【水资源承载力研究的国内外文献综述9700字】

水资源承载力研究的国内外文献综述本研究主要在对研究区水资源承载力分析的基础上，对水资源优化配置，以下综述目前此领域的发展相关情况：1.1水资源承载力的研究承载力是一个生态学概念，其含义为某区域可容纳某种物种的最大数量。其后此概念的应用范围不断扩大，如一些学者提出了水资源承载力的概念，且分析了其在水资源处理领域的应用价值。地区水资源状况可基于此指标进行描述，同时也为相关生产、生活用水提供支持。1.1.1国外水资源承载力的研究调查结果发现目前相关水资源承载力的研究还不多，主要是将其合并到资源承载力、区域规划领域，且侧重于与此相关的经济和政策管理领域。新世纪以来水资源紧张相关的问题开始明显的表现出，对水资源安全相关的关注力度也明显增加。上世纪八十年代URS公司[11]研究了弗罗达Keys流域的承载力水平，且对二十年代来的承载力变化情况进行研究，其给出的承载力：在相关人工资源和自然没有被破坏基础上，该地区能够承载的最大发展能力。其在研究过程中为方便分析，而建立了一个结合了社会经济、财政和人口相关的承载力分析模型，且基于此模型分析了目标流域的社会经济和生态相关情况，同时明确了其中不同要素承受影响的水平。上世纪八十年代斯莱瑟教授在研究过程中提出一种优化的定量分析方法，也就是策略模型，这种综合了环境、人口和发展相关的要素，且进行一定联合分析，而讨论了一个国家和地区在同发展阶段，人口数量与承载力的相关性[12]。上世纪九十年代Gleick[13]的研究发现现代社会发展中出现的各种问题和水资源不合理利用存在密切关系，与此相关的问题主要如物种灭绝，环境污染、土地沙漠化等。Gleick对如何优化配置水资源进行研究，且提出了七个标准，在此基础上进行全面的评价分析。上世纪九十年代Harris[14]在研究过程中具体分析了农业方面的水资源问题，且在进行区域发展率衡量时，设置了农业用水的承载力指标。其研究结果表明当代农业增长模式出现了明显的变化，且对水资源量要求明显提高，而这不利于其后的长远持续发展。Rijiber在研究过程中具体分析了城市水资源结构和管理相关问题，其研究发现在衡量社会可发现发展方面，城市水资源有重要的价值，其主要涉及到生态、社会、经济等各方面。在对城市水资源可持续发展情况进行评价时，应用到承载力相关指标，其所得结果表明，水资源承载力对区域经济发展有一定基础性作用[15]。荷兰海牙召开了一次“第二届世界水论坛会议，其中对未来水安全相关问题进行明确说明和讨论。2001年，OlliVaris[16]等将水资源的开发利用作为核心，对长江地区进行了分析，其中包括快速发展的工业化、人口的增长带来的粮食需求的增加、生态环境恶化等因素对水资源造成的影响，对该地区不同发展时期的水资源承载力进行了比较。2005年，Ma.W-F，Zhao.X-H[17]等建立了以重复利用为基础的多目标的水资源优化配置的模糊线性规划模型，该模型的决策变量是种植面积，目的是最大限度地扩大作物产量和农民收入，依据水优化配置提供科学的决策，缓解农业水灌溉危机。2006年，南非以及津巴布韦学者T.Sawunyama，A.Senzanje等利用遥感与GIS技术对非洲东南部林波波河流域小水库的调蓄能力进行了评估，指出小水库作为水资源系统的一部分应该在水资源的规划与管理中得到充分利用[18]。2009年，Mckeon等研究了气候变化对澳大利亚北部牧场的承载能力的影响[19]。2010年，Bernhard[20]利用物质流分析方法对智利的电脑废弃物进行了评价，以促进电脑废弃物的处置和再利用从而减少浪费，促进自然环境和社会环境的协调发展。21世纪后国外学者在后来对水资源承载力的研究中，渐渐将其归入了资源和可持续发展的研究中去。1.1.2国内水资源承载力的研究我国学者对水资源承载力的研究起步较晚。随着改革开放，尤其是西部大开发，使西部本来紧张的用水情况更加恶化，并且破坏了生态环境。因此，施雅风院士提出了“水资源承载力”的问题。