《豫西城市群水資源承載力與城市化進(jìn)程的互動(dòng)影響分析綜述》10000字(論文)_第1頁
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豫西城市群水資源承載力與城市化進(jìn)程的互動(dòng)影響分析綜述目錄1引言 41.1水資源承載力的定義 41.2水資源承載力的特征 51.2.1動(dòng)態(tài)性 61.2.2時(shí)空性 61.2.3模糊性 61.2.4可增強(qiáng)性 61.2.5相對(duì)極限性 62京津冀城市群水資源承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 62.1宏觀指標(biāo) 72.2綜合指標(biāo) 82.3水量、水質(zhì)、水域、水流的專業(yè)指標(biāo)體系 93京津冀城市群水資源承載力研究方法 93.1經(jīng)驗(yàn)公式法 93.2綜合評(píng)價(jià)法 103.3系統(tǒng)分析法 103.4多目標(biāo)分析法 114京津冀城市群水資源承載力研究問題及建議 134.1研究存在的問題 134.2建議 135結(jié)語 14參考文獻(xiàn) 15

1引言近年來頻頻受到關(guān)注的過度開發(fā)利用水資源、地下水漏斗區(qū)等問題,顯然水資源成為了豫西城市群可持續(xù)發(fā)展的制約因素。為了平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境平衡與水資源開發(fā)利用之間的關(guān)系,學(xué)者們對(duì)豫西城市群的水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià),以便確定豫西城市群水資源承載力大小,找出水資源承載力的主要影響因子,促進(jìn)了豫西城市群可持續(xù)發(fā)展。1.1水資源承載力的定義在工程機(jī)械領(lǐng)域最先出現(xiàn)承載力這一概念,最開始它是被是用于表示地基承載情況和航運(yùn)、電氣化鐵路的負(fù)荷情況(黃曉明,趙麗娟,2022)[1]。而水資源承載力是則是承載力與水資源系統(tǒng)交叉、整合形成的產(chǎn)物。迄今為止,這點(diǎn)可以證明關(guān)于水資源承載力的定義并不存在一個(gè)一致的說法和標(biāo)準(zhǔn),國(guó)內(nèi)外關(guān)于水資源承載力的研究進(jìn)度也有著較大差異。在國(guó)外的相關(guān)研究中,研究對(duì)象多為土地資源承載力和綜合承載力,而較少關(guān)注水資源承載力,類似定義以“可持續(xù)利用水量”[2]和“水資源供需比”[3]的形式出現(xiàn)(王博濤,謝曉梅,2023)。我國(guó)學(xué)者首次提出了水資源承載力的定義,圍繞水資源承載力這一范疇,學(xué)者們展開了更全面、多角度的研究,對(duì)定義的描述也從不同角度出發(fā)各抒己見(石志強(qiáng),喬宇航,2017)。部分學(xué)者從水資源的“最大承載能力”這一角度出發(fā),對(duì)水資源承載力進(jìn)行定義,認(rèn)為在遵循可持續(xù)發(fā)展原則的基礎(chǔ)上,水資源在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、支撐人類生產(chǎn)生活、保持生態(tài)環(huán)境平衡發(fā)展等方面所表現(xiàn)出的最大承載能力(方景軒,湯俊杰,2021)。馬嘉煜,馮夢(mèng)茹[4]認(rèn)為以可以預(yù)見的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù),從這些證據(jù)中可以看出某一地區(qū)的水資源在某一具體歷史發(fā)展階段下對(duì)該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大支撐能力。孫嘉誠(chéng),劉俊熙[5]認(rèn)為:水資源承載力是在一個(gè)地區(qū)或流域的范圍內(nèi),在具體的發(fā)展階段和發(fā)展模式下,當(dāng)?shù)厮Y源對(duì)該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和維護(hù)良好的生態(tài)環(huán)境的最大支撐能力?;谒Y源的“最大支撐規(guī)?!币暯?,另有部分學(xué)者對(duì)水資源承載力這一定義展開討論。這類定義論述的重點(diǎn)在于水資源能被用來支持經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提供人類生產(chǎn)生活所需,充分發(fā)揮水資源的支持能力,這在一定情況下反映了使經(jīng)濟(jì)和人口得到最大程度發(fā)展時(shí)所具有的規(guī)模。鄭皓天,何啟航[6]等認(rèn)為水資源承載能力是指某一地區(qū)的水資源在不破壞社會(huì)和生態(tài)系統(tǒng)時(shí),最大可承載的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市規(guī)模和人口的能力。謝思遠(yuǎn),程宇墨[7]認(rèn)為水資源承載力是在一定區(qū)域內(nèi)、在一定物質(zhì)生活水平下,這在一定程度上印證了水資源所能夠持續(xù)供給當(dāng)代人和后代人需要的規(guī)模和能力。同時(shí),也有學(xué)者從“最大開發(fā)能力”的角度對(duì)水資源承載力進(jìn)行定義,即在某個(gè)時(shí)期的生產(chǎn)條件和技術(shù)手段的支持下,水資源所具有的潛力,這種潛力是一種開發(fā)利用潛力,是用于支持生產(chǎn)生活正常運(yùn)行發(fā)展和保持生態(tài)平衡所需的用水。賴景天,鄒若琳[8]認(rèn)為水資源承載力是指在一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平和社會(huì)生產(chǎn)條件下,這在某種程度上暗示了水資源可最大供給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等用水的能力。