張光鳳，張祖陸

（山東師范大學(xué) 人口·資源與環(huán)境學(xué)院，山東 濟(jì)南250014）

水資源承載力是資源承載力的重要組成部分，但由于水資源承載力的區(qū)域性以及其影響因素的復(fù)雜性與不確性，水資源承載力的概念至今沒有一個(gè)統(tǒng)一的表達(dá)。

概括地說可以分為以下幾類。（1）以施雅風(fēng)［1］、惠泱河［2］、韓俊麗等［3］為代表從水資源的最大支撐能力的角度對(duì)水資源承載力的解釋。例如韓俊麗等［3］對(duì)水資源承載力的解釋為在特定的歷史發(fā)展階段，以可持續(xù)發(fā)展為原則，以維護(hù)生態(tài)良性循環(huán)為條件，以可預(yù)見的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù)，在水資源適度開發(fā)和優(yōu)化配置的前提下，區(qū)域水資源系統(tǒng)對(duì)當(dāng)?shù)厝丝诤蜕鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大支持能力。（2）從水資源的最大支撐規(guī)模的角度進(jìn)行定義。典型代表有阮本春［4］、何希吾［5］、夏軍［6］、張麗［7］等人，例如夏軍等［6］對(duì)水資源承載力的定義為某一區(qū)域在特定歷史階段的特定技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平條件下，以維護(hù)生態(tài)良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展為前提，當(dāng)?shù)厮Y源系統(tǒng)可支撐的社會(huì)活動(dòng)規(guī)模和具有一定生活水平的人口數(shù)量。（3）從水環(huán)境的最大承受能力的角度進(jìn)行的定義。例如許友鵬［8］認(rèn)為水資源承載力是指在一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平和社會(huì)生產(chǎn)條件下，水資源可最大供給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的用水的能力，即水資源的最大開發(fā)容量，在這個(gè)容量下水資源可以自然循環(huán)和更新，并不斷地被人們利用，造福于人類，同時(shí)不會(huì)造成惡化。

基于以上定義，本文對(duì)某區(qū)域水資源承載力的定義為：某地區(qū)在某一發(fā)展階段，以該地區(qū)社會(huì)發(fā)展水平和技術(shù)為依據(jù)，在可持續(xù)發(fā)展的框架下，以維持生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)為條件，在水資源得到合理開發(fā)利用和有效配置的前提下，區(qū)域水資源所支撐最大社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模。

關(guān)于水資源承載力研究采用的方法有常規(guī)趨向法［1］、模糊綜合評(píng)價(jià)法［8－9］、多目標(biāo)模型分析法［10］、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法［3，11］、主成分分析法［12］等，這些方法各自有各自的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，目前沒有形成成熟的方法體系。水資源承載力研究是屬于評(píng)價(jià)、規(guī)劃與預(yù)測(cè)一體化性質(zhì)的綜合研究。由水資源承載力的定義可以看出，對(duì)于水資源承載力的研究必須綜合考慮水資源系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)以及生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，同時(shí)要充分考慮到水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)的多層性、綜合性、不確定性與模糊性。

因此，本文采取多層次模糊綜合評(píng)價(jià)模型的改進(jìn)模型——復(fù)合模糊評(píng)價(jià)模型［13］，既保留了多層次模糊綜合評(píng)判方法的優(yōu)勢(shì)，又克服了它遺失有用信息、信息利用率低的局限性。

1 南京市概況

南京市位于江蘇省西南部，東與揚(yáng)州、鎮(zhèn)江、常州3市接壤，南、西、北部與安徽毗鄰［14］，是江蘇省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、交通的中心；下轄6個(gè)城區(qū)、5個(gè)郊區(qū)、2個(gè)縣，總面積6 582km2。地理坐標(biāo)118°21′28″—119°15′57″E，30°13′39″—32°36′37″N；地貌類型多樣，交錯(cuò)分布，其中平原凹地占24.0%，低山占15.7%，丘陵占48.9%，水面占11.4%。

南京市境內(nèi)共有大小河道120條，分屬兩江（長(zhǎng)江、青弋江—水陽江）、兩湖（固城湖、石臼湖）、兩河（滁河、秦淮河），以跨省、市的流域劃分水系，可劃分為長(zhǎng)江南京段、滁河、秦淮河、青弋江—水陽江4大水系。

