胡阿芹 ，謝乃明

（1. 南京航空航天大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，江蘇 南京 211106；2. 臨沂大學(xué) 商學(xué)院，山東 臨沂 276000）

流域水資源短缺、水環(huán)境惡化、生態(tài)功能減退等問題，給流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了巨大的危機(jī)。面對(duì)流域突出的水環(huán)境問題，20 世紀(jì)30年代美國(guó)率先提出，從流域尺度給出維持和恢復(fù)流域生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)完整性的目標(biāo)[1]，建立統(tǒng)一的流域管理機(jī)構(gòu)對(duì)流域水資源、水環(huán)境進(jìn)行一體化管理。我國(guó)也先后以淮河流域、太湖流域、長(zhǎng)江流域?yàn)榛A(chǔ)，嘗試從環(huán)境及資源的單一要素管理向流域水環(huán)境系統(tǒng)綜合管理轉(zhuǎn)變[2]。 2020 年12 月26 日我國(guó)政府頒布《中華人民共和國(guó)長(zhǎng)江保護(hù)法》，為我國(guó)從流域整體性及系統(tǒng)性推動(dòng)長(zhǎng)江流域生態(tài)環(huán)境綜合治理與保護(hù)提供了法律支撐，《長(zhǎng)江保護(hù)法》強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持系統(tǒng)性、整體性、協(xié)同性的理念實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)。流域水環(huán)境承載力是流域自然水環(huán)境系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度的體現(xiàn)，掌握流域水環(huán)境承載力的演化過程，并以此指導(dǎo)流域水環(huán)境治理，對(duì)促進(jìn)流域可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

關(guān)于水環(huán)境相關(guān)的承載力問題，學(xué)者們開展了大量的理論和實(shí)證研究，關(guān)注的主題主要有水資源承載力[3]、水環(huán)境容量[4]、水環(huán)境承載力[5]、水生態(tài)資源承載力[6]、水生態(tài)承載力[7]等。針對(duì)水資源承載力問題，夏軍和朱一中[8]指出，水資源承載力是度量區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展受水資源制約的閾值。汪恕誠(chéng)[9]認(rèn)為，水資源承載能力是在一定流域或區(qū)域內(nèi)，其自身的水資源能夠持續(xù)支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)模，并維系良好的生態(tài)系統(tǒng)的能力。對(duì)水環(huán)境承載力，學(xué)者們也給出了許多不同的表述。賈振邦等[10]認(rèn)為，水環(huán)境承載力是在一定的自然環(huán)境條件和特定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式下，區(qū)域水環(huán)境（包括水資源和水污染）對(duì)其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐能力。崔鳳軍[11]認(rèn)為城市水環(huán)境承載力是指某一城市，某一時(shí)期、某種狀態(tài)下的水環(huán)境條件對(duì)該城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活需求的支持能力。汪恕誠(chéng)[9]認(rèn)為，水環(huán)境承載能力指的是在一定的水域，其水體能夠被繼續(xù)使用，并仍保持良好生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，所能夠容納污水及污染物的最大能力。曾維華等[12]給出了水環(huán)境承載力的定義：在某一流域/區(qū)域內(nèi)，在某一時(shí)期特定技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平和社會(huì)生產(chǎn)條件下，水環(huán)境維持水系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)不發(fā)生明顯改變的情況下，所能承載的人口與工農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)模閾值。水生態(tài)承載力綜合考慮水量、水質(zhì)、棲境、生物多樣性，在一定程度上是水資源承載力和水環(huán)境承載力的結(jié)合和深化[13]，是從生態(tài)角度衡量自然生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的承載能力[14]。彭文啟[15]認(rèn)為，流域水生態(tài)承載力是維護(hù)流域良好水生態(tài)狀況條件下流域水資源系統(tǒng)及水環(huán)境系統(tǒng)所能支撐的一定生活水平、一定技術(shù)水平下的最大經(jīng)濟(jì)規(guī)模。這些承載力概念的演化及所涉及的研究領(lǐng)域的變化，體現(xiàn)了人類對(duì)自然的認(rèn)知和利用程度的階段性變化。

