(重慶理工大學(xué) 管理學(xué)院,重慶 400054)

1 研究背景

水資源承載力(Water resources carrying capacity)與城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的耦合研究是當(dāng)今環(huán)境科學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)話題。水資源承載力是以可預(yù)見(jiàn)的人口、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平為依據(jù)，以尋求環(huán)境經(jīng)濟(jì)平衡發(fā)展為前提，經(jīng)過(guò)資源的合理優(yōu)化配置，對(duì)該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與人口規(guī)模發(fā)展所能提供的最大支撐能力預(yù)測(cè)[1]。因此，水資源承載力的可持續(xù)發(fā)展不僅是生態(tài)安全問(wèn)題，也關(guān)系到一個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)穩(wěn)定。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于水資源承載力的研究較多，且取得了豐富的成果。在研究?jī)?nèi)容方面，主要集中在水資源承載力的定義[2]、水資源承載力的評(píng)價(jià)因子體系[3]、水資源承載力模型的選擇[4]、承載力計(jì)算方法[5]以及水資源承載力與人口和工業(yè)規(guī)模的關(guān)系[6]等；在研究對(duì)象方面，主要集中在城市水資源承載[7]、區(qū)域水資源承載[8]以及工農(nóng)業(yè)水資源承載[9]等方面；研究區(qū)域則側(cè)重于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東南地區(qū)與降水量四季分明的干旱地區(qū)[10]。重慶市作為西部中心城市，對(duì)水資源承載力的要求較高，又因三峽工程建設(shè)而導(dǎo)致其生態(tài)環(huán)境較為敏感，水資源生態(tài)地位十分重要。

目前，學(xué)術(shù)界對(duì)于重慶市水資源承載力的相關(guān)研究較少。對(duì)水資源承載力的評(píng)估，主要體現(xiàn)在評(píng)估指標(biāo)的選取、評(píng)估模型的構(gòu)建以及對(duì)承載力各階段狀態(tài)的判定方面；研究方法上對(duì)水資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果各有側(cè)重，從評(píng)估指標(biāo)的選取來(lái)看，主要是從地理環(huán)境-水資源動(dòng)態(tài)變化[11]、水質(zhì)-三廢排放-水資源承載力[12]等角度選取變量。所用的評(píng)估模型以及階段判定方法主要有熵值法分析[5]、粒子優(yōu)化算法[13]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[14]以及DPSIRM評(píng)價(jià)[15]等。

張鳳太等基于“驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)-管理”概念框架(DPSIRM)，結(jié)合巖溶典型地貌——貴州省的人口與經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響因素，構(gòu)建了灰色預(yù)測(cè)模型，對(duì)貴州省的水資源安全進(jìn)行了實(shí)證研究[15]。Florid環(huán)保局采用SD模型，對(duì)佛羅里達(dá)群島的流域生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，基于評(píng)價(jià)結(jié)果，計(jì)算了該區(qū)域?qū)Ω鞣N人類活動(dòng)影響的承受能力[16]。MH Davijani借助于粒子優(yōu)化算法(PSO)來(lái)提高沙漠地區(qū)的水資源優(yōu)化配置，以此得到了影響水資源承載力的關(guān)鍵變量[13]。李玲等針對(duì)水資源復(fù)雜多變的特點(diǎn)，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)構(gòu)建了水資源承載模型，并設(shè)計(jì)了不同場(chǎng)景來(lái)預(yù)測(cè)城市水資源承載力的動(dòng)態(tài)變化情況[14]。王楠等通過(guò)分析影響吉林省水資源承載力的主要因素，并將分析結(jié)果作為評(píng)價(jià)水資源承載力的判定指標(biāo)，構(gòu)建了模糊綜合評(píng)判模型，對(duì)水資源承載力的各個(gè)階段進(jìn)行評(píng)價(jià)[9]。

圖1 重慶市地理位置Fig.1 Chongqing geographical location

上述研究無(wú)疑對(duì)現(xiàn)今水資源承載力評(píng)估發(fā)揮著巨大的推動(dòng)作用，但同時(shí)也存在著一些不足：

(1) 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇主要集中于水資源生態(tài)環(huán)境方面，較少關(guān)注人口與工業(yè)對(duì)水資源承載力變化的內(nèi)在推動(dòng)力，沒(méi)有凸顯社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)水資源承載力變化的影響。

