水资源安全的度量_水资源承载力的研究与挑战_夏军

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生态需水量 （ ! $ ）的计算 生态需水量 （ ! $ ）是指水资源短缺地区为了维系生态系统生物群落基本生存和河流、 湖泊等一定生态环境质量 （ 或生态建设要求）的最小水资源需求量。其内涵是：以维持现 状或恢复某个生态建设标准的天然生态保护与人工生态建设的需水，其外延包括地带性植 被所用降水和非地带性植被所用的径流。它通常由河道外的生态需水的估算 （ 如天然生态 需水、 人工生态需水等）和河道内的生态需水估算 （ 如防止河道断流所需的最小径流量 等）扣除其重复的水量构成。基础是自然变化和人类活动影响下的流域水循环规律的认识 与模拟。 !"! 可利用水资源量 （ !"）的计算 流域可利用水资源量是指在经济合理、技术可行和生态环境容许的前提下，通过技术 措施可以利用的不重复的一次性水资源量。在概念上，需要扣除维系生态环境最小的需水 量，以保证生态环境容许的前提条件。因此，原则上讲，可利用水资源量可以通过流域可 更新恢复的地表水与地下水资源总量加上境外调水扣除生态需水量加以估算，即
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水资源承载力的定义
目前，国内学术界对水资源承载力的定义已有多种表述。例如，惠泱河认为：水资源 承载力可理解为某一区域的水资源条件在 “ 自然—人工”二元模式影响下，以可预见的技 术、 经济、 社会发展水平及水资源的动态变化为依据， 以可持续发展为原则， 以维护生态良性 循环发展为条件，经过合理优化配置，对该地区社会经济发展所能提供的最大支撑能力89:。 何希吾将水资源承载力定义为一个流域、一个地区、一个国家在不同阶段的社会经济和技 术条件下，在水资源合理开发利用的前提下，当地水资源能够维系和支撑的人口、经济和 环境规模总量8<:。 尽管已有的水资源承载力定义在表述上各有不同，但其思路并无本质上 的差异，都强调了支撑能力的概念。但是，对水资源 “ 承载力” 本身的内涵，表达比较 宏观，定量不够精确。 结合中国科学院知识创新工程有关项目初步研究，作者认为水资源承载力可定义为 “ 在一定的水资源开发利用阶段，满足生态需水的可利用水量能够维系该地区人口、资源 与环境有限发展目标的最大的社会—经济规模” 。因此，水资源承载力是一个度量区域社 会经济发展受水资源制约的阈值，它通常用满足生态需水的可利用水量与社会经济可持续 发展有限目标需求水量的供需平衡退化到临界状态所对应的单位水资源量的人口规模和经 济发展规模等指标表达。 考虑到水资源承载力研究的现实与长远意义，对它的理解和界定主要基于以下基本现 实： 水资源承载力研究的核心问题是在 （ "） 一定的水资源开发利用阶段 和 生 态 环 境 保 护目标下，一个流域 = 区域的可利用的水资 源量究竟能够支撑多大的社 会 经 济 系 统 发 展规模？如何合理管理有限 的 水 资 源 （ 开 源与节流） ，维持和改善陆地系统水资源承 载能力？显然，水资源承载力受水的供、 需矛盾双方影响， 它需要从受自然变化和 人类活动影响的水循环系统出发，通过 “ 自然生态—社会经济”系统对水的需求和 流域能够提供多少可利用水 资 源 量 的 “ 支 图 " 量化水资源承载力的系统关系示意 撑能力”方面加以量度。一 种 概 化 的 水 循 #$%&" ’()*+$,-./$0 ,1 2*+(3 3(.,435(. 5*336$-% 5*0*5$+6 .6.+(7 环与水资源供需关系如图 " 所示。 （ 变化环境下（ 即自然变化和人类活动影响） 的水循环是水资源演变和水资源承载力 ;） 8<: 研究的基础 。 因为一个流域和区域水资源承载能力的大小，直接与该流域和区域的可利用 水资源量与质有本质的联系。而区域可利用水资源量又决定于在不断变化的自然环境 （ 包 括全球气候变化）和人类活动影响下水文循环规律及其控制的水资源形成规律。 要把它置于水资源的可持续利用概念的框架， 建立在生态系统完整、 水资源持续供 （ !） 给和水环境长期有容纳量的基础上。特别在水资源短缺的干旱地区，生态系统需水是水资 "?: 。 源承载力必须要考虑的重要方面8>、