圍繞這些概念，學(xué)者們先后對(duì)沁河流域[1]、松花江流域[16]、太湖流域[17]、湟水流域[18]、長(zhǎng)江流域[19]、黃河流域[20]等流域的水環(huán)境承載力展開了研究，其研究?jī)?nèi)容包括：（1）流域水環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)[21]，（2）流域水環(huán)境承載力的時(shí)空格局分析[22]，（3）基于流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的流域環(huán)境優(yōu)化調(diào)控[1]，（4）流域水環(huán)境承載力計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)建[23]，（5）流域水環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線的上下游演遞規(guī)律[24]，（6）流域水資源承載力動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)[20]與調(diào)控[25]等。學(xué)者們雖然從流域的視角對(duì)流域水環(huán)境承載力開展研究，但研究仍主要針對(duì)流域上某城市[26]、某一小河流域水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)，對(duì)流域內(nèi)各區(qū)域之間的水環(huán)境變化的相互影響思考較少，忽略大河流域水環(huán)境承載力整體性、可靠性、動(dòng)態(tài)變化等特征的分析。而位于流域的不同城市之間水源關(guān)系密切，其水環(huán)境狀態(tài)及其相互影響決定了流域水環(huán)境的整體狀況，僅對(duì)單一城市或局部區(qū)域水環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)流域整體水環(huán)境承載力的提升顯然是低效的，從流域整體角度來(lái)理解和應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的流域水環(huán)境問題，成了現(xiàn)實(shí)需求[27]。

本文明確界定區(qū)域水環(huán)境承載力、流域水環(huán)境承載力的定義及內(nèi)涵基礎(chǔ)上，構(gòu)建區(qū)域水環(huán)境承載力概念模型；從流域整體性、系統(tǒng)性角度出發(fā)給出流域水環(huán)境動(dòng)態(tài)演化概念模型，揭示流域水環(huán)境承載力的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律。最后，以長(zhǎng)江流域沿岸主要州、市為例，從整體性、系統(tǒng)性角度出發(fā)，給出長(zhǎng)江流域水環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)演化機(jī)制的研究思路，以期為后續(xù)從整體角度開展長(zhǎng)江流域水環(huán)境承載力評(píng)估、構(gòu)建流域水環(huán)境協(xié)同治理機(jī)制、提升長(zhǎng)江流域水環(huán)境承載力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為保護(hù)和改善長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境、修復(fù)流域生態(tài)功能、推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展提供一定智力支持。

1 流域水環(huán)境承載力概念及內(nèi)涵界定

1.1 水體相關(guān)的承載力概念比較

水資源承載力對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的支撐，包括對(duì)居民生活用水、農(nóng)林牧漁業(yè)用水、工業(yè)用水、環(huán)境用水、生態(tài)用水等多方面的支撐，是從水量的角度來(lái)分析水資源的支撐能力，主要約束為人類社會(huì)及自然界發(fā)展所需用水量與自然界及社會(huì)技術(shù)進(jìn)步共同作用下的取水量之間的關(guān)系。水資源承載力是以水供應(yīng)量為主要約束條件，測(cè)量水資源量對(duì)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐程度，強(qiáng)調(diào)的是水資源供需情況。

水生態(tài)承載力是一類復(fù)合承載力，其按照水生態(tài)系統(tǒng)完整性保護(hù)要求，以水生生物保護(hù)為基點(diǎn)，借助水生生物棲息地質(zhì)量要求，來(lái)確定水生態(tài)環(huán)境支持的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)的能力。水生態(tài)承載力主要從水生態(tài)平衡的角度，衡量水生態(tài)對(duì)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐程度，強(qiáng)調(diào)的是一定程度的生態(tài)完整性。

水環(huán)境是由多個(gè)影響因素決定的一種水的狀態(tài)，水環(huán)境承載力考慮的是在滿足水質(zhì)、水量要求，不破壞生態(tài)環(huán)境前提下，能夠容納的最大的人口數(shù)量及最大的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，其更多強(qiáng)調(diào)水環(huán)境系統(tǒng)的功能性。水資源承載力、水環(huán)境承載力和水生態(tài)承載力的概念表明，它們具有不同的研究對(duì)象、研究角度和約束條件，具體比較見表1。

1.2 區(qū)域水環(huán)境承載力

區(qū)域水環(huán)境承載力是指在一個(gè)時(shí)間階段、一定經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件和社會(huì)生產(chǎn)條件下，滿足區(qū)域一定居民生活水平、環(huán)境質(zhì)量要求，維持水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不發(fā)生質(zhì)的變化，并保持生態(tài)系統(tǒng)良好狀態(tài)所能承受的人口及經(jīng)濟(jì)的最大規(guī)模。

