劉世玉 李傳江

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，我國的現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。針對水資源承載力預(yù)警方法的研究，通過揭示水資源-社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)間各要素的相互作用機(jī)制，可有效地對水資源承載力的突發(fā)和異常狀況進(jìn)行事前行為評價(jià)和預(yù)警，是資源環(huán)境承載能力預(yù)警研究的關(guān)鍵組成部分。為此，借鑒有關(guān)學(xué)科領(lǐng)域?qū)︻A(yù)警系統(tǒng)現(xiàn)有的研究成果，立足于水資源承載力預(yù)警系統(tǒng)的概念和機(jī)制，從診斷、預(yù)測、評價(jià)和調(diào)控方面對水資源承載力預(yù)警的主要方法進(jìn)行綜述，并提出水資源承載力預(yù)警未來研究重點(diǎn)和主要發(fā)展方面的建議，包括：①進(jìn)一步完善水資源承載力預(yù)警系統(tǒng)的概念界定；②構(gòu)建水資源承載力預(yù)警指標(biāo)體系；③深入水資源承載力預(yù)警系統(tǒng)的整體研究；④重視實(shí)現(xiàn)水資源承載力預(yù)警動(dòng)態(tài)性預(yù)測；⑤進(jìn)一步加強(qiáng)水資源承載力調(diào)控措施方面的研究。

關(guān)鍵詞：水資源；承載力；預(yù)警研究進(jìn)展

引言

水資源是人類賴以生存和發(fā)展不可或缺的一種寶貴資源，具有多種用途，但水資源量是有限的，因此在一定條件下可能會(huì)導(dǎo)致不同用水途徑之間、不同地區(qū)之間為爭水而出現(xiàn)矛盾，以及用水與供水之間出現(xiàn)矛盾。一個(gè)地區(qū)或流域的水資源到底能支撐多大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)規(guī)模，一直是水資源研究的核心內(nèi)容之一，也是區(qū)域或流域發(fā)展的重要制約因素。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，特別是我國自20世紀(jì)70年代末期大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)以后，快速的經(jīng)濟(jì)增長和社會(huì)發(fā)展，帶來了用水量增加、排污量增加、生態(tài)系統(tǒng)受人工干擾強(qiáng)烈的局面，迫使人們不得不認(rèn)真考慮水資源系統(tǒng)的承載能力。在這一背景下，20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)了水資源承載力（也稱作“水資源承載能力”）的概念，隨后，我國學(xué)者對此開展了一系列研究工作，到21世紀(jì)初基本上形成了相對完善的理論方法及應(yīng)用體系，對支撐我國水資源可持續(xù)利用、人水和諧治水思想的貫徹起到了非常積極的作用。

1水資源承載力預(yù)警系統(tǒng)概念與機(jī)制方面的研究進(jìn)展

1.1預(yù)警的概念內(nèi)涵與工作原理

預(yù)警的科學(xué)內(nèi)涵包括預(yù)警指標(biāo)、警戒閾值、預(yù)測并評價(jià)危害范圍及程度、調(diào)控措施5個(gè)方面。預(yù)警的科學(xué)過程就是通過總結(jié)以往系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律，對已選定的預(yù)警指標(biāo)劃定一定的警戒閾值；同時(shí)在系統(tǒng)變化趨勢預(yù)測基礎(chǔ)上，利用警戒閾值對警情的危害范圍和程度進(jìn)行判斷，以此向關(guān)聯(lián)方發(fā)出不同的示警信號，為其及時(shí)采取調(diào)控措施從而減輕相關(guān)損失提供參考。從預(yù)警過程可看出預(yù)警是一種更高層次意義上的預(yù)測和評價(jià)，預(yù)警的目的在于基于預(yù)測的結(jié)果，對其進(jìn)行價(jià)值意義上的評價(jià)，相對于預(yù)測對全面宏觀方面的關(guān)注，預(yù)警更傾向于對特定異常不利情況的警示作用。系統(tǒng)科學(xué)是預(yù)警系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，系統(tǒng)工程提供的科學(xué)研究方法自然成為解決預(yù)警相關(guān)問題的重要途徑。從1969年美國Hall提出的系統(tǒng)工程三維結(jié)構(gòu)圖中邏輯維的主要組成要素包括明確警義、尋找警源、分析警兆、預(yù)報(bào)警度和排除警患，預(yù)警的工作原理就是在明確警義的基礎(chǔ)上，尋找警源并分析警兆，達(dá)到預(yù)報(bào)警度最終排除警患的目的。預(yù)警原理中的警義包含警素和警度兩方面的內(nèi)容，警素是指系統(tǒng)發(fā)展過程中出現(xiàn)了哪些警情，在實(shí)際研究中可按照警情的來源或者性質(zhì)進(jìn)行分類；警度是指警情的嚴(yán)重程度，通常用等級進(jìn)行劃分。其中警度是明確警義的重點(diǎn)和難點(diǎn)，重點(diǎn)在于確定警度在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)實(shí)際情況劃分警限，警限的閾值范圍直接影響到系統(tǒng)的狀態(tài)判別；難點(diǎn)在于警限受制于空間地理位置的不同很難在不同地區(qū)劃定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)進(jìn)行預(yù)警研究需要警限應(yīng)在一定時(shí)間范圍內(nèi)保持相對穩(wěn)定，但是實(shí)際上客觀的警限隨著時(shí)間應(yīng)該是變化發(fā)展的。警源是警情和警患的源頭所在，是對事物發(fā)展造成不良后果的根源，尋找警源是調(diào)控措施能夠治標(biāo)又治本的關(guān)鍵；警兆是指先于警情發(fā)生的先兆事件，對預(yù)警的前瞻性起著至關(guān)重要的作用，分析警兆的目的在于通過對警兆的挖掘分析選用相較于警情指標(biāo)在時(shí)間上先行的指標(biāo)作為預(yù)警指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上的預(yù)警才具有預(yù)先于警情的特性。總之，明確警義是預(yù)警研究的前提，尋找警源是排除警患的基礎(chǔ)，分析警兆是預(yù)報(bào)警度的關(guān)鍵，預(yù)報(bào)警度是排除警患的依據(jù)，排除警患是預(yù)警研究的最終目的。

