© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net水资源合理配置研究现状与发展趋势张　颖　余新晓　谢宝元󰂍　宋维峰(北京林业大学水土保持学院,100083,北京)

摘　要　确保水资源的可持续利用,成为21世纪中国经济社会发展首要的资源环境问题,而要解决目前水资源的供需矛盾,实现水资源的可持续利用,必须进行水资源的合理配置。阐述水资源合理配置的研究内容、理论、方法、技术,分析国内外水资源合理配置的研究现状及存在问题,并对水资源合理配置的发展趋势作预测。关键词　水资源合理配置;可持续发展;生态用水;决策支持系统;GIS

收稿日期:20040308　修回日期:20040515

项目名称:国家科技攻关项目“青海共和盆地水资源承载力研究”(200BA517A090301);本文由北京林业大学研究生培养基金资助作者简介:张　颖(1979—),女,在读硕士。研究方向为流域治理、生态用水。E2mail:zyzbj@sohu.com

󰂍责任作者:谢宝元(1948—),男,教授,博士生导师。主要从事水土保持、农业生物环境与能源工程、土木结构工程的研究。

水资源供需矛盾日益加剧,生态环境的恶化给人类一次次敲响警钟,人类必须抛弃一味追求区域经济的单程、消耗的传统经济发展模式,取而代之为现代循环、生态的可持续发展模式。“在能满足人们当前需要的同时,又不损害到后代人的生存需要”,建立节约型经济发展模式,以最小的资源消耗,取得最大的经济、社会和生态效益,把水资源看作是宏观经济系统、生态环境系统和水资源组成的复合系统,以社会经济与环境协调发展为目标,运用多学科理论和技术方法,妥善处理各目标在水资源开发利用上的竞争关系,从决策科学、系统科学和多目标规划理论方面,研究水资源的最优调配方案。即通过水资源的合理配置,增强区域水资源承载力,在水环境承载力之内,发展社会经济,促进社会经济的可持续发展。水资源合理配置问题,已成为当今水科学规划管理研究的热点问题。1　水资源与水资源的合理配置111　水资源水资源是一种具有“经济价值”的自然资源,其定义有广义与狭义之分。广义水资源为自然界中一切可为人类利用的水。从形态来看,包括固态、液态和气态水;从分布来看,包括大陆水、大气水、海水和再生水等。狭义水资源,主要为可被人类开发利用,能满足人类生活生产需要,具有一定的数量和质量的天然水源。笔者认为,水资源的内涵,还应包括以下几点:

1)水资源包含水量与水质2个方面;2)水资源必须

具备可持续利用的特性,即不仅能满足当代人的需求,而且又为后代人继续利用创造条件,维持世世代代永续利用的水。112　水资源合理配置《全国水资源综合规划技术大纲》对水资源合理配置的定义是:水资源合理配置是指在流域或特定的区域范围内,遵循有效性、公平性和可持续性的原则,利用各种工程与非工程措施,按照市场经济的规律和资源配置准则,通过合理抑制需求、保障有效供给、维护和改善生态环境质量等手段和措施,对多种可利用水源在区域间和各用水部门间进行的调配。[1]水资源合理配置的最终目的,就是实现水资源的可持续利用,保证社会经济、资源、生态环境的协调发展。在我国,特别是在“有水便为绿洲,无水即为荒漠”的西北地区,实施水资源合理配置,更具有紧迫性。水资源的天然时空分布与生产力布局的不相适应,地区间和各用水部门间存在用水竞争,加之不合理的水资源开发利用方式,已经导致了许多生态环境问题。水资源合理配置的基本功能,涵盖2个方面:在需求方面,提高水的利用率,通过调整产业结构,建设节水型经济,抑制需水增长势头,以适应较为不利的水资源条件;在供给方面,提高水的分配效率,特

　第2卷　第4期2004年12月中国水土保持科学ScienceofSoilandWaterConservationVol.2　No.4Dec.2004© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net别是循环利用率和重复利用率,协调各项竞争性用水,加强管理,并通过工程措施,改变水资源的天然时空分布,来适应生产力布局。这2个方面相辅相成,以促进区域的可持续发展。2　国内外水资源合理配置的有关理论、技术及应用 以水资源系统分析为手段、水资源合理配置为目的的各类研究工作,始于20世纪40年代Masse提出的水库优化调度问题。50年代以后,随着系统分析理论和优化技术的引入,以及60年代计算机技术的发展,水资源系统模拟模型技术得以迅速研究应用。美国麻省理工学院(MIT)于1979年完成的阿根廷河RicColorado流域的水资源开发规划,是最具成功和有影响的例子。同时,苏联、加拿大、英、法等国,也都先后开始用系统分析方法研究资源问题。80年代后,由于引入系统工程的原理和方法,许多水资源规划的目标,都由以前的单一强调经济发展,逐步过渡到更广泛的社会需求方面,即多目标规划。我国在水资源配置方面虽起步较晚,但发展较快,连续组织了4期的国家科技攻关重点项目。在“六五”期间,提出了水资源的评价方法,并应用于华北地区的地表、地下水资源评价中。“七五”期间,提出了大气水、地表水、土壤水和地下水的“四水”转化模式,并利用此模式,提出了相应于地表水地下水的补偿运用方式。“八五”期间,提出了基于宏观经济的水资源合理配置理论与方法,并对华北水资源问题进行了专题研究。“九五”期间,针对西北内陆干旱区的实际情况,提出了内陆干旱区水资源演化的“天然人工”二元水循环模型,从单纯配置国民经济用水,向同时配置国民经济用水和生态环境用水过渡。211　研究的指导思想国际水资源政策的核心,就是提倡建立在流域范围内的水资源统一综合管理。水资源管理的目标是:使每一个人都获得安全饮用水和足够的水资源,利用单位水量,生产更多的食物;同时,保护人类和所有生物赖以生存的水环境和水生态系统。第3届水论坛会议提出“从议论转向行动”的口号,强调化解世界水资源危机从现在做起,要求水行动计划各方在“谁做”“做什么”“何时做”“怎样做”等问题上,作出具体承诺。这为今后各国水资源管理,提出了明确的目标,指明了行动计划的方向。21111　可持续发展的思想　可持续发展的定义为:“既能满足当代人的需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展模式”。可持续发展起源于世界保护策略(worldconservationstrategy,IUCN,

