流域水资源承载能力浅析 张丽 董增川 摘 要
水资源承载能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，且往往是水资源短缺和贫水地区支持人口与发展的“瓶颈”资源。因此，水资源承载能力对一个国家或地区综合发展和发展规模是至关重要的。目前对水资源承载能力的定义和研究方法各式各样，但至今没有一个统一的定义，各种理论及计算方法也只是处于探索阶段，尤其是水资源承载能力与可持续发展的关系问题，虽然已经公认两者之间具有相互联结的关系，但两者之间到底是怎样的联结关系还不很清晰。本文试图从水资源承载能力的基本概念出发，深入剖析水资源承载能力的内涵和特性，详细论述水资源承载能力与可持续发展和优化配置的关系，目的是为水资源承载能力研究提供思路。 一、承载力的起源、演化与发展 承载力（Carring Capicity）一词原为物理力学中的一个物理量，指物体在不产生任何破坏时所能承受的最大负荷，具有力的量纲，可以通过野外的或室内的力学试验得到具体数据，在某些情况下（如在材料弹性范围内或在一定试验资料基础上）也可通过力学理论或经验公式计算。当人们研究区域系统时，普遍借用了这一概念，以描述区域系统对外部环境变化的最大承受能力。随着研究的深入，承载力被发展为现在的承载能力，成为描述发展限制程度最常用的概念。 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（主要指生存空间、营养物质、阳光等生态因子的配合），某种生物个体存在数量的最高极限”。对多种生物的研究表明，种群开始形成时期增长缓慢，在环境条件较好时，增长加快，往往会生长过头，待种群数量达到一定值超过其承载容量后，由于环境阻力限制，种群会大批死亡而导致种群数量骤然下降，然后再重新回到新的平衡，用数学式子表示为： 式中的ｒ为种群在无限制环境下的增长系数，即内禀自然增长率；Ｋ值为种群增长最高水平，称为该物种的环境承载量。可以说，在地球进化史上，所有生物的发展都遵循这一规律，而惟一例外的是人类。 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。应该说，承载力理论在这一领域的应用取得了成效，即使在今天，草原生态学家仍在使用这一概念，用以指导畜牧业生产。 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。工业化革命以后，全球性区域发展的规模与速度加剧，特别是人口的急剧增长，导致一些地区超出其应有的区域经济负荷，特别是超出其土地资源的承载能力，进而环境恶化和资源短缺，而这又进一步加剧了区域经济的不稳定，最终导致若干地区出现粮食危机。面临饥饿与贫困的威胁，土地粮食生产引起了各国政府的高度重视，于是生物学家和生态学家将承载力的概念发展并应用到人类生态学中，以研究现有土地到底可承纳多少人口。与土地承载力并用的相关概念还有区域人口承载容量、土地负载力、地域容量、地域潜力等。 随着工业化国家经济的迅速发展，环境污染与资源短缺问题日渐明显，八大公害事件的发生向全人类敲响了警钟。到20世纪60年代，即使普通公众也意识到了工业化引起的环境退化问题。与此同时，医学的发展大大提高了人的寿命，而人类生存所需的自然资源不但没有增长，反而急速减少，人类在历史上又一次面临承载力的问题。但与以往不同的是，第一，这一次人口承载容量面临的问题不是发生在少数地区，而是遍及全球。其主要原因是：一方面，发达国家随着经济的迅速发展，对资源的需求量不断增加，在本国资源不能自给的情况下，开始向他国掠夺资源；另一方面，发展中国家因贫困等原因，对资源的破坏不断加剧，从而导致全球资源存储量不断减少，各国对资源的竞争也日趋激烈。发生在全球的诸多战争中，实际上有许多是为争夺资源而发生的。第二，此次全球的承载力限制不仅仅发生在土地资源，而且扩展到了森林资源、矿产资源、环境资源、水资源……根据世界资源报告World Resources Institute 1996～1997，1960～1990年的30年间，有大约1/5的热带森林消失。