 714-726.

[11] Wang T X, Xu S G. Dynamic successive assessment method of water environment carrying capacity and its application. Ecological Indicators, 2015, 52: 134-146.

[12] 趙衛(wèi), 劉景雙, 蘇偉, 竇晶鑫. 遼寧省遼河流域水環(huán)境承載力的多目標(biāo)規(guī)劃研究. 中國環(huán)境科學(xué), 2008, 28(1): 73-77.

[13] Gao G Q. Water environmental carrying capacity calculation and protection measures on Hefang reservoir. Applied Mechanics & Materials, 2011, 90-93: 2537-2540.

[14] Moore J, Kissinger M, Rees W E. An urban metabolism and ecological footprint assessment of Metro Vancouver. Journal of Environmental Management, 2013, 124: 51-61.

[15] Weinzettel J, Steen-Olsen K, Hertwich E G, Borucke M, Galli A. Ecological footprint of nations: Comparison of process analysis, and standard and hybrid multiregional input-output analysis. Ecological Economics, 2014, 101: 115-126.

[16] 張萬順, 齊迪, 幸婭, 彭虹, 楊寅群. 區(qū)域水生態(tài)承載力的量化研究與應(yīng)用. 武漢大學(xué)學(xué)報: 工學(xué)版, 2011, 44(5): 560-564.

[17] Zhang Z, Lu W X, Zhao Y, Song W B. Development tendency analysis and evaluation of the water ecological carrying capacity in the Siping area of Jilin Province in China based on system dynamics and analytic hierarchy process. Ecological Modelling, 2014, 275: 9-21.

[18] Wang S, Xu L, Yang F L, Wang H. Assessment of water ecological carrying capacity under the two policies in Tieling City on the basis of the integrated system dynamics model. Science of the Total Environment, 2013, 472: 1070-1081.

[19] 張星標(biāo), 鄧群釗. 江西省水生態(tài)承載力分析. 南昌大學(xué)學(xué)報: 理科版, 2011, 35(6): 607-612.

[20] Zeng C, Liu Y L, Liu Y F, Hu J M, Bai X G, Yang X Y. An integrated approach for assessing aquatic ecological carrying capacity: a case study of wujin district in the Tai Lake Basin, China. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2011, 8(1): 264-280.

[21] Sun X, Xiong S, Zhu X J, Li Y F, Li B L. A new indices system for evaluating ecological-economic-social performances of wetland restorations and its application to Taihu Lake Basin, China. Ecological Modelling, 2015, 295: 216-226.

[22] 李靖, 周孝德. 葉爾羌河流域水生態(tài)承載力研究. 西安理工大學(xué)學(xué)報, 2009, 25(3): 249-255

[23] 王西琴, 高偉, 曾勇. 基于SD模型的水生態(tài)承載力模擬優(yōu)化與例證. 系統(tǒng)工程理論與實踐, 2014, 34(5): 1352-1360.

[24] 陳廣洲, 汪家權(quán), 解華明. 粒子群算法在投影尋蹤模型優(yōu)化求解中的應(yīng)用. 計算機仿真, 2008, 25(8): 159-165.

[25] Yang J F, Lei K, Khu S, Meng W, Qiao F. Assessment of water environmental carrying capacity for sustainable development using a coupled system dynamics approach applied to the Tieling of the Liao River Basin, China. Environmental Earth Sciences, 2015, 73(9): 5173-5183.

[26] 嚴(yán)子奇, 夏軍, 左其亭, 張永勇. 淮河流域水環(huán)境承載能力計算系統(tǒng)的構(gòu)建. 資源科學(xué), 2009, 31(7):1150-1157.

[27] Yang J F, Lei K, Qiao F. An improved index system of regional water ecological carrying capacity evaluation: a case study of Tieling City, China. Advanced Materials Research, 2013, 869: 627-633.

[28] 唐克旺. 水生態(tài)文明的內(nèi)涵及評價體系探討. 水資源保護, 2013, 29(4): 1-4.

[29] 崔東文, 金波. 基于隨機森林回歸算法的水生態(tài)文明綜合評價. 水利水電科技進(jìn)展, 2014, (5): 56-60.

[30] Guo S L, Xu C Y, Chen H, Liu D D. Review and Assessment of Interaction between Watershed Hydrology and Society System. Journal of Water Resources Research, 2016, 5(1): 1-15.

[31] 楊俊峰, 喬飛, 韓雪梅, 柴淼瑞. 流域水生態(tài)承載力評價指標(biāo)體系研究 // 2013中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集(第六卷). 昆明: 中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會, 2013.

