本農(nóng)業(yè)水土資源論文研究設(shè)計(jì)的基于土地利用的水資源承載力評(píng)價(jià)系統(tǒng)可以為制定區(qū)域土地利用規(guī)劃，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、水土保持生態(tài)建設(shè)規(guī)劃等提供技術(shù)支持。 《水資源保護(hù)》主要內(nèi)容涉及以下幾方面：(1)水功能區(qū)劃實(shí)施及水源地保護(hù);(2)水資源優(yōu)化配置;(3)生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù);(4)地下水資源保護(hù); (5)水處理技術(shù)和水環(huán)境治理技術(shù);(6)水資源保護(hù)管理與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展互動(dòng)指標(biāo)體系研究。近年來(lái)，本刊重點(diǎn)關(guān)注與水有關(guān)的生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域中的研究方向，新增設(shè)相關(guān)的基礎(chǔ)研究、防治技術(shù)、城市水環(huán)境治理等內(nèi)容。

　　摘要：不同的土地利用方式對(duì)水資源的需求存在巨大的差異，以河北省黑龍港流域?yàn)槔�，進(jìn)行了水資源承載力評(píng)價(jià)。為了使評(píng)價(jià)結(jié)果更加具有現(xiàn)實(shí)性和科學(xué)性，采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建立仿真模型，構(gòu)建了基于土地利用的水資源承載力評(píng)價(jià)系統(tǒng)。通過(guò)主要變量仿真數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出，模型仿真數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的偏差在 10%以內(nèi)。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的基于土地利用的水資源承載力評(píng)價(jià)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這樣的擬合結(jié)果說(shuō)明所建模型能夠較真實(shí)地反映實(shí)際的自然-社會(huì)復(fù)合系統(tǒng)。

　　關(guān)鍵詞：水資源承載力;土地合理開(kāi)發(fā)利用;系統(tǒng);仿真模型

　　水資源承載力(Water Resources Carrying Capacity – WRCC)是指在一定時(shí)期、一定區(qū)域內(nèi)，能夠支撐最大規(guī)模社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和維系良好生態(tài)環(huán)境所需要的水資源下限目標(biāo)[1-2]，其大小隨空間、時(shí)間和條件變化而變化，具有動(dòng)態(tài)性、地區(qū)性、相對(duì)極限性、模糊性等特點(diǎn)[3]。區(qū)域水資源承載力評(píng)價(jià)是開(kāi)展區(qū)域水資源保護(hù)規(guī)劃工作和實(shí)現(xiàn)人水和諧發(fā)展的基礎(chǔ)，是區(qū)域綜合承載力評(píng)價(jià)的一個(gè)重要方面。水資源承載力的研究在一定程度上是土地資源承載力研究的進(jìn)步[4]，研究方法已經(jīng)由過(guò)去單一指標(biāo)、靜態(tài)分析發(fā)展到系統(tǒng)多目標(biāo)、動(dòng)態(tài)綜合分析。目前研究水資源承載力的方法很多，代表性研究方法主要有常規(guī)趨勢(shì)法、綜合評(píng)價(jià)法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法及多目標(biāo)分析法等[5]。

　　為了提高土地和水資源的合理配置水平，使水資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果更加符合現(xiàn)實(shí)同時(shí)具有科學(xué)性，本文以黑龍港流域?yàn)槔�，采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建立仿真模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。仿真模型法主要是通過(guò)一階微分方程組來(lái)反映系統(tǒng)各個(gè)模塊變量之間的因果反饋關(guān)系，是目前應(yīng)用比較廣泛的一種環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的量化方法。其基本步驟是：選擇合理的決策變量，通過(guò)調(diào)控變量的值，增加土地利用方式對(duì)水資源利用的影響;設(shè)計(jì)出多種水資源、土地資源和水土資源利用的模式，通過(guò)仿真模擬，定量研究黑龍港地區(qū)水土資源利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的相互關(guān)系;通過(guò)對(duì)比分析仿真結(jié)果，分別篩選出該地區(qū)水資源、土地資源和水土資源可持續(xù)利用的優(yōu)化模式，為地區(qū)制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、水土保持生態(tài)建設(shè)等提供依據(jù)。

　　1基于土地利用的水資源承載力評(píng)價(jià)系統(tǒng)

