水资源承载力的研究方法分析
水资源承载力的研究方法分析
文章在阐述水资源承载力研究进展的基础上，对水资源承载力的基本概念进行了说明，并从社会经济、水资源利用、生态环境这一符合型系统出发，分析了在水资源承载力的计算中节水措施发挥的重要作用，对几个创新性、高效率的水资源承载力计算方式进行了阐述。
标签：水资源承载力；基本内涵；研究措施
1 水资源承载力的基本内涵
水资源承载力是承载力在水资源领域中的具体应用，从物理学角度来看，承载力是指物体在不受到外界破坏的基础上，所能够承受的最大压力。随着人口数量的增加、资源环境问题的严重，承载力这一概念逐渐受到社会各界的广泛关注。但是国外针对水资源承载力的研究有限，通常情况下，都是将研究局限在水资源的可持续发展中，而国内关于水资源承载力的研究主要集中在对其基本内涵、评价指标中。
就目前来看，水资源承载力这一概念并没有得到统一，国内的学者面对这一问题，也都是仁者见仁智者见智。但是从整体上来看，可以将水资源承载力的基本概念简单的分为三大类，第一：将水资源承载力定义为水资源能够承受的最大支撑力；第二，将水资源承载力定义为水资源补给的最大规模；第三，将水资源承载力定义为水资源可开发的最大容量；这三种观点各有利弊。它们虽然从三个不同的角度的处罚，但是从内部联系来看还是有一定联系的，“最大支撑力”更加适合评价水资源目前或者在不久的将来社会、经济发展规模的支撑程度和承受能力，而不能精确的反应出可承受的最大范围；而“最大规模”能够满足这一要求；“最大开发容量”能够间接反应出最大的发展规模。
水资源承载力分析必须要建立在可持续发展的基础上，实现水资源的科学利用和高效循环，为生态环境留有充足的水资源，维持大自然的生机和活力，剩下的一部分才用于社会经济的发展。
综上所述，水资源承载力就是在一定的社会、经济条件下，在满足社会生态发展基本需要的前提下，使水资源系统保持合理规模，以实现可持续发展。
2 水资源承载力的研究措施
国内外学者在对水资源承载力进行了长时间的分析研究后，开始形成全新的研究思路，并形成了全新的研究成果。促使水资源承载力的研究方措施开始发生大幅度转变，由之前单一的、静态分析模式转变成了多样的、动态分析模式。就目前来看，流行于界内的研究措施还是有很多种，极具代表性的研究措施在此进行重点阐述，主要包括多目标分析法、系统动力学法和综合评价法、常规趋势法等。
第一，多目标分析法。它在实际应用中，需要确定周围的人口信息、经济发展情况和生态环境信息，只有明确了这些基本信息，才能分别列出这些指标的具体要求，才能在坚持可持续发展的基础上，不过分强调单个目标的最大化，而是追求整个效益的最大化。多目标分析法是一种典型的规划方法，它和综合评价法的不同表现在：评价模型第一步要求设计科学的方案，才能进一步对承载力进行综合评判，需要建立多目标模型，才能计算出最精确的答案，而多目标分析法主要是利用降维手段，把计算中遇到的问题和困难按照一定转化方式变成单目标规划，利用优化算法求解，在此项计算过程中，如何确立目标函数、如何精确选择降维算法都是计算中的重点和重点。而具体的计算模型如下：
第二，系统动力学。这是1956年，由麻省理工学院设计的一种计算机仿真实验，在实际应用过程中，适用于研究复杂系统，将定性和定量分析融入在内，形成了系统性、综合性分析。系统动力学建立在动力学基础上，将水资源承载力模型经过微分方程进行科学模拟，完成对当前社会经济、生态环境的非线性的预测，将社会经济、资源环境作为一个整体，对承载力进行动态分析。系统动力学具有明显的系统性，并且操作快速有效；但是其应用方式较为复杂，对数据精确度要求更严格。具体模型如下：
首先，对系统中组成部分的因果关系进行科学分析。也就是说系统内部各组成部分在运行过程中，存在着密切的、复杂的因果关系，这种因果关系在很大程度上影响着系统运行、发展规律。
其次，需要绘制出精确可靠的系统流程图；在绘制过程中，将系统当做信息反馈工具，对内部所有组成部分以及因果关系的管理控制，用专门的图案或符号进行描述，通过这种方式得到的流程图被业界称为系统流图。
最后，需要成立系统方程式，在系统动力学模型中，对水准变量的变化情况进行了明确的描述，一般形式为：Lk=Lj+（IRjk-ORjk）×DT，其中Lk，Lj是kj时刻的水准，IRjk，ORjk是kj时刻中间时段的流入和流出速度，DT为k、j中间的时段。