1980),而布氏的报告《我们共同的未来》(WCED,1987)把可持续发展这一概念提高到国际首要的高

度。同年,在巴西里约热内卢召开的93’地球研讨会(EarthSummit’93)上,专家指出水资源必须可持续利用。21112　保证生态环境用水的水资源配置战略　保护和改善生态环境,是保障我国社会经济可持续发展所必须坚持的基本方针。生态环境建设对水资源保护利用,起了有利的作用,同时,它也要消耗一定的水量[2]。虽然生态需水、生态用水与生态耗水等概念的确切定义还没有统一给出,但在水资源配置中,要从不重视生态环境用水,转变为在保证生态环境用水的前提下,或者说是要从传统的只注重社会经济用水的水配置模式,转变为国民经济用水与生态环境需水统一规划,合理配置。212　水资源合理配置理论在水资源配置中,技术、理论是一个非常重要的问题。20世纪50年代以来,随着理论和优化技术的引入,以及60年代计算机技术的发展,许多学者致力于该技术理论的研究,发表了许多优秀论文与研究成果,使我国水资源配置方面的研究,得以迅速发展。水资源开发利用,是一个时变的动态过程,且具有不可试验性;因此,选择和采用分析方法时,就存在许多的限制。目前,具有代表性的方法理论,主要有以下4种。第1种理论为大系统理论。大系统论就是基于可持续发展的思想,不仅考虑水资源中水的各个要素,诸如把水质与水量、地表水、地下水等,看作是相互作用、相互依赖的组成部分,组成水资源系统,而且把水资源系统和社会系统、生态系统、人口系统密切联系起来,共同组成了具有特定功能的有机整体。系统动力学理论和系统工程学理论,就是基于系统论的进一步研究发展起来的。系统动力学方法,可以为水资源开发利用规划研究者,提供一个非常灵活方便的描述水资源社会经济系统运行及其行为变化的方法[3],而且,规划研

究者可以利用系统动力学的仿真技术,在规划前即现状的条件下,设计选择参数与变量,模拟仿真出系统发展的总体趋势,研究者可根据仿真反馈结果,分析比较,找出存在的问题以及与规划目标的差距。

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第4期张　颖等:水资源合理配置研究现状与发展趋势© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net然后,对症下药,通过调整参数等,再次仿真,缩短与规划目标的差距,最终得到满意的规划方案。国外有人将系统动力学方法称为“复杂社会经济的实验室”或“政策与规划实验室”[45]。陈亮雄、翁文斌等,运用系统动力学理论,建立了京津塘地区水资源系统动力学模型[6],用系统模型和模拟的方法,分析系统内水资源的供给和需求,以水资源的供需矛盾为系统的核心矛盾。模型分为5个一级子系统,若干二级子系统,各个具体子系统中又分为5个二级子系统,每个子系统又设有反馈机制,便于根据反馈信息,及时调整优化方案。陈成鲜等,在我国水资源可持续发展系统动力学模型研究中,应用系统动力学方法,把水资源与社会、经济、人口、环境放在一个大系统中,并对我国2010年水资源可持续发展的具体情况,加以预测[7]。研究结果表明,系统动力学模拟,可以得到难以用数学分析得到的系统性参数和政策调整的合理模式。运用系统动力学最关键的问题,是要弄清水资源系统与社会经济系统和环境系统的内部结构、联系,各个变量之间的因果关系及反馈,这是系统动力学应用中的最困难部分,也是系统动力学难以普遍应用的主要原因;但总体来看,系统动力学方法在研究复杂系统问题中,具有巨大优势和潜力。第2种是不确定性理论的应用。在水资源优化决策中,把随机和模糊优化管理模型,统称为不确定性水资源优化管理模型。不确定性水资源优化管理模型,在水资源决策研究中,有着广泛的背景,其应用的理论主要有2种:灰色系统理论与模糊数学。由于水资源系统内部以及系统与环境之间,存在着模糊性与随机性,特别是多目标水资源管理问题,更是如此。这些问题既含有模糊因素,又存在对环境、社会、法律等指标难以定量化、精确化以及不同量纲之间不统一的问题。另外,由于水资源系统是一个复杂的模糊系统,一方面它牵涉的因素比较多,另一方面,这些因素之间又存在错综交织的协同作用,因而应用模糊优化模型来确定水资源的最优分配方案,将有更大可靠性与保证性。在国内以陈守煜为首,建立了以相对隶属度、隶属函数为基础的多目标决策系统模糊优选的理论、模型与方法,提出了主客观相结合的确定目标权重方法[8],应用于水库的防洪调度实践以后,许多学者以此为基础,进行了更深入,更广泛的研究。例如:崔振才等在陈守煜多阶段多目标系统模糊优化理论与模型的基础上,提出了模糊优化多维动态规划模型,并给出具体应用实例[9];农卫红在《多目标模糊优选理论在水资源系统