(2) 現(xiàn)有的研究方法主要是建立水資源承載力評(píng)價(jià)模型，根據(jù)模型打分來(lái)判斷水資源的承載力等級(jí)。一方面，評(píng)價(jià)模型只局限于環(huán)境指標(biāo)，無(wú)法對(duì)與水資源緊密相關(guān)的人口與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析；另一方面，大多數(shù)模型只基于過(guò)往數(shù)據(jù)對(duì)水資源承載力進(jìn)行實(shí)證研究，少有仿真預(yù)測(cè)水資源承載力的階段變化情況[17]。

模糊數(shù)學(xué)是研究和處理模糊性現(xiàn)象的一種數(shù)學(xué)理論，其隸屬度思想是建立一個(gè)符合實(shí)際狀況的隸屬函數(shù)，在考慮與被評(píng)事物有關(guān)的各因素時(shí)，對(duì)該事物作出歸一化評(píng)價(jià)，具有一定的客觀性；同時(shí)不同的權(quán)重系數(shù)也體現(xiàn)了一定的主觀性，主客觀相結(jié)合，在資源與可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)領(lǐng)域中應(yīng)用較廣。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是以計(jì)算機(jī)仿真為框架，研究復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)演化行為的工具[18]，能夠綜合影響水資源承載力的人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等因素，充分刻畫(huà)影響水資源承載力的演化機(jī)理，突出經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源與人口的耦合關(guān)系，凸顯了水資源承載力評(píng)估管理的重要性。因此，本文利用模糊數(shù)學(xué)隸屬度模型建立了水資源承載力評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建了SD模型(System Dynamic Model)，對(duì)水資源承載力可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行實(shí)證研究；同時(shí)，通過(guò)仿真不同狀態(tài)下承載力的變化情況，以對(duì)重慶市水資源承載力可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行初步的探索，可為重慶市深入推動(dòng)“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”綠色發(fā)展中水資源的開(kāi)發(fā)提供理論參考與現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

重慶市是中國(guó)西南地區(qū)的中心城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展一直以重工業(yè)與軍工企業(yè)為主，轄區(qū)內(nèi)人口眾多。在氣候上，重慶市屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候，降水量年際分布差異較大。重慶位于長(zhǎng)江流域的上游，北有嘉陵江，南有烏江在此交匯，過(guò)境水量充足，但因山地、陡坡、谷深等地勢(shì)影響，地表水利用困難，水資源承載力較弱。自重慶市成為直轄市以來(lái)，人口總數(shù)迅速得以增加，GDP排序位于全國(guó)省市前5，因而對(duì)水資源承載力有著更高的要求。此外，三峽水庫(kù)建成以后，重慶至三峽大壩流域的水流速度減緩，導(dǎo)致水體對(duì)污染物的復(fù)氧和擴(kuò)散稀釋能力下降[19]，水體中COD含量增速顯著。《重慶市水資源調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》指出，2016年，重慶市人均水資源量為1 463 m3，已成為中度缺水地區(qū)。中央一直強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)重慶市的生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)，因此，水資源承載力不僅與該地區(qū)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展相連，也關(guān)系到長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)安全與綠色發(fā)展。重慶市的地理位置如圖1所示。

圖2 水資源承載DPSIR模型Fig.2 Water resources carrying DPSIR model

3 研究方法

3.1 水資源承載力DPSIR框架構(gòu)建

DPSIR(驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng))模式，一般用于評(píng)價(jià)復(fù)雜因果情況下的資源環(huán)境系統(tǒng),在農(nóng)業(yè)水資源安全[20]、流域生態(tài)安全[21]、土地生態(tài)安全[22]等方面得到了廣泛的應(yīng)用?；谝陨涎芯?，本文再次對(duì)DPSIR框架進(jìn)行了改進(jìn)，將其納入到水資源承載力評(píng)估體系當(dāng)中；選取重慶市的人口數(shù)量、工業(yè)發(fā)展、環(huán)境現(xiàn)狀的各個(gè)指標(biāo)，用于表達(dá)水資源承載力的復(fù)雜因果關(guān)系，以確定重慶市在不同發(fā)展方案下水資源承載力時(shí)空演繹的變化情況。如圖2所示，重慶市的工業(yè)發(fā)展作為驅(qū)動(dòng)力給水資源承載力帶來(lái)了挑戰(zhàn)與壓力，同時(shí)，水體中的COD與固廢污染物排放量的增加也造成了水資源水質(zhì)下降，污染程度進(jìn)一步加劇，同時(shí)也造成了生態(tài)環(huán)境的惡化；這種惡化反饋到經(jīng)濟(jì)社會(huì)當(dāng)中，促使人們采取措施減少“三廢”污染物在水中排放量以及提高水資源處理技術(shù)，從而提高水資源的承載力，減少因生態(tài)環(huán)境所帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展制衡。