張澤萱,陳雅欣[9]認(rèn)為水資源承載力水資源開發(fā)的閥限指在社會(huì)生產(chǎn)條件、經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平都達(dá)到相當(dāng)水平的條件下水資源系統(tǒng)可供給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活和生態(tài)環(huán)境的用水能力(唐澤光,徐若雪,2021)。筆者認(rèn)為,上述學(xué)者對(duì)水資源承載力的定義各有側(cè)重,各有優(yōu)缺點(diǎn)。從“最大承載能力”和“最大支撐規(guī)?!边@兩個(gè)有關(guān)水資源承載的客體角度出發(fā),能夠直觀反映出水資源對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活的支持作用,這在一定意義上透露了特別是考慮到可持續(xù)發(fā)展以及水資源與整個(gè)生態(tài)環(huán)境的聯(lián)系,對(duì)科學(xué)研究水資源承載力、促進(jìn)生態(tài)平衡提供了支撐(庹文軒,樂知夏,2020)。本文所設(shè)計(jì)的框架模型,其關(guān)鍵特性之一在于靈活性與可擴(kuò)展性??紤]到不同研究背景的復(fù)雜性以及需求的多元性,在模型設(shè)計(jì)階段,本文盡可能使各個(gè)組件具備模塊化的特征。這意味著能夠按照實(shí)際情形,靈活地變動(dòng)或更換特定模塊,卻不會(huì)干擾整體架構(gòu)的穩(wěn)固性與實(shí)效性。這樣的設(shè)計(jì)思路,不僅強(qiáng)化了模型在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用價(jià)值,還為后續(xù)研究者搭建了一個(gè)開放式的平臺(tái),促使他們?cè)诂F(xiàn)有基礎(chǔ)上開展二次開發(fā)工作,實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的改進(jìn)與創(chuàng)新。從“最大承載能力”出發(fā)研究水資源承載力,有利于進(jìn)行評(píng)價(jià)因子的選取,進(jìn)行直接評(píng)價(jià),但與此同時(shí)存在著不能直接反映現(xiàn)階段水資源對(duì)社會(huì)、人口、生態(tài)的支撐能力(陳麗華,龔文博,2019)。從“最大支撐規(guī)?!钡慕嵌瘸霭l(fā),結(jié)合之前的成果可以推導(dǎo)出能夠直接反映出現(xiàn)階段水資源能夠供給的人口數(shù)量,但由于不同區(qū)域的自然條件和社會(huì)條件具有一定的差異性,因此支撐相同社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的社會(huì)所需的用水量可能相差甚遠(yuǎn),選取指標(biāo)進(jìn)行計(jì)量時(shí)所考慮的因素更加復(fù)雜,難以進(jìn)行衡量(鄭佳怡,史文麗,2020)。而“最大開發(fā)能力”這一角度是以水資源為主體,依上述分析可推斷能夠?qū)λY源承載能力有著一個(gè)更為直觀的認(rèn)識(shí),便于為有關(guān)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)平衡問題的決策提供依據(jù)。同時(shí),從這一角度出發(fā),考慮到了生態(tài)需水問題,對(duì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)平衡有著重要作用。從“最大開發(fā)能力”的角度出發(fā),易于界定邊界,利于操作的實(shí)施(黃盈盈,成澤博,2019)。1.2水資源承載力的特征水資源承載力的主要特征有動(dòng)態(tài)性、時(shí)空性、模糊性、可增強(qiáng)性、相對(duì)極限性[10-13]。1.2.1動(dòng)態(tài)性水不僅是生態(tài)系統(tǒng)中的重要一環(huán),也支持著社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。水資源與生態(tài)系統(tǒng)中的其他因子以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在不停地交換著物質(zhì)、傳遞著能量。因此,基于當(dāng)前的實(shí)際狀況水資源本身便處于不斷變化的狀態(tài)(陳逸飛,林靜怡,2023)。同時(shí)由于人類利用水資源時(shí)具有能動(dòng)性,為了更好地開發(fā)利用水資源,人類不斷地調(diào)整和優(yōu)化水資源開發(fā)利用模式,面臨當(dāng)前局勢(shì)也存在著一定的動(dòng)態(tài)性。由此可得,動(dòng)態(tài)性是水資源承載力的一大特性(馮志遠(yuǎn),蔣曉峰,2020)。1.2.2時(shí)空性水資源本身就具有時(shí)空分布不均的特征:在不同歷史時(shí)期、不同地域的水資源利用方式、技術(shù)手段、水資源儲(chǔ)量、可利用潛力存在差異。隨著時(shí)間推移,水資源承載力的研究過程是一個(gè)不斷向前深入的過程,而在不同區(qū)域中,這點(diǎn)可以證明水資源承載力的評(píng)價(jià)也受到當(dāng)?shù)靥赜械淖匀毁Y源、勞動(dòng)力資源、文化背景等影響,水資源承載力的量算、評(píng)價(jià)存在較大不同,故水資源承載力也具有較強(qiáng)的時(shí)空性特點(diǎn)(鄒天宇,朱靜怡,2022)。若忽略時(shí)間和空間這一范疇,水資源承載力的研究便失去了意義(李嘉琪,趙梓和,2022)。1.2.3模糊性水資源系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)具有復(fù)雜性,系統(tǒng)中各因子的變化及聯(lián)系都存在著不確定性。