水环境承载力特征及评价

Characteristics and Assessment on Water Environmental Carrying Capacity
LONG Ping - yuan ,ZHOU Xiao - de ,ZHAO Qing - song ,LIU Xiao - hui ( Environmental Research Institute ,Xi’an University of Technology ,Xi’an 710048 ,China)
4 水环境承载力的研究方法
(1) 系统动力学法 (System Dynamics) [11] 。系统动力学 是由美国麻省理工学院教授福雷斯特于 1956 年创立的一 门分析和模拟动态复杂系统的学科 ,对于认识和处理高 阶次 、非线性 、多重反馈的时变系统是一种极为有效的认 识工具和模拟方法 。系统动力学在对问题进行定性分析 时 ,强调系统 、动态和反馈 ,并使三者有机结合起来 ,同时 强调系统的结构决定系统的功能 。中国科学院自然资源 考察委员会运用 SD 模型对乌鲁木齐市市 1993～2020 年 水资源承载力进行预测分析[5] ,崔凤军运用 SD 模型分析 了不同策略下的城市水环境承载力[12] ,惠泱河采用 SD 模 型模拟了陕西关中地区在自然 ———人工二元模式下的水 资源承载力[13] 。该方法的不足是 SD 模型受建模者对系 统行为认识的影响 ,其中参变量不好掌握 ,易导致不合理 的结论[14 ] 。
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龙平沅 ,等 :水环境承载力特征及评价
第 12 期
的最大规模 。水环境承载力体现了在特定条件下某区域 的水生态环境的状况 ,社会经济生活水平及两者的协调 状况 。
2 水环境承载力的特征
人类利用和改造自然资源的同时 ,给环境过多的压 力 ,引起了环境系统的破坏 ,为了可持续发展 ,人类活动 应遵循水环境客观存在的自然规律 ,同时人类水环境资 源观和价值观的变化也相应地发生变化 ,水环境承载力 表现出很多特征 。综合起来 ,水环境承载力具有以下特 点[9] :
(3) 水环境承载力的时代性 。水环境承载力是相对 于某一流域 (区域) 范围特定时期 、特定的社会经济发展 状况和水平而言的 ,同时人类要求的环境质量标准也因 时代而有所不同 ,所以对“水环境系统功能可持续正常发 挥”的认同程度在不同时期是不同的 ,这取决于当时对水 环境资源特性和价值特性的认识水平 。
(6) 水环境承载力的关联性 。研究某一区域 ,其各分 区间水环境功能高度关联 ,生态带 ,流量上的连续性 ,上 、 中 、下游之间和干 、支流之间的相互制约和交互影响十分 显著 。
(7) 水环境承载力的学科交叉性 。水环境承载力研 究涉及多学科的交叉 ,包括社会学 、经济学 、环境科学 、物 理学 、数学 、化学 、生物学 、水动力学等学科内容 ,因此 ,水 环境承载力的研究受到各学科的进展以及国家经济发展 水平的影响 。
笔者结合生态环境系统 、水资源和社会经济可持续 发展理论 ,综合环境承载力及水环境承载力的已有研究 成果 ,将水环境承载力定义为 :在某一特定的时期 ,某种 状态或条件下 (一定的时空条件下) ,在一定的环境质量 目标要求下 ,某流域 (区域) 水环境在自我维持 、自我调节 能力和水环境功能 (生态环境系统良好健康发展) 可持续 正常发挥前提下 ,所支撑的人口 、经济及社会可持续发展
1 水环境承载力概念
水环境承载力的概念 ,目前还没达成一个统一的认 识 : ①崔凤军[2] ,何少苓[3] ,郭怀成[4] 等认为 :水环境承载 力可以理解为在某一时期 ,某种状态或条件下 ,某地区的 水环境所能承受的人类活动作用的阈值 。此定义侧重于 人类经济发展行为在规模 、强度或速度上对水环境造成 的压力 ; ②汪恕诚[5] ,申献辰[6] 等认为 : 水环境承载力指 在一定的水域 ,其水体能够被继续使用并保持良好生态 系统时 ,所能够容纳污水及污染物的最大能力 。侧重于