3.2 模糊數(shù)學(xué)隸屬度方法

3.2.1子系統(tǒng)承載度

水資源承載力的定量研究首先需要建立量化標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)界定可承載與不可承載之間的界限。由于水資源承載力涉及到的因素繁多，不同變量之間單位不統(tǒng)一，難以人為描述。因此，借鑒相關(guān)的文獻(xiàn)[23]，本文采用模糊數(shù)學(xué)的隸屬度來(lái)研究水資源承載的程度。

在模型中，建立了人口、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)3個(gè)子系統(tǒng)，系統(tǒng)的承載度計(jì)算公式如下：

(1)

式中，Wij表示第i個(gè)子系統(tǒng)中j指標(biāo)的權(quán)重，Sij表示j方案i指標(biāo)的分?jǐn)?shù)值。

SD模型中的若干個(gè)指標(biāo)，決定著水資源系統(tǒng)的承載度。有些指標(biāo)的值越小，水資源承載力會(huì)越高。比如萬(wàn)元產(chǎn)值工業(yè)固廢排放量、萬(wàn)元產(chǎn)值工業(yè)廢水排放量以及工業(yè)生產(chǎn)廢水COD產(chǎn)生量等變量，此時(shí)的計(jì)算公式為

(2)

式中,pij為j方案i指標(biāo)的分?jǐn)?shù)值。

有些指標(biāo)的值越大，意味著政府的環(huán)境治理投資越大，相應(yīng)的水資源承載力會(huì)越高。比如工業(yè)固廢綜合利用率、COD降解系數(shù)、固廢降解系數(shù)、固廢處理水平因子等，其計(jì)算公式如下：

(3)

3.2.2整體系統(tǒng)承載度

基于此，可以算出整個(gè)系統(tǒng)的承載度量，公式為

(4)

式中，Wi為相關(guān)子系統(tǒng)的權(quán)重值?；谖墨I(xiàn)[24]中的量表，利用層次分析法可以確定SD模型中三者的權(quán)重指標(biāo)，其指標(biāo)分別為0.410，0.323和0.267?；谡麄€(gè)系統(tǒng)的承載度，可以對(duì)承載類型進(jìn)行分類，分類方法參照臧正等[25]的區(qū)域資源預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，具體如表1所列。

表1 水資源承載力分類Tab.1 The classification of water resources carrying capacity

3.3 重慶市水資源承載力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

3.3.1水資源承載力SD模型構(gòu)建

隨著計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力的提高與仿真技術(shù)的完善，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用到了區(qū)域開(kāi)發(fā)、水資源承載、生態(tài)補(bǔ)償以及企業(yè)戰(zhàn)略等各個(gè)領(lǐng)域。本文使用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件Vensim進(jìn)行建模，借助于不同的因果關(guān)系公式(Rj)，將系統(tǒng)劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)

(P)。其描述關(guān)系式如下：

S=(P,Rj);P={Pi|i∈1～3}

(5)

式中，S為整個(gè)系統(tǒng)，P為子系統(tǒng)，R為關(guān)系矩陣描述各變量之間的關(guān)系，一般為方程式或表函數(shù)。SD模型中，子系統(tǒng)由若干個(gè)流位變量、流速變量、時(shí)間函數(shù)以及輔助變量組成。根據(jù)SD模型特點(diǎn)，給出以下數(shù)學(xué)描述：

(6)

式中，T為轉(zhuǎn)移矩陣，V為關(guān)系矩陣，L,R,A分別為流位變量、流率變量、輔助變量，其微分方程可以寫(xiě)成(LET為流位變量，RAT為流率變量)：

(7)