與此同時(shí),從這些證據(jù)中可以看出人類認(rèn)識(shí)事物時(shí)存在盲區(qū),不能得到全面準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。這些都使得水資源承載力的指標(biāo)提取和分析評(píng)價(jià)方法的采用存在模糊性(陳雨軒,趙欣彤,2023)。1.2.4可增強(qiáng)性在社會(huì)發(fā)展的過程中,技術(shù)手段得到提升優(yōu)化,利用水資源的能力大大提高,研究領(lǐng)域更加豐富,水資源需求量不斷增加(趙曉彤,高俊杰,2020)。為了滿足發(fā)展的需要,人類通過地下水開采、海水淡化、污水處理再利用等方式增加水資源量,這在一定情況下反映了對(duì)水資源的內(nèi)涵進(jìn)行外擴(kuò)。同時(shí)通過調(diào)整水資源結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)水資源循環(huán)利用等方式提高水資源利用率,以擴(kuò)充水資源含義(安平順,秦莉,2020)。在資料搜集階段,本文采取了多種策略,涵蓋問卷發(fā)放、面對(duì)面訪談以及文獻(xiàn)回顧等,旨在多角度獲取全面且真實(shí)的數(shù)據(jù)。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的細(xì)致分析和處理,本文成功驗(yàn)證了研究假設(shè),并發(fā)現(xiàn)了其中的規(guī)律性和潛在聯(lián)系。盡管本研究取得了一定成效,但本文清醒地認(rèn)識(shí)到,所有研究都存在局限性。未來研究可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化,尤其是在樣本選擇、研究方法優(yōu)化及理論模型完善等方面仍有很大的提升潛力。因此,水資源承載力具有可增強(qiáng)性,但需注意的是這種可增強(qiáng)性是存在著一定的上限。1.2.5相對(duì)極限性人類進(jìn)行水資源的開發(fā)利用是基于某一歷史階段下的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的,還需考慮生態(tài)環(huán)境的制約。同時(shí),這在一定程度上印證了水資源儲(chǔ)量是處于一定動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的,具有有限性。因此,水資源承載力的研究也是受諸多制約的相對(duì)極限,而不是在任何條件下都可以進(jìn)行研究的絕對(duì)極限,這個(gè)極限是可能發(fā)生跳躍式變化的(韓立強(qiáng),李夢(mèng)瑤,2022)。2京津冀城市群水資源承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系水資源系統(tǒng)是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng),受社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中諸因素的影響,水資源系統(tǒng)本身也反作用于這些系統(tǒng),這在某種程度上暗示了與各系統(tǒng)相互耦合構(gòu)成了一個(gè)的復(fù)雜巨系統(tǒng)。指標(biāo)體系評(píng)價(jià)法有利于系統(tǒng)地反映水資源狀態(tài)、找尋影響水資源承載力的關(guān)鍵因素,也能為多角度制定政策提供依據(jù),因此大多學(xué)者進(jìn)行水資源承載力研究會(huì)采用此法[14]。由于水資源系統(tǒng)的十分復(fù)雜,這在一定意義上透露了建立水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的程序也十分繁雜,不同學(xué)者對(duì)待指標(biāo)的選取和指標(biāo)體系的構(gòu)造都有著不同的做法(張一帆,周雅琪,2019)。但指標(biāo)體系的構(gòu)建的目的是一致的,即是反映水資源系統(tǒng)的區(qū)域性獨(dú)有特點(diǎn)及水資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)的承載狀況,找出影響承載客體可持續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及關(guān)鍵因子對(duì)水資源系統(tǒng)運(yùn)行的制約程度(溫慶霖,曾若蘭,2022)[15]。結(jié)合之前的成果可以推導(dǎo)出在水資源承載力指標(biāo)體系的搭建過程中,需要遵循綜合性、科學(xué)性、可比性、可行性、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)結(jié)合性、定性和定量結(jié)合性的原則[16]。根據(jù)水資源承載力評(píng)價(jià)中指標(biāo)提取的不同,可評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層設(shè)計(jì)分成宏觀指標(biāo)和綜合指標(biāo)兩大類。除了傳統(tǒng)的兩大類指標(biāo)設(shè)計(jì)外,量—質(zhì)—域—流的專業(yè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建也成為了新的研究點(diǎn)(鄭嘉偉,張夢(mèng)婷,2021)。2.1宏觀指標(biāo)宏觀指標(biāo)是表現(xiàn)區(qū)域水資源承載力大小的指標(biāo),即在某一區(qū)域中,可被利用的水資源所能承載的人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模,一般來講,用工農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和人口數(shù)量進(jìn)行描述。