基于产业结构的区域水环境承载力优化方法与例证

以人口数量和地区生产总值最大化为优化目标,以水资源可利用量、水环境容量和经济社会发展为约束,构建了包括产业结构、种植业结构和养殖业结构等要素的区域水环境承载力优化模型,为以种植业与养殖业为主要污染源地区的水环境承载力调控提供方法,丰富水环境承载力调控的方法体系.以承德市为例进行实证研究,结果表明,(1)在经济发展调控与污染控制不同情景方案下,研究区可承载的人口与产业规模可分别提升2.6%～29.5%和18.5%～31.8%,表明产业优化和污染控制水平对区域水环境承载力具有重要影响,研究区尚有人口和经济增长空间;(2)控制经济社会发展速度,特别是优化农业种植结构、减少畜禽养殖规模是提高研究区水环境承载力的关键,农业种植结构和养殖结构是区域水环境承载力的敏感指标;(3)在水环境承载力约束下,污染控制指标如城镇生活污水处理率等存在下限阈值,表明研究区污染控制水平对水环境承载力具有短板效应.     

可持续性约束下开放流域系统氮磷环境承载力研究

随着我国有机污染物控制力度不断加大,氮磷营养盐逐步凸显为流域环境质量改善与经济社会发展的重要约束因子.如何以流域氮磷环境承载力为约束,实现经济社会优化发展已成为我国流域环境管理面临的主要难题.传统的环境承载力研究局限于流域内部的自然资源约束和经济社会优化,忽略了流域内外物质交换对承载力的影响,结果往往以牺牲外部可持续性为代价.基于开放系统视角,本研究提出可持续性约束下的流域氮磷环境承载力概念与测度方法,认为流域氮磷环境承载力是指在流域内外氮磷营养盐交换平衡的前提下,流域水环境氮磷含量达标情况下所能承载的最大人口规模.以氮磷污染严重的滇池流域为例,构建了氮磷环境承载力优化模型,得到滇池湖体氮磷达标和流域内外氮磷交换平衡约束下流域的最大人口承载能力为538万人,相对于现状2010年可提升32%;此外,外流域调水、氮磷循环利用率和污水外排等措施对承载力有显著影响.     

城市适度人口分析方法及其应用

考虑资源承载力 (R)和生活舒适度 (S)对适度人口的影响 ,以不同经济发展水平下的人口现状为依据 ,提出R S双向寻优方法进行城市适度人口分析 .并以广州市为例 ,寻求其最优人口容量 .结果表明 ,现有资源承载力与经济水平下的广州人口规模略高于适度人口规模 ,需要进行人口与经济密度的重新布局 .     

城市适度人口规模的多目标决策方法及应用

适度的人口规模是城市可持续发展的关键.针对人口研究的系统性和复杂性,本文提出一种城市适度人口规模的多目标决策方法,基于不同城市发展情景下资源要素供给状况与城市人口需求特征,计算供需关系共同制约下的适度人口规模.以北京市通州新城为案例应用该模型,结果表明,综合决策经济发展、社会生活和生态环境等影响要素,通州新城到2020年适度人口规模约为75～78万,规划期内就业、社会保障、供水、住房为约束人口规模的主要因素.     

辽宁省辽河流域水环境承载力的多目标规划研究

为估算辽宁省辽河流域的水环境承载力,建立了水环境承载力多目标规划模型.运用情景分析法,分析了用水结构和排污结构对水环境承载力的影响,探寻了水环境承载力的优化途径,并估算其优化值.结果表明,研究区域水环境承载力各指标存在波动性,整体呈上升趋势,但水环境系统始终处于超载状态.情景分析表明,用水结构约束的增加,会减少水环境系统可承载的粮食产量,但有助于GDP 和人口总量的提高; 排污结构约束的增加则会抑制人口总量和GDP 的增长.通过排污结构和用水结构的优化,水环境承载力各指标均有增加,水环境系统逐渐实现对粮食产量和GDP 的可承载,但对人口总量的承载却始终处于超载状态.     

