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摘要：自然界中的水資源量是有限的。而有限的水資源能支撐多大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模，即水資源到底能有多大的承載能力？怎樣做才能保持水資源的可持續(xù)利用？這是水資源可持續(xù)利用管理需要回答的現(xiàn)實(shí)問題。

關(guān)鍵詞：城市水環(huán)境水資源承載能力研究框架

本文將從水資源承載能力的概念談到內(nèi)涵，揭示“水資源承載能力”的真正含義，討論水資源承載能力和水環(huán)境承載能力的概念；從影響水資源承載能力大小的主要因素分析來探討水資源承載能力量化研究的框架；并針對(duì)水資源承載能力計(jì)算提出幾個(gè)關(guān)鍵問題。

1城市水環(huán)境與水資源承載能力概念

1.1水資源承載能力的概念及內(nèi)涵

水資源承載能力（carryingcapacityofwaterresources–ccwr，又可翻譯成supportingcapacityofwaterresources–scwr）的概念，最早源自于《生態(tài)學(xué)》中的“承載能力”（carryingcapacity）一詞，是自然資源承載能力的一部分。其研究的主體是資源與環(huán)境系統(tǒng)，客體是人類或更廣泛的生物群體。而“承載能力”的概念最早可以追溯到馬爾薩斯（malthus）“人口理論”中關(guān)于“有限糧食對(duì)人口增長(zhǎng)的支撐能力”的論述（seidlandtisdell,1999）。20世紀(jì)90年代早期，有的學(xué)者提出了水資源承載能力的概念并被應(yīng)用于干旱半干旱地區(qū)和城市區(qū)（施雅鳳等，1992；李令躍，2000；guo等，2001；左其亭、陳曦，2003）。近年來，我國(guó)不少學(xué)者對(duì)水資源承載能力的概念及計(jì)算方法進(jìn)行了深入探討。關(guān)于水資源承載能力的定義，人們從不同研究角度給出了不同的定義，這里列舉幾個(gè)代表性的定義：

（1）水資源承載能力是指某一地區(qū)的水資源，在一定社會(huì)歷史和科學(xué)技術(shù)發(fā)展階段，在不破壞社會(huì)和生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，最大可承載（容納）的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市規(guī)模和人口的能力，是一個(gè)隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展而變化的綜合目標(biāo)（施雅鳳等，1992）；

（2）在某一歷史發(fā)展階段的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平條件下，水資源對(duì)該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大支撐能力（劉燕華，2000）；

（3）某一歷史發(fā)展階段，以可預(yù)見的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù)，以可持續(xù)發(fā)展為原則，以維護(hù)生態(tài)良性循環(huán)發(fā)展為條件，在水資源得到合理開發(fā)利用下，該地區(qū)人口增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大容量（李令躍，2000）；

（4）一個(gè)流域、一個(gè)地區(qū)、一個(gè)國(guó)家，在不同階段的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下，在水資源合理開發(fā)利用的前提下，當(dāng)?shù)厮Y源能夠維系和支撐的人口、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境規(guī)模總量（何希吾，2000）；

（5）一定的區(qū)域內(nèi)，在一定的生活水平和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下，天然水資源的可供水量能夠支持人口、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的能力或限度（馮尚友，2000）；

（6）水資源承載能力，指的是在一定流域或區(qū)域內(nèi)，其自身的水資源能夠持續(xù)支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)模，并維系良好的生態(tài)系統(tǒng)的能力（汪恕誠(chéng)，2001）；

（7）可理解為某一區(qū)域的水資源條件在“自然-人工”二元模式影響下，以可預(yù)見的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展水平及水資源的動(dòng)態(tài)變化為依據(jù)，以可持續(xù)發(fā)展為原則，以維護(hù)生態(tài)良性循環(huán)發(fā)展為條件，經(jīng)過合理優(yōu)化配置，對(duì)該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所能提供的最大支撐能力（惠泱河等，2001）；

（8）在一定的水資源開發(fā)利用階段，滿足生態(tài)需水的可利用水量能夠維系有限發(fā)展目標(biāo)的最大的社會(huì)-經(jīng)濟(jì)規(guī)模（夏軍，2002）。