表1 水體相關(guān)的承載力概念的比較

1.3 流域水環(huán)境承載力

流域水環(huán)境承載力是在保證一定水資源流量、水體水質(zhì)目標(biāo)及棲息地質(zhì)量以支持流域水生態(tài)系統(tǒng)完整性不斷修復(fù)的前提下，流域水資源及水環(huán)境系統(tǒng)所能支撐的最大人口數(shù)量和經(jīng)濟(jì)規(guī)模。流域水環(huán)境承載力是在以水循環(huán)為驅(qū)動(dòng)的“水資源系統(tǒng)—水環(huán)境系統(tǒng)—社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)”互動(dòng)機(jī)制基礎(chǔ)上形成的一種動(dòng)態(tài)變化過程，其支撐能力的大小取決于流域上下游城市之間水環(huán)境承載力在時(shí)間層面和空間層面上的動(dòng)態(tài)影響。

2 區(qū)域水環(huán)境承載力的概念模型

區(qū)域水環(huán)境系統(tǒng)是由“水資源—水環(huán)境—水生態(tài)—社會(huì)經(jīng)濟(jì)”互動(dòng)機(jī)制決定的復(fù)雜系統(tǒng)，人類行為主導(dǎo)著整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的發(fā)展和演變。一方面，人類發(fā)展需要消耗大量水資源，同時(shí)將自身產(chǎn)生的各類污染物排放到水環(huán)境系統(tǒng)中。另一方面，依托自然代謝功能，水環(huán)境系統(tǒng)對(duì)自身狀態(tài)進(jìn)行自我維持和調(diào)節(jié)，針對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)帶給自身的壓力進(jìn)行反應(yīng)，使水環(huán)境系統(tǒng)形成一種新的狀態(tài)，水環(huán)境承載力相應(yīng)也發(fā)生變化。水環(huán)境系統(tǒng)除了滿足人類生存和發(fā)展的需求之外，還需要滿足自然生物界的需求。人類具有一定的能動(dòng)性，在給自然系統(tǒng)帶來(lái)壓力的同時(shí)，還會(huì)根據(jù)自身已經(jīng)掌握的知識(shí)及技能調(diào)整自身創(chuàng)造的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將技術(shù)與投資作用于水環(huán)境及水資源系統(tǒng)，以此調(diào)節(jié)水環(huán)境的承載能力。社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與水生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系狀態(tài)，大致經(jīng)歷三個(gè)階段：低社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與高水生態(tài)環(huán)境狀態(tài)，高社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與低水生態(tài)環(huán)境狀態(tài)，高社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與高生態(tài)環(huán)境狀態(tài)。水環(huán)境問題研究的最終目標(biāo)是，維持良好的水生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)化發(fā)展。根據(jù)分析，給出了區(qū)域水環(huán)境承載力概念模型，用以呈現(xiàn)影響區(qū)域水環(huán)境承載力的子系統(tǒng)以及子系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系，具體見圖1。

2.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)

圖1 區(qū)域水環(huán)境承載力概念模型

社會(huì)與經(jīng)濟(jì)是兩個(gè)不同卻又密切聯(lián)系的概念，社會(huì)是以一定物質(zhì)生產(chǎn)活動(dòng)為基礎(chǔ)而相互聯(lián)系的人類的總體，經(jīng)濟(jì)是社會(huì)生產(chǎn)關(guān)系的綜合，經(jīng)濟(jì)發(fā)展為社會(huì)發(fā)展提供物質(zhì)基礎(chǔ)，兩者相互制約又相互聯(lián)系，我們采用“社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)”一詞來(lái)概括兩者組成的系統(tǒng)。這一系統(tǒng)是水環(huán)境系統(tǒng)的主要承載客體，主要包括人口規(guī)模、城鎮(zhèn)化率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模等，其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)水環(huán)境的承載狀態(tài)具有較大的影響。在經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是影響區(qū)域水環(huán)境承載力的一個(gè)重要因素，通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整可以緩解水環(huán)境壓力，是提升水環(huán)境承載力的一個(gè)重要方式。