基于上述公式，根據(jù)重慶市人口-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境的相互關(guān)系，構(gòu)建因果關(guān)系與模型框架。如圖3所示，重慶市水資源承載力SD模型(Water resources carrying capacity system dynamic model)的建立首先要明確空間邊界與系統(tǒng)邊界，重慶市水資源承載力模型的空間邊界是5 472.68 km2行政區(qū)，系統(tǒng)邊界是人口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)，模型初始時(shí)間為2005年，結(jié)束時(shí)間為2025年，STEP為1 a。SD模型中各子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系以及系統(tǒng)之間的內(nèi)部主要回路描述如下。

(1) 總?cè)丝跀?shù)→+生活污水產(chǎn)生量→+生活污水COD產(chǎn)生量→+生態(tài)環(huán)境影響因子→-水中COD削減量→+生育影響因子-+出生人口數(shù)。

(2) 總?cè)丝跀?shù)→+生活固廢排放量→-工業(yè)固廢綜合利用率→-固廢處理水平因子→+萬(wàn)元工業(yè)固廢產(chǎn)值排放量→-生態(tài)影響因子→-總?cè)丝跀?shù)。

(3) 工業(yè)總產(chǎn)值→+污染物排放量→-生態(tài)環(huán)境質(zhì)量→+死亡人口→-總?cè)丝凇?/p>

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中，因果關(guān)系式僅能表現(xiàn)各變量之間的因果聯(lián)系,具體的定量關(guān)系需要用DYNAMO語(yǔ)言寫(xiě)出的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程式來(lái)建立定量關(guān)系以及仿真系統(tǒng)。本文分析了反饋流程圖與各變量之間的現(xiàn)實(shí)聯(lián)系，構(gòu)建了28個(gè)DYNAMO方程式，包含3個(gè)狀態(tài)方程以及大量的表函數(shù)；模型中各個(gè)變量賦值主要來(lái)源于重慶市歷年統(tǒng)計(jì)年鑒以及重慶市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、重慶市環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)部分DYNAMO方程式如表2所列。

3.3.2SD模型歷史性檢驗(yàn)

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在運(yùn)行時(shí)要進(jìn)行現(xiàn)實(shí)性與歷史性檢驗(yàn)，主要是驗(yàn)證模型中數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)的吻合度。檢驗(yàn)方法分為直觀檢驗(yàn)、歷史相對(duì)誤差檢驗(yàn)以及靈敏度檢驗(yàn)幾種方法。本文首先采取現(xiàn)實(shí)性檢驗(yàn)，以2011年重慶市工業(yè)發(fā)展為例，該年重慶市的工業(yè)產(chǎn)值增速為全國(guó)第一，工業(yè)規(guī)模破萬(wàn)億，工業(yè)增長(zhǎng)支撐推動(dòng)GDP增速的比重領(lǐng)跑全國(guó)。根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真方程，此時(shí)工業(yè)產(chǎn)生的COD存量與固體廢棄物也相對(duì)升高，如圖4所示，與現(xiàn)實(shí)情況吻合，該模型通過(guò)了現(xiàn)實(shí)性檢驗(yàn)。

圖3 重慶市水資源承載力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型Fig.3 Water resources carrying capacity in Chongqing system dynamics model

表2 SD模型中主要變量及設(shè)計(jì)思路Tab.2 The SD model of main variables and design concept

注：方程式中的數(shù)值來(lái)自于重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒與歷年環(huán)境人口公報(bào)

圖4 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型現(xiàn)實(shí)性檢驗(yàn)Fig.4 Practical inspection system dynamics model

歷史相對(duì)誤差法是對(duì)SD模型的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。選取了各子系統(tǒng)中的重要變量值進(jìn)行檢驗(yàn)，包括總?cè)丝跀?shù)、COD存量值以及固體廢棄物存量值。歷史檢驗(yàn)時(shí)間為2005～2016年，歷史誤差性檢驗(yàn)結(jié)果如表3所列。

表3 SD模型模擬值與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比檢驗(yàn)Tab.3 SD model simulation value and the historical data contrast test