關(guān)于水資源承載能力的定義還可以列舉很多。盡管在表述上各有不同，但其表現(xiàn)的基本觀點(diǎn)和思路并無本質(zhì)差異，都強(qiáng)調(diào)了“水資源支撐能力”的含義。從水資源承載能力的含義來分析，至少具有如下幾點(diǎn)內(nèi)涵（左其亭、陳曦，2003）：

（1）在“水資源承載能力”概念中，主體是水資源，客體是人類及其生存的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)，或更廣泛的生物群體及其生存需求?！八Y源承載能力”就是要滿足客體對(duì)主體的需求或壓力，也就是水資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐規(guī)模；

（2）“水資源承載能力”具有空間屬性。它是針對(duì)某一區(qū)域來說的，因?yàn)椴煌瑓^(qū)域的水資源量、水資源可利用量、需水量以及社會(huì)發(fā)展水平、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)與條件、生態(tài)與環(huán)境問題等方面可能不同，水資源承載能力也可能不同。因此，在水資源承載能力定義或計(jì)算時(shí)，首先要圈定研究區(qū)范圍。

（3）“水資源承載能力”具有時(shí)間屬性。在眾多定義中均強(qiáng)調(diào)了“在某一階段”，這是因?yàn)樵诓煌瑫r(shí)段內(nèi)，社會(huì)發(fā)展水平、科技水平、水資源利用率、污水處理率、用水定額以及人均對(duì)水資源的需求量等均有可能不同。因此，在水資源承載能力定義或計(jì)算時(shí)，也要指明研究時(shí)段，并注意不同階段的水資源承載能力可能有所變化。

（4）“水資源承載能力”對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是以“可承載”為準(zhǔn)則。在“水資源承載能力”的概念和計(jì)算中，必須要回答：水資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展支撐到什么標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才算是最大限度的支撐。也只有在定義了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)后，才能進(jìn)一步計(jì)算水資源承載能力。一般，可以把“維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)”作為水資源承載能力的基本準(zhǔn)則。

（5）必須承認(rèn)水資源系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)之間是相互依賴、相互影響的復(fù)雜關(guān)系。不能孤立地計(jì)算水資源系統(tǒng)對(duì)某一方面的支撐作用，而是要把水資源系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)合起來進(jìn)行研究，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)—水資源—生態(tài)復(fù)合大系統(tǒng)中，尋求滿足水資源可承載條件的最大發(fā)展規(guī)模，才是水資源承載能力。

（6）“滿足水資源承載能力”僅僅是可持續(xù)發(fā)展量化研究“可承載”準(zhǔn)則的一部分（“可承載”準(zhǔn)則包括資源可承載、環(huán)境可承載。資源可承載又包括水資源可承載、土地資源可承載等），它還必須配合其它準(zhǔn)則（有效益、可持續(xù)），才能保證區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。因此，在研究水資源可持續(xù)利用合理配置時(shí)，應(yīng)以“水資源承載能力”為基礎(chǔ)，以可持續(xù)發(fā)展為準(zhǔn)則（包括可承載、有效益、可持續(xù)），建立水資源優(yōu)化配置模型。

根據(jù)以上分析，本書作者曾把“水資源承載能力”簡(jiǎn)單定義為：“一定區(qū)域、一定時(shí)段，維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，水資源系統(tǒng)支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大規(guī)?！保ㄗ笃渫?、陳曦，2003），可以概括為圖1.1的概念圖。

圖1.1可以形象地表達(dá)出水資源承載能力的概念，簡(jiǎn)單解釋如下：

水資源系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)相互支撐、共同作用，來共同支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對(duì)水資源系統(tǒng)可以進(jìn)行開發(fā)利用和保護(hù)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)一方面可以進(jìn)行保護(hù)，一方面又有可能進(jìn)行破壞。因此，社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)之間又是相互制約的關(guān)系。如果支撐的社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模太大，水資源系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)就難以支撐，難以確保水資源的可持續(xù)利用和生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。

在一定條件下，如果生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到良性循環(huán)的極限，這時(shí)其對(duì)應(yīng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)最大規(guī)模就稱為是“承載能力”。因此，水資源承載能力是在“社會(huì)經(jīng)濟(jì)—水資源—生態(tài)復(fù)合大系統(tǒng)”有機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)下，達(dá)到“生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)”目標(biāo)時(shí)的“最大社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)?！薄?/p>

