《水资源承载力》PPT课件.ppt

/41,1,水资源承载能力综述,Wei wei,/41,2,目 录,1 水资源规划概述 2 水资源承载能力概念 3 水资源承载能力内涵 4 水资源承载能力的特性 5 水资源承载能力的影响因素 6 水资源承载能力的主要研究内容 7 国内外水资源承载能力的研究状况 8 水资源承载力研究中存在的问题9 发展趋势,/41,3,1 水资源规划概述,现代意义下的水资源规划是水利规划的重要组成部分，主要是对流域或区域水利综合规划中进行水资源多种服务功能的协调，为适应各类用水需要的水量科学分配，水的供需分析及解决途径，水质保护及污染防治规划等方面的总体安排。水资源规划作为国民经济发展总体规划的重要组成部分和基础支撑规划，其目标就是通过制定水资源综合规划，进一步查清我国水资源的现状，在分析水资源承载能力的基础上，提出水资源合理开发、高效利用、优化配置、全面节约、有效保护、综合治理、科学管理的布局和方案，作为今后一定时期内水资源开发利用与管理活动的重要依据和准则，促进和保障我国人口、资源、环境和经济的协调发展，以水资源的可持续利用支撑经济社会的可持续发展。水资源综合规划主要包括以下几方面内容：水资源调查评价；水资源开发利用现状评价；水资源需求预测；节约用水规划；水资源保护与污水处理再利用规划；水资源开发利用潜力分析与供水预测；水资源合理配置；水资源开发利用布局与实施方案制定；规划实施效果评价；水资源可持续利用保障措施制定；水资源综合规划信息系统建设等。其中，水资源承载能力分析作为水资源开发利用潜力分析的一个重要内容，同时也是水资源规划必不可少的一部分。,/41,4,2 水资源承载能力概念,2.1承载力及承载能力的概念 承载力(Bearing Capacity)，原为力学中的一个指标，是指物体不产生明显破坏时的极限荷载，是静态的，无交互的。人们在研究区域系统时候，常借用这一概念来描述区域对外部环境变化的最大承受能力。承载能力(Carrying Capacity)是力学中的承载力这一概念的延伸和发展，最早明确地被使用于生态学中衡量某一特定区域维持某一物种最大个数的潜力，是动态的，相互影响的，如著名的草原“鼠口”问题，“狼群问题等。对多种生物的研究历史表明，任何物种的生存发展都遵循着一定的规律，即开始增长缓慢，环境条件好时增长较快，数量急剧增长，当到达一定的数目时，由于环境的制约，种群出现大量死亡导致数量大量下降，重新回到新的平衡。从承载力和承载能力的细微差别可以看出承载能力在研究过程中由静态向动态，无交互向相互影响的转变过程。之后承载能力被广泛使用于环境或生态系统承受发展和特定活动能力的研究。随着资源短缺与社会经济发展矛盾的不断加剧，承载能力的概念和理论被应用于资源科学领域。,/41,5,2.2水资源承载能力概念 20世纪以来，随着人口膨胀，工农业用水猛增而出现的水资源紧缺以及水环境污染日益严重，已严重威胁人类自身的生存，因此，水资源可持续发展的观点随之出现。而“水资源承载能力”的概念，是伴随着可持续发展理念的产生以及人们在对社会可持续发展与水环境相互关系有了深刻认识基础上提出的。“水资源承载能力”(Carrying Capacity of Water Resources)的概念，与其它承载能力一样，源于生态学中的“承载能力”(Carrying Capacity)一词，是自然资源承载能力的一部分。在众多资源承载能力问题的研究中，水资源承载能力是较为复杂的一种。但目前为止，国际上还没有对水资源承载能力的统一定义，也很少有专门以水资源承载能力为专题的研究报道，只是将其纳入可持续发展的研究中。国内对于水资源承载能力概念的论述很多，但也没有见到统一公认的界定，然而总的趋势是一个逐步完善的过程。90年代以来，关于水资源承载能力的研究方兴未艾，各种观点、概念、方法如雨后春笋般不断涌现，但迄今为止仍然没有形成一个系统的、科学的理论体系。