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域的承载能力进行定量计算,得出区域承载水平及相关承载指标。
20世纪90年代初,许有鹏在新疆和田河流域运用模糊综合评判法进行水资源承载力的研究,为西北干旱区水资源承载力研究提供了经验和模式。
许新宜等在“八五”攻关课题中,将多目标决策分析技术引入华北地区水资源承载力的研究中;
高彦春等利用模糊综合评判模型确定了汉中盆地平坝区的水资源开发利用所处的阶段。
1999年,傅湘等采用主成分分析法对区域水资源承载能力进行综合评价,通过与模糊综合评判法结果的对比分析,进一步证实主成分分析法的科学性。
2003年,王浩等在“九五”攻关中对西北地区建立了水资源承载能力的表征指标体系,并以水资源合理配置方案为基础计算了不同客体状态的承载水平。
郦建强等综合利用投影寻踪、遗传算法和插值型曲线等方法为水资源承载能力综合评价建立了一种新的数学模型——遗传投影寻踪插值模型(GPPIM),提高水资源承载能力综合评价各层次的分辨力和评价模型的精度。
2006年,陈守煜等提出可变模糊评价模型与方法,科学、合理地确定样本指标对各级指标标准区间的相对隶属度和相对隶属函数。
2009年,赵建世等利用水资源公报、水资源规划等成果提出建立水量和水质双要素分析模型,并对石羊河流域进行了分析,具有数据宜获取、方法实用性强等特点。
2012年,薛小妮等利用层次分析方法和基于一维水质模拟的纳污能力模型计算了成都市不同水平年的水资源与水环境承载能力。
综上所述,方法有其共性之处,大致归类可分为经验估算法、指标体系评价法和复杂系统分析法三大类。虽然大致概况为三类,但各类别之间有一定联系,如复杂系统分析方法、多目标分析法和压力状态响应模型也是在建立指标体系的基础上进行计算的。总的来说,经验估算法是指操作主体应有专门知识和丰富的经验,据此提出一个近似的数字,可以满足决策者概念上的感性认识,但从估算精度来看,显然是不能满足要求;指标体系评价法能综合反映水资源承载能力的相对状况,但权重确定带有人为因素,衡量标准也不统一;复杂系统分析方法理论上能说明水资源承载能力内部的关系,也能计算出水资源可承载的人口和规模,
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但计算所需要的指标太多,计算过程比较复杂,不适合在资料较缺乏地区推广应用。(以上引自张海涛——有关水资源承载能力基本问题的探讨,2013)
3.1经验估算法
经验估算法是依据专门知识和丰富的经验,据此给决策者提出一个近似的数值来参考,但从估算精度来看,并不能满足要求,只能作为参考借鉴,主要包括背景分析法、常规趋势法和供需平衡法。(引自:期刊《流域水资源承载能力研究》_李琪)
(1)背景分析法(Background Analytics)是在一定的历史时段内,将自然和社会背景相似的区域的实际情况加以对比,推算对比区域可能的水资源承载能力的方法。但该方法分析一个或几个独立的承载因子,忽略了因子间的相互作用,局限于静态的历史背景中,割裂了资源、社会、环境之间的相互作用关系,对水资源承载力这样一个涉及到自然状况、社会经济的复杂生态系统来说显得过于单薄。
(2)常规趋势法(Routine Trend)[4]:主要采用统计分析的方法,选择单项或多项指标来反映区域水资源承载力现状和阈值。该方法较多考虑的是单承载因子的发展趋势,忽略了各承载因子之间的相互联系,很难处理复杂巨系统之间的耦合关系,但其对某些承载因子的潜力估算的研究、对复杂巨系统的协调研究仍有借鉴意义。