2.2 水資源子系統(tǒng)

水資源系統(tǒng)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)提供自然物質(zhì)基礎(chǔ)，是區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐，與此同時(shí)還要接受社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)帶來(lái)的壓力和改善：比如區(qū)域調(diào)水、提升水資源開發(fā)利用率等等。水資源系統(tǒng)自身具備一定的自然稟賦條件，為人類及水生態(tài)系統(tǒng)提供其生存所需要的水資源，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展的限制條件，是影響區(qū)域水環(huán)境承載能力的重要因素。在水資源系統(tǒng)中，人類對(duì)其水資源的開發(fā)利用程度以及其他水利技術(shù)的采用等，對(duì)于區(qū)域水環(huán)境承載能力也有著重要影響。

2.3 水環(huán)境子系統(tǒng)

水環(huán)境系統(tǒng)具有自凈能力，其狀態(tài)具備一定程度的結(jié)構(gòu)與功能穩(wěn)定性，既可以緩解經(jīng)濟(jì)社會(huì)作用的各種壓力與擾動(dòng)破壞，又可以最大限度地保障水生態(tài)承載力的正常調(diào)節(jié)作用及功能發(fā)揮。維持物理、化學(xué)、生物完整性的水生態(tài)系統(tǒng)，即良好的水生態(tài)狀況，是維持健康的水資源系統(tǒng)及水環(huán)境系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是流域經(jīng)濟(jì)活動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的前提。隨著環(huán)保意識(shí)的提升，人們根據(jù)自身需求進(jìn)行水功能區(qū)的劃分，并對(duì)不同功能區(qū)提出了不同的水環(huán)境質(zhì)量要求，同時(shí)，將最先進(jìn)的水環(huán)境科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用到水環(huán)境的治理和控制過程中，以保證健康的水環(huán)境狀態(tài)。為了更清晰地呈現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，將區(qū)域“社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)—水資源系統(tǒng)—水環(huán)境系統(tǒng)”復(fù)合系統(tǒng)細(xì)分為人口子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、水資源子系統(tǒng)、水生態(tài)子系統(tǒng)、水環(huán)境子系統(tǒng)5 部分，并將5 個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)各因素之間的關(guān)系進(jìn)行呈現(xiàn)，如圖2 所示。

圖2 區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、自然水生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)因素關(guān)系圖

區(qū)域水環(huán)境承載力的大小取決于某一個(gè)階段該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)子系統(tǒng)、水資源子系統(tǒng)、水環(huán)境子系統(tǒng)以及水生態(tài)系統(tǒng)之間的相互作用。水環(huán)境承載力以承載主體水資源、水環(huán)境、水生態(tài)的最大承受閾值為約束條件，在一定的水環(huán)境質(zhì)量要求、技術(shù)水平支持、環(huán)境治理投資等作用下，對(duì)承載對(duì)象人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的最大承載規(guī)模，可以采用多目標(biāo)優(yōu)化的方法來(lái)確定。

3 流域水環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)演化概念模型

從流域的維度來(lái)看，流域上下游區(qū)域水體間物質(zhì)、能量等不斷地進(jìn)行更新和循環(huán)，加之區(qū)域水域空間特征的不同，位于流域上不同區(qū)域的水環(huán)境承載力狀態(tài)呈現(xiàn)出較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性、斑塊性、尺度性及空間變異性。針對(duì)流域水生態(tài)完整性保護(hù)這一要求，在維持和修復(fù)流域水生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，需要從以對(duì)位于流域某一區(qū)域的水環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)及管理，向流域整體水環(huán)境系統(tǒng)綜合管理轉(zhuǎn)變，水環(huán)境承載力的研究視角，應(yīng)以區(qū)域水環(huán)境承載力為基礎(chǔ)，結(jié)合流域水環(huán)境變化的基本原理，從流域整體性、系統(tǒng)性角度對(duì)流域水環(huán)境進(jìn)行管理。

