基于PSR模型的辽宁省水资源承载能力分析

那 娜

(辽宁省抚顺水文局，辽宁 抚顺 113015)

自水资源承载力概念提出以来，国内外众多学者针对具体的流域和区域分别利用多种方法开展了承载力的研究分析。水资源承载力不仅与生态自然相关，而且与水资源开发程度和范围相关，它是反映水资源与区域发展相互关系的重要指标[1]。目前，在水资源评价方面应用较为广泛的方法有多目标决策分析法、系统动力学法、主成分分析法、模糊综合评价法、压力-状态-响应模型等，这些方法具有不同的特点和优点，在不同的应用领域均具有一定的适用范围，但也存在一定的局限性，应结合研究区域的实际情况选择合适的评价方法[2]。压力-状态-响应模型即PSR模型，因能够较好地反映生态环境、社会经济以及水资源之间的复杂关系，在水资源承载力方面具有广泛的应用价值和前景。

1 PSR模型基本理论

由David Rapport提出的PSR模型是一种用于研究分析水资源系统中环境压力、现有状态与响应过程的理论方法，之后由欧洲经济合作与发展组织(OECO)于20世纪70年代对PSR模型加以改进，并用于环境报告方面。在PSR模型有效性和适用性分析方面，OECO在20世纪90年代开展了研究分析并认为该模型能够反映自然、社会与经济之间的作用关系。人类通过生产消费将自然环境中所取得的各种资源又重新排放至环境系统，并在一定程度上改变了系统原有的环境质量和资源数量，从而影响人类的生产生活及各类活动，由此形成了自然环境与人类活动之间的“压力-状态-响应”的循环往复的变化关系。所以，在PSR模型中所涉及的指标具有能够反映自然资源、生态环境、社会经济之间的相互协调的关系特点，在生态安全[3]、湿地健康[4]以及工业污染评价[5]等方面该模型具有广泛的应用前景，并取得了理想的应用效果。

2 构建PSR模型

2.1 建立PSR模型评价指标体系

本文分别从生态系统、水资源、社会经济3个层次筛选了能够反映各层次之间的压力、状态、响应关系的40项指标，评价客体的实际状况以及引起该现状的主体可通过状态与压力指标进行表征和体现[6- 8]，各指标选取见表1。

表1 基于PSR模型理论的指标体系

表1中，P11～P15分别为总供水量、地表水供水量、地下水供水量、外调水量和污水回用量指标；P21～P27分别为总人口、城镇人口、工业增加值、建筑业增加值、第三产业增加值、GDP和灌溉面积指标；P31～P33分别为绿化面积、环境卫生面积、废污水排放量；S11～S16分别为水资源总量、地表水利用率、地下水利用率、客水资源量、客水利用率以及污水处理回用率指标；S21～S25分别为总需水量、生活需水量、工业需水量、建筑及第三产业需水量、农业需水量指标；S31和S32分别为河道外生态环境需水量与废污水处理率指标；R11～R16分别为新增供水能力、当地水源工程投资、外调水工程投资、污水处理回用工程投资、节水工程投资即人均用水量指标；R21～R24分别为人均增长率、城镇化率、工业增加值增长率、产业结构；R31～R32分别为废污水排放量与废污水处理投资指标。

2.2 压力-状态-响应模型简介

水资源具有生活与生产要素的双重属性，它是人类赖以生存和社会发展不可或缺的资源，因此在评价过程中应充分考虑社会、环境以及水资源等各个方面[9]，而PSR模型因自身的结构优势和理论特点能较好地反映各子系统之间的作用关系。据此，本文分别从以下3个层次建立PSR模型。

(1)在不同的社会发展阶段分析自然系统能够维持人类社会经济发展所需要的水资源量，并且考虑能够维持后代可持续发展和不影响与其紧密相关的生态环境。

(2)针对不同的水资源配置方案和指标使用频率，选择合适的承载力评价指标。在不同的承载力评判标准下进一步明确生态环境与社会经济客体的指标变化情况。

(3)基于生态环境、水资源开发以及社会经济与人口存在的问题，根据通用评价指标体系构建方法和原则并结合辽宁省社会经济发展实际情况，在充分考虑PSR模型框架的基础上，分别从压力、状态、响应方面建立指标体系和分析方法[10]。

压力指标反映经济系统中引起不可持续的原因，即对“为什么发生如此变化”的问题进行表征与描述；状态指标反映系统发展的状态，分析城市发生怎样的变化；响应指标是针对出现的问题和变化人类会采取的相应措施，即应该怎样做才能保持水资源系统的可持续发展利用。确定水资源对生态环境、社会经济规模与人口的承载力为水资源承载力分析的主要目标，因此在评价承载力时还应考虑超载生态环境面积、超载GDP与超载人口等指标特征。其中超载人口是指实际人口扣除水资源能够承受的最大人口数，而可承载最大人口是指实际人口减去单方水可承载人口与缺水量的乘积。根据实际人口与总蓄水量的比值确定单方水可承载人口，同理，可计算得到超载生态环境与超载GDP指标数据。