在特定的城市區(qū)，所確定的水資源承載能力就是城市水資源承載能力。因此，可以仿照水資源承載能力的定義，把“城市水資源承載能力”簡(jiǎn)單定義為：“在特定的城市區(qū)，一定時(shí)段內(nèi)，維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，水資源系統(tǒng)支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大規(guī)?！薄Ｅc一般流域或區(qū)域相比，城市區(qū)人類活動(dòng)強(qiáng)烈，人口、工業(yè)、商業(yè)集中，本地水資源一般滿足不了城市用水需要，污水排放集中且量大，水資源承載能力計(jì)算一般比較復(fù)雜。另外，一般城市區(qū)不是一個(gè)完整的流域，在計(jì)算城市水資源承載能力時(shí)，要滿足流域（或更大區(qū)域）尺度上的水資源承載能力要求（或水資源可持續(xù)利用要求）。也就是說，城市水資源承載能力計(jì)算一般是基于一定水資源邊界條件下進(jìn)行的。

1.2水資源承載能力的影響因素

從以上關(guān)于水資源承載能力的內(nèi)涵分析可以引申出影響水資源承載能力大小的主要因素，大致可以分為三大類：

第一類：水資源系統(tǒng)本身特性

水資源系統(tǒng)是水資源承載能力的主體，水資源系統(tǒng)的可利用水資源量大小是其承載能力的內(nèi)因。也就是說，水資源承載能力大小首先是由水資源系統(tǒng)所能提供的水資源量決定的。在城市區(qū)，一般本地水資源滿足不了用水的需求，需要考慮流域（或更大區(qū)域）一定的水資源條件。

第二類：人類活動(dòng)能力及意識(shí)形態(tài)

人類是水資源承載能力的客體，在很大程度上影響著水資源承載能力。（1）水資源利用率。這是決定單位水資源量能夠養(yǎng)活多少人口或帶來多大經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，是水資源承載能力計(jì)算的關(guān)鍵指標(biāo)。（2）科技進(jìn)步通過提高水資源利用率、重復(fù)利用率、污水處理率等提高水資源承載能力?？茖W(xué)技術(shù)能促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，提高資源利用效率，降低污染處理成本，改善人類生存環(huán)境。隨著科技的進(jìn)步，原來不能治理的污染現(xiàn)在可以治理了，原來需要花費(fèi)很大代價(jià)才能治理的污染現(xiàn)在需要花費(fèi)較小的代價(jià)。這些變化都有可能促進(jìn)水資源承載能力的提高。（3）本區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略。它反映一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃或發(fā)展模式，對(duì)水資源的分配和利用有重要影響，從而影響到水資源承載能力。（4）管理體制和法制。它反映了人們用水、治水、保護(hù)水資源的基本思路。有些管理體制或法制對(duì)水資源的利用和保護(hù)有積極作用，有些甚至有消極作用。這在很大程度上影響著水資源承載能力。

第三類：定義“是否可承載”的目標(biāo)差異

這是關(guān)系到水資源承載能力計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵問題，也就是，要人為確定“達(dá)到什么樣的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的最大承受能力才是水資源的承載能力”。前文在定義“水資源承載能力”概念時(shí)，是以“維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)”為判斷目標(biāo)。另外，也可以制定一些判斷目標(biāo)，計(jì)算得到人為干預(yù)下的水資源承載能力?？隙〞?huì)因?yàn)榇_定的目標(biāo)差異而導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的不一致。

1.3水環(huán)境承載能力的概念及內(nèi)涵

前文對(duì)水資源承載能力的概念進(jìn)行過簡(jiǎn)單介紹和探討。從對(duì)水資源承載能力的定義和解釋中可以看出，水資源承載能力特別強(qiáng)調(diào)“生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)”這個(gè)目標(biāo)。針對(duì)水環(huán)境來說，水體到底能容納多大的污水及污染物，這是水環(huán)境承載能力計(jì)算問題。在城市區(qū)，生態(tài)與環(huán)境狀況在很大程度上取決于城市區(qū)所具有的水資源數(shù)量和水資源質(zhì)量。因此，可以說，水環(huán)境承載能力是城市水資源承載能力表現(xiàn)的重要方面和前提條件。