3.1 流域水環(huán)境承載力綜合演化概念模型

流域水環(huán)境系統(tǒng)的演化過程是流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)和氣候變化驅(qū)動(dòng)下基于水循環(huán)、化學(xué)過程和生物過程綜合作用的結(jié)果。從流域水生態(tài)系統(tǒng)的斑塊性、尺度性、整體性特征來(lái)看，流域水環(huán)境承載力是由結(jié)構(gòu)功能上相對(duì)獨(dú)立的一系列節(jié)點(diǎn)上的“社會(huì)經(jīng)濟(jì)—自然”復(fù)雜系統(tǒng)共同作用決定的，從各個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間尺度上的水生態(tài)環(huán)境入手，融合空間、時(shí)間尺度上的生態(tài)系統(tǒng)演化過程，構(gòu)建流域水環(huán)境承載力綜合演化概念模型，概念模型見圖3。

圖3 流域水環(huán)境承載力綜合演化概念模型

從圖3 呈現(xiàn)的流域水環(huán)境承載力的綜合演化模型來(lái)看，一方面，流域沿岸城市人口的增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)化及城市化狀態(tài)決定了流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；另一方面，通過對(duì)整個(gè)流域時(shí)間上、空間上水環(huán)境質(zhì)量的反饋，人們可以對(duì)人口結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、污染排放等情況進(jìn)行適度的空間調(diào)配，從而保證整個(gè)流域水生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。在對(duì)流域水環(huán)境承載力進(jìn)行空間分析時(shí)，從整體角度保證水生態(tài)需求、流域的水質(zhì)達(dá)標(biāo)以及水量調(diào)配的平衡是極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，采用先整體后局部的思路來(lái)解決。具體量化控制表達(dá)見式（1）。

式中：n 為流域內(nèi)功能區(qū)個(gè)數(shù)，Ei代表第i 個(gè)功能區(qū)的水環(huán)境狀況，Ri代表第i 個(gè)功能區(qū)的水資源狀況，Bi代表第i 個(gè)功能區(qū)的生物多樣性狀況，E 代表整個(gè)流域水環(huán)境狀況，R 代表整個(gè)流域的水資源狀況，B 代表整個(gè)流域的水生物多樣性狀況。從整體流域角度要求E、R、B 不超過擬定指標(biāo)，在這一條件下，保證i 功能區(qū)不超過擬定標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)流域的整體性控制。

結(jié)合綜合概念模型中所給出的流域水環(huán)境的演化原理，以流域城市為基本單元，基于相鄰城市單元之間的水力聯(lián)系及物質(zhì)與信息交換，建立各城市之間的水量、水質(zhì)聯(lián)系?；诔鞘虚g經(jīng)濟(jì)社會(huì)之間的物質(zhì)及信息交流，建立各城市之間的經(jīng)濟(jì)社會(huì)聯(lián)系。以流域整體水環(huán)境承載力的提升為主要目的，優(yōu)化流域水環(huán)境承載力布局，以最大限度實(shí)現(xiàn)流域水環(huán)境系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源、生態(tài)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展將成為未來(lái)研究的重點(diǎn)。

3.2 基于空間維度的流域水環(huán)境演化概念模型

流域水環(huán)境狀態(tài)具有基于水循環(huán)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)演變的特點(diǎn)，流域內(nèi)的城市水環(huán)境狀態(tài)之間既存在著一定的空間差異，又存在著一定的空間聯(lián)系。從流域的尺度研究水環(huán)境的演化過程，需要在考慮位于流域不同位置城市對(duì)流域水環(huán)境狀態(tài)的影響基礎(chǔ)上，整體性把握城市之間水環(huán)境狀態(tài)的空間影響，從而更準(zhǔn)確把握整個(gè)流域的水環(huán)境狀態(tài)。圖4 從空間尺度展示了流域水環(huán)境狀態(tài)的演化規(guī)律。

圖4 空間維度流域水環(huán)境演化概念模型

在以人類為主導(dǎo)的流域水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中，結(jié)合地形、地貌、自然植被、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及行政區(qū)劃空間分布特征，對(duì)流域水環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)，在分區(qū)的基礎(chǔ)上，對(duì)水功能區(qū)之間的水環(huán)境承載力的關(guān)系進(jìn)行空間演化建模，從整體性、系統(tǒng)性角度把握流域水環(huán)境承載力的整體狀況。在水環(huán)境承載力空間演化建模時(shí)，需要考慮的影響因素有：（1）社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)—水資源系統(tǒng)的耦合關(guān)系。通過社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)及生態(tài)系統(tǒng)的需水情況，確定水資源的配置格局。（2）社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)—水環(huán)境系統(tǒng)的耦合關(guān)系。通過社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的排污、治污情況、水環(huán)境系統(tǒng)自身的自凈能力以及不同水功能區(qū)的水環(huán)境要求等約束條件，重點(diǎn)思考城市發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)水環(huán)境系統(tǒng)的影響，思考社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)與水環(huán)境系統(tǒng)的耦合關(guān)系。（3）水功能區(qū)之間的耦合關(guān)系。通過水力、水質(zhì)、水量以及水代謝在功能區(qū)上下游之間的傳遞關(guān)系，尋找不同功能區(qū)之間的耦合關(guān)系。

