山东省水资源承载力及其空间差异研究
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第28卷第6期 2010年6月
文章编号 : 100027709 (2010) 0620019204
水 电 能 源 科 学 Water Reso urces and Power
Vol. 28 No . 6 J un. 2 0 1 0
山东省水资源承载力及其空间差异研究
吕建树 刘 洋 于泉洲 孙京姐
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
·20 ·
水 电 能 源 科 学 2010 年
山东省水资源承载力评价
水资源概况 山东省属暖温带大陆性季风气候 ,温和 、雨量 集中 、四季分明 。多年平均降水量 676. 5 mm ,折 合水量 1 037 ×108 m3 ; 降雨空间分布不均 ,降水 量从鲁东南沿海的 850 mm 逐渐降至鲁西北内陆 的 550 mm 。全省多年平均水资源总量 305. 8 × 108 m3 ,人均水资源量 344 m3 / 人 ,不足全国人均 水资源量的 1/ 6 ,更远低于国际公认规定的维持 一个地区经济社会可持续发展所必需的 1 000 m3 的下限值 ,属严重缺水地区 。全省平均产水模数 为 19. 9 ×104 m3 / km2 ,多年平均径流深为 145. 4 mm ,多年平均地下水资源量为 152. 6 ×108 m3 。 黄河水为山东省主要的客水资源 ,但黄河入境水量 与可利用量有逐年减少的趋势且年际变化较大 。 评价指标及评价标准 基于山东省经济社会发展与水资源实际利用 状况 ,参照全国水资源供需分析指标体系[8] 及山 东省典型地区的水资源评价指标体系[9 ,10 ] 选取人 均供水量 ( x1 ) 、水资源利用率 ( x2 ) 、人均水资源量 ( x3 ) 、需水模数 ( x4 ) 、生活用水定额 ( x5 ) 、耕地灌 溉率 ( x6 ) 、万元工业产值需水量 ( x7 ) 、生态环境用 水率 ( x8 ) 等 8 项评价指标 , 并按其对区域水资源 承载力的影响程度 , 将评价因素对水资源承载力 影响程度划分为 V 1 、V 2 、V 3 三个等级 ,见表 1 。V 1
高水资源承载能力应进一步加强水资源优化配
置 ,大力开源节流 ,加强水资源保护提高供水 、用 水技术水平 ,大力建设节水型社会 。
图 1 山东省 17 地市水资源承载力状况 Fi g . 1 Wa t e r re s ourc e c arryi ng c ap a ci t y of 17
ci t ys in S handong Provinc e
(山东师范大学 人口 ·资源与环境学院 , 山东 济南 250014)
摘要 : 基于灰色系统理论 ,构建了区域水资源承载力评价的灰色模式识别模型 ,评价了山东省水资源承载力 ,
分析了空间地域分布的差异及水资源承载状况类型区划分 ,并提出了水资源持续利用的建议 。结果表明 ,该
模型有效可行 ,能准确反映水资源承载力 ,评价结果准确 ,较符合客观实际 ,为研究区域水资源承载力提供了
表 1 水资源承载力评价标准 Ta b . 1 As s e s s i ng s t a ndard of w a t e r re s ourc e c arryi ng c ap a ci t y
评价等级
V1 V2 V3
x1
/ ( m3 ·人 - 1) ≥400
400～200 ≤200
x2
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 28 卷第 6 期 吕建树等 :山东省水资源承载力及其空间差异研究
表 2 山东省水资源承载力评价结果 Ta b . 2 As s e s s i ng re s ul t s of w a t e r re s ourc e c arryi ng
水资源承载状况空间差异分析及 分区
空间差异分析 (1) 空间差异趋势 。由上述评价结果可知 ,山