第三，综合评价法。这种方法需要建立适当的评价指标体系，并在该体系的指导和约束下对水资源承载力进行科学的综合评价，从而获得一个相对全面、精确的水资源承载力判断结果。
其评判过程通常情况下有选择评价指标、确定指标权重、选择评价方法之分。在现代社会中，综合评价法有很多类型，都有着不同的优点和缺点，其适用范围也不同，这些综合评价方式已经广泛的应用到水资源承载力的研究分析中，但是在实际应用过程中，这些方法都过分依赖正确的评价指标，只有确保评价指标的真实性，才能更加准确、真实地检测出水资源承载力的大小，如今，评价指标的确立很多情况下，都是根据专家的主观经验和认识来确定的，尚未形成统一的、明确的规定，对这方面的研究还有待深入，在此我们将模糊综合评判模型作为典型措施
第四，常规趋势法，它是基于统计分析的研究方法，可以在实际应用中选择一个多项或者单项指标。这是体现一定范围内水资源现状、阈值的最简单、最直接的方法。例如，用固定范围内的人均水资源占有量及其开发利用率，对水资源的承载能力进行概括总结，这些指标能够在很大程度上反映出区域水资源的承载能力，并且具有很强的直观性和便捷性，但是，从另外一个角度来看，此方法并不能完全依据每项指标就对承载力进行正确的综合判断，因为其在运行过程中，在一定程度上忽略了各项指标之间的相互关系，这种方式并不能全面的反应出区域水资源的承载力。
对上述方法进行总结，我们可以看出，水资源承载力的计算措施，大体上可以被分为两类，其一评价性措施，主要对水资源的发展规模、支撑程度进行综合性评判；其二规划行措施；这两种措施在一定程度上对应了承载力的“最大支撑能力”、“最大支撑规模”要求，将两者有效结合是未来水资源承载力计算而得重要趋势，也是得到有效评价、获得最佳方案的重要途径，当前研究领域，就有很多计算方法是在此基础上出现的，比如遗传算法以及粒子群优化算法等。
参考文献
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基于SD模型水资源承载力研究
基于SD模型水资源承载力计算的理论研究
——以青海共和盆地水资源承载力研究为例
雷学东 陈丽华 余新晓 王薇
（北京林业大学，北京 100083）
12摘要： 本文从水资源承载力计算的研究现状入手，引出了规划方法和系统动力学方法相结合进行定性分析，而主要采用系统动力学仿真模型（SDMWRCCB，简称SD模型）进行定量计算的复合研究方法。在对该方法建模思路以及对共和盆地水资源环境系统构成分析的基础上，最后建立了共和盆地水资源承载力模型；该模型的建立为进一步进行共和盆地水资源承载力的定量研究提供了必要的手段。
关键字：水资源承载力 系统动力学方法 共和盆地SD模型
水资源承载能力计算的方法主要包括规划方法和系统动力学方法。规划方法的优点是模型的描述更符合实际，模型的精度更高，缺点是对资料的质量要求高，计算分析的工作量大；而系统动力学方法的优点是模型简单灵活，计算量相对小，但模型的精度不高，模型的描述不一定完全符合实际。由于水资源承载力研究涉及因数众多，又具有多目标、动态性和极限性等特点，两种研究方法有各有优劣；因此，为了更客观、准确地进行水资源承载力研究，在这次共和盆地水资源承载力研究中，我们采取规划方法和系统动力学方法相结合进行定性分析，而主要采用系统动力学仿真模型（SDMWRCCB，简称SD模型）进行定量计算的复合研究方法。
1、系统分析方法的选取和建模思路
从水资源承载能力的内涵可以看出，水资源承载能力研究将面对着包括社会、经济、资源和生态环境在内的纷繁复杂的大系统，这个系统内既有自然因素的影响，又有经济、社会、文化等社会因素的作用。为此，本模型将在可持续发展理论指导下，立足于资源可能性，以系统工程方法为依据，着重从水资源的可能性出发，研究水资源对区域经济的支持作用，回答水资源支持下的区域经济合理发展规模及在一定生活条件下的合理人口载量。