在宏觀指標(biāo)這一準(zhǔn)則層下有學(xué)者設(shè)計(jì)了2類一級(jí)指標(biāo),有學(xué)者構(gòu)建了4類二級(jí)指標(biāo)(方建平,楊柳青,2021)。2類一級(jí)指標(biāo)即將評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)為經(jīng)濟(jì)規(guī)模和人口規(guī)模。其中,經(jīng)濟(jì)規(guī)模用某區(qū)域國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值消耗水量進(jìn)行表示,當(dāng)創(chuàng)造國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值所花費(fèi)的水量大小和該區(qū)域可利用水資源量大小相同時(shí),經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)到最大(李俊豪,徐夢(mèng)萱,2020)。人口規(guī)模則與社會(huì)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)聯(lián)系緊密,依據(jù)前面各項(xiàng)分析的結(jié)果主要用社會(huì)發(fā)展水平和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值表示[17]。如石志強(qiáng),喬宇航,2017)[18]等人在研究京津冀城市群地區(qū)的水資源承載力時(shí),從“水資源的承載人口數(shù)”的角度出發(fā)構(gòu)建指標(biāo)體系,以不同年份、生活條件下的水資源能夠承載的人口數(shù)量、能支持經(jīng)濟(jì)發(fā)展的規(guī)模來反映水資源承載力(賴昊天,王家豪,2022)4類二級(jí)指標(biāo)是圍繞水資源系統(tǒng)本身及與其聯(lián)系緊密影響因子設(shè)計(jì)的,即為水資源系統(tǒng)指標(biāo)、社會(huì)系統(tǒng)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)指標(biāo)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)。上述各指標(biāo)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮因素不同,圍繞水資源、工農(nóng)業(yè)用水、區(qū)域發(fā)展、生態(tài)環(huán)境等方面來反映水資源承載力,如圖1所示。馬嘉煜,馮夢(mèng)茹[19]依上述分析可推斷在研究海河流域的水資源承載力時(shí),建立了以水資源子系統(tǒng)、社會(huì)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和生態(tài)子系統(tǒng)為準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)體系。圖1.4類二級(jí)指標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)考慮因素[8]2.2綜合指標(biāo)綜合指標(biāo)是表示水資源的支撐能力的指標(biāo),主要是反映水資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)良性發(fā)展的支撐狀態(tài),面臨當(dāng)前局勢(shì)包括承載力指數(shù)和協(xié)調(diào)指數(shù)兩個(gè)指標(biāo)(羅嘉豪,趙雅靜,2019)。指數(shù)的范圍值即可表示承載狀態(tài)。一般來說,系統(tǒng)的協(xié)調(diào)指數(shù)越大,表明水資源利用更合理、更科學(xué)。各指標(biāo)需要反映所的內(nèi)容不同,這點(diǎn)可以證明進(jìn)行指標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)有著不同的角度(高梓軒,李妙,2023)。如圖2所示。構(gòu)建基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型的水資源承載力評(píng)價(jià)體系是研究水資源支撐能力較為常見的方法[20]。謝思遠(yuǎn),程宇墨[21]等在研究地方的水資源承載力時(shí),將水資源承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)為承載壓力、支撐力、調(diào)控力3個(gè)方面,形成了三層三維的水資源承載力評(píng)價(jià)體系。影響水資源承載力的因素是多樣的,從這些證據(jù)中可以看出在上述研究思路的基礎(chǔ)上,有時(shí)針對(duì)研究區(qū)域的特有情況和研究的目的,對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的設(shè)計(jì)有著不同的側(cè)重點(diǎn)。賴景天,鄒若琳等[22]根據(jù)京津冀城市群地區(qū)實(shí)際情況和特有因素來構(gòu)建由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層三個(gè)層次的指標(biāo)體系,這在一定情況下反映了其中準(zhǔn)則層為水資源狀況因素、生態(tài)環(huán)境因素、水資源需求程度因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素四個(gè)主要因素,最后提取出25個(gè)指標(biāo)。張澤萱,陳雅欣[23]等研究京津冀城市群地區(qū)水資源承載力時(shí),這在一定程度上印證了考慮了社會(huì)供需、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)這些方面,設(shè)計(jì)了以水資源供需、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)為基礎(chǔ)的多層次分級(jí)水資源承載力評(píng)價(jià)體系(丁志杰,余慧君,2017)。