东省各地市的水资源承载状况变化总趋势为 : ① 自东南向西北 ,由好变差直至达到承载力极限 (图 1) ; ②鲁东南的水资源承载力状况最好 ,鲁西北以 及胶济铁路沿线城市的水资源承载力状况最差 ; ③鲁西南 、鲁中和胶东半岛地区则介于二者之间 。 这与降水量由鲁东南向鲁西北逐渐降低的趋势基 本吻合 ,表明与水资源自然赋存状况存在密切关系。
V2 0. 205 0. 219 0. 225 0. 176 0. 520 0. 146 0. 313 0. 165 0. 254 0. 279 0. 196 0. 347 0. 635 0. 151 0. 127 0. 078 0. 143 0. 298
V3 0. 651 0. 650 0. 606 0. 707 0. 223 0. 716 0. 401 0. 718 0. 600 0. 533 0. 396 0. 217 0. 189 0. 115 0. 748 0. 867 0. 707 0. 569
c ap a ci t y of S ha ndong Provi nc e
地区 全省 济南 青岛 淄博 枣庄 东营 烟台 潍坊 济宁 泰安 威海 日照 莱芜 1 0. 169 0. 117 0. 257 0. 138 0. 286 0. 117 0. 146 0. 187 0. 409 0. 436 0. 176 0. 734 0. 125 0. 055 0. 150 0. 133
收稿日期 : 2009211228 ,修回日期 : 2010203201 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (40471122) ;山东省自然科学基金资助项目 ( Y2008 E13) 作者简介 : 吕建树 (19862) ,男 ,硕士研究生 ,研究方向为水文水资源和旅游资源评价 、土地利用及生态安全 , E2mail : lvjianshu @126. co m
(2) 综合分析 。衡量一个地区的水资源承载 力应重点考虑水资源自然赋存状况 、经济社会发 展水平两个指标 。为定量说明水资源承载力与水 资源自然赋存状况的关系 ,在对水资源承载力评 价指标的基础上进行综合 、筛选 、合并 ,选取多年 平均降水量 、人均水资源量等自然赋存状况的指 标及人 均 需 水 量 、人 均 GD P 、GD P 总 量 、万 元 GDP 需水量等经济社会发展水平指标 。将山东 省 17 地市水资源承载力综合得分 ,分别与这些指 标进行线性回归分析 : ①综合得分与多年平均降 水量 、人均水资源量呈显著负相关 (图 2) ,相关系 数 R2 分别达 0. 75 和 0. 80 ; ②与人均需水量 、万 元 GDP 需水量 、人均 GDP 、GD P 的相关性不大 , R2 仅为0 . 32 、0 . 09 、0 . 01 、0 . 02 ; ③水资源的自然
20～50 ≥50
x8
/% ≥5 5～1 ≤1
为水资源开发利用程度较小 ,仍有较强的水资源 承载能力 ,进一步开发利用潜力较大 ; V 3 为已接 近水资源承载力的阈值 , 几乎无进一步开发利用 的潜力 ;V 2 介于 V 1 和 V 3 之间 ,为水资源已有相当 的开发利用程度 ,但仍有一定的开发潜力 。
/% ≤30 30～80 ≥80
x3
/ ( m3 ·人 - 1) ≥400
400～600 ≤600
x4
/ ( m3 ·km - 2) ≤10
10～47 ≥47
x5
/ ( m3 ·(人 ·d) - 1) ≤80
80～130 ≥130
x6
/% ≤40 40～80 ≥80
x7
/ ( m3 ·万元 - 1) ≤20
水资源承载力计算 基于专家及水管理部门的建议 ,构建了评价 指标重要性的比较判断矩阵 ,应用层次分析法 (A H P) 和熵权法 ,计算出评价指标的综合权重 为 : wj = (0. 105 ,0. 280 ,0. 237 ,0. 056 ,0. 066 ,0. 103 , 0. 082 ,0. 071) 。评价标准中 V 2 级别的指标值取 V 1 、V 3 的中间值 。根据灰色模式识别模型 ,计算了 山东省的水资源承载力综合评价得分 ,并采用三级 评价标准 ,分别按综合得分[ 1. 0 ,1. 5) 、[ 1. 5 ,2. 5) 、 [ 2. 5 ,3. 0 ]确定归属等级 。山东省水资源承载力 的评价结果及级别见表 2 。