關(guān)于水環(huán)境承載能力的概念及與水資源承載能力的關(guān)系，汪恕誠(chéng)（2001）曾論述為“水資源承載能力講的是用水即取水這一面。你用了水之后，產(chǎn)生了污水，污水又排放到一定的水域里去，這個(gè)水域能夠承載多少污水和污染物的排放呢？因此，水環(huán)境承載能力指的是在一定的水域，其水體能夠被繼續(xù)使用并仍保持良好生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，所能夠容納污水及污染物的最大能力?！?/p>

如果不去過多地“摳字眼”的話，水環(huán)境承載能力也就是我們通常所說的“水環(huán)境容量”或者說是“水環(huán)境（水體）納污能力”、“水環(huán)境容許污染負(fù)荷量”等等，都是一個(gè)概念，一個(gè)意思（崔樹彬，2002）。實(shí)際上，兩者也有細(xì)微差別，水環(huán)境承載能力強(qiáng)調(diào)以“保持生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)”為目標(biāo)。但是，為了在實(shí)際應(yīng)用中便于操作和顯示污水處理廠的作用，針對(duì)城市水環(huán)境問題，本書作者建議采用“水體容許城市污水最大排放量”作為水環(huán)境承載能力指標(biāo)。這種定義就與“水環(huán)境容量”、“水環(huán)境（水體）納污能力”、“水環(huán)境容許污染負(fù)荷量”等概念有很大區(qū)別。它不僅取決于水體納污能力，還與該城市污水處理能力有關(guān)。也就是說，本書定義的水環(huán)境承載能力不僅是與水體本身的納污能力有關(guān)的問題，還是一個(gè)與人類活動(dòng)有關(guān)的問題；是在人與自然共同作用下，水體所能容納的最大城市污水排放量。這種定義的優(yōu)點(diǎn)是，可以很清楚地區(qū)分出一定條件下城市最大可以排放的污水量。這種定義的缺點(diǎn)是，還不能表達(dá)水體納污能力，并且計(jì)算的承載能力與污水處理能力有關(guān)，這在不同年代可能是一個(gè)變值。為了克服這種缺點(diǎn)，在應(yīng)用時(shí)同時(shí)采用“水環(huán)境納污能力”和“水環(huán)境承載能力”，來分別表示“水體所能容納的最大污水量”和“水體所能容納的最大城市污水排放量”。

根據(jù)本書定義的水環(huán)境承載能力概念，可以把城市水環(huán)境承載能力計(jì)算思路形象地表達(dá)為圖1.2的形式。

簡(jiǎn)單解釋如下：

城市生活、生產(chǎn)、生態(tài)需要從水體中引水，同時(shí)又排放出大量的污水。在排放的污水中，一部分被污水處理廠處理后再排入水體，一部分直接排入水體。如果排入水體的污水量過大，就難以確保水體水質(zhì)能被控制在某一可接受的范圍內(nèi)，也就難以確保生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。

在一定條件下，如果生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到良性循環(huán)的極限，這時(shí)其對(duì)應(yīng)的水體最大可以接納的城市污水排放總量，就稱為“水環(huán)境承載能力”。簡(jiǎn)言之，水環(huán)境承載能力是指“水體維持生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)所能承受的城市污水最大排放量”。

水環(huán)境承載能力控制目標(biāo)強(qiáng)調(diào)的是生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)?，F(xiàn)在的問題是，什么樣的狀態(tài)才算是生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)？用哪些指標(biāo)來表征？

考慮城市水資源系統(tǒng)和范圍更大的區(qū)域水資源系統(tǒng)生態(tài)良性循環(huán)，一般應(yīng)該在以下幾方面加以控制：一是，城市污水或污染物排放總量不得超出一定限度（即，總量控制）；二是，一定區(qū)域水體的水質(zhì)不得超出水體本身水功能區(qū)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（即，濃度控制）；三是，城市相關(guān)河流的徑流量不得小于河流最小基流量（即，滿足生態(tài)用水）。如果把這三方面的控制范圍作為生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的判別目標(biāo)，在這種目標(biāo)下得到的最大允許城市污水排放量就是水環(huán)境承載能力。其基本思路是，以控制目標(biāo)為約束，以水量水質(zhì)模型為基礎(chǔ)，反推水環(huán)境承載能力，稱此方法為“基于模擬和優(yōu)化的控制目標(biāo)反推模型”方法（asimulation-andoptimization-basedcontrolobjectinversionmodel），簡(jiǎn)稱coim模型。關(guān)于水環(huán)境承載能力的計(jì)算模型及方法詳見《城市水資源承載能力——理論.方法.應(yīng)用》（化學(xué)工業(yè)出版社，2005）。