(3)供需平衡分析法(Supply and Demand Bal-ance)是根据区域水资源总量、可利用水资源量以及水资源需求总量,进行区域水资源供需平衡分析,由此来确定水资源承载能力。夏军等运用供需平衡分析法提出了可利用水资源量、水资源需求量、流域水资源承载力平衡指数等的计算方法,综合分析了我国西北干旱区水资源承载能力。郭忠升等学者认为在大面积土壤退化林草地防治过程中应采取以水定需,即根据土壤水分状况,调整植被类型和群落密度,控制植物生产力,增加土壤水分补给,减少土壤水分消耗。提出土壤水分植被承载力的概念,将土壤水分承载力(土壤水分承载植物的最大负荷)定义为:在较长时期内,在现有条件下,当植物根系可吸收和利用土层范围内土壤水分消耗量等于或小于土壤水分补给量时,所能维持特定植物群落健康生长的最大密度,即雨水资源中补
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给土壤的部分水量所能维持植物健康生长的最大数量。该方法对于以天然降水为土壤水分唯一补给的地区的水资源承载能力研究具有重要价值。随后又提出了土壤水分植被承载力的确定方法,并运用观测资料初步建立了土壤水分植被承载力数学模型。秦伟等基于水量平衡理论,预测了吴起县2015年各行业的用水量,并运用水资源平衡指数(IWSD)对该县未来的水资源承载力进行了评价,通过分析认为吴起县2015年以后水资源将难以承载生态和经济的发展规模,县域范围今后水资源匮缺的主要压力来自于生态和经济建设耗水。
3.2指标体系评价法
这是一种采用统计方法选择单项和多项指标,以反映区域水资源现状和阈值的方法,此种评价法操作上直观、简便,可以综合反映区域水资源承载能力状况,是目前国内进行水资源承载能力评价运用最广的方法,主要包括综合指标法、层次分析法、模糊综合评价法、主成分分析法、投影寻踪法等;(引自:期刊《流域水资源承载能力研究》_李琪)
(1)模糊综合评价方法
许有鹏提出运用模糊综合评判方法(FuzzyComprehensive Evaluation)对水资源承载能力作多因素的综合评价,该方法可以在对影响水资源承载能力的各个因素进行单因素评价基础上,通过综合评判矩阵对其承载能力作出多因素综合评价,从而可较全面地分析区域水资源承载能力的状况。该方法是将需要综合评判的各因素及其属性、影响程度组成集合,通过对评判因素的选取、分级和评分对各因素指标进行分析,再运用评判矩阵进行计算评价。高彦春、陈守煜、秦莉云、张鑫、朱一中、闵庆文、鹿坤、雷宏军等学者先后运用模糊综合评价方法研究了汉中盆地平坝区、汉中盆地、淮河流域、关中平原、西北地区、山西省河津市、喀斯特地区等区域的水资源承载力状况。郜慧等运用层次分析和专家咨询相结合的方法确定各级指标的权重,采用多级模糊综合评判模型,对广东省江门市水资源可持续利用进行了评价。刘丹丹运用层次分析和专家打分相结合的方法确定了各评价指标的权重,用多层次模糊综合评价模型对陕北地区水资源可持续利用进行了评价。模糊综合评价方法能够较全面地分析区域水资源承载能力,但在因素选取、权重分配等方面主观性较强,具有局限性。有学者通过数学证明分析
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了模糊综合评价法误判的原因,认为该法不能客观反映实际;且取大取小的运算原则,使得大量有用信息遗失,模型的信息利用率较低。
(2)主成分分析法
主成分分析法(Principal Component Analy-sis)是一种多元统计方法,它是对高维变量系统进行最佳综合与简化,同时也可以客观的确定各个指标的权重,避免了主观随意性。该方法在力保数据信息丢失最小的原则下,对高维变量空间进行降维处理,即在保证数据信息损失最小的前提下,经线性变换和舍弃小部分信息,以少数的综合变量取代原始采用的多维变量。傅湘、周亮广、李坤峰、袁伟等学者运用主成分分析法对喀斯特地区贵阳、重庆、富阳市等地区的水资源承载力进行了分析评价。主成分分析法虽然避免了模糊综合评价法中人为因素的影响,但该方法关注的是待评因素集的最大差别向量,至于此差别向量是否表达水资源承载能力的现状水平则不予考虑,待评因素的选取恰当与否成为该方法的关键所在。