系统动力学(System Dynamics，简称SD)是美国麻省理工学院Jay.W.Forrester教授于1956年创立的。它综合应用控制论、信息论和决策论等有关理论和方法，建立系统动力学模型，以电子计算机为工具，进行仿真实验，所获得的信息用来分析和研究系统的结构和行为，为正确决策提供科学的依据，是研究复杂大系统运动规律的理想方法。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。它融结构与功能、物质与信息、科学与经验于一体，沟通了自然科学和社会科学的横向联系。为研究方便系统动力学还建立了一整套对问题进行定性分析的图形符号系统和绘制系统的因果关系图和流程图的方法。后随系统动力学在多领域的广泛应用，其方法也不断的更新，在80年代涌现出一批系统动力学专
泰安水环境承载力分析与研究
２００８年 第３３期 学术论坛 泰安水环境承载力分析与研究 文／张哲田斌宋庆健李斌 摘 要：采用系统动力学方法，模拟了泰安市未来２０年水环境的演变趋势，并对各种策略下的水环境承载力进行仿真模 拟，为地区水资源利用、水环境保护及经济发展提供科学依据。 关键词：水环境；水环境承裁力；系统动力学 中图分类号：ＴＶ１３１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９－９１６６（２００８）３３（ｃ）一００９３一Ｏｌ 一、水环境承载力系统。水环境承载力系统由ＧＤＰ－Ｔ－系统、 人口子系统、水资源子系统、水环境子系统组成。１、ＧＤＰ子系 统。ＧＤＰ的增长需要增加对水资源的需求，加剧了水资源的紧张 程度，增加废水的排放，造成水环境的污染，而同时ＧＤＰ的增长 促进了水资源的利用程度，提高了水资源的重复利用率，从而为 ＧＤＰ的增长提供了源泉和动力。２、人口子系统：人口子系统对 于水环境承载力的影响体现在人口的增长，生活用水的增加以及 生活污水的排放的增加。３、水资源子系统：水资源子系统包括 可供水资源量和需水量，前者包括地下水资源量、地表水资源量 以及中水回用量，需水量包括ＧＤＰ用水量、生活用水量。４、水 环境子系统：水环境子系统包括污水排放量、处理量、污染物负 荷、河流水环境容量等，该系统主要研究在各种条件下污染负荷 与水环境容量的关系。本研究采用 商ｍ软件进行系统动力学建 模，主要应用步骤为：①定义变量②定义变量间的连接③定义变 量间的关系④模型结构和模型行为检验⑤运行模拟。 二 建立水环境承载力评价指标体系。１、指标确定。水环 境承载力的量化离不开指标体系的确立，水环境承载力指标体 系包括： （１）供水紧张程度：可用水资源量与需水量的比值， 该值越大，水环境承载力越大。 （２）河流水环境容／负比：等 于水环境容量与ＣＯＤ污染负荷比值，该数值越大，水环境承载 力越大。 （３）人均ＧＤＰ：反应经济发展趋势。 （４）单位水资源 ＧＤＰ：用每立方米水资源消耗量产出的ＧＤＰ表示，反映了生产对 水环境索取强度，等于万元ＧＤＰ用水的倒数。 （５）单位污水排 放量的ＧＤＰ：每立方米污水排放产出的ＧＤＰ，等于ＧＤＰ万元污水 排放量的倒数。 （６）生活污水回用量：该数值越大，对水环境 承载力的贡献越明显。 （７）生产污水回用量：生活污水回用量 越大，对水环境承载力的贡献越大。２、水环境承载力的定量表 述。水环境承载力指数可通过以下方法计算，首先确定在水环境 承载力模型中有ｊ个策略，则在一定规划时期内有ｊ个水环境承载 力， 个水环境承载力为指数ＥｊＯ＝１，２，…，ｍ），再设每个水 环境承载力由上述ｉ个具体指标确定的分量组成，即：Ｅｊ＝（Ｅ１ｊ， Ｅ２ｊ，…，Ｅｎｊ），然后进行归一化：其中， ＝ ／∑Ｅｅ （ｉ＝１， ２，…，ｎ）（ｊ＝１，２，…，ｍ），第ｊ个水环境承载力指数的大小 可以用归一化后的矢量模来表示，即：． 『 、 （ｉ＝１，２， ｏ ｏ ｏ ｎ）０＝１，２，…，ｍ）。 Ｉ＜ｌ ， 三、应用实例一泰安市水环境承载力分析与研究。１、泰安 市水环境分析。泰安市多年来由于经济快速发展，用水量急剧 增加，某些区域地下水过度开采，采补不平衡，部分集中开采 区已形成地下水降落漏斗区。除了资源性缺水，全市地表水、 地下水都受到不同程度的污染，无法起到生态环境调控功能， 由污染造成的工农业用水与生活用水供需矛盾日益突出。２、模 型建立。２．１、确定模型初始状态。在建立水环境承载力模型基 础上，以２００５年泰安市的统计数据为模型的初始状态，模拟在 不同策略下，各指标从２００５年至２０２５年的动态变化趋势。２．２、 主要方程构建。