在80年代，全球森林、疏林和灌木丛覆盖面积减少了32%，与此同时，人类对水资源的利用强度和需要持续上升，在1940～1990年间，从江河、湖泊、水库、地下蓄水层和其他水源抽取的淡水量增加了4倍多，而污染又严重破坏了许多江河、湖泊和地下水源的水质，大大减少了淡水资源的供应。在全球许多地区，淡水压力越来越大，不少地区甚至缺乏足够的淡水供应。工业化发展导致的另一后果是对能源消耗的迅速增长，而能源增长主要依赖于石油、煤炭和天然气等矿物资源。根据全球统计结果，1993年全球能源消耗达到3.38×1010t，相当于1.63亿桶石油，比1973年增加了40%。其他资源如矿产资源、渔业资源也在不断减少……所有这些，都引起人们对全球资源的重新评估，提出我们的环境到底可承受多少污染，全球不可再生资源和可再生资源到底能承载多少人口，由此，环境承载力、资源承载力、生态承载力、绿洲承载力等承载力的概念相继应运而生。 综上所述，随着土地退化、环境污染和人口膨胀等问题的出现，承载力的概念被延展并应用至整个自然界，使得在不同的发展阶段，产生了不同的承载力概念，承载力概念和意义也发生着相应的变化。这种承载力概念的演化与发展是对发展中出现问题的反应与变化结果。从表面上看，不同承载力概念之间在意义上有较大转变，但实际上是相通的，一脉相承的，都是用以描述区域系统对外部环境变化的最大承受能力，即描述发展限制程度的概念。在20世纪80年代可持续发展的概念提出后，被世界各国接受，并作为人类今后的发展目标，承载力研究也应建立在可持续发展的框架下。 二、水资源承载能力 自资源承载力的概念出现后，虽然已广泛应用，但迄今世界上并没有一个公认的自然资源承载能力的确切定义，一般认为资源承载力是指：一定区域内、一定物质生活水平条件下，某资源可持续供养人口数量的规模。也有人把它定义为：一个国家或地区，按人口平均的资源数量和质量，对该空间内人口的基本生存与发展的支持能力。 在各种自然资源承载能力研究中，土地资源承载能力研究是开始最早、规模最大也最为成熟的。早在1921年，由于人地矛盾加剧，Park R.F.＆Burgess E.W.就提出了土地承载能力的概念，随后美国的Allan Conklin Carneiro Brush等人分别对土地资源承载力进行了研究。1978年联合国粮农组织（FAO）发起了“发展中世界土地的潜在人口支持能力研究”，开始了土地资源的系统研究。1986年我国也开始了题为“中国土地资源生产力及人口承载量”的研究。研究者认为土地资源承载能力通常是指：一个区域在一定的农业技术条件下，土地用于食物生产所能供养的人口数量；或在一定生产条件下，土地资源生产力所能承载一定生活水平下的人口限度。 水资源作为一种资源，其承载力合乎上述定义的内容，但由于水资源的特殊性，如水是地球上生命的来源；是人类的生命之源；水是生物物种和旅游等多种资源的载体；是土壤、森林和草原等多种资源的保证资源等，其承载能力也应有其特殊性。和其他资源承载力一样，目前，许多学者根据自己的理解赋予了水资源承载力的定义，水资源承载力一词也广泛应用于研究缺水地区的工业、农业和城市及整个经济发展水资源供需平衡，但至今还没有一个统一的定义。分析这些定义，可以归纳为两种观点，一种观点是水资源开发容量论或水资源开发规模论，另一种观点是水资源支持持续发展能力论。 1.水资源开发规模论 水资源开发规模论认为水资源承载能力是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。但强调在这个容量下水资源可以自然循环和更新，并不断地被人们利用，造福于人类。认为水资源承载能力分析的目的是为了揭示水资源区域经济和人口之间的关系，合理充分地利用水资源，使经济建设与水资源保护同步进行，促进社会经济持续发展。 2.水资源支持持续发展能力论 目前多数的观点认为，水资源的最大开发规模或容量，与水资源作为一种社会持续发展的支撑能力比较，范围要小的多，含义也不尽相同，因此将水资源承载能力定义为对经济和环境的支撑能力，即水资源支持持续发展能力论。 国家“九五”科技攻关“西北地区水资源合理配置与承载能力研究”项目大纲中定义水资源承载能力为“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，水资源对该区社会经济发展的最大支撑能力”。 