其中较有代表性的有：,/41,6,水资源承载能力是指某一地区的水资源，在一定社会历史和科学技术发展阶段，在不破坏社会和生态系统时，最大可承载(容纳)的农业、工业、城市规模和人口的能力，是一个随着社会、经济、科学技术发展而变化的综合目标。(施雅凤等，1992年)在一定的技术经济水平和社会生产条件下，水资源可最大供给工农业生产、人民生活和生态环境保护等用水的能力，也即水资源的最大开发容量。(许有鹏，1993年)在未来不同尺度上，以预期的技术、经济和社会发展水平及与此相适应的物质生活水准为依据，一个国家或地区利用其自身的水资源所能满足其工农业生产及城镇发展需要和能够持续稳定供养的人口数量。(蔡安乐，1994年)在一定区域、一定物质生活水平下，水资源能够持续供给当代人和后代人需要的规模和能力。(冯尚友.刘国全,1997年)在某一具体的历史发展阶段下，以可预见的技术、经济和社会发展水平为依据，以可持续发展为原则，以维护生态环境良性发展为前提，在水资源合理配置和高效利用的条件下，区域社会经济发展的最大人口容量。（许新宜，1997年）,/41,7,从“能力”的角度定义“在一个地区或流域的范围内，在具体的发展阶段和发展模式下，当地水资源对该地区经济发展和维护良好的生态环境的最大支撑能力。”（贾嵘，1998年）在 西北地区水资源合理配置与承载能力研究技术大刚中提出水资源承载能力是“在某一具体的历史发展阶段下，以可以预见的技术、经济和社会发展水平为依据，以可持续发展为原则，以维护生态环境良性发展为条件，经过合理的优化配置，水资源对该地区社会经济发展的最大支撑能力”(王浩,1998年)。在某一历史发展阶段的技术、经济和社会发展水平条件下，水资源对该地区社会经济发展的最大支撑能力。(刘燕华，1999年)某一历史发展阶段，以可预见的技术、经济和社会发展水平为依据，以可持续发展为原则，以维护生态良性循环发展为条件，在水资源得到合理开发利用下，该地区人口增长与经济发展的最大容量。(李令跃，2000年)。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。（何希吾，2000年）,/41,8,在一定流域或区域内，其自身的水资源能够持续支撑经济社会发展规模，并维系良好的生态系统的能力。(汪恕诚，2001年)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。（惠泱河，2001年）某一区域在特定历史阶段的特定技术和社会经济发展水平条件下，以维护生态良性循环和可持续发展我为前提，当地水资源系统可支撑的社会经济活动规模和具有一定生活水平的人口数量。（朱一中，2002年）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有限发展目标的最大的社会一经济规模。(夏军，2002年)在一定社会技术经济阶段，在水资源总量的基础上，通过合理分配和有效利用所获得的最合理的社会、经济与环境协调发展的水资源开发利用的最大规模或在一定经济技术水平和社会生产条件下，水资源可供给工农业生产、人民生活和生态环境保护等用水的最大能力，也即水资源的最大开发容量。（张丽、董增川，2003年）,/41,9,在可持续发展原则下，在一定的区域范围内，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有限发展目标的最大的社会经济规模。（雷学东，2004年）在一定区域内，在某一具体发展阶段下，以可预见的技术和社会经济发展水平为依据，以可持续发展为原则，经过合理优化配置，水资源支持社会经济和生态环境发展的能力。（方国华，2006年）国家“九五”科技攻关项目西北地区水资源合理配置与承载能力研究将水资源承载能力定义为：“在某一具体历史发展阶段下，以可预见的技术、经济和社会发展水平为依据，以可持续发展为原则，以维护生态环境良性循环发展为条件，经过合理的优化配置，水资源对该地区社会经济发展的最大支撑能力。”