该模型包括变量和常量共６３个，包括： （１）工 业总产值＝ＩＮＴＥＧ（＋工业产值年增长量，工业产值现值）； （２） 三产产值＝ＩＮＴＥＧ（＋三产产值年增长量，三产现值）； （３）人口 ＝ＩＮＴＥＧ（＋人口年增长量，人口现值）； （４）可供水资源量＝可 用地表水量＋可用地下水量＋生活污水回用量＋生产污水回用量＋ 外流域调水量（万吨）； （５）需水量＝工业用水量十三产用水量 ＋农业用水量＋生活用水量）。２．３、模型验证。将２ｏｏｏ＃至２００４ 年做为历史回顾性检验时间，把历史参数输入模型进行仿真计 算，然后与历史实际发生的行为数据进行对比，结果表明，模型 行为与实际具有一致性。。２．４、策略设计与仿真模拟。控制反 馈回路中的决策变量，分别模拟几种条件下和综合策略下系统的 发展变化过程。（１）现状条件下：污水处理及中水回用均维持现 状，随着经济发展，人口增长，到２０２５年对水资源的需求增加， 缺水状况越来越严重，水环境质量变差。（２）节约用水：模型中， 据泰安市的节水潜力，逐步采取节水措施，以表函数的形式逐 步减少生活、生产用水和农业灌溉用水，减少水资源需求量。 （３）污水处理：提高污水处理率，以表函数形式在模型中逐步 提高生活和生产污水处理率，增加环境水资源量。 （４）中水回 用：中水主要是指生活及生产污水在经过处理后达到一定水质标 准，可在一定范围内重复使用的非饮用的杂用水，该措施在改善 水质的同时，使中水成为重要的水资源来源，提高了水资源的有 效使用。 （５）综合以Ｊ：２、３、４各策略。 ３、仿真结果与方案对比。图１看出，现状策略下容／负比呈 下降趋势，污染物负荷量逐渐超过河流水环境容量，说明水环境 问题将会越来越严重。由图２可以看出，在各单项策略下，供水 紧张程度日趋紧张，综合策略下水资源紧张程度趋于减缓。 ㈣ —●一现杖 —・●●一撵矗ｉ 赤豳用率 —，卜楗离污水赴理攀 —＊一蒂嫩 —＊～媲敞 图３各策略下的水环境承戴力指数 ４．结论。在不同策略下泰安市水环境承载力的仿真结果看， 如果维持现状，泰安市的水环境将会持续恶化，只有在采取综合 措施下，通过节水、提高污水处理率和回用率等综合措施才可以 有效缓解泰安市的水环境问题，实现水环境与经济社会的快速可 持续发展。
水资源承载力预警系统分析
水资源承载力预警系统分析
一、水资源承载力预警系统概念与机制
（一）预警的概念内涵与工作原理 预警的科学内涵包括预警指标、警戒阈值、预测并评价
危害范围及程度、调控措施5个方面。预警的科学过程就是
通过总结以往系统的发展规律，对已选定的预警指标划定一
定的警戒阈值；同时在系统变化趋势预测基础上，利用警戒
阈值对警情的危害范围和程度进行判断，以此向关联方发出
不同的示警信号，为其及时采取调控措施从而减轻相关损失
提供参考。从预警过程可看出预警是一种更高层次意义上的
预测和评价，预警的目的在于基于预测的结果，对其进行价
值意义上的评价，相对于预测对全面宏观方面的关注，预警
更倾向于对特定异常不利情况的警示作用。
系统科学是预警系统的理论基础，系统工程提供的科学
研究方法自然成为解决预警相关问题的重要途径。从1969
年美国Hall提出的系统工程三维结构图中逻辑维的主要组
成要素包括明确警义、寻找警源、分析警兆、预报警度和排
除警患，预警的工作原理就是在明确警义的基础上，寻找警
源并分析警兆，达到预报警度最终排除警患的目的。预警原
理中的警义包含警素和警度两方面的内容，警素是指系统发
展过程中出现了哪些警情，在实际研究中可按照警情的来源
或者性质进行分类；警度是指警情的严重程度，通常用等级
进行划分。其中警度是明确警义的重点和难点，重点在于确
定警度在实际应用中根据实际情况划分警限，警限的阈值范
围直接影响到系统的状态判别；难点在于警限受制于空间地理位置的不同很难在不同地区划定统一标准，同时进行预警
研究需要警限应在一定时间范围内保持相对稳定，但是实际
上客观的警限随着时间应该是变化发展的。警源是警情和警
患的源头所在，是对事物发展造成不良后果的根源，寻找警
源是调控措施能够治标又治本的关键；警兆是指先于警情发
生的先兆事件，对预警的前瞻性起着至关重要的作用，分析
警兆的目的在于通过对警兆的挖掘分析选用相较于警情指
标在时间上先行的指标作为预警指标，在此基础上的预警才
广西中越国际河流区水资源承载力评估分析