南京市地處北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤(rùn)，多年平均氣溫15.4℃，降水量較為豐沛，多年平均降水量1 075.5mm。降雨量分布不均勻。

南京市年平均水資源總量2.56×109m3，其中地表水資源量1.86×1010m3，地下水資源量7.00×109m3。過境水資源量比較豐富，年平均水資源量9.22×1011m3，主要來自于長(zhǎng)江、水陽江、秦淮河、滁河。

改革開放以來，南京市城市和人口規(guī)模迅速發(fā)展，已經(jīng)形成電子信息、鋼鐵、汽車電力、石油化工五大產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的綜合型工業(yè)體系；高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)等工業(yè)園的發(fā)展［14－16］，促進(jìn)了沿長(zhǎng)江地區(qū)外向型經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化帶來的機(jī)遇，沿江城市化的發(fā)展與水資源利用之間必然存在著不可忽視的矛盾。南京段江河起著行洪、供水排水和美化環(huán)境的多種功能，而南京市的快速發(fā)展是以沿江大規(guī)模的開發(fā)為基礎(chǔ)的，沿江發(fā)展必然使南京市水資源的供需發(fā)生變化，對(duì)水環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此本文以南京市為例，分析了隨著長(zhǎng)江下游沿江城市發(fā)展，對(duì)水資源承載力進(jìn)行了現(xiàn)狀分析與預(yù)測(cè)。

2 南京市水資源承載力基于復(fù)合模糊評(píng)價(jià)模型的計(jì)算

2.1 水資源承載力的指標(biāo)體系［13，16－18］

綜合評(píng)價(jià)是對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息綜合。指標(biāo)的選取一般遵循以下原則：整體性、層次性、獨(dú)立性、區(qū)域性、可測(cè)性、可操作性、綜合性指標(biāo)優(yōu)先等。

影響水資源承載力的因素多種多樣，概括來講主要包括：某地區(qū)水資源的數(shù)量、質(zhì)量以及開發(fā)程度；區(qū)域社會(huì)的發(fā)展?fàn)顩r；區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平；區(qū)域的政策法規(guī)、市場(chǎng)、其他資源的利用潛力等。這些因素決定評(píng)價(jià)水資源承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的龐大性與復(fù)雜性。對(duì)一個(gè)區(qū)域進(jìn)行水資源承載力評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w情況選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

南京市水資源承載力指標(biāo)的選取主要考慮以下4個(gè)方面：（1）南京地處長(zhǎng)江下游，水資源總量充足。因此，選取了人均水資源量、人均用水量以及水資源利用率3個(gè)指標(biāo)來反映南京市水資源的數(shù)量以及開發(fā)程度；（2）人口自然增長(zhǎng)率與城市化水平是體現(xiàn)一個(gè)南京市城市的擴(kuò)張程度和城市人口發(fā)展速度的重要指標(biāo)，從另一方面反映了南京市水安全壓力；（3）經(jīng)濟(jì)方面，人均GDP以及第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重反映了南京市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，萬元GDP水耗體現(xiàn)了城市的節(jié)水力度；（4）生態(tài)環(huán)境方面，80年代以來，秦淮河等水域逐步遭到污染，目前形勢(shì)仍十分嚴(yán)峻，需要加以綜合治理，而污水處理率反映了一個(gè)南京市的污水處理能力，工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率越大，對(duì)提高水質(zhì)和節(jié)約工業(yè)用水量的貢獻(xiàn)越大，綠化覆蓋率則體現(xiàn)了南京政府對(duì)環(huán)境的重視程度以及城市綠化需水量。因此，南京市水資源承載力指標(biāo)系統(tǒng)如表1所示。

表1 南京市水資源承載力指標(biāo)體系

2.2 南京市水資源復(fù)合模糊評(píng)價(jià)

復(fù)合模糊評(píng)價(jià)模型的基本思路是：先計(jì)算指標(biāo)承載（隸屬）度，初級(jí)評(píng)判是通過多指標(biāo)水資源承載力的4個(gè)子系統(tǒng)分承載力的評(píng)判，二級(jí)評(píng)判是對(duì)整個(gè)水資源承載力的評(píng)判。

