摘要：水资源承载力是区域自然资源承载力的重要组成部分，是水资源紧缺地区能否支撑人口、经济与环境协调发展的一个限制指标。论文用动力学模型，通过3种方案对山东省未来20年水资源承载力进行预测，结果表明：3种方案在未来20年的水资源平衡指数都是小于零的，这说明，水资源对应的社会经济系统是不可承载的，经济规模也是不可以承载的，人口规模只有方案2可以承载。从方案1预测的结果看，从2006年到2025年，山东省总需水量在270×10 8～34o×l0 8m 3之间，波动不是很大，工业用水上升了3倍，但农业用水下降不大；从方案2预测的结果看，总需水量变动较大，20年增加了近3倍，水资源消耗量太大，因此笔者认为，在未来的20年里，山东省应加强宏观调控，适当控制gdp的增长速度，并大幅度降低单位gdp的水资源消耗量，真正落实科学发展观，实现可持续发展；从方案3预测的结果看，山东省总需水量波动不是很大，尽管工业发展很快，但由于万元工业增加值用水量下降较大，所以整体工业用水量不升反降，农业用水量也在下降，这是我们所希望的结果。

关键词：水资源承载力；动力学；预测；山东省

中图分类号：tv2ll；n93 文献标识码：a 文章编号：1000-3037(2007)04—0596—10

水资源是指某一流域或区域水环境在一定经济技术条件下，支持人类社会经济活动，并参与自然界水分循环，维持环境生态平衡的可直接或间接利用的资源，包括水质和水量两个方面的内容[l]。slobodma p simonovie认为：水资源的数量和质量与驱动工业增长的5个因素(即人口、农业、经济、不可重复利用水资源、持续的污染)紧密相关。目前全球有40％的人口面临水资源危机，发展中国家有11×l0 8人口饮用不到清洁水，24×10 8人没有良好的饮水卫生设施，每年约有400×10 4儿童死于与水有关的疾病[2]。unep新近发表的文献指出，当今社会由于严重缺水而对4×10 8人产生影响，至2050年将对40×10 8人产生影响[3]。联合国《世界水资源综合评估报告》指出，水问题将严重制约21世纪全球经济与社会发展，并可能导致国家间的冲突。如果说20世纪的许多地区冲突是为了争夺石油，那么2l世纪将是为了争夺水资源[4]。水资源稀缺也是我国在21世纪可持续发展面临的最主要问题之一。我国水资源总量为2.8×lo 12m 3，占全球水资源的6％，居世界第四位，但人均水资源仅为2 200m 3，为世界人均量的1／4，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。水资源稀缺已经成为制约我国部分地区经济社会可持续发展的瓶颈[5]。

水资源承载力是区域自然资源承载力的重要组成部分，是水资源紧短地区能否支撑人口、经济与环境协调发展的一个限制指标。作为可持续发展研究和水资源安全战略研究中的一个基础课题，水资源承载力研究已引起学术界的高度关注，成为当前水资源科学中的一个重点和热点研究问题[6]。

我国水资源相关研究与国际同类研究相比起步稍晚，水资源研究体系尚不完善，水资源教育培训体系尤为薄弱[7]。尚涛等认为，水资源预测方法大致分为四大类：外推法、相关分析法、解析法及人工神经网络法[8]。傅金祥等把预测方法分为直观预测法、时间序列预测法和模拟模型预测法三大类 。刘昌明以及敬明光等根据工业用水、城镇生活用水和农业用水分别进行预测[10、11]。冯利华运用神经网络和r／s分析对区域水资源进行了预测[12、13]。梁仁君等用动力学对我国水资源供需进行了预测[14]。目前关于水资源的预测，由于预测方法的局限性，许多长期预测的需水量都偏大。我国的需水量预测长期以来一直过于“超前”，预测结果都已经或即将被证明是明显偏大的[9]。

非线性科学作为一门崭新的科学，已经广泛应用于地球科学[15]、环境科学[16]、大气科学[17]和管理科学[18]。它的最大特点是能够研究事物之间的关系和机理。在深刻了解对象(要素)之间的内在动力关系和演化机制的基础上，实施科学有效的管理，从而对系统进行预测、调控和优化。

本文采用非线性动力学方法建立山东省水资源动力学模型预测未来的水资源量，为该省国民经济可持续发展提供科学咨询服务。

1 水资源承载力的定义

结合中国科学院知识创新工程有关项目初步研究，夏军等[19]认为水资源承载力可定义为“在一定的水资源开发利用阶段，满足生态需水的可利用水量能够维系该地区人口、资源与环境有限发展目标的最大的社会一经济规模”。因此，水资源承载力是一个度量区域社会经济发展受水资源制约的阈值，它通常用满足生态需水的可利用水量与社会经济可持续发展有限目标需求水量的供需平衡退化到临界状态所对应的单位水资源量的人口规模和经济发展规模等指标表达。