　　自然-社會(huì)復(fù)合總系統(tǒng)包括人口、經(jīng)濟(jì)、水資源、土地資源、環(huán)境等子系統(tǒng)，總系統(tǒng)的層次之間和影響因素之間存在著復(fù)雜的制約關(guān)系，任何一個(gè)環(huán)節(jié)處理不好都會(huì)影響總系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。因此，要使自然-社會(huì)復(fù)合系統(tǒng)始終處于相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，就需要找到其反饋機(jī)制進(jìn)行調(diào)控。

　　結(jié)合黑龍港地區(qū)發(fā)展特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于自然-社會(huì)復(fù)合系統(tǒng)，在水土資源有限、人口經(jīng)濟(jì)在地域空間高度聚集的前提下，把基于土地利用的水資源承載力評(píng)價(jià)系統(tǒng)分為人口、經(jīng)濟(jì)、水資源、土地資源、環(huán)境等子評(píng)價(jià)系統(tǒng)，各子系統(tǒng)相互作用、相互影響、相互促進(jìn)共同實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)總系統(tǒng)的整體功能(圖1)。

　　2子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　基于土地利用的水資源承載力評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最大的特點(diǎn)是子系統(tǒng)相互聯(lián)系和互為變量，子系統(tǒng)將其它子系統(tǒng)的輸出作為外部變量輸入到本系統(tǒng)，而自身內(nèi)部的變量也不斷輸出給其他子系統(tǒng)。以人口子系統(tǒng)為例，人口增長(zhǎng)受政策因素影響較大，同時(shí)也受經(jīng)濟(jì)人口容量的影響，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值越大，經(jīng)濟(jì)人口容量越多，對(duì)人口數(shù)量約束越小;與此同時(shí)，人口數(shù)量的增加，需要更多的淡水資源和耕地，為滿足生存需要，會(huì)進(jìn)一步開(kāi)墾耕地、開(kāi)發(fā)地下淡水資源。在區(qū)域經(jīng)濟(jì)人口承載力一定的情況下，人口飽和度可影響人口自然增長(zhǎng)率，人口飽和度越高，人口自然增長(zhǎng)率越小;而隨著人口數(shù)量的增加，生活污染物排放不斷增加，環(huán)境污染加大，當(dāng)環(huán)境污染指數(shù)達(dá)到一定程度，威脅其生存環(huán)境，影響身體健康，從而導(dǎo)致死亡率增高，最終影響人口增長(zhǎng)量[6]。通過(guò)對(duì)初步建立的模型不斷調(diào)試，最終確定子系統(tǒng)間因果關(guān)系，這是建立模型最重要的一步，直接影響總評(píng)價(jià)系統(tǒng)的模擬結(jié)果和結(jié)論。本研究設(shè)計(jì)的土地資源系統(tǒng)中變量及方程較以往水資源承載力評(píng)價(jià)做了較大調(diào)整。

　　子系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容如下。

　　(1)人口子系統(tǒng)。主要預(yù)測(cè)在人口控制政策及其它限制條件下人口的變化趨勢(shì)及其對(duì)水資源、土資源需求和經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的影響。在人口子系統(tǒng)中，設(shè)定總?cè)丝凇⑷丝谧匀辉鲩L(zhǎng)量、人口自然增長(zhǎng)率、經(jīng)濟(jì)人口容量、人口飽和度等變量。

　　(2)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)。主要研究在不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平條件下經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)出與水資源、土地資源和環(huán)境的關(guān)系，探索在水土資源有限、環(huán)境污染的約束條件下如何更好地發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)保持水資源和土地資源總量的動(dòng)態(tài)平衡。在經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中，設(shè)定經(jīng)濟(jì)總量、工業(yè)增加值、環(huán)保投資、土地整理投資、水土流失經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染經(jīng)濟(jì)損失、水土流失治理經(jīng)濟(jì)效益等變量。