2.2.1 南京市現(xiàn)狀年水資源承載力的計(jì)算

（1）隸屬度以及權(quán)重的確定［14］。

正向指標(biāo)采用公式：

逆向指標(biāo)采用公式

式中：xi——i指標(biāo)的實(shí)際值；u（xi）——xi指標(biāo)的隸屬度；a，b——i指標(biāo)的可承載臨界值和理想值。

各個(gè)因子權(quán)重是根據(jù)相關(guān)的資料并結(jié)合專家綜合打分確定（如表2所示）。

（2）初級(jí)評(píng)判。確定每個(gè)子系統(tǒng)中的每個(gè)元素的隸屬度與權(quán)重后，每個(gè)子系統(tǒng)的分承載力為：

式中：Bi——i系統(tǒng)的分承載力；uij，aij——第i個(gè)子系統(tǒng)的隸屬度與權(quán)重；ni——第i個(gè)子系統(tǒng)指標(biāo)個(gè)數(shù)。由此可得水資源子系統(tǒng)分承載力（WR）、社會(huì)子系統(tǒng)分承載力（SC）、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)分承載力（EC）、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)分承載力（EE）分別為0.095 6，0.955 0，0.856 1，0.873 2。

（3）二級(jí)評(píng)判。二級(jí)評(píng)判采用乘積算子進(jìn)行計(jì)算。

水資源承載力：WRCC＝

2.2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析 為了更細(xì)致地描述南京市水資源的承載狀態(tài)，對(duì)WRCC的值進(jìn)行等級(jí)劃分（如表3所示）。

表2 南京市2009年水資源承載力初級(jí)評(píng)判

表3 水資源承載力等級(jí)劃分

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，2009年南京市的水資源承載力評(píng)價(jià)值僅為0.365 4，隸屬可承載范圍，但已經(jīng)處于可承載的邊緣。水資源子系統(tǒng)承載力為0.095 6，已屬于不可承載的范疇，這主要是因?yàn)槟暇┦腥丝谳^多，人均水資源量少造成的。

3 南京市水資源承載力預(yù)測(cè)分析

運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)［13，19－20］對(duì)水資源承載力系統(tǒng)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后運(yùn)用復(fù)合模糊綜合模型對(duì)2020年的水資源承載力進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

3.1 相關(guān)指標(biāo)的預(yù)測(cè)

3.1.1 GDP預(yù)測(cè) 南京市2000—2009年GDP原始數(shù)據(jù)以及根據(jù)模型所求得的數(shù)據(jù)分析如下。

（1）級(jí)比檢驗(yàn)。

數(shù)據(jù)序列：x0＝（1 385.14，1 690.77，2 067.18，2 451.94，2 822.8，3 340.05，3 814.62，4 230.26）

計(jì)算級(jí)比：σ＝（8 192，0.817 9，0.843 1，0.868 6，0.845 1，0.875 6，0.901 8）

均落在可容覆蓋（0.800 7，1.248 8）內(nèi)，故可進(jìn)行灰預(yù)測(cè)建模。

（2）模型建立與求解。

累加生成序列：x1＝（x11，x12，…，x1n），其中x1k＝∑ki＝1x0i，k＝1，2，…，n，具體數(shù)值為x1＝（1 385.14，3 075.91，5 143.09，7 595.03，10 417.8，13 757.9，17 572.5，21 802.8）。

均值生成序列：z1＝（z12，z13，…，z1n），其中z1k＝0.5x1k＋0.5 x1k－1，k＝2，3，…，n，所求數(shù)據(jù)為z1＝（2 230.53，4 109.5，6 369.06，9 006.43，12 087.9，15 665.2，19 687.6）。建立灰微分方程為：

其中a是發(fā)展灰度，b是內(nèi)生控制灰度，由最小二乘法得＾A＝（＾a，＾b）＝（BTB）－1BTY

解方程（4）得：

則根據(jù)模型進(jìn)行計(jì)算求得：

（3）殘差檢驗(yàn)。

由圖1可得，ε（k）＜0.1，ε（avg）＝0.024 9，由此得精度p＝1－ε（avg）＝97.51%＞95%。建模達(dá)到較高的精度，可以用此模型進(jìn)行GDP預(yù)測(cè)。

圖1 南京市GDP預(yù)測(cè)模型殘差檢驗(yàn)