（2006年）在某一历史发展阶段，以可预见的技术、经济和社会发展水平为依据，以可持续发展为原则，以维护态环境良性循环发展为条件，在水资源得到合理开发利用下，某地区的水资源持续支持人类社会发展规模(即一定生活质量的人口数量)的最大支撑能力。（田小娟，2006年）在一定的时期和技术水平下，当水管理和社会经济达到优化时，区域水生态系统自身所能承载的最大可持续人均综合效用水平或最大可持续发展水平。（耿福明，2007年）,/41,10,区域(地区)水资源在某一具体的历史发展阶段下，以可以预见的技术、经济和社会发展水平为依据，以可持续发展为原则，在满足生态用水的前提下，经过合理的优化配置，可以支撑的最大的、协调发展的社会经济、环境与人口的规模。（刘树锋、陈俊合，2007年）从社会经济学与环境学相结合的角度来界定水资源承载力的内涵，即水资源承载力是社会经济系统和环境系统综合作用的产物，它是在确定的社会经济状况下，环境系统中水资源对社会经济系统的最大可供给量。（王莉芳、李怡，2007年）指一定时期内、一定经济技术条件下、以流域社会一经济一生态相互协调可持续发展为目标，流域水资源系统能够支撑的最大人口数量及社会经济规模。（冯发林，2007年）在一定经济技术水平和社会生产条件下，水资源可最大供给工农业生产、人民生活和生态环境保护等用水的能力。（袁伟、楼章华，2008年）某一区域在某一具体的历史发展阶段下，以可预见的技术、经济和社会发展水平为依据，以维持生态良性循环和可持续发展为前提，经过合理的优化配置，水资源对该地区社会经济发展的最大支撑能力。（陈南祥、班培莉，2008年）,/41,11,2.3水资源承载能力概念分析 任何一个概念的研究，不可缺少的应该有研究条件，如：时间、空间，历史背景等；研究主体；研究客体；研究目的。据此，可以将上述学者对承载力的概念研究从纵向上划分为三个阶段，具体如表所示：,/41,12,/41,13,从横向上来看，基于研究者考虑承载力的角度不同，可以将其归纳为两类，具体如表所示：,/41,14,3 水资源承载能力内涵,（1）生态内涵 水资源承载能力的生态内涵具有两层涵义：第一，水资源所承载的综合效用具有生态上的极限，水资源的开发利用应以不超过这种极限为前提；第二，由于水资源承载能力具有极限涵义，所以当达到水资源承载能力时，也必然意味着这一生态极限得到充分的利用。而且，水资源承载能力的生态极限还应当建立在水生态系统的整体性上。,/41,15,（2）时空内涵 从时间角度讲，“水资源承载能力”具有时间属性。在不同的时期，社会经济发展水平不同，科技水平不同，开发利用水资源的能力不同，水资源利用率不同，对污水的处理能力不同，用水定额不同以及人均对水资源的需求不同，从而单位水资源量的承载能力也不同。从空间角度讲，不同区域的水资源量、水资源可利用量、社会发展水平、产业结构、经济基础、生态环境问题、其他资源潜力等方面存在差异，水资源承载能力可能不同。,/41,16,（3）社会经济内涵 水资源承载能力的社会经济内涵主要表现在三个方面。第一，水资源承载力是以“可预见的经济技术发展水平”为依据。这里可预见的经济技术水平主要包括水资源的投资水平、开发利用和管理水平；第二，水资源承载能力是“经过合理的水资源优化配置”而得到的，而水资源优化配置是一种社会经济活动行为；第三，水资源承载能力的最终表现之一为区域社会经济发展规模，体现了水资源承载能力的社会经济内涵。,/41,17,（4）持续内涵 可持续内涵主要体现在两个方面：第一，水资源承载能力以可持续发展为研究原则，包含了水资源应能满足社会经济和生态环境的可持续发展；第二，水资源承载能力的增强是可持续的，即随着社会的持续发展，水资源承载能力的增强总是持续的。,/41,18,4 水资源承载能力的特性,水资源承载能力具有自然和社会的双重属性，同样具有(1)动态性；(2)跳跃性；(3)相对极限性；(4)模糊性；(5)被承载模式的多样性；（6）不确定性；（7）可增强性。,/41,19,5 水资源承载能力的影响因素,水资源支撑社会经济发展的承载能力的影响因素，可用“爬坡”模型来说明。