一种新方法 。
关键词 : 灰色系统 ; 模式识别 ; 水资源承载力 ; 空间差异分析 ; 水资源承载状况分区 ; 山东省
中图分类号 : TV213. 9
文献标志码 : A
水资源承载力的评价是水资源宏观调控和合 理配置的重要依据[1] ,亦是衡量区域可持续发展 的重要因素 ,已成为当前水资源学科中的重点与 热点问题[2] 。目前 ,研究水资源承载力的方法较 多 ,主要有主成分分析法 、模糊综合评判法 、多目 标决策分析 、系统动力学 、密切值法 、模糊物元模 型 、模糊识别模型 、人工神经网络等 ,但对水资源 承载力至今仍无统一的定义 。鉴此 ,本文采用灰 色模式识别模型方法对山东省的水资源承载力进 行了评价 。
·21 ·
图 2 相关性分析 Fi g . 2 Rela t i on a nal ys is
禀赋状况对山东省目前水资源承载状况起至关重要 作用 ; ④水资源自然赋存状况越好 ,承载状况越好 , 反之则越差。结果表明 ,山东省整体上水资源的利 用还处于基本依赖与自然水资源量的初始阶段 。
承载状况类型区划分 基于山东省 17 地市水资源承载状况的空间 差异及经济社会发展状况 ,遵循区内一致性 、连续 性 、区间差异性的分区原则 ,将山东省水资源承载 状况分为较好区 ( Ⅰ区) 、中等区 ( Ⅱ区) ,较差区 ( Ⅲ区) 3 个类型区 。 (1) Ⅰ区 。鲁东南的临沂 ,水资源自然禀赋条 件较好 ,降水量为全省最丰沛的地区之一 (800 mm 以上) ,人均水资源量丰富 (约 500 m3 / 人) , 加之尚无大型工业企业 ,工业用水量相对较小 ,因 此水资源承载力状况较好 ,仍有较大的开发利用 潜力 ,可为正在迅速发展经济提供有力支撑 。 (2) Ⅱ区 。包括胶东半岛的青岛 、烟台 、威海 、 日照 4 市和鲁中的莱芜 、泰安及鲁西南的枣庄 、济 宁 、菏泽 ,占山东省大部分面积 。 ①胶东半岛为山 东省经济最发达的城市 ,水资源利用程度较高 ,节 水水平也最先进 ,污水回用率高 ,虽经济社会需水 量较大 ,但基本可承载发达的经济水平 ,水资源利 用效益较高 。 ②鲁西南及鲁中水资源利用效益较 差 ,经济结构以农业和工业为主 ,农业灌溉仍处于 较为粗放的状况 ,工业节水水平不高 ,应大力提高 水资源利用效益 。目前 ,水资源利用仍以地下水 资源为主 ,地表水利用相对较少 ,应加强拦蓄工程 建设 ;对南四湖 、东平湖两湖泊 ,应通过改进调度 利用方式 ,南水北调东线工程加大对湖泊水的开
综合得分
2. 507 2. 519 2. 437 2. 590 1. 966 2. 578 2. 114 2. 601 2. 454 2. 346 1. 987 1. 782 2. 014 1. 380 2. 623 2. 812 2. 557 2. 437
级别
V3 V3 V2 V3 V2 V3 V2 V3 V2 V2 V2 V2 V2 V1 V3 V3 V3 V2
灰色模式识别模型
水资源系统由于水文 、水文地质条件具有多 样性 、复杂性和空间差异性的特点 ,存在大量不确 定性 、不精确性 ,因而具有灰色特征 。利用灰色模 式识别模型可客观 、合理地反映区域水资源承载 力状况 ,且能充分利用全部信息 ,评价结果具有连 续性和可比性[3 ,4] ,比模糊综合评价准确、灵敏度高。 利用灰色模式识别模型进行综合评价 ,先在数据 标准化的前提下求评价对象与评价标准的灰色关 联度 ,再引入关联差异度和灰色从属度的概念 ,将 评价对象和评价标准间的差异程度用以从属度为 权重的加权关联差异度表示 ,求出评价对象对各 评价标准的最优从属度 ;最后利用综合指数确定 级别归属 ,详见文献[ 4～7 ] 。
排序
11 12
9 15
3 14
6 16 10
7 4 2 5 1 17 18 13 8
评价结果与分析
由表 2 可看出 ,山东省水资源承载力的综合
得分为 2. 507 ,处于 V 3 级别 ,已基本达到水资源承 载力的饱和值 ,开发利用率超过 75 % ,进一步开
发利用的潜力不大 ,水资源承载状况较差 。为提