2城市水資源承載能力量化研究框架及關(guān)鍵問題

2.1量化研究框架

基本思路：緊扣水資源承載能力概念，以“水資源系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)相互制約（模擬）模型”為基礎(chǔ)模型，以“維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)”為控制約束，以“支撐最大社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)?！睘閮?yōu)化目標(biāo)，建立最優(yōu)化模型。通過最優(yōu)化模型求解（或控制目標(biāo)反推）得到的“最大社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)?！本褪撬Y源承載能力。我們稱此方法為“基于模擬和優(yōu)化的控制目標(biāo)反推模型”方法（asimulation-andoptimization-basedcontrolobjectinversionmodel），簡(jiǎn)稱coim模型方法。

水資源承載能力計(jì)算框架簡(jiǎn)單表述如圖2.1，表達(dá)了水資源承載能力量化研究“coim模型方法”的基本思路。

coim模型方法是把城市最大社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模（即，這里代表水資源承載能力）作為目標(biāo)函數(shù)，把水資源循環(huán)轉(zhuǎn)化關(guān)系方程、污染物循環(huán)轉(zhuǎn)化關(guān)系方程、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部相互制約方程、水資源承載程度指標(biāo)約束方程以及生態(tài)與環(huán)境控制目標(biāo)約束方程聯(lián)合作為約束條件，建立起一個(gè)優(yōu)化模型。通過該優(yōu)化模型的求解，得到的目標(biāo)函數(shù)值就是水資源承載能力。

在coim模型中，水資源系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性和相互制約關(guān)系得到了體現(xiàn)，并且水資源承載能力概念所要求的“生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)”也被作為一個(gè)約束條件包括在模型中。水資源承載能力的計(jì)算結(jié)果既可以采用優(yōu)化模型求解來得到，也可以采用控制目標(biāo)反推得到。

2.2關(guān)鍵問題

針對(duì)上文介紹的coim模型方法，主要有以下幾方面的關(guān)鍵問題：

（1）目標(biāo)函數(shù)選擇問題

圖2.1是水資源承載能力計(jì)算的一個(gè)框架圖。如果水資源被開發(fā)利用后，能確保水環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)可承載，那么，這時(shí)的水資源系統(tǒng)處于可承載范圍之內(nèi)。根據(jù)這一最大范圍就可以確定水資源系統(tǒng)能夠支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大規(guī)模，這就是水資源承載能力。

在此模型中，用最大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模來表達(dá)水資源承載能力。所以，一般“水資源承載能力”不只是一個(gè)數(shù)值，而是由表征社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的一組數(shù)值組成的集合，如人口數(shù)、工業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、城市面積等?？梢园选八Y源承載能力”的集合表達(dá)為：

f={f1,f2,∧，fn}（2.1）

上式中，f為水資源承載能力；f1，f2，…，fn分別為社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的表征指標(biāo)。為了敘述方便起見，下面只選擇人口數(shù)、工業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值三個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行討論。

從水資源承載能力的概念可以引申出：假如工業(yè)、農(nóng)業(yè)及其它行業(yè)發(fā)展規(guī)模和用水量一定，可以通過人均用水定額來計(jì)算城市水資源最大供養(yǎng)的人口數(shù)，即得到“水資源人口承載能力”；再假如生活用水一定，可以通過萬元產(chǎn)值耗水量來計(jì)算最大的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模，即得到“水資源經(jīng)濟(jì)承載能力”。實(shí)際上，在一定條件下計(jì)算水資源人口承載能力和水資源經(jīng)濟(jì)承載能力都是比較理想化的。因?yàn)樗鼈兌际羌僭O(shè)在其它條件不變的情況下得到的結(jié)果。實(shí)際上，人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)是一個(gè)十分復(fù)雜、相互聯(lián)系、相互制約的大系統(tǒng)，應(yīng)該把它們納入一個(gè)大系統(tǒng)中來研究。