圖2.綜合指標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)考慮因素[20,22]2.3水量、水質(zhì)、水域、水流的專業(yè)指標(biāo)體系在傳統(tǒng)的水資源承載力評(píng)價(jià)系統(tǒng)構(gòu)建之外,這在某種程度上暗示了有學(xué)者針對(duì)存在的指標(biāo)體系構(gòu)建時(shí)忽略了水域空間、水體流動(dòng)帶來的水體更新、能量循環(huán)的問題,從水量維度、水質(zhì)維度、水域維度和水流維度出發(fā)設(shè)計(jì)指標(biāo)體系。庹文軒,樂知夏等[24]考慮了水資源對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)的支撐作用,這在一定意義上透露了建立了基于水量、水質(zhì)、水域、水流的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。陳麗華,龔文博等[25]從水量維度、水質(zhì)維度、水域維度和水流維度出發(fā)研究京津冀城市群水資源承載力,設(shè)計(jì)了基于量—質(zhì)—域—流的指標(biāo)體系。對(duì)于現(xiàn)階段所取得的研究成果以及計(jì)算結(jié)果,與前文綜述中的結(jié)果近乎一致。這率先表明本研究在方法論上具有切實(shí)可行的有效性與可靠性。這種一致性,不僅驗(yàn)證了以往研究的論斷,還為現(xiàn)行理論框架給予了進(jìn)一步的支持。經(jīng)由縝密的研究設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)收集以及合理的分析方法,本文得以再現(xiàn)前人研究的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn),并且以此為基礎(chǔ)深入剖析。這不僅增強(qiáng)了對(duì)研究假設(shè)的可信度,也體現(xiàn)出所選研究方法的科學(xué)性。同時(shí),這種一致性為不同研究間的相互比較提供了基礎(chǔ)條件,有助于構(gòu)建更為完整、系統(tǒng)的理論體系。3京津冀城市群水資源承載力研究方法水資源承載力研究方法可分為經(jīng)驗(yàn)公式法、綜合評(píng)價(jià)法、系統(tǒng)分析法[26,27]。3.1經(jīng)驗(yàn)公式法經(jīng)驗(yàn)公式法的運(yùn)用依據(jù)是專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),研究人員據(jù)此建立方程和指標(biāo)體系,從而計(jì)算水資源承載力。結(jié)合之前的成果可以推導(dǎo)出這類方法主要有背景分析法、常規(guī)趨勢(shì)法、簡(jiǎn)單定額法、指標(biāo)計(jì)算法。在《建立全國(guó)水資源承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制技術(shù)大綱》中,水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院便根據(jù)該研究思想對(duì)水量要素展開研究,并推薦了下列公式(鄭佳怡,史文麗,2020):II式中,I1,I2分別為用水總量和平原區(qū)地下水開采量計(jì)算得到的水量要素評(píng)價(jià)系數(shù);W為用水總量;W0為用水總量指標(biāo);G為平原區(qū)地下水開采量;G3.2綜合評(píng)價(jià)法依據(jù)前面各項(xiàng)分析的結(jié)果利用綜合評(píng)價(jià)法是進(jìn)行水資源承載力評(píng)價(jià)時(shí),先設(shè)計(jì)指標(biāo)體系、確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),然后綜合各指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果,最后根據(jù)結(jié)果進(jìn)行水資源承載力的確定和評(píng)價(jià),可以看出,基于當(dāng)前的實(shí)際狀況客觀真實(shí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立在此類方法的運(yùn)用中十分重要。其主要環(huán)節(jié)有設(shè)計(jì)指標(biāo)體系、確定指標(biāo)權(quán)重、評(píng)價(jià)方法的比較確定(陳逸飛,林靜怡,2023)。這類方法主要包括綜合指標(biāo)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、主成分分析法、投影尋蹤法、物元可拓模型法。目前,模糊綜合評(píng)判法為得到了更多的應(yīng)用,其研究思路如下(馮志遠(yuǎn),蔣曉峰,2020):設(shè)給定兩個(gè)有限論域:U=u1模糊變換為:B=A其中,U為評(píng)價(jià)指標(biāo)集合;V為評(píng)語集合;B為V上的模糊子集;A為模糊權(quán)向量;R為un對(duì)V3.3系統(tǒng)分析法系統(tǒng)分析法是采用不同的方法或模型在此前建立的復(fù)雜系統(tǒng)中進(jìn)行系統(tǒng)分析。此方法的研究思路是影響水資源承載力的各因素看作一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng),整體看待系統(tǒng)內(nèi)的主、客體,基于此展開系統(tǒng)研究,面臨當(dāng)前局勢(shì)計(jì)算水資源承載力。這類方法主要有系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法、多目標(biāo)決策分析法(胡佳明,王婷萱,2023)。