这是我国水资源承载力研究的先驱：1992年，施雅风对新疆乌鲁木齐河流域的水资源承载力研究，此次研究采取了常规趋势法，并对水资源承载力做出了明确的定义[21]。1998年，阮本青针对水资源的再生性、有限性、不可替代性等特性，对黄河下游地区做了研究，以水资源利用率最大为研究目标，建立了水资源承载力模型，对经济和人口等方面对水资源的影响做出了综合分析[22]。2003年，吴九红等学者采用系统动力学研究了郑州市的水资源承载力，通过构建模型，分析了城市内各影响因素与水资源承载力之间的反馈关系，并针对不同的案例提出了不同的评判方法[23]。2006年，刘贤赵与邵金华分析了西安市的水资源现状，并且运用了主成分分析法和模糊综合评判法两种方法分别计算了西安市水资源承载能力，并将两种结果进行了比较，最终认为主成分分析法更加适用于水资源承载力方面的研究[24]。2008年，朱丽波将区域环境承载力作为研究核心，对宁波北仑区进行了调查，此次调查从水资源、大气环境及土地资源与经济增长的相关性的角度研究制约环境资源的因素。并从资源供给能力及其对人类的支持能力等方面对研究区域的环境承载力做出了量化计算和系统评价，并提出了对策[25]。2008年，程军蕊等对水资源承载力指标体系的设计原则做出了完整的、系统的论述，并在此基础上建立评价指标体系，对钱塘江流域水资源承载力做出了研究，提出了水资源承载力指数的计算方法[26]。2008年，杨平等学者通过熵值法对江西省2000年到2006年的水资源数据进行了分析，该次研究表明，江西省水资源的承载能力逐年好转，并认为江西省水资源承载力还可以继续得到提高[27]。2010年，吴振良从水资源的基本概念开始入手，运用物质流和生态足迹模型定量评价了黄渤海地区的资源环境压力承载状况。最终认为对区域水环境资源承载力其决定作用的是生态空间构成和生态产能[28]。2010年，程莉等深入研究了苏州市水资源现状，构建了系统动力学模型，将维护河流生态系统正常功能作为研究前提，生态用水得到保障作为条件，研究了与生态环境、社会经济相互影响的水资源承载力[29]。2010年，黄志珍学者研究了气候变化对水资源数量和质量的影响。因为已有的研究大多侧重气候变化对水量的影响，因此黄志珍在已有研究的基础上，进一步研究了气候变化对水资源质量的影响[30]。2011年，石培基在研究过程中具体分析了武威市水资源承载力分析，且分析了其和城市适度规模相关性，设置了与此相关的评价区间标准，在此基础上对水资源承载性能进行判断分析，计算城市适度规模[31]。近年来一些学者在研究过程中结合了水资源承载力评价与优化配置方法，且根据评价所得的承载力大小，而评价分析了水资源开发利用相关的方案是否合理。2014年，何晓静在研究过程中具体分析湖州市的发展情况，且设置22个典型指标设置了与此相关的指标体系，、接着基于主成分分析法研究了过去六年间水资源承载力的变化情况，所得结果有较高的参考价值[32]。2015年，费日朋具体分析了庐江县水资源承载相关情况，且据此建立起对应的评价模型，且在一定的优化基础上预测了规划年承载力相关情况[33]。2016年，鲁雪萍则对黑龙江地区的资源承载力相关情况进行研究，且据此提出相关基于可拓理论建立评价模型，根据模型分析结果而给出对应的可利用的解决方案[34]。张成凤在研究时针对榆林市榆阳区进行分析，且基于不同的模型分析了相应需水量情况，且据此提出一个模糊多目标规划模型，设置了一个方案进行这类资源的优化配置[35]。1.2水资源优化配置的研究当前水资源相对研究不断深入，其中重点侧重于在满足可持续发展要求基础上，基于相关的规划约束，而合理开发水资源，在此基础上进行科学高效的管理，这对保证未来可持续发展目标有重要的意义。1.2.1国外水资源优化配置的研究上世纪四十年代国外水资源优化配制相关的研究开始起步，当时Masse进行初步的水资源调度研究。20世纪60年代初美国学者深入研究了计划需水量的估算相关问题，且提出了与此相关的水资源优化配置方案和模型。