文章编号 : 100027709 (2010) 0620019204
水 电 能 源 科 学 Water Reso urces and Power
Vol. 28 No . 6 J un. 2 0 1 0
山东省水资源承载力及其空间差异研究
吕建树 刘 洋 于泉洲 孙京姐
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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水 电 能 源 科 学 2010 年
山东省水资源承载力评价
水资源概况 山东省属暖温带大陆性季风气候 ,温和 、雨量 集中 、四季分明 。多年平均降水量 676. 5 mm ,折 合水量 1 037 ×108 m3 ; 降雨空间分布不均 ,降水 量从鲁东南沿海的 850 mm 逐渐降至鲁西北内陆 的 550 mm 。全省多年平均水资源总量 305. 8 × 108 m3 ,人均水资源量 344 m3 / 人 ,不足全国人均 水资源量的 1/ 6 ,更远低于国际公认规定的维持 一个地区经济社会可持续发展所必需的 1 000 m3 的下限值 ,属严重缺水地区 。全省平均产水模数 为 19. 9 ×104 m3 / km2 ,多年平均径流深为 145. 4 mm ,多年平均地下水资源量为 152. 6 ×108 m3 。 黄河水为山东省主要的客水资源 ,但黄河入境水量 与可利用量有逐年减少的趋势且年际变化较大 。 评价指标及评价标准 基于山东省经济社会发展与水资源实际利用 状况 ,参照全国水资源供需分析指标体系[8] 及山 东省典型地区的水资源评价指标体系[9 ,10 ] 选取人 均供水量 ( x1 ) 、水资源利用率 ( x2 ) 、人均水资源量 ( x3 ) 、需水模数 ( x4 ) 、生活用水定额 ( x5 ) 、耕地灌 溉率 ( x6 ) 、万元工业产值需水量 ( x7 ) 、生态环境用 水率 ( x8 ) 等 8 项评价指标 , 并按其对区域水资源 承载力的影响程度 , 将评价因素对水资源承载力 影响程度划分为 V 1 、V 2 、V 3 三个等级 ,见表 1 。V 1
高水资源承载能力应进一步加强水资源优化配
置 ,大力开源节流 ,加强水资源保护提高供水 、用 水技术水平 ,大力建设节水型社会 。
图 1 山东省 17 地市水资源承载力状况 Fi g . 1 Wa t e r re s ourc e c arryi ng c ap a ci t y of 17
ci t ys in S handong Provinc e
(山东师范大学 人口 ·资源与环境学院 , 山东 济南 250014)
摘要 : 基于灰色系统理论 ,构建了区域水资源承载力评价的灰色模式识别模型 ,评价了山东省水资源承载力 ,
分析了空间地域分布的差异及水资源承载状况类型区划分 ,并提出了水资源持续利用的建议 。结果表明 ,该
模型有效可行 ,能准确反映水资源承载力 ,评价结果准确 ,较符合客观实际 ,为研究区域水资源承载力提供了
表 1 水资源承载力评价标准 Ta b . 1 As s e s s i ng s t a ndard of w a t e r re s ourc e c arryi ng c ap a ci t y
评价等级
V1 V2 V3
x1
/ ( m3 ·人 - 1) ≥400
400～200 ≤200
x2
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 28 卷第 6 期 吕建树等 :山东省水资源承载力及其空间差异研究
表 2 山东省水资源承载力评价结果 Ta b . 2 As s e s s i ng re s ul t s of w a t e r re s ourc e c arryi ng
水资源承载状况空间差异分析及 分区
空间差异分析 (1) 空间差异趋势 。由上述评价结果可知 ,山
东省各地市的水资源承载状况变化总趋势为 : ① 自东南向西北 ,由好变差直至达到承载力极限 (图 1) ; ②鲁东南的水资源承载力状况最好 ,鲁西北以 及胶济铁路沿线城市的水资源承载力状况最差 ; ③鲁西南 、鲁中和胶东半岛地区则介于二者之间 。 这与降水量由鲁东南向鲁西北逐渐降低的趋势基 本吻合 ,表明与水资源自然赋存状况存在密切关系。