因此，針對(duì)coim模型來說，首先遇到一個(gè)問題就是“目標(biāo)函數(shù)選擇問題”。到底是選擇一個(gè)指標(biāo)還是多個(gè)指標(biāo)？一方面，它決定著模型的性質(zhì)和求解方法的選擇。如果是單指標(biāo)，所建的模型是單目標(biāo)優(yōu)化模型，如果是多指標(biāo)，所建的模型就是多目標(biāo)優(yōu)化模型；另一方面，它還影響到模型約束方程的選擇。假如選擇的是單目標(biāo)（如人口），還要考慮其它表征社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的指標(biāo)（如工業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值）與已選擇的目標(biāo)（如人口）之間的量化關(guān)系，需要把這個(gè)量化關(guān)系方程作為模型的一個(gè)約束條件放到模型中；再一方面，目標(biāo)函數(shù)的選擇也反映了水資源承載能力關(guān)注社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)側(cè)重面的選擇。一般，人們?cè)诜治鲇?jì)算水資源承載能力時(shí)經(jīng)常用到“人口總數(shù)”指標(biāo)，所以，在coim模型中，常常選擇“人口總數(shù)”最大作為目標(biāo)函數(shù)。在這種情況下，需要建立“人口總數(shù)”與“工業(yè)產(chǎn)值”、“農(nóng)業(yè)產(chǎn)值（或耕地面積）”等指標(biāo)之間的量化制約方程?？梢院?jiǎn)單理解為，在一定條件下，如果人口數(shù)要增加，其所需的經(jīng)濟(jì)收入和糧食產(chǎn)量也應(yīng)該隨之增加，它們之間的比例關(guān)系可以用一個(gè)區(qū)間數(shù)來表達(dá)。并把這個(gè)量化制約方程作為模型的一個(gè)約束條件。通過這個(gè)方程，模型不僅考慮了“人口總數(shù)”單個(gè)目標(biāo)值，也同時(shí)考慮了其它表征社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模指標(biāo)的變化。這樣一來，在計(jì)算結(jié)果中，表達(dá)社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的指標(biāo)也同樣可以寫出多個(gè)。

（2）基礎(chǔ)模型問題

在上文介紹的coim模型中，需要建立表征社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、水資源系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)變化及相互制約關(guān)系的量化模型，作為模型的約束方程，用于表達(dá)“社會(huì)經(jīng)濟(jì)—水資源—生態(tài)”耦合系統(tǒng)互動(dòng)關(guān)系。由于耦合系統(tǒng)的復(fù)雜性，量化建立這樣的基礎(chǔ)模型十分不易。因此，建立coim模型，必定會(huì)遇到基礎(chǔ)模型問題。關(guān)于這一部分詳細(xì)內(nèi)容可參見有關(guān)文獻(xiàn)。

為了表征水資源量之間的變化，需要建立水資源循環(huán)轉(zhuǎn)化關(guān)系方程。包括大氣降水量、蒸發(fā)量、地表水資源量、地下水資源量、各業(yè)引用水量、排放水量、跨區(qū)域調(diào)水量、流入本區(qū)水量、流出本區(qū)水量等等，建立各變量之間的量化關(guān)系和量化方程。用這些方程把水資源循環(huán)過程定量化地聯(lián)系起來，從理論上滿足水量平衡要求。