,/41,20,可以看出，除了受水资源系统本身的特性如自然环境、水资源量等的影响外，影响水资源承载能力的因素还包括水资源客体对水资源承载能力的反作用因素，即生产力水平、社会经济结构、生态环境状态以及人类的活动能力和意识形态，比如科技进步、水资源利用效率、管理体制和法制建设等等众多因素，同时水资源承载能力主客体的相互作用也将是影响水资源承载能力的重要因素，主要包括水资源与经济社会发展的匹配程度，水资源系统的供水保证程度，水资源开发利用程度，用水分配比例等水资源系统、社会经济系统和生态环境系统之间的复杂相互作用关系。,/41,21,6 水资源承载能力的主要研究内容,水源构成与开发利用方式；水资源与其他资源之间的平衡关系；国民经济发展规模及内部结构；水资源的开发利用与国民经济发展之间的平衡 关系；生态系统保护范围及程度；水资源开发利用与生态环境保护之间的平衡 关系；人口发展与社会经济发展的平衡关系。,/41,22,7 国内外水资源承载能力的研究状况,7.1国外 水资源承载力在国外的专门研究较少，常常仅是在可持续发展问题中得到泛泛的讨论。国外往往使用“可持续利用水量”、水资源的生态限度或水资源自然系统的极限、水资源紧缺程度指标等来表述类似的涵义，且一般直接指天然水资源数量的开发利用极限。1973年，澳大利亚的Millington等人应用多目标决策方法，以土地资源、水资源、大气、气候等条件为约束，计算澳大利亚的土地承载力，然后依据研究结果提出了几种社会发展策略并分析了相应的发展前景。1977年，发展中国家土地的潜在人口支持能力研究联合国粮农组织也开始了和承载力相关的研究工作，首次应用了农业生态区域法(AEZ)。20世纪80年代初，联合国教科文组织资助研究开发了资源承载力研究的ECCO模型(Enhancement of Carrying)，该模型是由英国科学家斯莱瑟教授提出的一种承载力估算的综合资源计量技术，也称为“提高承载力的策略模型”。,/41,23,1998年美国陆军工程兵团(US Army Corps of Engineers)和佛罗里达州社会事务局(Florida Department of Community Afairs)共同委托URS公司对佛罗里达Keys流域的承载能力进行研究；Jonathan(1998)等从供水的角度对城市水资源承载力进行了相关研究；Rijisberman等在研究城市水资源评价和管理体系中将承载力作为城市水资源安全保障的衡量标准；瑞典水文学家Mailn Falekmnak提出的“水紧缺指标”(Water-stress index)，涉及到水资源的承载限度等方面；将水资源作为其中重要的影响因素，着重研究了农业生产区域水资源农业承载力，并把此作为区域发展潜力的一项重要衡量标准；Olli Varis等人（2001）以水资源开发利用为核心，分析了中国长江地区日益快速的工业化、不断增长的粮食增长需求、环境退化等问题给水资源系统造成的压力，并参照不同地区发展历史把长江流域的社会经济现状同其水环境承载能力进行初步比较。,/41,24,7.2国内 国内水资源承载力研究起步较晚。随着我国20世纪80年代末以来进行的西部开发的不断深入，经济社会的发展对水资源需求增加，并挤占生态用水，使西北干早区出现了生态环境恶化的趋势。在此情况下，以施雅凤院士为代表的中科院水资源新疆课题组提出了水资源承载力的问题，但当时的概念、理论和计算方法等都处于萌芽状态。进入90年代以来，在社会经济发展中坚持走可持续发展道路已是普遍的共识，而水资源短缺与“水资源安全”问题也已成为影响可持续发展的重要制约因素，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，水资源承载力研究己引起学术界的高度关注，并成为当前水资源科学中的一个重点和热点研究问题。