联合国教科文组织：“一个国家或地区的资源承载力是指在可以遇见的期间内，利用本地能源及其他资源和智力、技术等条件，在保证其社会文化准则的物质生活水平条件下，所能持续供养的人口数量。” 3.两种观点评述 对于上述两种观点，前者从水资源承载的主体——水资源系统出发，试图用一个具体的量，如供水能力作为水资源的承载能力的指标，比较直观；后者则从水资源承载的客体——人类社会经济系统出发，期望从水资源承载能力的真正意义上来描述它，用人口和社会经济规模作为水资源的承载能力的指标，比较抽象。虽然两者考虑问题的角度不同，但下列几点是相同的： 1 两种承载能力论都认为水资源承载能力中，承载的主体是水资源系统，承载的客体是范围较广的人类社会经济系统，或更准确地说是某一具体状态下可养活的人口及其生活质量。即使是开发规模论，也不否认这一点。 2 两种承载能力论都认同可持续发展原则，认为人口、社会、经济、生态、环境与水资源应协调发展。任何基于对资源过度使用和对环境破坏所取得的瞬间承载量的提高，都将被认为是不可接受的承载能力。后者将这一原则明确在定义中，前者则认为承载能力分析的目的是为了促进可持续发展。 3 都强调了生态环境的重要性。开发规模论提出了“生态环境保护用水”，支撑能力论则提出“以维护生态环境良性发展为条件”。在过去的发展过程中，我们过于重视经济的发展，而忽视了“维护生态环境良性发展”的条件，今后，这一前提条件的定量确定即生态保护准则和生态需水量的确定，将是需要重点研究的问题。 4 都强调研究水资源承载能力必须进行水资源优化配置，即要对水资源在部门间的分配包括供水结构及用水结构进行调整优化，从而确定水资源对人口及社会经济规模的最大支撑能力。因为对于同一个水资源系统，配置方式不同，其相应的对人口及社会经济规模的支撑能力不同，某些方式能够大大提高可持续承载能力，而某些配置方式会导致不可持续发展。 综上所述，很多研究者根据各自对水资源承载能力的理解给出了不同的水资源承载能力定义，或侧重点不同，或所用的指标不同，归纳为水资源开发规模论和水资源支撑能力论，作者认为后者的观点更符合当前水资源日益短缺、制约社会经济与环境协调发展的形势，更具有现实与长远意义。 因此，我们采用水资源承载力定义为：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，在水资源得到合理开发利用下，在保证其社会文化准则的物质生活水平条件下，某地区的水资源（包括数量、质量）能够持续支持该地区的人口数量。 三、水资源承载能力与可持续发展的关系 可持续发展、水资源承载能力的概念都是在20世纪八九十年代提出的，它们几乎同时被提出来，是历史的必然，是人类通过近一个多世纪改造自然、征服自然的社会实践，在自然条件对人类发展产生制约时提出的经验总结。两者具有不可否认的相互联结关系。 对承载力与可持续发展的关系很多学者作过精辟论述，承载能力与可持续发展的相互联结关系已得到了学者的普遍肯定。两者是相辅相成的，在某种意义上是相一致的，都是针对当代人类所面临的人口、资源、环境方面的现实问题提出的，都强调发展与人口、资源、环境之间的关系，解决的核心问题也都是发展与人口、资源、环境之间的关系问题。 承载能力与可持续发展的不同点是两者考虑问题的角度不同，是一个问题的两个方面，可持续发展以一个比较高的视角看问题，强调发展的可持续性、协调性、公平性，强调发展不能脱离自然资源与环境的束缚；承载能力则是从最基础出发，以可持续发展为原则，根据资源实际承载能力，确定人口与社会经济的发展速度与发展规模，强调发展的极限性。所以说，可持续发展是目标，资源、环境是可持续发展的支撑。因此，在进行水资源承载能力研究时，要以可持续发展为原则，即要把水资源承载能力置于可持续发展战略构架下进行讨论。但对于上述两者关系的描述，似乎过于宏观，还不足以清晰的刻画两者的关系。两者之间到底是怎样的联结关系，还不很清晰、不具体，这使得在进行水资源承载能力研究时，虽然强调以可持续发展为原则，即把水资源承载能力置于可持续发展战略构架下进行讨论，但在众多研究方法中，都不能明确体现可持续发展原则，也总是没有公认的、统一的研究方法。 