3.3 基于時(shí)間維度流域水環(huán)境演化概念模型

水資源代謝、結(jié)構(gòu)功能的變化、人類應(yīng)對(duì)環(huán)境的反饋機(jī)制均需要一定的時(shí)間，因此，水環(huán)境狀態(tài)的變化對(duì)于人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)的反映具有一定的時(shí)間滯后性。水環(huán)境狀態(tài)是人類社會(huì)的壓力和水環(huán)境系統(tǒng)的支撐力兩個(gè)變量相互博弈的結(jié)果，其在時(shí)間上也具有一定的規(guī)律。在對(duì)流域水環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)時(shí)，加入時(shí)間變量，考慮不同功能區(qū)的水質(zhì)、水量、生物棲息地質(zhì)量狀況的動(dòng)態(tài)變化過程，以提高流域水環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性?；跁r(shí)間維度流域水環(huán)境演化概念模型見圖5。圖中的指標(biāo)C 代表上游水功能區(qū)對(duì)下游功能區(qū)的污染物排放量濃度，r 指標(biāo)代表某時(shí)間函數(shù)下上游對(duì)下游的影響率，r 指標(biāo)由流速、降解率、上下游的距離等因素決定。因上游所有功能區(qū)污染物的排放對(duì)下游都有影響，但也可以將其影響疊加在一起，故模型5 中加入的影響指標(biāo)只表達(dá)相鄰區(qū)域之間的時(shí)間影響。

4 流域水環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)演化分析

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶地處長(zhǎng)江流域，覆蓋上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川、云南、貴州，面積約205 萬(wàn)平方千米，人口和生產(chǎn)總值均超過全國(guó)40%，是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)重心所在，具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和巨大發(fā)展?jié)摿?。流域水環(huán)境承載力是衡量流域可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)，是保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與自然生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵所在。為了整個(gè)流域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，以水環(huán)境承載力為抓手，在保證健康的流域水生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)上，對(duì)流域沿岸城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)布局、生產(chǎn)要素等進(jìn)行協(xié)調(diào)，成為流域發(fā)展的必然選擇。

圖5 時(shí)間維度流域水環(huán)境演化概念模型

4.1 主要研究對(duì)象

長(zhǎng)江沿岸中心城市以其特有的地理位置及資源條件，發(fā)揮著“黃金水道”的引領(lǐng)功能，成為推動(dòng)長(zhǎng)江流域發(fā)展的核心節(jié)點(diǎn)，因沿岸中心城市之間存在著明顯的區(qū)域性、整體性及系統(tǒng)性特征，能夠反應(yīng)長(zhǎng)江流域水環(huán)境承載力的整體狀況，因此在分析長(zhǎng)江流域水環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)演化時(shí)，長(zhǎng)江沿岸中心城市就成了重點(diǎn)研究對(duì)象，其中重點(diǎn)選取長(zhǎng)江干流沿岸39 個(gè)州、市作為具體的研究對(duì)象。

4.2 研究思路

長(zhǎng)江流域水生態(tài)環(huán)境狀態(tài)，很大程度上由沿岸城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、自然資源稟賦、社會(huì)技術(shù)進(jìn)步、污染治理投資、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)保意識(shí)等因素決定。流域水環(huán)境管理的核心是平衡流域內(nèi)各城市水環(huán)境系統(tǒng)之間的關(guān)系，協(xié)調(diào)區(qū)域環(huán)境子系統(tǒng)之間各系統(tǒng)之間的沖突，進(jìn)而從流域的整體性角度，解決流域水環(huán)境所面臨的問題。

