水环境承载力研究评述

崔 宁 梁冬梅 苏 伟

（1.吉林农业大学资源与环境学院 吉林 长春 130118；

（2.吉林省环境科学研究院 吉林 长春 130012）

随着社会经济的快速发展，水环境问题日益严峻，使人类活动与生态环境之间难以协调，并已阻碍了社会经济的可持续发展。因此，对于水环境承载力的研究具有迫切性和重要意义。本文综述了水环境承载力概念和研究现状，分析了研究的不足和亟需解决的问题。

1 水环境承载力概念

1.1 概念

对于水环境承载力概念学术界尚未达成共识，定义主要有两种：一种是指水环境对污染物的容纳能量，即水环境容量，可视为狭义概念；另一种为广义的定义，指某一时期，某种环境状态下、某一水域环境对人类社会、经济活动支持能力的阈值[1]。对水环境承载力研究多数学者以广义的定义为主，其中水利部汪恕诚部长[2]提出：水环境承载能力指在一定的水域，其水体能够被继续使用并仍保持良好生态系统时，所能够容纳污水及污染物的最大能力；贾振帮[3]给出的含义是：在一定的自然环境条件和特定的社会经济发展模式下，区域水环境(包括水资源和水污染)对社会经济发展的支持能力。

这些概念都是以生命系统为核心，以保障水环境功能正常为前提，从不同角度提出了水环境承载力的涵义。水环境承载力研究实际是从可持续发展的角度，寻求人类活动与自然生态环境之间相互联系、相互影响、相互制约的关系，并找出适合社会经济发展、保障水环境功能正常发挥的最佳模式或发展策略。本文通过上述观点，对水环境承载力概念定义为：在某一水域（包括自然环境条件和社会经济发展模式），其水环境系统功能在持续正常发挥的前提下，所能够容纳污染物的最大限量及对人类社会、经济活动可持续发展的最大支撑能力。

1.2 水环境承载力与水资源承载力概念辨析

许多学者将水资源承载力与水环境承载力等同，其实两种概念是从不同的研究角度提出的，主要体现在水环境系统功能作用的不同方面。学术界对水资源承载力概念尚未达成共识，主要存在两种观点：一种认为水资源包括水质、水量和水资源分布情况三个方面，是从水资源的角度来定义水资源承载力对社会经济活动和生态环境的贡献；另一种则是从经济社会系统的角度出发，用经济社会规模作为指标定义的水资源最大支撑能力。

水资源承载力研究主要是基于水资源的优化配置和评价理论，具有水利或自然资源学科的背景[4]，通过水体能够给经济社会提供多少水量及水资源的开发利用程度来研究对经济社会的最大支撑能力，而水环境承载力的研究内容包括水环境纳污能力（即水环境容量）、水资源供给能力、和经济结构方式如何调整等内容，水环境承载力和水资源承载力应为相互联系的两个部分。

2 水环境承载力量化方法

国内外对水环境承载力的研究虽取得了一定成果，但并没有统一、成熟的方法体系。目前，水环境承载力主要的研究方法包括指标体系评价法、多目标模型最优化法和系统动力学法等。

2.1 指标体系评价法

(1)向量模法：将水环境承载力视为一个由n个指标构成的向量，假设在区域社会经济发展规划中，有m个提高水环境承载力的策略，则在一定时期内相应有m个水环境承载力，设此m个水环境承载力为 Ej(j=1，2，3，…，m)；再设每个水环境承载力由n个具体指标确定的分量组成，每个指标的权重ωi(i=l，2，……n)，第j个水环境承载力的大小可以用归一化后矢量的模和权重值来表示。即

向量模法简单易行，广泛应用于早期研究；但由于忽视了水环境承载力概念的模糊性和向量所具有的方向性，而且一般采用均权数法确定指标权重，忽略了指标相对大小对承载力的贡献，进而影响了评价结果的可靠性[5]。

(2)模糊综合评价法：是将水环境承载力视为一个模糊综合评价过程，其模型为设给定两个有限论域U和V，其中U代表评价因素集合；V代表评语集合，则模糊综合评价为下面的模糊变换：B=A·R，其中A为模糊权向量，B为V上的模糊子集；R为由各评价因素U对评语V的隶属度构成的模糊关系矩阵。通过运算可得出评价对象从整体上对各评语等级的隶属度。再对上面的隶属度向量B的元素取大或取小，就可确定评价对象的最终评语。