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夏军等： 水资源安全的度量： 水资源承载力的研究与挑战
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一个基本度量。研究水资源承载力对于认识和建设水资源安全保障体系具有重要意义。 水ຫໍສະໝຸດ Baidu源承载力是区域自然资源承载力的重要组成部分，是水资源紧短地区能否支撑人 口、经济与环境协调发展的一个 “ 瓶颈”指标。作为可持续发展研究和水资源安全战略研 究中的一个基础课题，水资源承载力研究已引起学术界的高度关注，成为当前水资源科学 中的一个重点和热点研究问题89:。
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水资源承载力的度量与计算方法
由图 ! 的系统关系和水资源承载力的定义，可以导出水资源承载力的度量与计算方 法。主要过程概述如下： !"# 水资源总量 （ ! ）的计算 水资源总量 （ 。 ! ）指流域水循环过程中可更新恢复的地表水与地下水资源总量 （ ! "） 流域水循环受自然变化 & 包括气候变化 ’ 和人类活动的影响，可更新恢复的地表水与地下 水资源量也在不断变化。 另外，除了本地产生的水资源量外，人工跨流域调水 （ ! #）可 以增加本流域 （ 或地区）的水资源总量。由于流域水循环降水和径流形成的不确定性，对 应不同保证率的水资源量，有流域水资源总量关系
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源对应的人口及经济规模是不可承载的。但是， 通过调水增加 ! " 和通过节水减少 ! # 可提 当流域可供水量大于等于流域社会经济系统的需水量时，即 ! "!! #， 高 $! "#。 反过来， $! "#!%，这说明流域可供的水资源量具备对这样规模的社会经济系统的支撑能力，流域 水资源对应的人口及经济规模是可承载的，供需为良好状态。 !"# 水资源承载力的分量测度 如何量度流域水资源的承载力呢？由定义和上述水资源承载力的供需指数可知，首先 需要建立研究对象的 “ 水—社会经济—环境”系统关系。它们的作用是将水资源量支撑的 环境、社会经济系统规模 （ 如人口数或人口密度、人均 "#$、工业产值、农业产值、水环 境污染级别等）联系起来。然后，通过一定的水资源开发利用阶段与有限发展目标，分析 识别出由供大于需% 即 $! "# & ’ 可行域退化到 $! "#(’，即系统供需平衡达临界状态的水 资源 ! "(! # 所对应的流域人口数（ 和社会经济规模（ 等等指标参数，即水资源供需 &） "#$）
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水资源安全的度量： 水资源承载力的研究与挑战
夏 军，朱一中
! 中国科学院 地理科学与资源研究所 " 北京 #$$#$#%
摘要：水资源承载力是对水资源安全的一个基本度量，研究水资源承载力对于认识和建设水资源 安全保障体系具有重要意义。基于水资源承载力的定义和水资源承载力系统关系，论文给出了水 资源承载力的度量与计算方法，包括可利用水资源量、水资源需求量的计算，流域水资源承载力 平衡指数、水资源承载力分量的测度等。西北干旱区是我国水资源极为短缺的地区，因此，论文 就西北干旱区水资源承载力综合研究的一些关键问题，如变化环境下的流域水循环模拟研究、生 态需水研究等进行了重点讨论，并认为水资源承载力的进一步研究应加强水文基础与水资源、社 会 经 济 学 科 的 综 合 研 究 ， 促 进 &’ 、 ()’ 等 信 息 技 术 和 现 有 模 型 方 法 的 结 合 ， 并 重 视 区 域 差 异 研 究。 关 键 词：水安全；水资源承载力；水资源承载力计算 文献标识码： 0 文章编号： #$$$1-$-/ （ ,$$, ） $-1$,2,1$3 中图分类号： *+,#- ； .-/
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式中，& 为反映工程技术措施的开发利用系数。 水资源需求总量 （ !#）的计算 流域社会经济发展规模水平可以表达为人口数量 &’’ + 国民生产总值 &,-.’ 或净福利 &( ’ 等指标。因此，它们对水资源的需求包括：人口需水 &! )’ 、工业需水 &! *’ 、农业需 环境和其它需水&! ,’等。因此， 社会经济发展对水资源需求总量（ 可表达为 水&! +’、 ! -）