第 11 卷第 12 期 2005 年 12 月
Water
水利科技与经济
Conservancy Science and Technology
and
Vol111 No112
Economy
Dec12005
水环境承载力特征及评价
龙平沅 ,周孝德 ,赵青松 ,刘晓辉
(西安理工大学 环境科学研究所 ,西安 710048)
[摘 要 ] 在对水环境承载力进行研究的过程中 ,明确了水环境承载力的概念 ,详细探讨了水 环境承载力的特征 ,并对水环境承载力的指标体系 、研究方法及评价方法进行了分析 。 [关键词 ] 水环境承载力 ;特征 ;指标体系 ;研究方法 ;评价方法
[ 中图分类号 ] X26 ,F4 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1006 - 7175 (2005) 12 - 0728 - 03
水体的纳污能力 ,更多的关注水质 ; ③廖文根[7] 等认为 : 水环境承载力指水环境系统功能可持续正常发挥前提下 接纳污染物的能力 (纳污能力) 和承受对其基本要素改变 的能力 (缓冲弹性力) ,即水环境承载力包括纳污能力和 缓冲弹性力两个方面 ,并且以水环境系统功能的可持续 正常发挥为前提 。该定义中水环境基本要素是指水体 、 河道 、河岸 ,其中水体包括水量 、水流条件和水质条件 ;河 道包括河道形式 、河床地形 、底泥 ;河岸包括河岸形态 、河 岸植被 、景观等 。此定义赋予了水环境承载力更具体丰 富的含义 ,从力学的角度分析 ,增加了缓冲弹性力 ,也就 是水环境的一种调节能力 ; ④崔树彬[8] 等认为 :水环境承 载力也就是通常所说的水环境容量或者说是水环境 (水 体) 纳污能力 、水环境允许污染负荷量 。此定义着重从水 环境的纳污及自净能力方面来研究 。
(8) 水环境承载力的不确定性和模糊性 。因水环境 承载力涉及自然 ———社会 ———经济 ———环境这一复杂巨 系统 ,大系统内部的结构因素之间存在的不确定性决定 其具有不确定性 。同时 ,水环境承载力的量化值是一个 模糊的概念 ,并不是说超过了水环境承载力的量化值 ,水 环境就完全不具备承载力 ,因此 ,它还有模糊性 。
3 水环境承载力的指标体系
水环境承载力关系到生态环境系统的正常运转和人 类经济社会的可持续发展 。水环境不仅为人口和社会经 济的发展提供必要的物质基础和条件 ,而且还是污水的 受纳体 。因此 ,水环境承载力的指标应以与人口 、经济有 关的水资源和水污染状况 、污水处理投资和供水费用等 方面来表征工业固定资产产出率 、可用水资源总量与城市总 用水量之比 、单位水资源消耗量的工业产值 、单位水资源 消耗量的农灌面积 、污水处理投资占工业投资之比 、污水 处理率 、单位 COD (或 BOD) 排放量的工业产值 、COD (或 BOD) 控制目标与 COD(或 BOD) 浓度之比等等 。研究的量 化指标依具体水环境对象而又有所不同 。
Abstract : For the further study on water environmental carrying capacity(WECC) ,this paper defined the conception of WECC. Then the characteristics on WECC were discussed at length. And the index system and methods of research and as2 sessment on WECC were analyzed. Key words : water environmental carrying capacity ; characteristics ; index system ; research methods ; assessment methods