基于草地畜牧业生产的三江源地区承载力多情景模拟分析

三江源地区是我国生态安全的重要屏障,同时也是我国最主要的畜牧业生产基地之一,在保证草地资源可持续利用前提下,探究合理的人口容量对该区的生态保护建设和可持续发展具有重要意义。通过模型模拟草地理论载畜量以估算畜牧业产值,设定三种居民生活水平情景,模拟不同情景不同时期下的适度人口容量,分析人口承载力的空间差异性。结果表明：“十五”期间,三种情景下全区人口承载力呈富余状态;“十一五”和“十二五”期间在当前居民和小康水平情景的人口容量尚有结余;到“十三五”期间,三种情景下人口承载力总体均超载,但空间分布不同,在当前居民、小康和富裕生活水平情景下,分别有11个、8个和2个县的人口容量尚有结余,人口承载力超载地区主要分布于三江源地区东部。应根据现有资源分布和符合主体功能要求的方向进行调整和优化人口结构,将对该地区可持续发展战略具有重要意义。     

环境承载力不确定性多目标优化模型及其应用

为明确给出环境承载力的实质内涵“人类活动阈值”,利用不确定型多目标优化方法,建立了区域环境承载力优化模型.应用该模型对北京市通州区进行区域战略环境影响评价.结果表明,水环境容量是制约通州区社会经济发展的瓶颈;《通州新城规划》的人口与经济发展目标与其“滨水宜居新城”目标相违,必须削减其人口与经济目标,2010 年和2020 年适度人口规模分别为44.88~50.39 万人和85.29~96.40万人;适度经济规模分别为132.57~182.02 亿元和862.9~1141.22 亿元.通过加大投资力度,调整投资结构,《通州新城规划》的三次产业结构目标基本可以实现.2010 年和2020 年三次产业适度的结构分别为(6%~7%):(39%~43%):(51%~54%)与2%:(23%~30%):(68%~75%).为实现这些目标,对于高能耗、高水耗行业(造纸与化工等)应限制其发展,并逐步淘汰     

环境承载力不确定性多目标优化模型及其应用——以北京市通州区区域战略环境影响评价为例

为明确给出环境承载力的实质内涵"人类活动阈值",利用不确定型多目标优化方法,建立了区域环境承载力优化模型.应用该模型对北京市通州区进行区域战略环境影响评价.结果表明,水环境容量足制约通州区社会经济发展的瓶颈;<通州新城规划>的人口与经济发展目标与其"滨水宜居新城"目标相违,必须削减其人口与经济目标,2010年和2020年适度人口规模分别为44.88～50.39万人和85.29～96.40万人:适度经济规模分别为132.57～182.02亿元和862.9～1141.22亿元.通过加大投资力度,调整投资结构,<通州新城规划>的三次产业结构目标基本可以实现.2010年和2020年三次产业适度的结构分别为(6%～7%):(39%～43%):(51%～54%)与2%:(23%～30%):(68%～75%).为实现这些目标.对于高能耗、高水耗行业(造纸与化工等)应限制其发展,并逐步淘汰.     

基于AHP和向量模法的宜昌市水环境承载力研究

基于宜昌市水环境现状,从水资源、水生态、社会经济3个方面考察水环境承载力,构建了宜昌市水环境承载力指标体系,选取对数函数作为单项指标的承载度模型,采用层次分析法计算各个指标的权重,基于统计年鉴资料和当地的发展规划,运用向量模法对2005-2020年的宜昌市水环境承载力进行评价和分析。结果表明,近几年宜昌市水环境整体上处于中等偏上水平,承载力值维持在0.55左右,并且该状态将一直维持到2015年,但伴随着宜昌市社会经济的发展,人口规模的扩张,水资源因子将会是宜昌市水环境承载力的限制因素,可以预知,如果宜昌市保持现有经济结构和发展速度,2020年宜昌市水环境承载力值将有所下降,届时水环境问题势必影响到宜昌市生态环境、社会经济和人民生活。     

三峡库区生态承载力探讨

为更好地保障水生态安全,基于生态承载力内涵,尝试性提出了流域生态承载力分析思路。结合三峡库区特征,以资源承载力计算为主,以环境承载力对比分析为辅,探讨了库区生态承载力现状,并回顾分析了库区生态承载力变化趋势。研究结果表明:三峡库区目前所能承载的适宜人口规模为1 530.6~1 590.7万人。空间分布上,资源承载力在重点发展区最大,其次是优化发展区,限制发展区最小。1999-2011年三峡库区生态承载力稳中有升,但库区一直呈超载状态,土地资源承载力和经济资源承载力的反方向变化一定程度上反映出库区资源消耗型的粗放经营模式。因当前方法学的不完善,三峡库区生态承载力的合理范围需要进一步论证,但总体上认为三峡库区需要实施积极的人口减载措施、提高资源与环境承载效率,以确保库区水环境安全。     