注：對(duì)于表中各變量誤差值計(jì)算結(jié)果取絕對(duì)值

根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果可知，2004～2016年，重慶市總?cè)丝跀?shù)的仿真值與實(shí)際值的誤差均在5%以下，說(shuō)明擬合度良好。COD存量與固廢排放量在2011～2016年之間的仿真值與實(shí)際值相對(duì)浮動(dòng)誤差較大，可能原因是重慶市在“十二五”規(guī)劃期間側(cè)重于工業(yè)方面的發(fā)展，但仿真值整體變化趨勢(shì)與歷史結(jié)果相吻合。因此，模型可以反映系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的實(shí)際狀況，可進(jìn)一步將其用來(lái)預(yù)測(cè)重慶市水資源承載力的發(fā)展趨勢(shì)。

4 SD模型仿真結(jié)果及方案分析

4.1 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上文的SD仿真結(jié)果，可以設(shè)計(jì)重慶市水資源承載力方案。方案設(shè)計(jì)中，決策變量的選取應(yīng)遵循系統(tǒng)性、動(dòng)態(tài)性、仿真性、可行性的原則。重慶市水資源承載力SD模型中的狀態(tài)變量與表函數(shù)主要包括水體中的COD存量、固體廢棄物存量、萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值固廢排放量、工業(yè)廢水COD產(chǎn)生量、總?cè)丝跀?shù)、出生率、水處理技術(shù)因子以及固廢處理水平因子等32個(gè)主要變量。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[14]并結(jié)合重慶市水資源的現(xiàn)實(shí)狀況，本文選取水體中的COD存量、固體廢棄物存量、總?cè)丝跀?shù)、水處理技術(shù)因子以及固廢處理水平因子作為決策變量，通過(guò)改變不同的決策變量值來(lái)模擬相關(guān)的決策方案，以此來(lái)觀察重慶市水資源承載力的動(dòng)態(tài)變化。

重慶市水資源承載力SD模型中存在著許多關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)不僅與政策的變化相關(guān)，而且其自身的變化也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的演化產(chǎn)生影響。為此，本文選出了4個(gè)流速變量作為影響政策的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，分別為生育率、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、固廢處理技術(shù)以及水處理技術(shù)。在仿真模擬初期，各變量的初始概率皆為1，這個(gè)值代表正常狀態(tài)，此時(shí)各變量對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生影響。在方案模擬中，當(dāng)該值小于1時(shí)，表明對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生了負(fù)面影響，比如固廢處理技術(shù)因子小于1時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致固廢排放量增大。水處理技術(shù)因子大于1時(shí)，表明政府積極治理水資源，開(kāi)發(fā)水資源能力上升，供水量增大?；诖耍疚脑O(shè)計(jì)了4種不同的方案以預(yù)測(cè)重慶市水資源承載力的不同發(fā)展?fàn)顩r。方案描述及參數(shù)設(shè)定分別如表4和表5所列。

表4 重慶市水資源承載力方案描述Tab.4 Scheme description of water resources carrying capacity of Chongqing municipality

表5 重慶市水資源承載力調(diào)控參數(shù)與方案Tab.5 Control parameters and the water resources carrying capacity in Chongqing

4.2 仿真結(jié)果及研究

本研究重點(diǎn)是觀測(cè)水體中的COD存量、總?cè)丝跀?shù)以及固廢排放量等不同參數(shù)在水資源環(huán)境承載力模型中的變化情況。運(yùn)用Vensim.PLE軟件，對(duì)不同方案的參數(shù)與影響因子進(jìn)行仿真模擬，比較4種方案下不同變量的仿真結(jié)果，如圖5～7所示。

圖5 各方案下水污染COD存量示意Fig.5 The water pollution COD stock figure under each scheme the program

根據(jù)圖5水體中的COD存量仿真結(jié)果可知：

(1) 正常發(fā)展方案中，以當(dāng)前水資源處理率及固廢處理技術(shù)為基礎(chǔ)，水體中的COD存量增長(zhǎng)速度會(huì)逐漸放緩，但是由于工業(yè)產(chǎn)值的比重并未減小，COD存量對(duì)水資源承載力的負(fù)面作用仍未減少。

(2) 經(jīng)濟(jì)優(yōu)先方案中，水體中的COD存量增長(zhǎng)迅速，仿真結(jié)果預(yù)計(jì)其在2025年會(huì)增長(zhǎng)到123.25萬(wàn)t，對(duì)重慶市水資源承載力可持續(xù)發(fā)展會(huì)起到負(fù)面作用。