V2 0. 205 0. 219 0. 225 0. 176 0. 520 0. 146 0. 313 0. 165 0. 254 0. 279 0. 196 0. 347 0. 635 0. 151 0. 127 0. 078 0. 143 0. 298
V3 0. 651 0. 650 0. 606 0. 707 0. 223 0. 716 0. 401 0. 718 0. 600 0. 533 0. 396 0. 217 0. 189 0. 115 0. 748 0. 867 0. 707 0. 569
c ap a ci t y of S ha ndong Provi nc e
地区 全省 济南 青岛 淄博 枣庄 东营 烟台 潍坊 济宁 泰安 威海 日照 莱芜 1 0. 169 0. 117 0. 257 0. 138 0. 286 0. 117 0. 146 0. 187 0. 409 0. 436 0. 176 0. 734 0. 125 0. 055 0. 150 0. 133
收稿日期 : 2009211228 ,修回日期 : 2010203201 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (40471122) ;山东省自然科学基金资助项目 ( Y2008 E13) 作者简介 : 吕建树 (19862) ,男 ,硕士研究生 ,研究方向为水文水资源和旅游资源评价 、土地利用及生态安全 , E2mail : lvjianshu @126. co m
(2) 综合分析 。衡量一个地区的水资源承载 力应重点考虑水资源自然赋存状况 、经济社会发 展水平两个指标 。为定量说明水资源承载力与水 资源自然赋存状况的关系 ,在对水资源承载力评 价指标的基础上进行综合 、筛选 、合并 ,选取多年 平均降水量 、人均水资源量等自然赋存状况的指 标及人 均 需 水 量 、人 均 GD P 、GD P 总 量 、万 元 GDP 需水量等经济社会发展水平指标 。将山东 省 17 地市水资源承载力综合得分 ,分别与这些指 标进行线性回归分析 : ①综合得分与多年平均降 水量 、人均水资源量呈显著负相关 (图 2) ,相关系 数 R2 分别达 0. 75 和 0. 80 ; ②与人均需水量 、万 元 GDP 需水量 、人均 GDP 、GD P 的相关性不大 , R2 仅为0 . 32 、0 . 09 、0 . 01 、0 . 02 ; ③水资源的自然
20～50 ≥50
x8
/% ≥5 5～1 ≤1
为水资源开发利用程度较小 ,仍有较强的水资源 承载能力 ,进一步开发利用潜力较大 ; V 3 为已接 近水资源承载力的阈值 , 几乎无进一步开发利用 的潜力 ;V 2 介于 V 1 和 V 3 之间 ,为水资源已有相当 的开发利用程度 ,但仍有一定的开发潜力 。
/% ≤30 30～80 ≥80
x3
/ ( m3 ·人 - 1) ≥400
400～600 ≤600
x4
/ ( m3 ·km - 2) ≤10
10～47 ≥47
x5
/ ( m3 ·(人 ·d) - 1) ≤80
80～130 ≥130
x6
/% ≤40 40～80 ≥80
x7
/ ( m3 ·万元 - 1) ≤20
水资源承载力计算 基于专家及水管理部门的建议 ,构建了评价 指标重要性的比较判断矩阵 ,应用层次分析法 (A H P) 和熵权法 ,计算出评价指标的综合权重 为 : wj = (0. 105 ,0. 280 ,0. 237 ,0. 056 ,0. 066 ,0. 103 , 0. 082 ,0. 071) 。评价标准中 V 2 级别的指标值取 V 1 、V 3 的中间值 。根据灰色模式识别模型 ,计算了 山东省的水资源承载力综合评价得分 ,并采用三级 评价标准 ,分别按综合得分[ 1. 0 ,1. 5) 、[ 1. 5 ,2. 5) 、 [ 2. 5 ,3. 0 ]确定归属等级 。山东省水资源承载力 的评价结果及级别见表 2 。