為了表征水中污染物運(yùn)移轉(zhuǎn)化關(guān)系，定量計(jì)算水體污染物濃度和排放污染物總量，需要建立污染物循環(huán)轉(zhuǎn)化關(guān)系方程。包括各業(yè)污水排放量、污水處理量、污染物自凈消耗量、來水污染物總量、出流污染物總量、地表水體污染物總量、地下水體污染物總量等等，建立各變量之間的量化關(guān)系和量化方程。用這些方程把水中污染物循環(huán)過程定量化聯(lián)系起來，同時(shí)能定量計(jì)算某特定水體的污染物濃度和城市排放污染物總量，為“生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)”判別約束方程提供計(jì)算基礎(chǔ)。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是水資源系統(tǒng)承載的對(duì)象，其眾多指標(biāo)也是相互制約的，它們組成一個(gè)完整的巨系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)本身也是相互制約的，因此需要建立社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部相互制約方程，以表達(dá)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展的整體趨勢(shì)和相互制約關(guān)系。特別是當(dāng)目標(biāo)函數(shù)為單目標(biāo)時(shí)，建立這種關(guān)系方程更為重要。另外，研究規(guī)劃水平年的水資源承載能力，不僅要弄清楚水資源系統(tǒng)的變化，而且要結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展變化，需要站在變化了的自然和社會(huì)來分析未來的發(fā)展趨勢(shì)。因此，水資源承載能力量化研究的另一個(gè)基礎(chǔ)模型是對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的模擬。

為了約束水資源利用量不能超出水資源可利用量，選用水資源承載程度指標(biāo)約束方程，即用“水資源承載程度指標(biāo)”來表達(dá)水資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)承受壓力的程度，并要求≤1，以確保水資源的開發(fā)利用不會(huì)超出水資源可利用程度。

水資源承載能力控制目標(biāo)強(qiáng)調(diào)的是生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，但什么樣的狀態(tài)才算是生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)？這就需要在模型方程中具體列出生態(tài)與環(huán)境控制目標(biāo)約束方程，以表達(dá)生態(tài)系統(tǒng)的極限條件。

另外，考慮到水資源承載能力是建立在社會(huì)經(jīng)濟(jì)—水資源—生態(tài)復(fù)雜大系統(tǒng)之上，所以需要建立“社會(huì)經(jīng)濟(jì)—水資源—生態(tài)耦合系統(tǒng)互動(dòng)關(guān)系量化模型”，以有機(jī)地表達(dá)這個(gè)耦合系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系。首先，把水量變化、水質(zhì)變化與生態(tài)系統(tǒng)變化有機(jī)地結(jié)合起來，建立水量—水質(zhì)—生態(tài)耦合系統(tǒng)模型。實(shí)際上，該模型是一個(gè)以反映水量循環(huán)為主的水量模型、以反映水質(zhì)變化為主的水質(zhì)模型、以反映生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)和演變的生態(tài)系統(tǒng)模型以及三模型的耦合模型（左其亭等，2002）。其次，再把“水量—水質(zhì)—生態(tài)耦合系統(tǒng)模型”與“社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)模型”耦合起來，作為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系模型，嵌入到優(yōu)化模型中，參與優(yōu)化模型的計(jì)算，也可以通過二模型的中間關(guān)系變量直接建立耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型（左其亭等，2001）。

（3）“是否可承載”的標(biāo)準(zhǔn)選擇問題

這也是關(guān)系到水資源承載能力計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵問題。本書在定義“水資源承載能力”概念時(shí)，是以“維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)”為判斷目標(biāo)。在實(shí)際操作時(shí)，用生態(tài)與環(huán)境控制目標(biāo)約束方程來判斷。但是，在該約束方程中，如何確定“是否可承載”的標(biāo)準(zhǔn)是問題的關(guān)鍵。上文已經(jīng)介紹了應(yīng)該控制的三個(gè)方面：一是，城市污水或污染物排放總量不得超出一定限度（即，總量控制）；二是，一定區(qū)域水體的水質(zhì)不得超出水體本身水功能區(qū)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（即，濃度控制）；三是，城市相關(guān)河流的徑流量不得小于河流最小基流量（即，滿足生態(tài)用水）。如何定量確定控制目標(biāo)方程是問題的難點(diǎn)。

（4）指標(biāo)選擇問題

在水資源承載能力計(jì)算中，會(huì)遇到很多指標(biāo)的選擇問題。這也是影響水資源承載能力計(jì)算結(jié)果的關(guān)鍵因素。這些指標(biāo)包括：水資源利用率、重復(fù)利用率、污水處理率、人均日用水量、工業(yè)萬元產(chǎn)值平均用水量、農(nóng)業(yè)萬元產(chǎn)值用水量等等。

注：節(jié)選自《城市水資源承載能力——理論.方法.應(yīng)用》一書的“第三章”，化學(xué)工業(yè)出版社，2005年5月出版。