在數(shù)據(jù)分析方法的選擇上,本文不僅采用了傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析手段,如描述性統(tǒng)計(jì)、回歸分析等,還引入了近年來發(fā)展迅速的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和算法。例如通過使用聚類分析來識(shí)別數(shù)據(jù)中的潛在模式,或者利用決策樹算法來預(yù)測(cè)未來趨勢(shì)。這些先進(jìn)的方法為深入理解復(fù)雜現(xiàn)象提供了強(qiáng)有力的支持,并有助于揭示隱藏在海量數(shù)據(jù)背后的深層次關(guān)系。此外,本文還特別強(qiáng)調(diào)了混合方法的應(yīng)用,即將定量研究與定性研究相結(jié)合,以獲得更加全面的研究視角。其中,這點(diǎn)可以證明依據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法,構(gòu)建水資源承載力評(píng)價(jià)的模型的主要步驟有:分析系統(tǒng)因果關(guān)系、繪制系統(tǒng)流圖、建立系統(tǒng)方程式。系統(tǒng)方程式的一般形式為(王晨曦,朱琪彤,2019):L式中,Lk,Lj分別為k,j時(shí)刻的水準(zhǔn);IRjk,ORjk分別為k,j時(shí)刻之間的時(shí)段流入速度和流出速度;DT為k3.4多目標(biāo)分析法多目標(biāo)分析法常用于規(guī)劃中的一類方法。從這些證據(jù)中可以看出此類方法中一般會(huì)運(yùn)用到降維手段,將多目標(biāo)逐步拆分化解為單一的目標(biāo),建立模型,再利用優(yōu)化算法求解。多目標(biāo)分析法的具體模型設(shè)計(jì)如下(陳雨婷,劉凱文,2019):Maxgs.t.x∈Sx≥0式中:f1x,f2x,f3x,f4表1.水資源承載力主要研究方法應(yīng)用對(duì)象及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比[28]方法應(yīng)用對(duì)象優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)公式法背景分析法適用于自然背景、社會(huì)背景相似的區(qū)域。如對(duì)河西走廊石羊河流域的水資源承載力展開研究時(shí)將以色列作為研究的參考對(duì)象。簡(jiǎn)單易行。將水資源、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境之間的聯(lián)系分離,未考慮它們之間的聯(lián)系,研究結(jié)果可信度低。常規(guī)趨勢(shì)法用于計(jì)算水資源所能承載的工業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)模及人口量。如施雅風(fēng)[6]等采用該方法對(duì)新疆烏魯木齊河流域的水資源承載力進(jìn)行研究。有利于研究承載因子潛力、協(xié)調(diào)復(fù)雜系統(tǒng)。①涉及自然、社會(huì)因子少。②忽略了承載因子間聯(lián)系。綜合評(píng)價(jià)法模糊綜合評(píng)價(jià)法用于流域、區(qū)域或城市研究影響水資源承載力的多因素評(píng)價(jià)。如許有鵬[8]等研究和田流域的水資源承載力時(shí)參考了此方法。分析較為全面,考慮承載因子間的相互聯(lián)系。①大量有用信息遺失。②對(duì)信息的發(fā)掘和利用程度小。③結(jié)果反映的情況不全面。綜合指標(biāo)法以統(tǒng)計(jì)分析的方法來反映區(qū)域水資源能承載的工、農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)模和能承載供養(yǎng)的人口數(shù)量。計(jì)算方法較為簡(jiǎn)便①為充分考慮因子間的聯(lián)系。②不適于處理復(fù)雜系統(tǒng)中的耦合關(guān)系。主成分分析法適用于研究某區(qū)域在固定年份的水資源承載力的空間差異。如傅湘[29]用該方法進(jìn)行了陜西漢中平壩地區(qū)的水資源承載力分析。①確定指標(biāo)的權(quán)重更客觀,減小隨意性。②較好保留原始信息。③減小指標(biāo)間的信息重疊。①不能進(jìn)行縱向比較,難實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。②難以選擇控制點(diǎn)。系統(tǒng)分析法系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法適用于城市或區(qū)域的中短期發(fā)展情況的模擬。如陳冰等[30]用該方法分析了柴達(dá)木流域水資源承載狀況。①定性、定量結(jié)合,分析、推理集成。②可反映系統(tǒng)的各種反饋關(guān)系。①受系統(tǒng)行為動(dòng)態(tài)水平認(rèn)識(shí)影響較大。②參變量較多,不易調(diào)控。多目標(biāo)模型分析法用于城市、區(qū)域或流域的某種情景下水資源的承載狀況的評(píng)價(jià)。吳旭等[31]人用該方法分析了邯鄲市水資源承載力。①考慮了自然資源情況及其相互作用。②在決策分析中考慮人類的價(jià)值觀念。①客觀性相對(duì)較差。②數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難以確定規(guī)劃目標(biāo)。在京津冀城市群水資源承載力研究方法選取問題上,有學(xué)者僅選取單獨(dú)的某一方法來計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。如李林漢、田衛(wèi)民等[22]利用層次分析法建立判斷矩陣,確定各個(gè)層次的指標(biāo)權(quán)重(王一鳴,楊心怡,2022)。