(3) 環(huán)境優(yōu)先方案中，水體中的COD存量曲線一直呈現(xiàn)出向下延伸的狀態(tài)，說(shuō)明此時(shí)的水資源狀態(tài)良好，但是考慮到此時(shí)的工業(yè)產(chǎn)值增速控制在5%以內(nèi)，會(huì)對(duì)地方經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生一定的抑制作用。

(4) 綠色發(fā)展方案中，COD存量隨著時(shí)間的變化而緩慢上升，綜合綠色發(fā)展中工業(yè)產(chǎn)值規(guī)模的進(jìn)步與廢水污染處理技術(shù)水平的提升，此時(shí)的COD存量對(duì)環(huán)境影響較小。

結(jié)合實(shí)際案例來(lái)看，2015年以來(lái)，重慶市環(huán)境監(jiān)察辦公室對(duì)水環(huán)境保護(hù)工作出現(xiàn)問(wèn)題的7個(gè)區(qū)縣及多家企業(yè)進(jìn)行了約談，從企業(yè)污染、污水處理措施、治理工作推進(jìn)緩慢等多個(gè)方面進(jìn)行了問(wèn)責(zé)，督促其進(jìn)行整改。減少固體廢棄物排放對(duì)水資源的壓力，這種符合綠色發(fā)展方案的整改措施已經(jīng)初見(jiàn)成效。

圖6 各方案下的固廢存量Fig.6 The stock of solid waste under each scheme

從圖6中固體廢棄物仿真結(jié)果可以看出：

(1) 正常發(fā)展方案中，固體廢棄物存量的增速會(huì)隨著時(shí)間推移而逐漸減緩，在固廢處理水平不變的情況下，水資源承載力處于平穩(wěn)狀態(tài)。

(2) 經(jīng)濟(jì)優(yōu)先方案中，固體廢棄物的增長(zhǎng)幅度較其他3種方案快，同時(shí)因固廢處理技術(shù)與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的降低，使固體廢棄物的排放量超過(guò)重慶市水資源承載力的臨界值。

(3) 環(huán)境優(yōu)先與綠色發(fā)展方案中，固體廢棄物存量都處于向下延伸狀態(tài)，在衡量重慶市水資源承載力時(shí)需考慮這2種方案下不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的影響，實(shí)行綠色發(fā)展方案可以有效地提升重慶市水資源的承載力。

具體措施上，重慶市應(yīng)加強(qiáng)對(duì)相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的審批，根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況與各區(qū)縣的資源稟稅政策，確定不同區(qū)縣企業(yè)所應(yīng)承擔(dān)的實(shí)際環(huán)境稅率；對(duì)于重點(diǎn)排污企業(yè)，應(yīng)征收較多稅收，給予治污狀況良好的企業(yè)一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，構(gòu)建政府企業(yè)之間綠色發(fā)展利益聯(lián)動(dòng)機(jī)制，減少固廢污染物對(duì)水資源承載力的負(fù)面影響。

圖7 各方案下總?cè)丝跀?shù)量Fig.7 The total population under each scheme

從圖7中總?cè)丝跀?shù)的仿真結(jié)果可以看出：

(1) 經(jīng)濟(jì)優(yōu)先發(fā)展方案下，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來(lái)的人均可支配收入提高，生育率上升，總?cè)丝跀?shù)的增長(zhǎng)速度相應(yīng)增加，生活污水排放量也會(huì)相應(yīng)增加，不利于水資源承載力增長(zhǎng)。

(2) 其他3種方案下，總?cè)丝跀?shù)量并無(wú)明顯差距。在綠色發(fā)展模型中，經(jīng)濟(jì)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展會(huì)使生育率提高，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到保障，進(jìn)而使總?cè)丝跀?shù)量略高于正常發(fā)展與環(huán)境優(yōu)先兩種方案，對(duì)水資源承載力起良性影響。

綜上所述，政府應(yīng)重視民間綠色組織的作用，加強(qiáng)市民們的環(huán)保與維權(quán)意識(shí)，由政府牽頭的情況下，充分發(fā)揮民間組織作用，打造健康生態(tài)環(huán)境。

通過(guò)對(duì)水資源承載力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中各個(gè)指標(biāo)變量進(jìn)行仿真模擬所得到的數(shù)值，結(jié)合本文中的公式(1)和公式(4)進(jìn)行計(jì)算，可以得到不同方案下重慶市水資源承載力的變化情況，如圖8所示。