（4）2020年GDP預(yù)測(cè)。

2020年的經(jīng)濟(jì)規(guī)模計(jì)算如下：

即2020年GDP為21 653.9億元。

3.1.2 其他指標(biāo)預(yù)測(cè)結(jié)果 其他指標(biāo)的預(yù)測(cè)都是按照經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)的步驟進(jìn)行的，預(yù)測(cè)結(jié)果如下。

（1）人口預(yù)測(cè)模型：x1k＋1＝35 147.76e0.01623k－34 584.48，2020年人口預(yù)測(cè)值為758.128萬人。

（2）第三產(chǎn)業(yè)比重預(yù)測(cè)模型：x1k＝1＝40.88e0.01145k－40.4，2020年第三產(chǎn)業(yè)比重預(yù)測(cè)值為57.22%。

（3）自然增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)模型：x1k＋1＝74.1e0.30104k－71.81，2020年的自然增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)值為3.72%。

（4）污水處理預(yù)測(cè)模型：x1k＋1＝2 375.3×e0.03065k－230 562，精度為98.3%。預(yù)測(cè)2020年污水處理率為124.5%，因處理率不可能超過100%，所以2020年污水處理率為100%。

（5）污水排放達(dá)標(biāo)率預(yù)測(cè)型：x1k＋1＝9 586.52 e0.00941k－9 495.4，精度為99.12%，由此預(yù)測(cè)出2020年污水處理達(dá)標(biāo)率106.31%，大于100%，因此2020年的污水處理達(dá)標(biāo)率為100%。

（6）植被覆蓋率預(yù)測(cè)模型：x1k＋1＝9 234.09×e0.00479k－9 191.2，精度為98.94%，2020年植被覆蓋率預(yù)測(cè)為48.07%。

（7）城 市 化 水 平 預(yù) 測(cè) 模 型：x1k＋1＝3 601.93 e0.01928k－3 541.7，精度為98.64%，2020年的預(yù)測(cè)值為97.34%。

（8）水資源利用率預(yù)測(cè)模型：x1k＋1＝ －56.99 e－0.01k＋57.55，精度為98.56%。由此可得2020年水資源利用率為47.93%。

（9）需水量的預(yù)測(cè)模型：x1k＋1＝－2 903e0.0213k＋2 959.95，精度為95.4%，2020年的需水量為43.54×109m3。

（10）供水量預(yù)測(cè)。《南京市總體規(guī)劃（2007—2020年）》中提議南京是將長(zhǎng)江作為全市主要供水源，固城湖、中山、方便、金牛等水庫(kù)作為補(bǔ)充水源以及應(yīng)急備用水源，南京規(guī)劃15座城市水廠，供水總體規(guī)模6.30×106m3／d，總供水量大約2.30×109m3。

3.2 2020年水資源承載力的復(fù)合模糊分析

利用灰色預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)分析相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行2020年的水資源承載力復(fù)合模糊分析。

（1）初級(jí)評(píng)判。由表4可得南京市2020年的水資源承載力子系統(tǒng)的分承載力分別為：

WR＝0.18，SC＝0.943 2，EC＝0.993 6，EE＝0.932 8.具體計(jì)算過程數(shù)值如表6所示。

（2）Ⅱ級(jí)評(píng)判：WRCC＝WR0.4×SC0.2×EC0.2×EE0.2＝0.490 2，隸屬于可承載范疇，相對(duì)于2009年承載力有所提高。

表4 南京市2020年水資源承載力初級(jí)評(píng)判結(jié)果

通過對(duì)2009年與2020年的水資源承載力的計(jì)算分析可以看出，南京市的水資源承載力水平都處于可承載范疇，并且2020年的承載能力比2009年提高了34%，子系統(tǒng)的分承載力都相對(duì)有所提高，其主要原因如下。

（1）在水資源子系統(tǒng)中，2020年的預(yù)測(cè)的人均用水量相對(duì)于2009年有所減少。

（2）在社會(huì)子系統(tǒng)中，水資源的分承載力有所下降，主要是由于人口的自然增長(zhǎng)率相對(duì)于2009年增長(zhǎng)了44%。

（3）在經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中，水資源的分承載力有2009年的0.856 1增長(zhǎng)到2020年的0.993 6，這主要是由于2020年的萬元水耗量由2009年的96m3／萬元降到了2020年的預(yù)測(cè)的20m3／萬元，同時(shí)第三產(chǎn)業(yè)所占比重增加了5.9%。