基于水量-水质耦合过程的流域水生态承载力优化方法与例证

水质与水量是影响水生态系统健康的重要因子,开展以生态需水和功能区水质达标为核心的水生态承载力研究对改善流域生态用水不足和水污染具有重要意义.当前流域水生态承载力优化方法将水量和水质作为独立系统处理,忽视了其耦合关系.基于河流水质模型和水资源模型,建立了流域水环境容量与环境流量的函数关系,并作为水生态承载力优化模型的约束条件,构建了以人口与产业规模最大化为目标的水生态承载力的优化模型.最后,对水污染严重且水资源短缺的盘龙江流域进行了实证研究.结果表明:建立的水生态承载力模型能够反映水量与水质的耦合作用,从而提高了流域水生态承载力决策的科学性;盘龙江流域的水生态承载力为20.56万人和119.24亿元GDP,2014年的流域现状值超载了234%;流域水生态承载力与环境流量比例具有显著的补偿关系,呈现倒V型非线性变化过程;当外流域调水的水质高于或等于受水区水质时,受水区的水生态承载力可得到一定程度的提高.     

基于“三线一单”的九洲江流域畜禽养殖污染防治管理框架

对于养殖污染主控的流域,本文提出基于“三线一单”的养殖污染环境管理框架,具有理论创新和实践意义,具体包括:划定禁养区纳入生态保护红线进行空间约束,明确近远期流域干流和支流水环境标准,提出以水环境容量约束和农田消纳养殖粪污承载基线下最大养殖规模控制问题,明确养殖活动最大水资源利用量,制定针对规模养殖场和小型分散养殖场的有差别的生态环境准入要求,丰富有关养殖污染防治“三线一单”管理的技术理论方法框架。研究结果显示,综合环境约束下九洲江流域的畜禽养殖规模应控制在约180万头。     

基于环境容量的水环境承载力评价与预测——以郑州市为例

在现有水环境承载力研究的基础上,辨析了狭义水环境承载力与广义水环境承载力的内涵,提出将环境容量作为评价水环境承载力的重要因素。从指标选取、指标标准值确定、指标权重确定、评价方法等方面构建了基于环境容量的水环境承载力综合评价体系,并采用该评价体系对郑州市现状水环境承载力进行评价。结合郑州市"十三五"相关规划,设制了水环境承载力优化发展情景和强化发展情景,预测了两种情景下郑州市水环境承载力改善情况,提出郑州市水环境承载力提升对策建议。     

保护地生态承载力不确定性多目标优化模型研究——以黄河源区玛多县为例

为明确给出保护地综合生态承载力的实质内涵“人类活动强度阈值”,利用不确定性多目标优化方法,建立了区域保护地生态承载力优化模型.应用该模型对黄河源区玛多县进行区域保护地生态承载力评价及规模结构优化.结果表明：草畜矛盾是制约玛多县社会经济发展的瓶颈;根据《三江源国家公园总体规划》目标,在保证野生动物种群数量发展的同时畜牧业发展相对较为迅速,2020年、2025和2035年玛多县地区畜牧业（家牦牛）规模分别为287615~363303羊单位,302752~438991羊单位,378440~514679羊单位.由于保护地生态环境容量的限制,黄河源区玛多县需控制其人口与旅游规模,2020年、2025年和2035年牧民人口规模区间分别为1.25~1.65万人、1.65~1.83万人和1.863~2.135万人.2020年旅游规模最大为4.113万人次,2025年为4.700万人次,2035年为5.396万人次,在规划目标情景下旅游业发展减缓,主要是考虑了三江源国家公园规划试点以及地方规划对旅游的限制开发,旨在保护地方生物多样性以及生态环境.     