上世纪六十年代Lindebroy在进行水资源规划研究过程中提出了线性规划模型，且据此有效的处理了地表水和地下水水量系统。Dracup进行相关研究过程中应用到参数线性规划法进行分析，且据此确定出农业用水相关的需求情况，并给出了处理模式。七十年代开始模拟技术开始在水资源优化配制领域获得应用，且相关的成果也大量出现，主要表现如下：1972年，N.伯拉斯[35-36]该在其著作中引入了运筹学数学方法方法，且在一定计算机软件分析基础上研究了水资源开发相关的问题，且对其优化利用情况进行说明。上世纪八十年代Loucks对水资源工程规划相关的问题进行研究，且据此提出了对应的处理模型[37]。1982年，Pearson等在一定调查统计分析基础上，设置水库输水能力和预测的需求值为约束，针对英国Nawwa区域的用水量相关的问题通过二次规划方方法进行求解[38]。GYeh进行相关研究设计具体分析了水库调度和管理领域，系统分析方法的应用价值，且综合应用到线性规划、动态规划相关的技术方法[39]。八十年代初期Willis对4个地下水含水单元构成的地表水管理相关的问题进行研究，主要是应用到线性规划方法。在此方面分析过程中应用到有限差分式进行优化，设置的目标为供水费用最小。对建立的模型通过SUMT法进行求解，所得结果为水资源管理提供支持[40]。上世纪九十年代，水污染相关的问题明显的表现出，且在进行问题处理时，传统的供水量和经济效益目标函数的方法开始不满足应用要求，国外一些研究者开始应用到水质约束、水资源环境效益相关的指标进行优化。相关研究情况如下：1992年，Afzal在研究过程中具体分析了Pakistan特定区域的灌溉系统问题，且对各水质的水量使用应用情况进行规划求解[41]。九十年代初期Wisner在研究过程中具体论述了水资源开发利用相关问题，且讨论了其对社会可持续发展的制约[42]。1995年，David进行一定的优化改进而提出了一个可持续水资源规划模型框架，且对其应用性能进行具体分析，讨论了其适用范围[43]。1997年，Wong在研究过程中建立起一个支持地表水的多目标多阶段优化方案，且对用户需水进行预测分析，在研究过程中涉及到地下水、外调水相关的因素，且据此提出了针对地下水恶化相关的应对和处理措施，从而为水资源优化利用起到促进作用[44]。1999年，Kumar在研究过程中提出了污水排放模糊优化模型，然后基于相关的调查结果设置了对应的约束条件，据此确定出流域水质管理方案，接着对这种方案的应用价值进行说明[45]。Minsker在进行水资源规划问题研究过程中，提出一个水资源配置多目标分析模型[46]。然后应用到遗传算法进行求解，所得结果有较高的参考价值。Rosegrant等在研究过程中适当的耦合经济模型与水文模型，且在墨西哥的Maipo流域开发规划中应用[47]。Xu等为有效的处理大量水资源配置方案的检验问题,而具体分析这种问题的特征，并据此建立起一个线性规划求解方案，结果发现这种方法在处理过程中可以在一定约束基础上，根据流域水资源变化情况，而设置与此相关的管理方案[48]。2002年，Ringler,进行一定的优化改进而提出一个水资源优化配置模型,且针对各国的水资源分布情况，而提出了相应的使用约束方案。在应用过程中可以通过其对水资源的价值进行评级分析，且据此确定出合理的分配使用方案[49]。2003年，Zhong在研究过程中提出一个水资源优化调度相关的多目标的分解模型,且为满足相关水库优化调度要求，而通过数学模拟方法进行求解。在研究过程中具体分析了各种用户的权重而进行针对性的优化设计[50]。2005年，Ma.W-F,Zhao.在研究时具体分析了水资源的复用相关情况，而设置了一个优化配置的模糊线性明显，且接着基于这种模型来进行水资源的分配，从而为实现各方面的发展目标提供支持。具体分析可知这种决策变量是种植面积，主要的目标函数为提高内农民收入和农业经济效益，在应用过程中其可以很好的处理水优化配置相关的问题，在解决农业水灌溉危机方面表现出较高的应用价值[51]。