　　(3)水資源子系統(tǒng)。主要研究在不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件下供水量和需水量的變化趨勢(shì)及其對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響，探索在發(fā)展經(jīng)濟(jì)和保護(hù)環(huán)境的同時(shí)如何保障水資源的供需平衡。總供水量和總需水量差額的大小代表缺水程度，在一定程度上影響GDP增長(zhǎng)率和人口增長(zhǎng)率，進(jìn)而影響經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值和人口總量。在水資源子系統(tǒng)中，設(shè)定總供水量、總需水量、耕地面積、園地面積、林地面積、綠地面積、污水總量、GDP、凈 GDP、工業(yè)增加值、總?cè)丝凇⒊擎?zhèn)化率等變量。

　　(4)環(huán)境子系統(tǒng)。主要關(guān)注環(huán)境污染，在一定的環(huán)保投資比水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度下，預(yù)測(cè)環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢(shì)，并探討在不同的環(huán)保投資水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度下環(huán)境質(zhì)量水平及環(huán)境污染對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響。在環(huán)境子系統(tǒng)中，設(shè)定污染量、排放量、治理量、污染存量、環(huán)保投資、環(huán)境污染經(jīng)濟(jì)損失等變量。

　　(5)土地資源子系統(tǒng)。是本次研究和設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，主要研究在不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件下耕地面積總量的變化趨勢(shì)及其對(duì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的影響，探索在發(fā)展經(jīng)濟(jì)和保護(hù)環(huán)境的同時(shí)如何保障耕地資源總量的動(dòng)態(tài)平衡。在土地資源子系統(tǒng)中，選擇耕地面積作為表征土地資源可持續(xù)利用的指標(biāo)，設(shè)定耕地面積、園地面積、林地面積、農(nóng)用地面積、建設(shè)用地面積、用地面積、土地總面積、土地開(kāi)發(fā)利用程度、水土流失面積、水土流失治理量、水土流失增加量、退耕還林面積、森林覆蓋率、GDP、凈 GDP、水土保持投資、水土流失經(jīng)濟(jì)損失、水土流失治理增加經(jīng)濟(jì)效益、總?cè)丝凇⒊擎?zhèn)化率等變量。針對(duì)不同土地利用特點(diǎn)方式設(shè)計(jì)了每一個(gè)變量的方程式(表 1)，還對(duì)方程式進(jìn)行了結(jié)構(gòu)適合性和行為適合性檢驗(yàn)。

　　3評(píng)價(jià)系統(tǒng)的模型檢驗(yàn)

　　在對(duì)所建模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)適合性和行為適合性檢驗(yàn)，以及模型結(jié)構(gòu)與實(shí)際的自然-社會(huì)復(fù)合系統(tǒng)一致性檢驗(yàn)的前提下，進(jìn)行了模型行為與實(shí)際系統(tǒng)一致性檢驗(yàn)，為模型的可靠性和準(zhǔn)確性作出判斷提供依據(jù)。根據(jù)建模目的和統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)，本次選取總?cè)丝凇�GDP、總供水量、總需水量、耕地面積、建設(shè)用地面積七項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行歷史檢驗(yàn)。檢驗(yàn)時(shí)間以2001年起，到2008年止，驗(yàn)證時(shí)間為8年(表2)。

　　通過(guò)主要變量仿真數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出，模型仿真數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的偏差在10%以內(nèi)，系統(tǒng)擬合程度較好(系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的誤差允許范圍一般在 10%以內(nèi))，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的基于土地資源利用的水資源承載力評(píng)價(jià)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這樣的擬合結(jié)果可以說(shuō)明模型能夠較真實(shí)地反映實(shí)際系統(tǒng)。

　　4結(jié)論

　　土地利用方式對(duì)水資源承載力評(píng)價(jià)起著很大的影響作用，水資源是整個(gè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中的重要組成部分，。本文以黑龍港地區(qū)為例，采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，定量化綜合研究基于土地利用的水資源承載力。根據(jù)黑龍港地區(qū)發(fā)展特點(diǎn)將黑龍港地區(qū)評(píng)價(jià)模型劃分為人口子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、水 資源子系統(tǒng)、土地資源子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)。對(duì)所建模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)適合性和行為合適性檢驗(yàn)，以及模型結(jié)構(gòu)與實(shí)際系統(tǒng)一致性檢驗(yàn)的前提下，進(jìn)行了模型行為與實(shí)際系統(tǒng)一致性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果偏差在10%以內(nèi)，可以看出其結(jié)果真實(shí)可靠，較真實(shí)地反映了實(shí)際情況。