[32] Jago-On K A B, Kaneko S, Fujikura R, Fujiwara A, Imai T, Matsumoto T, Zhang J Y, Tanikawa H, Tanaka K, Lee B, Taniguchi M. Urbanization and subsurface environmental issues: An attempt at DPSIR model application in Asian cities. Science of the Total Environment, 2009, 407(9): 3089-3104.

[33] 付強, 趙小勇. 投影尋蹤模型原理及其應(yīng)用. 北京: 科學(xué)出版社, 2006.

[34] 王柏, 張忠學(xué), 李芳花, 孫艷玲, 丁紅. 基于改進(jìn)雙鏈量子遺傳算法的投影尋蹤調(diào)虧灌溉綜合評價. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2012, 28(2): 84-89.

[35] Huang K W, Chen J L, Yang C S, Tsai C W. A memetic gravitation search algorithm for solving clustering problems // 2015 IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC). Sendai: IEEE, 2015.

[36] 張維平, 任雪飛, 李國強, 牛培峰. 改進(jìn)的萬有引力搜索算法在函數(shù)優(yōu)化中的應(yīng)用. 計算機應(yīng)用, 2013, 33(5): 1317-1320.

[37] 劉勇, 馬良. 非線性極大極小問題的混沌萬有引力搜索算法求解. 計算機應(yīng)用研究, 2012, 29(1): 47-48.

[38] 唐柱, 丁學(xué)明, 劉燦. 基于引力搜索和粒子群混合優(yōu)化算法的T-S模型辨識. 上海理工大學(xué)學(xué)報, 2013, 35(4): 351-354.

[39] 李春龍, 戴娟, 潘豐. 引力搜索算法中粒子記憶性改進(jìn)的研究. 計算機應(yīng)用, 2012, 32(10): 2732-2735.

[40] 庫路巴依·吾布力. 投影追蹤模型在新疆農(nóng)業(yè)灌溉用水系數(shù)影響因子分析中的應(yīng)用. 水利規(guī)劃與設(shè)計, 2016, (2): 21-23.

[41] 王晶, 李云鶴, 郭東陽. 京津冀區(qū)域水資源需求分析與供水保障對策. 海河水利, 2014, (3): 1-3.

[42] 張京成, 劉利永. 綠色奧運——一個碧水藍(lán)天的承諾. 北京: 科學(xué)出版社, 2008.

[43] 孟慶華. 基于生態(tài)足跡的京津冀人口容量研究. 林業(yè)資源管理, 2014, (4): 8-13.

[44] 王少劍, 方創(chuàng)琳, 王洋. 京津冀地區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合關(guān)系定量測度. 生態(tài)學(xué)報, 2015, 35(7): 2244-2254.

[45] 吳健, 昌敦虎, 孫嘉軒. 京津冀一體化進(jìn)程中的水環(huán)境保護策略. 環(huán)境保護, 2014, 42(17): 34-37.

[46] 李新斗, 席志敏. 河北平原深層地下水開采程度評價. 南水北調(diào)與水利科技, 2013, 11(6): 129-132.

Using a multivariate-driven model to evaluate water ecological carrying capacity: Method-building and application in the Beijing-Tianjin-Ji (Hebei Province) region

ZHANG Sheng1,2, WANG Tieyu2,3,*, ZHANG Hong1, LI Qifeng2,3, ZHOU Yunqiao2,3, SONG Shuai2

1CollegeofEnvironmentandResource,ShanxiUniversity,Taiyuan030006,China2StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China3UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

water ecological carrying capacity; multiple drivers; evaluation method and application; Beijing-Tianjin- Ji (Hebei Province); model-scenario simulation

國家自然科學(xué)基金項目(41571478)；水體污染控制與治理科技重大專項(2015ZX07203-005);科技基礎(chǔ)性工作專項(2013FY11110)

2016- 05- 24;

2016- 09- 05

10.5846/stxb201605241005

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wangty@rcees.ac.cn

張盛，王鐵宇，張紅，李奇鋒，周云橋，宋帥.多元驅(qū)動下水生態(tài)承載力評價方法與應(yīng)用——以京津冀地區(qū)為例.生態(tài)學(xué)報,2017,37(12):4159- 4168.

Zhang S, Wang T Y, Zhang H, Li Q F, Zhou Y Q, Song S.Using a multivariate-driven model to evaluate water ecological carrying capacity: Method-building and application in the Beijing-Tianjin-Ji (Hebei Province) region.Acta Ecologica Sinica,2017,37(12):4159- 4168.