Zeng[52]建立了用于水资源管理的模糊两阶段随机规划模型，这种模型在应用过程中分析水源在不同来水条件下的约束情况，提出了一个优化方案。2009年，Y.P.Li[53]在研究过程中提出了一个模糊多阶段随机规划模型，且对其应用相关情况进行具体说明。P.Guo[54]进行相关的研究过程中综合了模糊性和随机性而对水资源管理问题进行研究，且据此提出了相应的改进模型。2013年，Y.L.[55]进行优化研究而建立起相应的流域性水资源管理模型，通过这种模型对相关区间值的模糊性问题进行求解。Zhang[56]在研究过程中适当的结合起区间参数与随机规划模型，然后通过这种模型对黑龙江地区的水资源可持续发展相关问题进行求解。2015年，Zhang[57]引入模糊规划进行此方面问题的求解，且设置一个模糊两阶段随机规划方法进行建模分析，且据此研究了规划区域可持续发展。HuangGH[58]在研究过程中建立起一个条件风险价值理论两阶段随机规划模型，且通过其对不同类型的资源进行优化配置，为提高资源利用水平提供支持。1.2.2国内水资源优化配置的研究国内的水资源优化相关的研究起步于上世纪六十年代，起初在进行水资源配置研究时应用到水库调度相关的方法，对应的发展历程如下：第一阶段主要是基于经验寻优调度，与此相关的方法操作简单，所得结果很直观，不过不能满足多目标、多约束相关的优化要求。第二阶段是以运筹学为基础的水库群优化调度阶段，在此阶段研究过程中应用到的方法主要包括线性规划(LP)、动态规划(DP)、神经网络方法、模糊优化方法和一些混合型方法[59-80]。对应的研究对象也各有不同，主要如针对水利工程控制单元进行研究；二是优化相应水资源配置方案；三是跨流域水资源优化配置。对比分析可知和国外相比，国内在水资源优化配制领域的发展起步晚，不过发展速度快，目前取得的成果主要包括：1982年，张勇传在进行动态规划研究时应用到变向探索法引，且分析了这种方法在水库优化调度方面的应用价值[63]；施熙灿在研究过程中讨论了水电站优化调度领域，保证率约束的马氏决策明显的应用价值，且进行一定的有限元求解[64]。上世纪八十年代董子敖在进行水电站水库优化问题研究过程中，应用到替代约束法[65]。上世纪八十年代颜竹丘具体分析了水电站出力的影响因素，且基于关联平衡法处理，且在不断地迭代优化基础上，确定出目标问题的最优解[66]。上世纪九十年代陈守煜在研究过程中建立起一个多阶段多目标模糊优化模型，然后在一定的简化假设基础上进行问题求解[67、68]。Wong在研究过程中建立起一个支持地表水的多目标多阶段优化方案，且对用户需水进行预测分析，在研究过程中涉及到地下水、外调水相关的因素，且据此提出了针对地下水恶化相关的应对和处理措施。上世纪九十年代姜意在研究过程中设置了山西省的经济发展为目标，讨论了为满足发展目标需要的水资源相关情况，且对相关的影响因素进行分析，据此建立起一个使GNI最大的线性规划模型[69]。唐德善进行了类似的研究，且提出一个黄河流域水资源多目标分析模型，在此基础上对比分析然后进行一定简化处理后，通过数学软件进行模拟求解[70]。翁文斌在研究过程中基于相关系统方法结合区域水资源规划理论进行求解，且提出了相应的水资源优化配制方案[71]。中国水利水电科学研究院则根据上水资源调度相关要求，而开展《宁夏水资源优化配置研究》，在其中对宁夏地区的水资源调度相关问题进行研究，依据所得结果而提出相应水资源优化配置与战略研究的理论体系，且基于软件进行模拟仿真研究[72]。上世纪九十年代吴泽宁在研究过程中设置跨流域水资源系统的供水量相关的函数，且应用到数学规划对建立的水资源系统优化配置模型进行求解，所得结果的有较高的参考价值[73]。此后的研究中尹明万则具体分析新疆的实际情况，建立起一个模拟模型用于研究巨型水资源系统相关情况，且为更好的满足应用要求，而提高模型的计算效率与实时性，在其中引入智能化技术[74]。