对于可持续发展支撑之一的水资源来讲，水资源系统能否支撑社会的可持续发展？水资源系统支撑社会可持续发展的能力有多大？要准确回答这些问题，还需要深入剖析两者之间的关系，以给水资源承载能力研究寻找新思路、新方法。 四、水资源承载能力研究展望 1.取得的共识 通过对水资源承载能力概念的演变、定义及目前研究方法的认识，可以看出，水资源承载能力的研究已取得了丰硕成果，尤其是取得了一些普遍公认的观点或思想。 第一，水资源承载能力与可持续发展的联结关系已得到普遍认同。认为水资源承载能力研究应以可持续发展为原则，应置于可持续发展战略构架下进行讨论。 第二，普遍认同水资源系统及其所支撑的客体——人类社会均是复杂的巨系统，研究水资源承载能力应将研究区域作为一个整体系统考虑，综合分析区域水资源对人口和社会经济发展规模的支撑作用，进行动态计算，具有系统发展的观点。 第三，已认识到生态环境也是水资源的承载客体，水资源承载能力应以维护生态环境良性循环发展为条件。 第四，已普遍认识到优化配置是实现可持续发展目标、提高承载能力的一个技术手段，研究水资源承载能力，必须进行水资源的优化配置。 以上成绩与共识，将为今后承载能力研究打下坚实的基础。 2.存在的问题 不可否认，虽然目前水资源承载能力研究取得了上述丰硕的成果，但上述各种理论及计算方法也是处于探索阶段的研究，还存在不少不尽如人意的地方。 （1）虽然水资源承载能力的定义、研究方法、指标体系各式各样，至今却没有一个统一、公认的定义、理论基础和研究方法。 （2）虽然强调“以可持续发展为原则”，但在研究过程中却不能明确体现出来，只能根据研究者对可持续发展内涵的理解，隐含在研究过程中，研究者对可持续发展内涵的理解正确与否、程度深浅都无从得知。 （3）虽然我们进行了大量的研究，得到的结果或是评价、或是某种状态下的水资源承载状况，始终不是我们所要求的水资源承载能力（它具有最大的含义），而且在这种承载状况下的发展模式，水资源系统及其所支撑的客体是否是可持续发展的，无从得知。即研究不能给出所提出的发展模式是否符合可持续发展的原则，即无从知道该模式是否是可持续的、协调的、公平的。此时，也可能是可持续发展与不可持续发展的临界点，也可能是不可持续的，也可能是可持续且仍具有发展潜力。 即便是第三类方法，得出结果也不一定是最大承载能力。 对于背景分析法，很难找到两个自然和社会背景相同或近似的区域。在经典例子石羊河流域与以色列全国的比较中，虽然两个区域的水资源、气候、面积相似，但两个区域的社会背景却完全不同，以色列多年来一直处于战火硝烟之中，人民生活在极度恐惧之中，这与以色列水资源紧张不能说没有关系。这种状况是不符合可持续发展的持续、协调、公平原则的。 简单定额估算法，仅以估算的用水定额，简单地从供水量和需水量供需平衡计算水资源的最大承载能力，不足以全面反映水资源的承载能力。分析水资源承载能力要在对研究区域水资源特征、保证程度、开发利用情况以及工农业生产、人民生活和生态环境对水资源的需求程度等供需诸方面综合动态分析基础上，进行多个因素的分析评价，必要时要对水资源供需主要因素做全面分析，从不同角度和不同方面加以考虑，才能对水资源承载能力进行综合研究。 （4）人类社会的可持续发展需要水资源和其他诸如矿藏、森林、土地等资源的共同支持。而目前计算的水资源承载能力，多是单纯研究水资源的承载能力，忽视其他资源对人类社会经济系统的支撑作用，对于某些地区，尤其是干旱地区，虽然抓住了问题的主要方面，但不可避免的有其局限性。 （5）虽然在水资源承载能力的定义中，强调了要以“维护生态环境良性循环”为条件，但研究者在这方面的研究往往不够深入，要么粗略估计，要么忽略不计。这一方面是对可持续发展、生态环境的重要性认识不足，另一方面是目前生态需水量这方面的研究还不成熟。 3.研究展望 通过对国内外有关文献的研究，提出水资源承载能力进一步研究的趋势或方向如下。 （1）加强对水资源承载能力基础理论研究 需要加强对水资源承载能力基础理论研究，以给水资源承载能力研究寻找新思路、新方法，找出水资源的最大承载能力，为国家决策、规划、计划和社会协调发展提供科学依据。 （2）加强交叉综合研究，以系统的观点研究水资源与其他资源的综合承载能力 单纯研究水资源的承载能力，忽视其他资源对人类社会经济系统的支撑作用，对于某些地区，尤其是干旱地区，虽然抓住了问题的主要方面，但不可避免的有其局限性。这是因为： 第一，水资源系统的直接承载对象是区域社会经济系统，最终承载对象是人口及其生活质量。人类不仅需要水资源，还需要其他诸如矿藏、森林、土地等资源的共同支持。 第二，水资源不仅是人类的生命之源，是能源，水资源也和人类需要的其他资源有着复杂的关系，如：水是生物物种和旅游等多种资源的载体；是土壤、森林和草原等多种资源的保证资源，水资源还影响到气候资源等。 第三，各资源之间存在替代、共生、此长彼消等复杂关系。 所以，以系统的观点，研究水资源与国土资源、矿藏资源、森林资源等的综合承载能力将是今后承载力研究的方向和趋势。而且，随着研究的深入，各资源之间的相互广义替代性（指各资源之间可以通过一种资源的数量和质量优势在一定程度上弥补另一种资源在数量或质量的劣势）研究将越来越受到重视。这就客观上要求加强交叉综合研究，因此水资源承载能力研究必将从单学科、单因子研究趋向多学科合作，从系统的角度研究水资源与其他资源的综合承载能力。 （3）加强生态需水量的研究 生态需水的研究涉及水文水资源与生态学两学科的内容。对于生态需水，目前还没有明确统一的定义。一般认为生态需水有广义和狭义之分广义生态需水指维持全球生物化学平衡，诸如：水热平衡、源汇库动态平衡、生物平衡、水沙平衡、水盐平衡等所消耗的水分；狭义生态需水指对绿洲景观的稳定和发展及环境质量的维持和改变起支撑作用的系统所消耗的水量，包括：维持天然植被的需水量，维持合理的生态地下水位需水量，维持水体一定稀释自净能力的基流量，防止河流系统泥沙的河道最小径流量，维持河湖水生生物的最小需水量。 在过去的一个世纪，我们以发展经济为重点开发利用水资源，并成功地完成了发展经济和提高人民生活水平的基本目标，但水资源的短缺和不合理的利用也留给新世纪一系列复杂生态问题。在工业化、城市化的进程中对水的竞争使用，一般形成城市用水和工业用水挤占农业用水，农业用水又挤占生态环境用水的割据，造成自然植被衰退、森林草原退化、尾闾湖泊消失，土地沙化、水土流失、灌区次生盐碱化、沙尘暴肆虐，地表地下水体污染、河床淤积、地下水大面积超采、海水倒灌等严重的生态后果，使得有效水资源量减少，水资源短缺越加严重，生态环境急剧恶化，不仅使国民经济遭受了重大损失，并已严重威胁到人类的生存环境，引起了社会各界的广泛关注。 因此，为了实现可持续发展的目标，水资源承载能力研究必须以“维护生态环境良性发展为条件”，科学研究生态环境需水量问题，合理估计和正确计算生态环境需水量，进行水资源的合理配置，在保证生态需水前提下发展经济，协调社会发展与生态环境之间的关系，维护生态平衡。 （4）由静态分析向动态模拟化方向发展 早期的承载力研究主要采用静态的研究方法，以土地资源承载力为例，静态研究方法主要是估算人口承载力的上限值，以大量的实际所获得的单因子数据为依据，把人口作为外生变量，不考虑人口对农业生产的反馈作用和集约化农业所要求的投入水平，所得结果有一定的参考价值，且所用资料少，计算方便易行。但静态研究方法无法反映承载力随时间的变动情况，极大限制了这些方法的运用，很快被动态方法取代。 必须建立一套能刻画问题本质、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。特别是亟待建立与完善公认的、适合区域特点的体现可持续发展思想的承载能力指标体系。 （5）急需引入新思路、新方法、新技术 水资源系统及其所支撑的社会经济系统均是复杂的巨系统，其内部各子系统复杂的运行规律和演化机制以及各子系统之间存在的复杂的非线性关系决定了水资源承载能力研究的复杂性。尽管已经作了大量的有价值的工作，但还需要以系统的观点，开辟新视角，引入新思路、新方法、新技术，从更高、更广阔的视野，以更科学、更先进的方法研究水资源承载能力，揭示水资源承载能力的本质。 （作者张丽为河海大学博士研究生，董增川为河海大学水资源环境学院院长、教授） 参 考 文 献： 1
冯尚友著．水资源持续利用与管理导论M.北京：科学出版社，2000. |