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前
言
水安全问题通常指相对人类社会生存环境和经济发展过程中发生的水的危害问题，包 括水多了 （ 洪水灾害） 、水少了 （ 干旱）和水脏了 （ 水污染）的问题。中国是降水时空分 配非常不均、水问题突出的发展中国家。水多了、水少了和水脏了的问题业已成为制约中 国可持续发展的重要限制因子，已危及到人类基本环境和生存问题以及国家发展利益的安 ,5 。 全问题4#、 在水安全问题研究中，水资源安全问题是最为重要的一个方面 4,6/5。水资源安全通常指 水资源 （ 量与质）供需矛盾产生的对社会经济发展、人类生存环境的危害问题。 ,$ 世纪 末，由于经济发展中忽视可持续水资源利用而导致日益突出的水资源安全问题业已引起各 第二届世界水论坛及部长级会 国 政 府 的 高 度 重 视 。 ,$$$ 年 - 月 ， 在 荷 兰 海 牙 召 开 了 “ 议” 。会议主题是7 “ 水的安全：从洞察到行动” 。全世界 #8$ 多个国家首脑或部长， - $$$ -5 名科学家出席了会议。,# 世纪水安全面临 / 个主要挑战4,、 ：! 满足基本需求 （ 9::;<=> ?@A ；"保 护 生 态 （ ；#食 品 安 全 （ ； B<C =::DB） EFG;:C;<=> :CGBHB;:9B） B:CIF<=> ;J: KGGD BIEELH） ； % 处理灾害 （ ； & 水的价值 $ 水资源共享 （ BJ@F<=> M@;:F F:BGIFC:B） D:@L<=> M<;J J@N@FDB） !O@LI<=> M@;:F%；’科学管水 !>GO:F=<=> M@;:F M<B:LH%。 水资源安全问题的主要研究领域有：水资源安全的范畴、水资源安全的度量、水资源 安全评价和水资源安全保障体系的建设等方面，其中水资源安全的度量是关键问题之一： 即如何量度水资源安全程度和如何保证水资源安全？而水资源承载力是评价水资源安全的
收稿日期： ,$$#1##1 ,3 ；修订日期： ,$$,1$#1$/ 。 基金项目：中国科学院知识创新工程重大项目课题 （ PQR.#1#$1$- ）和重要方 向 性 项 目 （ PQR.,1’S1-#/ ） 以 及 中国科学院 “ 百人计划”项目资助。 ，男，湖北人，教授，博士生导师，中国科学院 “ 百人计划”入选者，现任国际水 第一作者简介：夏军 （ #TU81 ） 文科协 （ )0V’ ）水资源系统委员会副主席等职务，研究方向为水文水资源的复杂系统理论与方法。
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（ 需要从“ 水循环—自然生态—社会经济” 系统耦合机理上综合考虑水资源对地区人 #） 口、 资源、 环境和经济协调发展的支撑能力。 水资源承载能力度量除了水循环和水资源变化的自然属性影响外， 还取决于社会经 （ $） 济持续发展的有限目标。社会经济发展要求的目标不同， 相应的承载能力也不一样。 因此， 水资源承载能力的大小随水资源开发阶段、 目标和条件不同而变化， 是一个动态、 变化的概念。 它不仅是水文循环、 水资源研究的重要方面， 而且与社会经济发展、 环境系统的 耦合研究密切相联，是可持续发展重大的国家需求研究的问题。
’ "， 进一步可以定义水资源承载力的各个分量，即 平衡达到临界状态的可供水资源量为!
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!- ( !) ) !* ) !+ ) !, 流域水资源承载力的平衡指数 （ $!"#）的计算
为描述水资源的承载力，首先需定义流域水资源承载力的供需平衡指数（ ， 即 *! %-）
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很显然，当流域可利用水量小于流域社会经济系统的需水量时，即 ! %.! - + 有 *! %-/ 0，这说明流域可供的水资源量不具备对这样规模的社会经济系统的支撑能力。流域水资