2000年，汪恕诚进行相关的调查研究时，认为明确水权对水资源优化配置有重要的意义；水资源的优化配置主要可以通过不断调整和建立水市场来实现；在这一过程中，政府与市场等需要形成合力，是实现水资源的有效管理，实现水资源利用价值最大化的基本保证[75]。本世纪初，马斌等对多水源引水灌区水资源调配模型做了探讨并得出相应的结论[76]。几乎在同一时期，王劲峰等针对我国水资源供需平衡在空间上的差异，构建出水资源优化模型，这对之后的研究奠定了基础[77]。此后不久，中国水利水电科学研究院等单位联合展开了相关研究，并顺利完成“九五”国家重点科技攻关项目，经过学者们的不懈努力，最终建立了干旱区生态环境需水量计算方法，在此基础上，进一步提出了与区域发展模式，并在汲取以往实践经验的基础上，提出了针对西北生态脆弱地区的水资源配置方案[78]。同一时期，有学者进行了更深入的研究，比如王浩等系统地阐述了在市场经济条件下水资源配置的方案，该研究主要是以流域系统为对象、以流域水循环为科学前提，其研究在学术界引起了广泛关注[79]。2002年，贺北方等提出基于遗传算法的水资源优化配置模型，其通过特定的形式将模型分解为二级递阶结构，在此处研究中，还引入多目标遗传算法对模型进行分析[80]。同一年，我国学者赵建世等在分析了水资源配置系统的复杂性，并对这一现象的适应机理做了论述，之后，又引入复杂适应系统理论构架出新的分析模型[81]。还有学者从其他角度进行了研究，比如谢新民等针对珠海市水资源开发利用面临的问题，引入多种现代技术，并在总结以往实践经验的基础上，建立了珠海市水资源配置模型。在其研究中，涉及了水资源可持续发展理论、系统论和模拟技术等的论述，这为此后的研究指明了方向[82]。2004年，又有学者做了更深入的研究，如赵斌[83]研究了区域水资源配置的分质供水方法，在本次研究中进行了水质需求的划分，在此基础上，进一步将不同品质的水按照不同需求进行有针对性的分配，并建立了区域水资源配置的分质供水模型。在之后的一年时间里，又有学者做了相关探讨，比如邵东国等[84]从生态环境保护、水权转让等方面研究水资源配置机制，然后从不同角度来确立了包括生存条件、承载能力等的约束准则，这在一定程度上提高了水资源利用率2005年，裴源生等[85]等也进行了相关研究，并提出基于广义水资源全口径供需平衡分析的模型。此后，有学者从其他角度进行了研究，如贺新春[86]研究了基于分质供水模式的城市水资源配置方法，使得城市水资源得到了合理利用；2007年，王浩等提出全要素水资源优化配置，该研究也受到了学术界的关注。2008年，卢震林[87]对干旱区水资源进行分析，并总结出这些地区的水资源供需特点，通过理论联系实际的方式，建立了农业水资源配置模型。该领域中比较具有代表性的是顾文权、邵东国[88,89]等分析水资源配置风险内涵，并提出可能存在的影响因素，在此基础上提出多目标水资源优化配置风险分析模型；另外，还从不同的角度探讨了汉江中下游地区水资源配置风险值，所得结果为实践提供了理论指导。2009年，黄学超、史安娜[90]等以水资源的可持续开发利用为目标，建立了沂沐河流域丰、枯水年水资源合理配置模型，并且根据配置结果，分析了在丰、枯水年条件下，沂沐河流域各地区各用水部门的缺水问题。2010年，严登华、秦天玲等[91]将低碳发展理念引入水资源合理配置中，提出了相应的研究框架，随后又建立的相应的配置模型，为应对未来变化环境和水资源危机起到了一定的作用。2011年，曹明飞[92]引入模糊随机变量用来表征水资源系统来水流量，并用模糊数表征水资源管理者的主管信息如分配水量、单位收益和惩罚等，从而构建了两阶段及模糊随机变量规划模型。2012年，严登华等[93]在水资源可持续利用和生态环境保护的基础上，遵循安全、高效、低碳、公平的基本原则，将配置单元内部及其单元之间的缺水量和礙的净排放量最小等目标因子纳入总体目标函数中，建立了基于低礙发展模式的水资源合理配置模型。