(3)投影寻踪综合评价法
投影寻踪(Projection Pursuit)是一种处理多因素复杂问题的统计方法,其基本思路是将高维数据向低维空间进行投影,通过低维投影数据的散布结构来研究高维数据特征。对于多因素影响的水资源承载能力综合评价问题,依据样本自身的数据特征寻求最优的投影方向,通过先行投影计算反映评价样本综合特征信息的投影特征指标,根据这一指标可以形象、直观的对样本进行分类或评价。该方法避免了人为确定各评价因素权重的任意性。但方法的准确度主要取决于反映高位数据结构或特征的投影指标函数的构造及其优化问题,而该问题一般较复杂。王顺久等将投影寻踪法用于全国30个省、市、区域水资源承载力研究理论与方法302013年3月第11卷第1期《国际沙棘研究与开发》区和淮河流域水资源承载能力的综合评价。杨晓华等提出了遗传投影寻踪法,该方法采用大样本数据,基于投影寻踪、遗传算法、阶梯形曲线和水资源评价标准,能够提高投影寻踪综合评价各层次的分辨力和评价模型的精度。
(4)其它评价方法
随着水资源承载能力研究的不断深入,很多专家提出了一些新的评价方法。2003年,张戈平提出了水资源承载能力评价的密切值法,即根据备选决策方案
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及其技术经济指标,找出关于方案集决策点集的最优点和最劣点,然后找出尽可能接近最优点而远离最劣点的决策点,便是寻找的满意方案,并对黑龙江省8个地级城市的水资源承载能力进行综合评价和分析;2004年,袁晓宇提出了灰色关联投影法,即采用决策方案集中各方案点与理想方案点的关联度表示决策方案中的各因素指标、目标之间的灰色关系,把各方案向理想方案投影,计算各方案的投影值作为多目标决策的依据,并应用该法评价了淮河流域的水资源承载能力的决策方案;2004年,郦建强等对多目标理想点法进行改进,把评价标准处理成区间的形式,建立多目标决策——理想区间模型,对淮河流域的水资源承载能力进行了综合评价。
3.3复杂系统分析法
复杂系统分析法主要包括系统动力学法、多目标分析法、动态模拟递推法和PSR模型方法等,此类方法相对前两类方法较为复杂,建立的模型需要考虑的因素更为全面,更能够较好地反映自然、经济、环境、资源之间的相互依存、相互制约关系,但是在参变量选择、求解方法等问题上存在一定难度。(引自:期刊《区域水资源承载能力计算模型研究》_杨金鹏)
(1)系统动力学方法
系统动力学法(System Dynamics)是一种定性与定量相结合、系统分析与综合推理相结合的学法,适合于研究高阶次、非线性、多重反馈、机理复杂的系统问题的实验仿真方法。该方法综合考虑社会经济、资源环境等众多因子及其相互关系,通过模拟不同发展战略得出人口增长、资源承载能力的动态变化趋势。但运用该方法进行模拟时,由于参变量不好掌握,易导致不合理的结果。王建华等利用系统动力学模型对乌鲁木齐市1993-2020年间水资源承载力进行预测分析,为我国西北地区城市发展规划提供了参考意见和研究方法。李丽娟等运用系统动力学仿真模型对柴达木盆地水资源承载力状况进行了研究。惠泱河利用二元系统动力学仿真模型研究了陕西关中水资源承载力。
(2)多目标决策法
多目标决策法(Multi-objectives Decision)是选取能够反映水资源承载力特征的社会、经济、人口、环境等众多相互关系和作用的目标,按照社会可持
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