2 水资源承载力的度量与计算方法

2．1 区域水资源承载力宏观指标设计

(1)区域水资源支撑的经济规模

区域水资源支撑的经济规模是区域水资源承载力宏观指标之一，它是区域国内生产总值gdp与生产这些gdp所消耗的水量之比。当所消耗的水量等于区域水资源可利用量，此时水资源承载的经济规模就是最大经济规模。

(2)区域水资源支撑的人口规模

区域水资源支撑的人口规模是表示水资源承载力的另一个重要宏观指标，它是根据研究区域某阶段所处的社会发展水平和该阶段国内生产总值进行计算的。由于社会发展水平不同，人们的消费水平是不一样的。因此，水资源支撑的人口规模是和社会发展水平相联系的。社会发展水平用人均占有gdp指标反映。

根据我国社会经济发展现状和战略目标，参考国外有关社会发展的阶段划分，社会发展水平可划分为温饱型、初步小康、中等小康、全面小康、初步富裕和中等富裕6个阶段，其相应的人均gdp下限分别为3 000，6 300，13 000，24 000，34 000和62 000元。山东省目前即将

进入中等小康阶段。

2．2 宏观指标的计算模型与方法

(1)供需平衡指数(iwsd)

为描述水资源的承载力，首先需定义水资源承载力的供需平衡指数(iwsd)[19]，即

式中，ws为可利用水资源量；wd为水资源需求总量，wd= wp+w1+wa+we，wp为生活需水，w1为工业需水，wa为农业需水，we为生态环境需水。

很显然，当可利用水量小于流域社会经济系统的需水量时，即ws

(2)区域水资源支撑的经济规模计算表达式[2o]为：

3 山东省未来2o年gdp、人口的预测

3．1 山东省未来20年的预测

表1是山东省1997-2005年gdp动态变化情况，表中数据来源于《山东省国民经济和社会发展统计公报》。根据表中数据可计算出，山东省gdp的年平均增长率为12％。由此可见，近10年来山东省的gdp一直处于高速增长期，2006年上半年更是达到了17％，如此高的增长速度也带来了种种的社会风险。因此，国家在十一五规划中明确指出gdp的增长应小于7.5％，山东省也采取了相应的宏观调控措施。根据《山东省国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》的规划目标，2010年全省gdp为3×10 12元，2020年为6.8×10 12元，年平均增长率为10％。因此，根据山东省经济发展的规划目标和实际情况，以2005年的gdp为初值，2006年增长率为17％，2007-2020年gdp平均增长率为10％，2025年以后为7％，由此计算出山东省未来20年gdp(表2)。

3．2 山东省未来2o年人口的预测

根据《山东省年鉴》的数据(表3)，计算出山东省人口的年平均增长率为0．607％。以1995年为基础，利用模型(5)来预测近10年来山东省的人口(表3)，然后计算出年均误差为-0．109％，修正后的年均增长率为0．607 7％。根据修正后的人口增长率，以2005年人口数9 248×l0 4人为初值预测山东省未来年人口规模(表4)。

4 山东省未来2o年需、供水量的动力学预测

4．1 山东省未来2o年需水量的动力学预测

4．1．1 山东省未来20年生产需水量的动力学预测

(1)方案1

根据山东省1994年以来的实际情况和统计数据，农业用水将随着农业结构调整与灌溉利用水平的提高而以年均0．7％的速度递减，工业用水量递增5．4％。以农业用水188×10 8m 3。工业用水43×10 8m 3为初值，利用模型(5)可预测山东省未来20年农业用水、工业用水量(表5)。

(2)方案2

根据《山东生态省建设规划纲要》的山东省各年单位gdp水耗(m3／10 4元)规划指标及实际情况(表6)，计算出山东省未来20年单位gdp水耗(m3／10 4元)的年平均增长率为：2005—20l0年为-5．714％，2010-2020年为-3．333％，以2005年的单位gdp水耗量为初值，利用模型(5)，可预测出山东省未来20年单位gdp水耗(m3／10 4元)(表7)。

根据表2和表7，二者对应相乘即可预测山东省未来20年生产需水量(表8)。

(3)方案3

· 万元工业增加值需水量预测

据国家发展改革委员会宏观经济研究院课题组的研究结果[21]，2003-2022年我国万元工业增加值用水量年均下降4．7％。另外，经查阅有关资料[22]，1997-2002年，我国万元工业增加值用水量平均下降率为7．3％ ，2002年的下降率为10％，高出平均值2．7％ ，5年内年均增加下降率为0．54％。尽管山东每万元工业产值用水量高于全国，但以较快的速度下降，与发达国家相比，差距相当悬殊。如每万元工业用水，美国只有9m 3，日本6m 3。所以，未来工业节水潜力巨大。按照全省水平发展，每万元工业用水以8％的速度下降，取今后20年，以2002年万元工业增加值用水量134m 3为基数，利用模型(5)来预测山东省未来20年万元工业增加值用水量的变化趋势及结果(表9)。

· 万元农业增加值需水量预测

据国家发展改革委员会宏观经济研究院课题组的研究结果[21]，2003-