1.2水資源承載力預(yù)警系統(tǒng)的概念

目前世界性水資源危機(jī)已成為各國學(xué)術(shù)界關(guān)注的重要焦點(diǎn)，國內(nèi)外有大量的專家和學(xué)者從水資源監(jiān)測、水循環(huán)轉(zhuǎn)化、水資源配置管理、水資源開發(fā)利用等不同角度對水資源問題展開了研究并取得了大量的研究成果，而針對區(qū)域水資源承載力預(yù)警系統(tǒng)研究則屬較新的課題，雖之前也有涉及到預(yù)警研究，但大多見于如水資源可持續(xù)利用等其他水資源研究問題中，尤其在國外研究中多選用如水資源可持續(xù)利用量、水資源的限制量類似概念表示水資源承載力的內(nèi)涵。對水資源承載力預(yù)警的定義可參考相關(guān)近似研究成果。認(rèn)為區(qū)域水資源可持續(xù)利用預(yù)警是指對一定區(qū)域范圍內(nèi)的水資源現(xiàn)狀和未來進(jìn)行測度，預(yù)報(bào)不正常狀態(tài)的時(shí)空范圍和危害程度，對于已有問題提出解決措施，對于即將出現(xiàn)的問題則給出防范措施的報(bào)警和調(diào)控措施。

2防范措施

2.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中誤差反向傳播網(wǎng)絡(luò)（Back-PropagationNetwork，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）在不需事先了解輸入輸出變量間關(guān)系規(guī)律的情況下，仍可通過構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立系統(tǒng)模型，在水資源系統(tǒng)預(yù)警預(yù)測方面適用性和操作性均較強(qiáng)。運(yùn)用改進(jìn)的非線性BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)預(yù)測合肥市水資源承載力，經(jīng)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ途容^高，十分接近實(shí)際情況。綜合污染指數(shù)作為評估參數(shù)，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模預(yù)測了麗水市內(nèi)河不同方案下水環(huán)境承載力狀況。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對寧夏水資源的時(shí)空分布、分配及使用等進(jìn)行分析，為寧夏水資源的合理使用提供科學(xué)的參考依據(jù)。以喀斯特典型分布區(qū)貴州省為例，建立喀斯特地區(qū)水資源安全評價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對貴州省9個(gè)州市進(jìn)行了水資源安全評價(jià)。從方法特點(diǎn)來看，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法擁有很強(qiáng)的適應(yīng)和學(xué)習(xí)能力，在多變量非線性系統(tǒng)的預(yù)測方面通?？扇〉脻M意的結(jié)果。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論為水資源承載力量化研究提供了發(fā)展契機(jī)，可望進(jìn)一步促進(jìn)水資源承載力預(yù)警研究的發(fā)展。

2.2水資源動(dòng)態(tài)承載力

受氣候變化、人類活動(dòng)的影響，水資源系統(tǒng)始終處于變化之中，其承載力也必定隨之變化。此外，伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平、用水效率不斷提升，同樣會(huì)促進(jìn)水資源承載力提升。

結(jié)語：

調(diào)控是預(yù)警達(dá)到最終目的的有效手段，因此，能否提出切實(shí)可行、實(shí)用性強(qiáng)的水資源承載力調(diào)控措施來緩解外界對水資源系統(tǒng)的壓力，是決定水資源承載力預(yù)警系統(tǒng)研究是否具有現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵。今后研究應(yīng)從區(qū)域水資源承載支撐力提升和承載壓力調(diào)控角度，構(gòu)建區(qū)域水資源承載支撐力、承載壓力與承載調(diào)控力之間的定量關(guān)系模型，從優(yōu)化區(qū)域水資源配置、多種水源統(tǒng)籌調(diào)配等方面提出提升區(qū)域水資源承載力的措施建議，并在水資源承載力預(yù)警系統(tǒng)的研究中加入對水資源承載力調(diào)控方案的評價(jià)，有利于預(yù)警綜合效益的最大化，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境對水資源的可持續(xù)利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]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（3）：180-188.

作者簡介：

第一作者：

劉世玉，男，漢族，學(xué)生，河南省陜縣，單位：鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，專業(yè)：水文與水資源工程

第二作者：

李傳江（1997.4.7），男，漢族，學(xué)生，河南省信陽市商城縣，單位：鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，專業(yè)：水文與水資源工程