本文在综合分析辽宁省生态环境、社会经济及人口的基础上，针对水资源紧缺及开采利用时出现的主要问题建立了PSR模型，然后按照“三次平衡”配置的理念分别从主体、客体与主客体耦合的层面研究分析了辽宁省水资源承载力，以期为该区域水资源管理规划与可持续发展利用提供一定参考与决策依据。

3 实例应用

3.1 区域概况

辽宁省位于我国东北部区域，处于我国工农业发展的核心区域，其水资源现状将直接影响着生态环境与社会经济的可持续发展，境内由北向南、由东西向中间整体呈降低趋势，辽东、辽西区域主要以低山丘陵为主。辽宁省共辖14个地级市和绥中县、昌图县2个省管县，境内河网水系密集，大小河流约300多条，主要有饶阳河、大凌河、太子河、辽河等。其中辽河流域面积6.92万km2，全长480km，为辽宁省第一大河流。2015年辽宁省生产总值较2014年增长约7.8%，其中第一、第二和第三产业年增长率分别为4.2%、7.6%和5.5%。虽然，近年来该区域人均GDP呈显著逐年增长的发展趋势，但是相比同期其他省份及全国的平均的增幅还有较大的差距[11]。

3.2 水资源条件

辽宁省2015年总降水量约568.0mm，相对于多年平均值下降约16.8%，并且在时空分布上极不均衡，主要集中在汛期(6—9月)。全省水资源总量为178.98亿m3，人均水资源量185.6m3/人，远远低于全国平均水平。辽宁省2015年水资源供应量和总用水量大致相同，地表水与地下水供应量分别为23.43亿和5.52亿m3，地下水质良好，生产、生活及生态用量分别占总量的62%、36%和2%。随着科技的进步及社会的发展，辽宁省工农业经济发展及城镇建设对水资源的需求量迅速增加，并进一步使得宝贵的水资源更加紧张，加之该区域节水设施较为落后、水资源浪费及污染严重等问题，其承载力面临着严峻的挑战。

3.3 水资源承载力分析

本文按照人口增长和社会经济发展的高速、中速和低速组成的9种情景对辽宁省水资源需求量进行预测，并在此基础上利用文中所构造模型和方法对承载力进行评价。

方案一：对单位GDP综合需水量通过可供应量与经济发展水平的作用关系进行推导，并计算相应的承载力水平。然后以人均GDP为参考标准，选取衡量经济发展水平的指标为全面小康、基本现代化以及现代化，对可供生产使用的用水量数据按照水资源可供应量扣除生态和生活必需水量的方法进行确定，并以此作为一定承载力条件下的能够用于生产用水的单位GDP综合需水量，在此基础上推导水资源可承载的经济规模。水资源可承载的人口数量按照可承载的经济规模与人均GDP的比值进行求解，计算结果见表2。

表2 指标体系法的水资源承载力

由表2可知，随着时间的推移，可承载GDP呈现出逐渐增大的趋势，而可承载整体人口表现出降低的趋势，由此表明水资源承载力在满足社会经济发展的同时抑制了人口的增长。

方案二：利用水资源承载力“三次平衡”配置的理念建立适用于PSR模型及指标体系，并对辽宁省未来的水资源承载力进行评价。在综合考虑经济发展、允许最大缺水程度、缺水行业以及不同配置方案的工程投资等影响，选取辽宁省水资源承载力方案为适度节水和经济低速增长的方案。该方案下在保证75%供水保证率的条件下，总供水量和需水量分别为15.85亿m3和17.32亿m3，总缺水量占供水量的9.3%，其中超载GDP和超载人口分别为146.47亿元和1028.5万人，超载生态环境面积约为0.18万hm2。

对比分析可承载人口可知，在区域水环境承载力分析方面PSR模型具有良好的可靠性与可行性。研究表明，即使辽宁省具有较高的节水水平，但仅仅依靠当地的水资源仍无法满足该区域未来人口发展的需求和经济发展的需要。2020和2030年生态环境面积在及时采取外调水的措施下仍存在一定的超载问题。因此，提高当地用水效率和节水水平，加快推进节水设施的普及和应用，提高用水效率等已成为今后水资源可持续发展的重点。

4 结论

(1)通过利用PSR模型和指标评价法对辽宁省水资源承载力进行评价，不仅能更好地反映该区域水资源可持续利用现状，而且能够对各子系统之间的相互作用关系进行客观、全面地表征。因PSR模型在水资源承载力方面的应用研究还处于初始阶段，因此在未来还需要进一步对指标体系和模型优化做深入的研究分析。

(2)随着时间的推移，辽宁省可承载GDP呈现出逐渐增大的趋势，而可承载整体人口表现出降低的趋势，由此表明水资源承载力在满足社会经济发展的同时抑制了人口的增长。综合考虑经济发展、允许最大缺水程度、缺水行业以及不同配置方案的工程投资等影响，选取辽宁省水资源承载力方案为适度节水和经济低速增长的方案。

(3)2020和2030年生态环境面积在及时采取外调水的措施下仍存在一定的超载问题。因此，提高当地用水效率和节水水平，加快推进节水设施的普及和应用，提高用水效率等已成为今后水资源可持续发展的重点。