表１ 国内常用的水资源承载力评价研究方法
要义与路线 主要研究方法
选用单个或多个指标，对不 综合 同时段、不同方案、不同区 综合指标法，模糊 域的水资源开发利用规模或 综合评价法．主成 评价法 承载状况进行评价．比较排 分分析法。 序。 从资源承载的主体和客体作 为整体考虑，以系统的、动 支撑 态的观点，研究在不同的社 系统动力学法，多 会经济发展模式、不同的水 目标分析法，常规 评价法 资源开发利用方式下。水资 趋势法。 源对区域的经济和人口在不 同水平年的承载状况。 通过类似区域比较或水资源 背景分析法，供需 极限 量的估算或模拟递推达到极 平衡或定额估算 估算法 限等方法，试图寻求区域水 法，动态模拟递推 法，投影寻踪法， 资源的最大承载能力。 神经网络法。
（二）水资源承载力的计算方法
研究水资源承载力无论是Ｊ，ＡＪ／ｃ资源的最大开发规
模或最大供水量，还是从水资源支撑人类社会经济的 最大规模的视角来考虑，都涉及了自然和社会系统，
一是水资源系统，一是人类社会经济系统，后者是一
个极其复杂的巨系统。以水资源本身的特殊属性来
讲，它的完整性、生态性、极限性、动态性，以及被 赋予的社会经济性等等。水资源系统内部关系复杂，
并且水资源与人口、社会、经济、资源、环境等系统
因素之间，各因素之间的关联性非常复杂，再加上水 资源承载能力与可持续发展具有不可否认的相互联结
关系，因此，水资源承载力评价应该是一个多指标的 评价问题。目前，学术界对水资源承载力的评价方法
属于哪种级别难以做出准确的判断。
这里将采用模糊综合评价法对广西边境地区的水
资源承载力状况进行综合评价。基本思路是选取并建 立边境地区水资源特征、开发利用及水资源对＿Ｔ农业
生产、人民生活和生态环境的供需诸方面指标体系，
建立模糊综合评价模型，对水资源承载力作多因素、
多层次地综合评价，以较好地、更合理地反映边境地 区水资源承载能力的状况。
中国地下水资源生态承载力的研究方法探讨
宁夏农林科技，表1中国地下水承载力研究方法及论文篇数统计
1集中采用多样性研究方法中国地下水资源生态承载力的研究方法探讨
杨廷锋，龙华斌，吴显春
凯里学院，贵州凯里556011
摘要：地下水资源在应对全球气候变化以及在保障供水与生态安全等方面发挥着重要的作用，研究地下水承载力的价值
和意义重大。本文对中国学者研究地下水承载力的现状进行了归纳总结，指出了研究方法存在的不足之处，并提出了相应
的对策建议。
关键词：水资源承载力；研究进展；地下水；中国
中图分类号：P641.8文献标识码：A文章编号：1002-204X（2019）01-0054-04doi:10.3969/j.issn.1002-204x.2019.01.018
ResearchMethodsofEcologicalCarryingCapacityofGroundwaterResourcesinChinaYANGTing-fengetal.AbstractKeywords
基金项目：贵州省科技厅项目（黔科合LH字[2017]7179）阶段成果。
作者简介：杨廷锋（1972-），男，苗族，贵州黄平人，教授，研究方向：区
域资源开发、环境评价与保护。
收稿日期：2018-11-20·资源·环境·541.1模糊综合评判法
1.2主成分分析法
1.3物元模型评价法
1.4集对分析法
1.5系统动力学仿真模型法
1.6可变模糊集理论评价模型法
1.7层次分析法
1.8其他方法2研究特点
2.1研究区域差异明显
2.2研究方法主要围绕评价指标体系的建立
3存在的问题
3.1方法与指标体系不够成熟
3.2时空演变研究稀少而预测研究缺乏
3.3控制机制与对策研究较少杨廷锋，等中国地下水资源生态承载力的研究方法探讨60卷01期5560卷01期杨廷锋，等中国地下水资源生态承载力的研究方法探讨
3.4理论研究建树存在不足
4发展方向
4.1进一步加强新方法与新技术的运用以及评价体系建
设与完善
4.2加强时空演变及预测机制的研究
基于模糊评价方法的石河子市水资源承载力研究