下面将我国对水资源承载能力的研究进展总结如下表：,/41,25,/41,26,/41,27,/41,28,/41,29,水资源承载力的研究方法多样，目前对其的研究主要分为三类:（1）评价区域水资源承载能力:综合指标法、模糊综合评价法、主成分分析法；（2）研究区域某种状态下水资源的承载状况:系统动力学法、多目标分析法、投影寻踪评价法、物元分析法、密切值法、人工神经网络法；（3）寻求区域水资源最大承载能力:背景分析法、简单定额估算法、动态模拟递推法。然而，对于每一种方法都有各自的特点，下面就将各研究方法的原理及特点总结如下表：,/41,30,/41,31,/41,32,/41,33,/41,34,这些方法各具特点，同时难免存在缺陷，没有一种“放之四海而皆准”的方法。因此，现在已经有许多学者在合适的条件下，将多种方法联合使用，从而得到更加完善的研究方法和研究结果。如：付强（2003）将实码加速遗传算法与投影寻踪模型相结合，建立了水质评价投影寻踪模型（RAGA-PPE），用于对长春南湖水的营养状态进行评价朱一军，夏军（2004）将多目标情景分析方法和综合评判法结合，对西北地区水资源承载力进行了研究。Michael（2005）将神经网络强大的多元非线性数据处理能力和自适应学习能力与投影降维方法相结合，提出了两种具有广泛适应性的多元非线性函数的投影寻踪神经网络优化学习算法PPLMA(Projection Pursuit Learning Model）和DPPLM(Discrete Projection Pursuit Learing Model)。梁春玲（2006）将模糊集理论与最大熵原理相结合，用于对肥城市水资源承载力进行评价，而且陈南祥，班培莉（2008）将该方法应用与河南省水资源承载力的评价中。赵益军（2006）利用遗传算法优化神经网络，并将该方法应用于淮河流域水资源承载力的综合评价中。,/41,35,8 水资源承载力研究中存在的问题,由于水资源承载力的研究起步比较晚，涉及的内容复杂、影响因素多且处于动态变化中，虽然有很多学者都非常关注，但目前关于水资源承载力的研究仍存在着以下三点问题：理论基础不完善；研究原则和目标不明确；亟待建立完善公认的、适合区域或流域特点的承载能 力指标体系。,/41,36,9 发展趋势,一 趋向于宏观和微观两极 水资源承载能力研究趋于两极化，分别从面上和点上两方面的研究展开。面上研究主要集中在流域或较大区域，而且随着信息的获取手段不断更新，研究的区域也不断扩大，同时强调水资源系统综合研究，考虑自然因素和人类活动对水资源承载力的共同作用。点上研究即城市或小区域的水资源承载力方面的研究将更加细化，由城市水系统的研究辐射到各行业水资源的承载力分析，如进行工业、农业、生态甚至工农业内部的某一方面的水资源承载力研究等等。另外，空间差异与区域组合研究将会加强，以进一步增强水资源承载力研究成果的应用性。,/41,37,二 研究方法由静态评价逐步向动态模拟方向 发展 水资源承载力的研究方法由传统的静态转向动态模拟，使研究区域时间上的连续性成为可能。逐步建立一套能反映问题本质、技术上可行、科学上有依据，而且能反映承载问题多元性、非线性、动态性、多重反馈等特征的模型，从而实现对水资源承载能力的估算和动态变化过程的预测评价。,/41,38,三 引进新思路、新方法、新技术 水资源承载力研究涉及从水文水资源科学到社会经济科学、规划科学、计量科学等不同层次、不同学科的研究范围，采用多种研究方法进行全方位的研究，属于典型的交叉学科研究领域，各学科的合作研究将会得到更深层次的发展。现代计算机技术、网络技术、微电子技术、现代通信技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统及自动化等新方法和新技术可以提供快速准确的信息，为水资源承载力研究提供更准确、更深入、更全面的定量研究结果，使水资源承载力研究取得突破性进展。,/41,39,参考文献,1 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