但更多學(xué)者結(jié)合了熵權(quán)法和其他計(jì)算方法,如層次分析法、變異系數(shù)法、耦合法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等。如席丹墀、許新宜等[32]通過層次分析法與熵值法進(jìn)行組合賦權(quán),這在一定情況下反映了采取算術(shù)平均法確定指標(biāo)體系權(quán)重,之后使用分層模糊綜合評(píng)價(jià)法京津冀城市群水資源承載力作出了評(píng)價(jià)。韓立強(qiáng),李夢(mèng)瑤等[25]通過熵權(quán)法和層次分析法結(jié)合,進(jìn)行主客觀綜合賦權(quán),代入TOPSIS評(píng)價(jià)模型,計(jì)算豫西城市群水資源承載體子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)得分。王博濤,謝曉梅等[33]在研究張家口市水資源承載力時(shí),將多層次綜合模糊評(píng)價(jià)法和熵權(quán)法結(jié)合。黃曉明,趙麗娟[34]采用熵值法和耦合法計(jì)算權(quán)重及綜合得分,之后計(jì)算子系統(tǒng)之間的耦合度和耦合協(xié)調(diào)度,這在一定程度上印證了以此為依據(jù),判斷京津冀城市群地區(qū)水資源承載力的發(fā)展階段。王晶、胡貴隆[35]先分別運(yùn)用熵權(quán)法、CRITIC法、變異系數(shù)法確定所選指標(biāo)的權(quán)重,再基于最小信息熵原理構(gòu)建目標(biāo)函數(shù),這在某種程度上暗示了最后結(jié)合遺傳算法計(jì)算組合權(quán)重的最佳結(jié)果,根據(jù)最佳組合權(quán)重計(jì)算京津冀城市群地區(qū)的水資源承載力綜合得分。ChuanfengLiu,RuimeiWang[36]等在確定有關(guān)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)方面的指標(biāo)的基礎(chǔ)上,以指標(biāo)所得分?jǐn)?shù)及其方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)計(jì)算,確定京津冀城市群水資源承載力。同時(shí),也有學(xué)者將水資源負(fù)載指數(shù)與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系或其它指標(biāo)結(jié)合來進(jìn)行定量研究水資源承載力。如石志強(qiáng),喬宇航,2017)等[37]在研究雄安新區(qū)及周邊地區(qū)的水資源承載力進(jìn)行時(shí),認(rèn)為水資源研究的核心是“人口——水資源”關(guān)系,這在一定意義上透露了基于此觀點(diǎn)采用了水資源負(fù)載指數(shù)建立水資源承載指數(shù)評(píng)價(jià)模型。方景軒,湯俊杰等[38]采用水資源負(fù)載指數(shù)表示水資源開發(fā)程度和利用潛力,從水資源壓力系統(tǒng)和水資源支撐系統(tǒng)出發(fā)建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,將層次分析法和專家打分法結(jié)合起來確定指標(biāo)權(quán)重,最終采用加權(quán)求和法建立綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)模型。鑒于時(shí)間因素的顯著影響,在此不對(duì)上文結(jié)論的驗(yàn)證展開詳細(xì)闡述。科學(xué)探索往往是一個(gè)漫長(zhǎng)的進(jìn)程,特別是在鉆研復(fù)雜難題或涉足全新領(lǐng)域時(shí),需要充足的時(shí)間去洞察現(xiàn)象、解析數(shù)據(jù),從而得出可信的結(jié)論。盡管本研究已收獲部分初步成果,然而若要對(duì)所有結(jié)論進(jìn)行全面且深入的驗(yàn)證還需開展長(zhǎng)時(shí)間的追蹤研究以及多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。這不僅有利于排除偶然因素的不良干擾還能切實(shí)保障研究成果具備更高的可信度與廣泛的適用性。技術(shù)手段的發(fā)展程度也對(duì)結(jié)論的驗(yàn)證進(jìn)程有著重要影響。隨著科技的持續(xù)進(jìn)步層出不窮的新型研究工具與技術(shù)為科學(xué)研究開拓了更多的可能性。馬嘉煜,馮夢(mèng)茹[39]選取了水資源負(fù)載指數(shù)和水資源承載指數(shù)對(duì)雄安新區(qū)水資源承載力進(jìn)行了定性和定量的研究。4京津冀城市群水資源承載力研究問題及建議4.1研究存在的問題在研究京津冀城市群水資源承載力時(shí),學(xué)者們通過多種方法、多種角度建立了不同的指標(biāo)體系,開展京津冀城市群水資源承載力分析和評(píng)價(jià),結(jié)合之前的成果可以推導(dǎo)出討論京津冀城市群水資源承載力現(xiàn)狀(孫嘉誠(chéng),劉俊熙,2021)。京津冀城市群水資源承載力的研究現(xiàn)已取得了一部分成就,但依舊存在一些不可忽視的問題:(1)京津冀城市群水資源承載力基礎(chǔ)研究薄弱。研究水資源承載力相關(guān)問題時(shí),水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系起著至關(guān)重要的作用。在京津冀城市群水資源承載力的各類研究中,各研究評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立角度和標(biāo)準(zhǔn)多樣卻散亂,并未建立一個(gè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。部分研究在建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí),依據(jù)前面各項(xiàng)分析的結(jié)果更多是從參考前人經(jīng)驗(yàn)去評(píng)提取價(jià)指標(biāo),而忽略了豫西城市群的地理特性,導(dǎo)致研究不能真實(shí)反映京津冀城市群水資源承載力(高梓軒,李妙,2023)。