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—９２３５．２０１１．０３．００３ ２０１１年第３期・ＰＥＡＲＬ ＲＩＶＥＲ人民珠江 基于模糊评价方法的 石河子市水资源承载力研究 蔡建丽 ，雷晓云 （１．新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐８３２００５；２．兵团水产技术推广总站，新疆 乌鲁木齐８３００００） 摘要：运用模糊综合评价方法对干旱区绿洲城市石河子水资源的开发利用程度进行分析，得出在目前状态下，石 河子市水资源承载力已经接近饱和状态，应采取相应措施。 关键词：模糊综合评价；水资源承载力；石河子 中图分类号：Ｘ８２４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－９２３５（２０１１）０３－０００５－０３ １研究区概况 新疆石河子市位于天山北麓中段、准噶尔盆地南缘的玛 纳斯河流域，是随着新疆的屯垦事业发展起来的一座新兴城 市，它地处天山北坡经济带的中心区域，随着西部大开发的 逐步实施，区域的国内生产总值（ＧＤＰ）以年递增１０％左右 的势头高速发展，城市工业发展速度高达１３％，经济总量占 全兵团的四分之一以上 ，目前既是新疆的重点经济区，又 是兵团推进新型工业化的主要载体，战略地位十分重要。 玛纳斯河是石河子市的母亲河，其地表水资源量为 １３．２５×１０ ｍ （红山嘴断面），流域地下水天然补给量０．６５ ×１０。ｍ ，承载着全流域２１．０８７×１０ ｈｍ 农田灌溉用水、石 河子市和玛纳斯县城近５０万人口的生活及工业用水。与新 型工业相比，农业对地区的经济总量的贡献是有限的，而且 不稳定，石河子市作为地区工业的主要载体，水资源供求矛 盾日渐突出，如何提高各行业的用水效率、优化水资源配置 和节约用水成为当务之急。 ２水资源开发利用程度的评价方法 水资源作为一个庞大的系统，其开发利用涉及自然条件 和社会经济诸多因素，而水资源开发利用模式是这些因素的 最佳体现。水资源开发利用水平评价实质上是一个具有确 定性的评价指标和评价标准与具有不确定性的评价因子及 其含量变化相结合的分析，应用模糊综合分析可以较好地解 决这一难题 Ｊ。 ２．１模型的建立 ２．１．１模型概述 给定两个有限论域：评判因素集合Ｕ＝｛“ ，“：，…… ｝；评语集合Ｖ＝｛ 。， ，…… ｝。首先对评判因素 进行 单因素评价，确定其对评价等级 的隶属度ｒ 这样可得ｍ 个评价因素的评价集构造出的评判矩阵 ： 收稿日期：２０１１—０４—０２ 作者简介：蔡建丽，女，河南南阳人，主要从事水利工程建设管理工作。 Ｒ： 然后根据各评判因素对水资源承载力的影响程度的大 小，将各评判因素对水资源承载力的影响赋予不同的权重， 得权重矩阵Ａ＝｛。，，ｏ ，……ｏ ｝。根据上述矩阵Ａ和Ｒ，将 ＝Ａ×Ｒ按矩阵运算规则可求得水资源承载力的评判结果矩 阵，然后根据 。， ， 分级指标的评分值 。、 ：、Ｏ／，，即可求 流域水资源承载力综合评判值 Ｊ。 ２．１．２ 因素集的划分及评语等级论域的建立 按照各个因素对区域水资源承载力的影响程度，将各个 因素对水资源的影响程度划分为３个等级，其中， 级表示 状况较差，属不可承载状态，表示水资源承载力已接近饱和， 可利用开发的潜力较小，这时应采取相应的对策； 级表示 情况较好，属理想承载状态，水资源仍有较大的承载潜力，可 开发利用的空间较大，水资源的供需情况较为乐观； 级介 于以上两者之间，是可承载状态，表明研究区的水资源开发 利用已经有相当规模，仍有一定的开发潜力，水资源的供给 对国民经济的发展有一定的保证。 ２．１．３ 单项指标的评价及隶属函数的建立 为了消除各等级之间数值相差不大，而评价等级相差一 级的跳跃现象，使隶属函数在各级之间平滑过渡，将其进行 模糊处理。对于 级即中间区域，令其落在区域中点的隶属 度为１，两侧边缘点的隶属度为０．５，中间向两侧按线性递减 处理。对于 。和 两侧区间，则令距临界值越远属两侧区间 隶属度越大，在临界值则属两侧等级的隶属度各为０．５。现令 级和 级的临界值为Ｋ。， 级和 级的临界值为 ， 等级区间中点值为 ， ＝（ ＋ ）／２。各评价因素对于各
云南省水资源承载力与可持续利用研究
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—９２３５．２０１４．０１．００７ ２０１４年第１期・ＰＥＡＲＬ ＲＩＶＥＲ人民珠江