构建以社会、经济、生态效益为目标的综合评价函数，同时考虑县域的供水能力约束、需水能力约束、环境能力约束以及各变量非负约束条件下的大荔县水资源优化配置模型；进一步确定综合评价函数的经济效益参数、费用效益参数、供水次序系数、用水公平系数等；按照多目标规划模型求解流程，采用模拟退火粒子群算法进行求解得到大荔县不同节水措施。2013年，张小飞[94]针对流域中降水随机分布而导致的洪涝及干旱问题,同时考虑传统两阶段随机规划模型中存在的不确定性及风险问题，提出了基于风险规避的水资源优化配置模型及洪水分洪优化模型，条件风险价值和风险度量方法的引入，模型可以根据决策者的偏好对未来情景模拟下的水资源优化配置方案进行合理调节，使模型本身的输出结果更为公平合理。2013年，屈国栋[95]分析研究区域当前水资源状况，并通过特定的方法来对当地水资源承载能力进行评价，由此提出合理利用水资源的建议，之后对优选配水方案进行综合效益评价，本次研究具有较强的现实意义。2014年，莫淑红等[96]基于多层离散情境树展开长期的研究，同时，还引入区间数和概率密度函数对所建模型进行分析，所得研究结论对具体实践具有一定的参考价值。2014年，尹建光[97]引入不确定规划方法来分析水资源系统，得出水资源的配置具有较强的复杂性，并由此构建出不确定区间-机会约束线性优化模型，最终提出低成本的可持续发展方案。此后一年，学者付殿峥[98]也展开了相关研究，其主要是对实际水资源配置系统中存在的问题，采用特定的方法来构建出多重不确定优化模型，并由此提出水资源优化管理的方法。同一年，任兴华等[99]提出“三条红线”这一理念，在总结前人研究结论的基础上，探索出了基于“三条红线”理论，其研究也具有一定的现实意义。目前为止，无论是流域还是区域，该领域的研究也较为深入和全面。基于以上的分析不难看出，水资源优化配置研究已经日趋完善，从总体情况看，该领域的研究从无到有，逐步成熟。另外也可以看到，学术界正朝着水资源复杂系统所要求的方向发展，而研究的整体趋势是：从只注重于一个目标最优的择优准则，向多目标优化满意准则转化；所构建的模型也越来越复杂，所得理论越来越系统化，即：从“策略导向”的个人决策模式，逐步转变为多目标的群体决策模式[100-105]，这种研究趋势无疑更加具有指导意义。参考文献：赵钧.面对水危机,青年可以做什么?——朗盛(中国)“洁净水·滋润未来”的启示[J].WTO经济导刊,2015,11:75-77.王浩,游进军.中国水资源配置30年[J].水利学报,2016,03:265-271+282.2011年中央一号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》发布[J].中国水利,2011,04:3.王福林.区域水资源合理配置研究——以辽宁省为例[D].武汉理工大学,2013.龙爱华,王浩,于福亮,等.社会水循环理论基础探析Ⅱ:科学问题与学科前沿[J].水利学报,2011,05:505-513.华士乾.我国水资源分布特点及其开发利用中的问题[J].自然资源,1979,02:32-38.任兴华.基于水资源管理“三条红线”的水资源配置模式研究[D].太原理工大学,2015.王浩,贾仰文.变化中的流域“自然-社会”二元水循环理论与研究方法[J].水利学报,2016,10:1219-1226.左其亭,赵衡,马军霞.水资源与经济社会和谐平衡研究[J].水利学报,2014,07:785-792+800.游进军.水资源合理配置研究历程与进展[J].水利学报,2008,39(10):1168-1175.NorthAmericanLakeManagementSociety.[EB/OL].SleeserM.EnhancementofCarryingCapacityOptionsECCO[M].ResourceUseInstitute,1990:521-530.GleickP.H.WaterinCri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