圖8 各方案下水環(huán)境承載程度對(duì)比Fig.8 The water environment bearing contrast figure of the program

基于本文的仿真結(jié)果可知，在不同方案下的水資源承載力計(jì)算中，綠色發(fā)展方案中的水資源承載力一直處于2.0～2.4之間，屬于良好可持續(xù)承載狀態(tài)；環(huán)境優(yōu)先方案的承載力要高于正常發(fā)展與經(jīng)濟(jì)優(yōu)先方案，處于水資源承載均衡范圍。正常發(fā)展方案的水資源承載力處于較低狀態(tài)，雖然曲線向下延伸，但是整體波動(dòng)處于弱承載狀態(tài)。經(jīng)濟(jì)優(yōu)先狀態(tài)下的水資源承載力一直處于惡化狀態(tài)，隨著時(shí)間的推移惡化程度逐漸加深，加大了重慶市水資源承載力的負(fù)擔(dān)。比較4種方案的評(píng)價(jià)結(jié)果，可以得知：綠色發(fā)展方案下，重慶市的水資源承載力呈現(xiàn)出可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)。因此，提高水處理技術(shù)、工業(yè)固廢處理率，改善生態(tài)環(huán)境是重慶市提高水資源承載力可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。目前，重慶市提出了“綠化長(zhǎng)江、重慶行動(dòng)”，加快構(gòu)成綠色長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶已在進(jìn)行中，在未來(lái)的水環(huán)境建設(shè)過(guò)程中，重慶市需要繼續(xù)保持投資力度，修建生活污水及工業(yè)污水處理工程，加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管，提高工業(yè)固廢處理率，制定相關(guān)環(huán)境政策減少水體中的COD排放量，是解決目前重慶市水污染問(wèn)題和提高重慶市水資源承載力的主要方向。

5 結(jié) 論

(1) 本文基于DPSIR概念框架,應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)與SD模型對(duì)重慶市的水資源承載力進(jìn)行了研究。在研究過(guò)程中，設(shè)計(jì)了不同場(chǎng)景，對(duì)水資源承載力評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了單項(xiàng)和系統(tǒng)的評(píng)價(jià),并對(duì)其相關(guān)生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了情景分析及模擬仿真，得到的結(jié)果與水資源承載力歷史狀況較為吻合，證明該方法具有一定應(yīng)用價(jià)值。本研究凸顯了水資源承載力的重要性，充分納入了經(jīng)濟(jì)、人口的相關(guān)指標(biāo)，避免了有效信息的遺失,在一定程度上豐富和發(fā)展了水資源安全評(píng)價(jià)方法。

(2) 實(shí)證研究表明：從人口規(guī)模、水體中的COD含量、固廢產(chǎn)生量來(lái)看，綠色發(fā)展方案在保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，對(duì)環(huán)境負(fù)載力影響最小，有利于重慶市水資源承載力的可持續(xù)發(fā)展。水處理技術(shù)、固廢處理水平、廢水排放率是目前影響重慶市水資源承載力的重要因素。因此，在重慶市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)的同時(shí)，應(yīng)繼續(xù)增加水資源凈化處理技術(shù)的投入，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境的管理，持續(xù)提高在工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)督、基礎(chǔ)水利工程建設(shè)以及流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)确矫娴耐度?，建立政府與企業(yè)的利益共享機(jī)制，打造以可持續(xù)發(fā)展為核心的水資源承載力統(tǒng)一管理制度，充分調(diào)動(dòng)行政與市場(chǎng)的積極性以維持水資源健康發(fā)展，從根本上保障重慶市的水資源承載力得以可持續(xù)發(fā)展。

(3) 本研究借助于模糊數(shù)學(xué)隸屬度與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法彌補(bǔ)了主客觀指標(biāo)結(jié)合的不足，討論了重慶市水資源承載力的變化情況。但是對(duì)于長(zhǎng)江上游與中下游流域的水資源承載力動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)效應(yīng)仍需要開(kāi)展進(jìn)一步的探究。此外，由于缺少對(duì)相關(guān)研究對(duì)象的數(shù)據(jù)積累，SD模型中各子系統(tǒng)中的指標(biāo)選擇仍有不足之處，因而無(wú)法充分反映水資源承載力的變化與影響因素之間的關(guān)系，這也是需要進(jìn)一步研究和完善的方向。