云南省水资源承载力与可持续利用研究
葛 强，雷艳娇
（云南农业大学水利水电与建筑学院，云南 昆明６５０２０１）
摘要：云南省水资源承载力研究中，采用了主成分分析方法，建立了反应云南省水资源承载力指标体系，在现有
的资料基础上，选取１２个指标进行主成分分析，从中提取３个主成分进行研究。从评价结果看出，云南省水资源
承载力得分在２００９年以后总体呈现下降趋势，２０１１年达到最低值，为一１．２１９ ９，导致了水资源可持续利用受到影
响，水资源承载力评价结果对可持续利用对策具有理论参考。
关键词：水资源承载力；主成分分析；可持续利用；云南省
中图分类号：ＴＶ２１３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—９２３５（２０１４）０１－００２９－０３
０前言
水资源承载力是衡量水资源可持续利用的一个重要指
标，也足与社会经济、生态环境相关联的一个关键指标，对实
现最严格的水资源管理，区域环境达到极限状态具有重要意
义。水资源承载力评价就是采用合适的水资源承载力评价
指标，建立相关的数学模型，对一个地区的水资源开发利用
程度进行评价，分析其水资源承载力状况，并为水资源可持
续利用提供科学依据和决策 Ｊ。总体上来看，水资源承载力
研究正从概念、计算方法的初级阶段逐步向系统复杂、理论
科学统一的体系转变。
水资源承载力评价可以解决一个地区常见的水资源利
用问题，如供应和需求，人口和经济容纳，同时，能反映社
会～经济一生态水系统的特点和城市水资源开发的作用 。
目前，关于采用多种数学方法对水资源承载力评价很多，主
要有：综合指标法、模糊综合评价法、主成分分析方法、系统
动力学法、多目标分析法、投影寻踪法等 。主成分分析法
与上述其他方法具有不同的理论依据，其优点对主要影响因
素进行转化，减少计算量，避免存在的主观因素。鉴于此，本
基于物元分析法的水资源承载力评价方法研究
第３２卷第８期 ２０１０年８月 人民 ＹＥＬＬ０Ｗ 黄河 ＲＩＶＥＲ Ｖｏ１．３２．Ｎｏ．８ Ａｕｇ．，２０１０
【水资源】
基于物元分析法的水资源承载力评价方法研究
陈南祥，陈可飞
（华北水利水电学院资源与环境学院，河南郑州４５００１１）
摘要：基于水资源承载力评价具有多目标不相容性的特点，在分析水资源承载力影响因素的基础上，构建水资源承载
力评价指标体系，并采用基于物元分析的水资源承载力评价方法，对禹州市水资源承载力进行了分析。结果表明：通过
提高工业高效用水水平，推动节水型社会建设，可使整个禹州市的水资源承载能力得到提高。
关键词：水资源；承载力；物元分析；禹州市
中图分类号：ＴＶ２１３．９ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—１３７９．２０１０．０８．０３２
水资源承载力是指在一定流域或区域内，自身的水资源在
维系良好生态系统的基础上能够支撑经济社会发展的规模。
在一定的区域和时段内，水资源承载力是有限的，若人类社会
和经济发展超过其极限承载力，将失去水资源的支撑而受到严
重的制约 。
水资源承载力评价涉及水资源系统、生态系统及社会经济
系统等，是一个多指标评价问题。这些指标由于来自不同系
统，因此必然存在着一定的不相容性。２０世纪８０年代我国学
者蔡文教授提出的物元分析理论是用于解决不相容问题的有
力工具 。
１物元综合评价模型
假定事物名称为Ⅳ，关于特征Ｃ的量值为Ｖ，把有序３元组
（Ｎ，Ｃ，１３）作为描述待评价事物的基本元（简称为物元），可表示
为Ｒ＝（Ｎ，Ｃ， ） 。若事物Ｎ由ｎ个特征（ｃ．，ｃ２，…，ｃ ）和相应
的量值（ 。， ，…， ）来描述，则称Ｒ为ｎ维物元，记为
Ｒ０Ｊ＝ Ｎ ｌ
ｃ２ ● ：
Ｃ Ｒ１
Ｒ２
● ●ｏ
１．１经典域与节域
假定水资源承载能力的量化指标有ｎ项，分别用ｃ。、ｃ 、…、
ｃ 表示，水资源承载能力的量化指标可划分为ｍ级，则第 级水
基于主成分分析的成都市水资源承载力研究
第１２卷 ２０１２笠 第１２期 １２月 中 国水运 Ｏｈ ｉ ｎａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｖｏ１．１２ Ｎｏ．１２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２Ｏ１ ２