4.3 長(zhǎng)江流域水環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)演化分析

通過對(duì)區(qū)域水環(huán)境承載力概念模型系統(tǒng)的分析，可以把水環(huán)境承載力的影響因素分為：水環(huán)境系統(tǒng)壓力、水環(huán)境系統(tǒng)支撐力、水環(huán)境系統(tǒng)狀態(tài)、水環(huán)境系統(tǒng)響應(yīng)四個(gè)類別。水環(huán)境壓力代表各類污染物的排放及水資源的需求；水環(huán)境系統(tǒng)支撐力代表自然系統(tǒng)對(duì)人類系統(tǒng)、自然系統(tǒng)的支持；水環(huán)境狀態(tài)代表著水環(huán)境目前所處的狀態(tài)；水環(huán)境系統(tǒng)響應(yīng)代表人類為改善自然生態(tài)系統(tǒng)所采取的措施。

在水環(huán)境系統(tǒng)的壓力、支撐力和系統(tǒng)響應(yīng)的共同作用下，水環(huán)境系統(tǒng)呈現(xiàn)出一定的水環(huán)境狀態(tài)，區(qū)域水環(huán)境承載力的演化結(jié)果，可以通過量化公式來(lái)呈現(xiàn)。城市水環(huán)境承載力WECC 概念性求解思路見式（2）～（4）：

通過前面構(gòu)造的模型，進(jìn)行分析求解，就可以得到長(zhǎng)江流域水環(huán)境承載力的值。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（system dynamics，SD）模型模擬能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)，通過系統(tǒng)的不同參數(shù)或策略的輸入，模擬系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化行為和趨勢(shì)。為了體現(xiàn)長(zhǎng)江流域水環(huán)境承載力的動(dòng)態(tài)演化，我們需要借助SD 模型來(lái)展開。

采用SD 模型構(gòu)建長(zhǎng)江流域水環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)演化模型具體步驟如下：首先構(gòu)建39 個(gè)州、市的水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)，確定各子系統(tǒng)的系統(tǒng)要素、要素關(guān)系、系統(tǒng)參數(shù)、流圖、數(shù)學(xué)方程和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。借助長(zhǎng)江流域干流沿岸城市水生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)演化過程分析，將39 個(gè)州、市的水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)彼此之間的時(shí)空影響關(guān)系加入模型之中，形成動(dòng)態(tài)演化模型。

運(yùn)用該演化模型，可以對(duì)流域承載狀態(tài)進(jìn)行模擬，也可以對(duì)水環(huán)境承載力相關(guān)的各要素進(jìn)行預(yù)測(cè)。依據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)各城市水環(huán)境系統(tǒng)壓力、水環(huán)境系統(tǒng)支撐力、水環(huán)境系統(tǒng)狀態(tài)、水環(huán)境系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行分析，從而揭示人口結(jié)構(gòu)變化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化等與水環(huán)境系統(tǒng)的相互關(guān)系，進(jìn)而對(duì)長(zhǎng)江流域水環(huán)境進(jìn)行科學(xué)的管理和調(diào)控。

5 結(jié)論

（1）通過對(duì)水體相關(guān)的承載力概念的比較分析，明確水環(huán)境承載力的研究目標(biāo)、約束條件、承載主體，進(jìn)而給出區(qū)域及流域水環(huán)境承載力的概念。

（2）遵循分析問題“從上到下”，解決問題“從下到上”的策略，在對(duì)區(qū)域水環(huán)境承載力的影響因素分析的基礎(chǔ)上，給出區(qū)域水環(huán)境承載力概念模型，從社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、水資源子系統(tǒng)、水環(huán)境子系統(tǒng)三個(gè)分系統(tǒng)角度分析區(qū)域水環(huán)境承載力的演化機(jī)理。

（3）從整體性、系統(tǒng)性角度出發(fā)，從綜合維度、空間維度、時(shí)間維度分別對(duì)水環(huán)境演化過程進(jìn)行分析，構(gòu)建流域水環(huán)境演化概念模型，把握流域水環(huán)境承載力的演化機(jī)理，明確流域水環(huán)境承載力的研究思路。

（4）以長(zhǎng)江流域?yàn)槔?，?duì)流域水環(huán)境承載力的演化機(jī)制進(jìn)行分析，并給出具體研究思路、研究方法及其模型，以期為從流域水環(huán)境承載力角度入手，有效實(shí)現(xiàn)流域水環(huán)境綜合治理提供思路。