非点源特征区水环境承载力预警与调控研究——以承德市为例

水环境承载力预警是当前水环境管理的重要内容，现有水环境承载力预警大多停留在评价层面，预警技术方法体系尚处于探索阶段.以水环境承载状态指数为预警指标，以经济社会发展、水污染治理、水资源利用等14个指标作为调控指标，建立基于系统动力学（SD）的水环境承载力预警调控模型，并以非点源为主要污染源的承德市为例开展实证研究.结果表明：按照现状趋势发展，承德市未来水环境承载状态指数将呈现不断上升趋势，并于2023年开始超载.3种调控方案的结果显示，污染治理调控方案不能满足水环境系统支持承载力的要求，推荐经济社会发展调控与污染治理调控双约束方案，该方案下，2035年水环境承载状态指数为0.65，可承载的GDP为3866亿元，人口数量为368万人，需通过提高灌溉水有效利用系数、再生水回用率、污水处理率、以及调整种植结构和畜禽养殖规模等实现.本文为以非点源污染为特征地区的水环境承载力预警与调控研究提供思路与方法，并为承德市水环境与经济社会协调发展提供定量化方案.     

贫营养湖水环境承载力及对策研究--以抚仙湖为例

以云南省九大高原湖泊中贫营养湖典型代表-抚仙湖为例,以广义的水环境承载力理论为指导,基于前人EFDC模型计算的抚仙湖水环境容量,通过构建抚仙湖水环境承载力评价指标体系,采用层次分析法与聚类分析法结合的复合模型进行水环境承载力定量评价,揭示目前抚仙湖水环境承载力状况,通过评价分析识别主要影响因子,提出优化抚仙湖水环境承载力的对策建议。     

贫营养湖水环境承载力及对策研究——以抚仙湖为例

以云南省九大高原湖泊中贫营养湖典型代表—抚仙湖为例,以广义的水环境承载力理论为指导,基于前人EFDC模型计算的抚仙湖水环境容量,通过构建抚仙湖水环境承载力评价指标体系,采用层次分析法与聚类分析法结合的复合模型进行水环境承载力定量评价,揭示目前抚仙湖水环境承载力状况,通过评价分析识别主要影响因子,提出优化抚仙湖水环境承载力的对策建议。     

基于资源环境承载力约束的县域人口和产业调控方法研究——以云南省隆阳区为例

县域人口和产业的发展是国民社会经济发展的基本单元,科学规划其人口和产业的合理发展非常重要。资源与环境是县域人口和产业发展的物质基础,资源环境承载力不超载是其和谐发展的重大前提。基于此,本文提出一种基于资源环境承载力约束的县域人口和产业发展调控的普适方法。首先基于基准和规划模式下的人口和产业发展状况,分别建立以县域用水量控制线、污染物环境容量、耕地保有量、建设用地控制线等为约束的线性规划模型,以相关生态县创建标准及数据等为依据,确立县域合理的资源环境利用效率系数水平范围。然后基于确立的资源环境利用效率水平,建立以县域用水量控制线、污染物环境容量、耕地保有量、建设用地控制线等为约束双目标区间线性规划模型,确立县域适宜的人口和经济发展规模。决策得到的资源环境利用效率系数及适宜的人口和经济发展规模共同构成了县域社会经济发展的优化模式。基于以上理论,以云南省隆阳区为例,证实了该方法的可靠性。最终得出2020年隆阳区可承载的人口为110. 26～122. 29万人,GDP为341. 80～390. 63万元。     

乌海-鄂托克-乌斯太区域环境承载力分析

本文在掌握乌海-鄂托克-乌斯太地区污染物排放量现状的基础上,采用模型和情景预测方法分析了小三角地区大气、水环境容量和大气、水环境、水资源承载力。     

流域水环境承载力聚类分区方法研究——以湟水流域小峡桥断面上游为例

流域内社会经济发展水平与水资源环境条件存在空间差异,导致水环境承载力具有空间差异特征.因此,有必要在流域水环境承载力分区基础上,实施差异化监管.以湟水河流域小峡桥监测断面上游为例,基于国家控制单元划分16个子单元,从水环境承载力大小、水环境承载状态、水系统脆弱程度及水环境承载力开发利用潜力4个角度,构建水环境承载力聚类分区指标体系,并对其进行量化.在此基础上,利用k-均值聚类法对控制子单元进行合并分区.通过轮廓系数验证,将研究区划分为4类最合理,即重点保护水环境敏感区、限制开发水资源约束区、控制开发水环境超载区和优化开发高开发潜力区.针对不同分区特点,提出具有针对性的水环境承载力双向调控措施,为流域水系统精细化管理及可持续发展提供科学依据.