基于主成分分析的成都市水资源承载力研究
白若男，欧洋铭，梁 川
（四川大学水利水电学院，四川成都６１００６５）
摘要：介绍了基于主成分分析理论的区域水资源承载力评价方法，以成都市为例，选取了１３个指标进行主成分
分析，从中提取出３个主成分对成都市水资源承栽力进行研究。结果表明，２０００￣２００９年，成都市水资源承载力 呈现逐年增加的趋势，就其原因进行了分析，得出经济发展、人口情况和水资源开发利用程度是影响水资源承载力
的主要因素。本研究评价结果较好，可以为该地区的水资源可持续开发利用提供理论参考。 关键词：水资源承载力；主成分分析；成都市 中图分类号：Ｆ２９９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－７９７３（２０１２）１２－０２００—０３
一、引言 现阶段，关于水资源承载力的研究方法有多种，比较有 代表性的有背景分析法、常规趋势法、模糊评价方法、多目
标决策分析法、主成分分析法等。 背景分析法和常规趋势法计算方便，简单易行，但分析 过程中因子间“相互独立”，忽略了各承载因子之间的相互联
系，这对水资源承载力这一复杂的自然社会经济系统来说显 得过于单薄；模糊评价方法克服了因子间“相互独立”的局
限性，但它采用了取大取小的运算法则，这会使部分有用的
信息遗失；多目标决策分析法不追求单个目标的优化，而追 求整体最优，但是其权重的确定多是主观判断的，因此结果
客观性较差；主成分分析法同时克服了模糊综合评判和多目 标决策分析法的缺陷，其本质目的是对高维变量系统进行最
佳综合与简化。本文以成都市为例，采用主成分分析法对区 域水资源承载力进行具体分析和计算。 二、主成分分析法
主成分分析法由Ｈｏｔｅｌｌｉｎｇ于１ ９９３年首先提出，是利
用降维思想，把多指标转化为少数几个综合指标的多元统计 分析方法。 １．基本原理” 假设观测指标共有Ｐ个，最简单的将这些指标综合的方
水资源承载力
1 水资源承载力
1.1 承载力概念提出
承载力，又称承载能力、承受能力，最初它是物理学中力学的概念，结构物如地基、柱体、构筑体等根据自身的密度、质量、体型、空间各向尺寸和相对位置等力学特性，对外部或其他结构物的抵抗能力，具有力学中压强的量纲如kg/cmZ、N/cm，，是衡量结构物内在构成和联系的属性，反映结构物对外部环境贡献的相对能力的大小。随着科学的发展、人类文化的进步和思想观念的更新，承载力的概念逐渐延伸到心理学、环境、生态、资源等领域，如俗称的心理承受能力、生态承载能力、经济承载能力、资源承载能力、土地资源承载力等等，它们己经没有了力学的量纲，是抽象的概念。这些概念虽然都有一个共同的含义，即试图表达出受体对载体的贡献大小，但在各个领域都有各自特定的、狭义的定义，量纲、表达方式并不统一。从物理概念到生态、资源的抽象概念，承载力经过了逐步演化的复杂过程。
最初借用承载力一词的其他学科是群落生态学，其含义是“某一特定环境条件下某种生物个体存在数量的最高极限”。承载力理论在实践中的最初应用领域是畜牧业。在北美、南美及亚洲草原地区，由于草地开垦、过度放牧等原因，土地开始退化，为有效管理草原和取得最大经济效益，一些学者将承载力理论引入到草原管理中，随之草地承载力、最大载畜量等相关概念相继被提出。随之出现的另一概念是土地承载力，这一概念的提出是在全球人口不断增加，耕地面积日趋减少，人类面临粮食危机的背景下产生的。同样人口的增长和工业化的快速发展使资源的消耗急剧增加，承载力的概念逐渐被资源领域所采纳。水资源承载力是随着全国乃至全球范围内水问题的产生、水资源的紧缺严重影响了人类发展的情况下应运而生的。
承载力理论在实践中的最初应用领域是畜牧业，出现了草地承载力、最大载畜量等概念。自20世纪中叶以来，随着人口的增长和经济的发展，资源短缺、生态环境恶化等问题日趋严重。人们不得不从资源的角度研究其所能支撑的社会经济发展规模，以保证社会经济的可持续发展。20世纪80年代，承载力的研究逐步扩展到土地、水资源、矿产资源等主要资源领域。概括而言，承载力是一个与资源察赋、技术手段、社会选择和价值观念等密切相关的、具有相对极限内涵的概念，它本质上是动态的和非单一的关系的。