（4）在生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中，水資源分承載力增加是因?yàn)?個(gè)指標(biāo)都為正向指標(biāo)且指標(biāo)數(shù)值都有所增加，污水處理率與污水排放達(dá)標(biāo)率2020年的預(yù)測(cè)值都達(dá)到了100%。

4 對(duì)策與展望

4.1 水資源可持續(xù)利用的對(duì)策

（1）節(jié)約用水，建設(shè)節(jié)水型社會(huì)。調(diào)節(jié)城鎮(zhèn)生活用水定額，進(jìn)一步調(diào)節(jié)水價(jià)，提高居民的節(jié)水意識(shí)，重點(diǎn)在于開發(fā)新的節(jié)水設(shè)備和器具，加快供水管網(wǎng)的改造；工業(yè)方面，建立健全完善的節(jié)水管理體系與法規(guī)，推行節(jié)水目標(biāo)責(zé)任制，重新制定主要行業(yè)的用水定額；農(nóng)業(yè)用水方面，開發(fā)和研究抗旱節(jié)水的農(nóng)作物品種，以及用于澆灌的節(jié)水技術(shù)，全面改造骨干灌水線，提高骨干渠線的配套率以及防滲率。

（2）調(diào)節(jié)用水結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，降低萬元GDP耗水量。改變?nèi)萎a(chǎn)業(yè)的比例，增加第三產(chǎn)業(yè)比重，同時(shí)提高南京市用水企業(yè)的重復(fù)利用率，節(jié)約用水，逐步降低萬元GDP耗水量。

（3）污水處理，中水回用。改變傳統(tǒng)污水處理方式，采用循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，以源頭控制為主，嚴(yán)格控制新的污染源；對(duì)于污染較重的化工企業(yè)要嚴(yán)格限制，新工廠要避開工業(yè)密集帶以及沿江地帶；在生產(chǎn)過程中采用高科技創(chuàng)新有效的清潔生產(chǎn)技術(shù)；通過排污口改道，同時(shí)對(duì)水上交通污染以及生活垃圾進(jìn)行收集處理來實(shí)現(xiàn)對(duì)南京主城沿江水污染的控制。并繼續(xù)對(duì)秦淮河、玄武湖、莫愁湖等水環(huán)境污染的綜合治理工程。完善老城區(qū)中水處理設(shè)施以及管道系統(tǒng)的建設(shè)，將中水回用應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉中，提高中水利用率。

（4）蓄引結(jié)合，合理開發(fā)利用水資源。南京市本地水資源不足，特別是丘陵山區(qū)產(chǎn)水量低，蓄水條件差，經(jīng)常遭遇干旱；而長(zhǎng)江過境水量豐沛，年客水資源量為9.00×109m3左右，沿江水資源供需平衡，但解決丘陵山區(qū)干旱較為困難。因此，對(duì)于丘陵山區(qū)，可通過修建建小型水庫(kù)或挖水井的辦法，同時(shí)居住房設(shè)置引水管，修建蓄水池收集雨水，城市用來澆花以及其他生活用水，農(nóng)村可以用來飼養(yǎng)家畜家禽，以此節(jié)約用水增加蓄水量。

4.2 水資源承載力研究展望

水資源承載力研究涉及的是水—社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境耦合系統(tǒng)，盡管本文在充分利用前人研究成果并對(duì)前人研究成果創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，選取了各個(gè)系統(tǒng)的水資源承載力指標(biāo)，但是由于水資源承載力系統(tǒng)的復(fù)雜性、各系統(tǒng)之間的相互關(guān)系以及數(shù)據(jù)來源和方法的局限性，可能造成本文所得的南京市水資源承載力的水平不夠精確，與實(shí)際水平有一定的偏差。以此，在今后的研究中，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水資源承載力各個(gè)系統(tǒng)的相互約束機(jī)制以及各系統(tǒng)內(nèi)部各指標(biāo)之間的相互關(guān)系的研究。而本文對(duì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程以及人民生活水平迅速提高的南京市的水資源承載力進(jìn)行了現(xiàn)狀分析與預(yù)測(cè)，根據(jù)分體提出水資源可持續(xù)發(fā)展的對(duì)策，這種研究對(duì)于探討地區(qū)水資源承載能力有一定的示范意義。

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