该方法提高了评价的准确性和可操作性，但运用取小取大运算法则使得信息利用率较低，在权重赋值和隶属函数确定中受人为主观因素影响较大[6]。

(3)主成份分析法：在力保数据信息丢失最小的原则下，对高维变量系统进行最佳综合与简化，以少数综合变量取代原始多维变量，同时客观地确定各综合变量的权重，避免了主观随意性。

主成分分析法的优点在于客观性强，易于分析，简化了评价过程，但在评价参数分级标准的制定和对主成分、控制点的选取方面存在一定的困难[7]。

2.2 多目标最优化法

该方法采用分解——协调的系统分析思路，将研究区划分成若干个子系统，各子系统模型之间通过多目标核心模型的协调关联变量相连接，并事先确定需要达到的优化目标和约束条件，结合模型模拟和对决策变量在不同水平年上的预测结果，就可解出同时满足多个目标、整体最优的发展方案，其所对应的人口或社会经济发展规模即为研究区的水环境承载力[8]。

该方法具有对承载对象详细界定、定量表征承载力约束条件的优点，但其优化目标选定和模型求解存在一定难度。

2.3 系统动力学法

主要通过一阶微分方程组来反映系统各个模块变量之间的因果反馈关系，在实用中对不同发展方案采用系统动力学模型进行模拟，并对决策变量进行预测，然后将这些决策变量视为环境承载力的指标体系，再运用前述的指数评价方法进行比较，从而得到最佳的发展方案及相应的承载能力。

系统动力学方法具有分析速度快、模型构造简单、可以使用非线性方程等优点，但用该方法对长期发展情况进行模拟时，由于参变量不好掌握，易导致不合理的结论，因而大多应用于中短期发展情况模拟[9]。

2.4 人工神经网络法

人工神经网络法是目前国际上的前沿交叉学科，它通过构建人工神经网络并使其“学习”、“掌握”不同时段的社会、经济、资源、环境系统发展历程的运行参数，逐渐成为系统结构和功能的映射集成。在应用中只须根据实际问题确定网络结构，通过典型样本数据的学习，获得有关该问题知识的网络权值，从而进行环境承载力的评价分析。

人工神经网络模型结构简单、建模方便、评价结果直观，可利用非线性数据处理能力对水环境承载力进行量化，但其学习的精度取决于构造的网络结构和大量的训练样本，因此误差较大。

3 结语与展望

水环境承载力的多种研究方法各有利弊，其中指标体系评价法依赖人为的评价，结果受人为因素影响较大。目前，系统动力学法和人工神经网络法使用较多，但两种方法都处于探索阶段。研究水环境承载力需要综合考虑区域系统的复杂性和多因素等特点，应根据研究问题的具体状况选择一种或多种可操作、实用的研究方法，客观、准确的定量研究结果，综合分析评价水环境承载能力。

鉴于目前水环境承载力研究中存在的不足，今后应加强以下几个方面：①加强水环境承载力概念的探讨，完善其内涵，明确研究对象、目的和范围；②形成统一、实用的评价方法，使研究结果之间具有可比性和延续性；③加强学科交叉融合的研究，更加明确表达水环境系统与其外部各因素关系；④拓展研究及应用领域，目前对于水环境承载力的研究成果已应用到水环境规划、环境影响评价等领域，它对不同地域的水资源时空配置、地理信息等方面的研究也有一定的指导意义。陕西水利

[1]李艳芹.第二松花江干流水环境承载力的地域分异研究.[D].长春:东北师范大学,2004.

[2]汪恕诚.水环境承载能力分析与调控[J].中国水利.2001(11):9-12.

[3]贾振邦,赵智杰,李继超等.本溪市水环境承载力及指标体系[J].环境保护科学,1995,21(3):8-11,76.

[4]王洪涛,郭纯青.城市水环境安全性与城市可持续发展 [J].安全与环境工程,2003.10(4):1-4.

[5]张鑫,王纪科等.区域地下水资源承载力综合评价研究 [J].水土保持通报,2001,21(3),24-27.

[6]张文国,杨志峰.基于指标体系的地下水环境承载力评价 [J].环境科学学报,2002,22(4):541-544.

[7]傅湘,纪昌明.区域水资源承载能力综合评价———主成分分析法的应用[J].长江流域资源与环境,1999,8(2):168-172.

[8]蒋晓辉,黄强.陕西关中地区水环境承载力研究[J].环境科学学报,2001,21(3):312-317.

[9]王俭,李培军.环境承载力研究进展[J].应用生态学报,2005,16(4):768-772.