[ 收稿日期 ] 2005 - 07 - 211 [ 作者简介 ] 龙平沅 (1979 - ) ,男 ,江西万载人 ,在读硕士研究生 ,主要研究方向为水环境保护及水污染控制 ; 周孝德
(1960 - ) ,男 ,江西玉山人 ,教授 ,博士 ,主要从事水力学及水环境保护方面的研究 ;赵青松 (1976 - ) ,男 ,四 川中江人 ,在读硕士研究生 ,主要从事水环境保护和水污染控制方面的研究 ;刘晓辉 (1982 - ) ,男 ,宁夏中 宁人 ,在读硕士研究生 ,主要从事 PIV 技术及水污染控制方面的研究 1
(3) 人工神经网络法 。人工神经网络是大量简单的 神经元广泛联结而成的用以模拟人脑思维方式的复杂网 络系统 ,它以其并行分布处理 、自组织 、自适应 、自学习和 具有鲁棒性和容错性等独特的优良性质引起了广泛地关 注 。尤其在信息不完备情况下 ,在模式识别 、方案决策 、 知识处理等方面具有很强的能力 ,设计灵活 ,可以较为逼 真地模拟真实社会经济系统 。近年来 ,神经网络技术已 在许多领域得到应用 。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 。 人工神经网络技术可用于水环境承载力的研究中 ,国内 目前研究较少 。
(2) 多目标模型分析法 。水环境承载力应从可持续 发展的角度 ,研究水环境在社会 ———经济 ———生态 ——— 环境 ———资源这一多目标 、多层次 、群决策复杂巨系统中 的作用 ,为多目标模型分析方法提供了理论依据 。该方 法被应用于研究黑河流域水资源承载力[15] ,蒋晓辉等人 建立多目标大系统分解协调模型研究陕西关中地区的水 环境承载力 。该方法考虑了人类不同目标和价值取向 , 融入决 策 者 的 思 想 , 比 较 适 合 处 理 这 类 复 杂 巨 系 统 问 题[14 ] 。
(1) 水环境承载力的客观性 。在某一特定时空和状 态下 ,水环境的自我调节能力和纳污能力 ,所支撑的人 口 、经济及社会可持续发展的最大规模都是一定的 。因 此 ,在特定时期 ,水环境的承载力是固定的 ,是客观存在 的。
(2) 水环境承载力的动态性 。在自然界 ,生态环境系 统是动态平衡的 。所有的自然系统的平衡都处在一种相 对稳定的状态 ,即围绕中心位置有自然波动 ,虽然这种波 动有时可以偏离到不同的平衡位置 ,但总体上是在中心 位置上下波动 。因此 ,水环境是一个相对稳定的系统 ,水 环境承载力是围绕一个中心值不断波动而不是固定不变 的 ,具有动态性 。
迄今 ,国际上很少有专门以水环境承载力为专题的 研究报道 ,大都将其纳入可持续发展的范畴 。我国面临 巨大的水环境压力 ,经济高速增长 ,但万元 CDP 能耗水平 超过 发 达 国 家 3 ～ 11 倍 , 资 源 和 环 境 的 承 载 力 已 近 极 限[1] ,水环境承载力越来越成为我国环境问题的一个重 要研究课题 。水环境承载力是一个国家或地区持续发展 过程中各种自然资源承载力的重要组成部分 ,且往往是 缺水地区制约人类社会发展的“瓶颈”,它对于一个国家 或地区综合发展和发展规模有至关重要的影响 。为了更 深入的对水环境承载力进行研究 ,本文对水环境承载力 的特征及评价进行了详细分析探讨 。
(4) 水环境承载力的分区性 。作为水环境核心要素 的水体 (水质 、水量 、水速等) 在空间分布上有很大差异 , 与水环境密切相关的人类活动也存在明显的地域差异 , 加之不同水域的功能及生态环境保护标准也可能存在差 异 。因此 ,不同水域的水环境承载力是不同的 。
(5) 水环境承载力的可调性 。水环境承载力存在一 定的缓冲弹性力 ,在一定范围内可通过人类活动有效地 进行调控 。比如开源节流 、防污 、区外调水等 。