(2)忽略了各城市水資源承載力之間的聯(lián)系。在京津冀城市群水資源承載力研究中,更多的研究是側(cè)重于某個(gè)地區(qū)在某一時(shí)間段內(nèi)的水資源承載力比較,割裂了豫西城市群內(nèi)部的水資源之間在自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)之間的聯(lián)系,依上述分析可推斷只是孤立地比較各地區(qū)的水資源承載力數(shù)值大小和承載狀況,因此也不能從城市群整體有機(jī)聯(lián)系的角度將豫西城市群視為一個(gè)整體提出相應(yīng)的改進(jìn)措施(高建華,薛宇和,2023)。(3)缺乏外調(diào)水對(duì)水資源承載力影響的研究,外調(diào)水對(duì)于京津冀城市群這一嚴(yán)重缺水的區(qū)域而言有著重要意義,而京津冀城市群水資源承載力的研究卻較少關(guān)注外調(diào)水對(duì)京津冀城市群水資源承載力的作用。4.2建議針對(duì)上述問題,筆者在結(jié)合專家學(xué)者的觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出以下建議:(1)加強(qiáng)京津冀城市群水資源基礎(chǔ)研究?;诋?dāng)前的實(shí)際狀況加強(qiáng)京津冀城市群水資源承載力的基礎(chǔ)研究,探究建立一個(gè)完善統(tǒng)一的京津冀城市群水資源承載力指標(biāo)體系標(biāo)準(zhǔn),在前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索從京津冀城市群生態(tài)系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)出發(fā)構(gòu)建能客觀反映京津冀城市群水資源承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(高建華,薛宇和,2023)[12]。經(jīng)過對(duì)已有階段性研究的梳理歸納,這對(duì)后續(xù)研究有著不可忽視的啟發(fā)。首要體現(xiàn)在研究方法層面,本文能夠清晰洞察到諸多可優(yōu)化與完善之處。過往的研究歷程為本文積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn),讓本文明確知曉哪些方法切實(shí)可行,哪些方法應(yīng)當(dāng)予以調(diào)整甚至舍棄。就拿數(shù)據(jù)收集來講,本文應(yīng)當(dāng)著重關(guān)注樣本的豐富多元性與典型代表性,確保所選取的樣本能夠精準(zhǔn)映射目標(biāo)群體的全貌特征。此外,針對(duì)各式各樣的研究問題,巧妙靈活地綜合運(yùn)用多種數(shù)據(jù)收集手段,有助于提升數(shù)據(jù)的完整性與可信度。(2)注重豫西城市群之間的水資源承載力聯(lián)系。將豫西城市群視為一個(gè)有機(jī)的整體,注重城市之間的相互作用?;诖丝紤]豫西城市群各城市之間的影響水資源承載力的自然條件、社會(huì)條件的聯(lián)系,注重豫西城市群的整體性以及上游區(qū)域?qū)ζ渌Y源的影響。(3)關(guān)注外調(diào)水在京津冀城市群水資源承載力中作用。在京津冀城市群這一經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)而又嚴(yán)重缺水的區(qū)域,調(diào)水可以增加豫西城市群的水資源可利用量、補(bǔ)充生態(tài)需水,緩解用水壓力,有利于支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)平衡,這也為京津冀城市群水資源承載力帶來了影響(孫欣然,朱嘉琪,2020)。因此應(yīng)注重分析外調(diào)水對(duì)豫西城市群的水質(zhì)、水域和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響[24]。5結(jié)語本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外水資源承載力研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對(duì)京津冀城市群水資源承載力部分研究中采用的指標(biāo)提取角度和設(shè)計(jì)流程、研究方法的選取展開綜述??梢钥闯?,水資源承載力的研究仍在不斷深化完善,面臨當(dāng)前局勢(shì)水資源承載力的定義仍未有唯一定論,可將主流研究的觀點(diǎn)分為“最大支撐能力論”、“最大支撐規(guī)模論”、“最大開發(fā)能力論”3種觀點(diǎn)。水資源承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)計(jì)可以分為宏觀指標(biāo)、綜合指標(biāo)和水量、水質(zhì)、水域、水流的專業(yè)指標(biāo)體系。這點(diǎn)可以證明水資源承載力的研究方法主要有多目標(biāo)模型分析法層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法。豫西城市群水資源承載力的研究對(duì)豫西城市群可持續(xù)發(fā)展有著重要意義,隨著研究的深入,可以為豫西城市群水資源的開發(fā)利用提供具有建設(shè)性的建議。同時(shí)也要清楚認(rèn)識(shí)到現(xiàn)如今對(duì)豫西城市群水資源承載力的研究仍處于探索階段,依舊存在諸多問題,如基礎(chǔ)研究薄弱、研究割裂城市群內(nèi)部的關(guān)系、忽略外調(diào)水的影響等,針對(duì)這些問題需要采取相應(yīng)的措施,以促進(jìn)京津冀城市群水資源承載力研究的進(jìn)一步發(fā)展。

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