一种新方法 。
关键词 : 灰色系统 ; 模式识别 ; 水资源承载力 ; 空间差异分析 ; 水资源承载状况分区 ; 山东省
中图分类号 : TV213. 9
文献标志码 : A
水资源承载力的评价是水资源宏观调控和合 理配置的重要依据[1] ,亦是衡量区域可持续发展 的重要因素 ,已成为当前水资源学科中的重点与 热点问题[2] 。目前 ,研究水资源承载力的方法较 多 ,主要有主成分分析法 、模糊综合评判法 、多目 标决策分析 、系统动力学 、密切值法 、模糊物元模 型 、模糊识别模型 、人工神经网络等 ,但对水资源 承载力至今仍无统一的定义 。鉴此 ,本文采用灰 色模式识别模型方法对山东省的水资源承载力进 行了评价 。
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图 2 相关性分析 Fi g . 2 Rela t i on a nal ys is
禀赋状况对山东省目前水资源承载状况起至关重要 作用 ; ④水资源自然赋存状况越好 ,承载状况越好 , 反之则越差。结果表明 ,山东省整体上水资源的利 用还处于基本依赖与自然水资源量的初始阶段 。
承载状况类型区划分 基于山东省 17 地市水资源承载状况的空间 差异及经济社会发展状况 ,遵循区内一致性 、连续 性 、区间差异性的分区原则 ,将山东省水资源承载 状况分为较好区 ( Ⅰ区) 、中等区 ( Ⅱ区) ,较差区 ( Ⅲ区) 3 个类型区 。 (1) Ⅰ区 。鲁东南的临沂 ,水资源自然禀赋条 件较好 ,降水量为全省最丰沛的地区之一 (800 mm 以上) ,人均水资源量丰富 (约 500 m3 / 人) , 加之尚无大型工业企业 ,工业用水量相对较小 ,因 此水资源承载力状况较好 ,仍有较大的开发利用 潜力 ,可为正在迅速发展经济提供有力支撑 。 (2) Ⅱ区 。包括胶东半岛的青岛 、烟台 、威海 、 日照 4 市和鲁中的莱芜 、泰安及鲁西南的枣庄 、济 宁 、菏泽 ,占山东省大部分面积 。 ①胶东半岛为山 东省经济最发达的城市 ,水资源利用程度较高 ,节 水水平也最先进 ,污水回用率高 ,虽经济社会需水 量较大 ,但基本可承载发达的经济水平 ,水资源利 用效益较高 。 ②鲁西南及鲁中水资源利用效益较 差 ,经济结构以农业和工业为主 ,农业灌溉仍处于 较为粗放的状况 ,工业节水水平不高 ,应大力提高 水资源利用效益 。目前 ,水资源利用仍以地下水 资源为主 ,地表水利用相对较少 ,应加强拦蓄工程 建设 ;对南四湖 、东平湖两湖泊 ,应通过改进调度 利用方式 ,南水北调东线工程加大对湖泊水的开
综合得分
2. 507 2. 519 2. 437 2. 590 1. 966 2. 578 2. 114 2. 601 2. 454 2. 346 1. 987 1. 782 2. 014 1. 380 2. 623 2. 812 2. 557 2. 437
级别
V3 V3 V2 V3 V2 V3 V2 V3 V2 V2 V2 V2 V2 V1 V3 V3 V3 V2
灰色模式识别模型
水资源系统由于水文 、水文地质条件具有多 样性 、复杂性和空间差异性的特点 ,存在大量不确 定性 、不精确性 ,因而具有灰色特征 。利用灰色模 式识别模型可客观 、合理地反映区域水资源承载 力状况 ,且能充分利用全部信息 ,评价结果具有连 续性和可比性[3 ,4] ,比模糊综合评价准确、灵敏度高。 利用灰色模式识别模型进行综合评价 ,先在数据 标准化的前提下求评价对象与评价标准的灰色关 联度 ,再引入关联差异度和灰色从属度的概念 ,将 评价对象和评价标准间的差异程度用以从属度为 权重的加权关联差异度表示 ,求出评价对象对各 评价标准的最优从属度 ;最后利用综合指数确定 级别归属 ,详见文献[ 4～7 ] 。
排序
11 12
9 15
3 14
6 16 10
7 4 2 5 1 17 18 13 8
评价结果与分析
由表 2 可看出 ,山东省水资源承载力的综合
得分为 2. 507 ,处于 V 3 级别 ,已基本达到水资源承 载力的饱和值 ,开发利用率超过 75 % ,进一步开
发利用的潜力不大 ,水资源承载状况较差 。为提