綜評水資源優化配置研究進展

李 強

(遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽122000)

0 引 言

水資源是人類生存和發展的重要自然資源。隨著各國人口數目的增長，工業農業的發展，人民生活水平的提高，人類的用水量連年增長。加之部分地區環保意識的缺失，大量的生活、生產污水排入江河湖海，地表水和地下水受到了嚴重污染。

人們承受著水資源消耗量增加和總量減少的兩方面影響，人類可以利用的水源越來越少。湖泊面積減小或干涸、河道斷流、由地下水干涸導致地層下陷都不再是新聞。水資源短缺的問題已影響了人類的生存和發展，引起了全世界范圍內的普遍關注［1－2］。

1 水資源優化配置的作用和意義

對水資源優化配置的研究，始于20 世紀60年代。經過多年的探索，隨著周邊學科研究的進展，水資源優化配置理念在近些年逐漸地趨于統一。總的來說，水資源優化配置指的是運用系統的分析理論和優化技術，通過工程或非工程的措施，在特定流域或特定的區域范圍內，公平、高效地調配各用水部門對水資源的使用，使有限的水資源在社會經濟發展中取得最大的效益，同時做到保護生態環境，遵循可持續利用原則。其實質在于提高水資源的使用效率［3］。

2 中國水資源優化配置研究進展

2.1 水資源優化配置理論研究

水資源優化配置理論研究主要包括3個方面:從“供需”方面限制用水量的優化配置理論、以經濟為重心、以高效為主的優化配置理論和基于社會經濟發展和生態環境保護統籌考慮的優化配置理論。

2.1.1 從“供需”方面限制用水量的優化配置理論

從“供需”方面限制用水量的優化配置理論，是優化配置理論研究早期的產物，這方面理論的代表是“以需定供”和“以供定需”。

“以需定供”主要被用于水資源比較充足的地區，這類地區的水資源和水利設施可以滿足當地人們生活生產的需要，這種理論單純的按照表面的需求決定供應，卻忽視了水資源的可持續利用能力，造成了水資源不同程度的浪費［4］。

“以供定需”則多用于水資源總量相對不足或水利設施較差的地區，因為水資源總量的限制，這種配置理論通常過分壓抑用水部門的需求，過低的估計區域發展的規模，使社會經濟發展被限制。

從“供需”方面限制用水量，其著眼點主要在水資源上，卻忽視了用水單位需求與經濟發展的動態變化，因此往往無法做出科學的配置，滿足經濟發展與水資源保護的需要［5］。

2.1.2 以經濟為重心、以高效為主的優化配置理論

社會經濟的發展離不開水的使用，而經濟發展對水資源的依賴，導致了水資源配置的偏向將直接影響到地區經濟結構。

以經濟為重心，以高效為主的優化配置理論，同時兼顧了經濟發展效率、社會發展效益和水資源保護等各方面，用經濟學理論來衡量水資源利用的投入產出，能做到將水資源配置與經濟發展方向結合起來，隨著經濟發展的趨勢和變化調整水資源的配置，用有限的水資源取得最大化的經濟利益和社會效益，是保障經濟快速發展的配置理論。該理論在我國水資源優化配置工作中發揮了巨大作用，促進了我國水資源優化配置的發展［6－7］。

2.1.3 基于社會經濟發展和生態環境保護統籌考慮的優化配置理論

隨著用水量的增大、水資源枯竭速度的加快，急需尋找到更科學的優化配置理論，這就要求我們不能只從經濟發展一個方向來思考問題，而是要兼顧社會經濟發展和生態環境保護，統籌的進行水資源優化配置［8］。

可持續發展理論對水資源優化配置理論的發展有著重大的指導意義，在水資源優化配置上的體現就是在滿足當前經濟發展用水需求的同時，對水資源進行合理開發和保護，不損害后代利益。

這種優化配置理論要求我們準確估量當前的經濟發展規模，綜合經濟、資源、人口、環境等種種因素，保護性的開發利用水資源。這樣既滿足了當前經濟發展和人民生活對水資源的需求，又保障了水資源的可持續利用，是符合可持續發展思路，促進國民經濟和生態環境協調發展的優化配置理論［9］。

然而，由于目前在這方面的研究還未完善，該理論還停留在理論研究和小范圍實驗的層次，未能推廣到全國實行，成為被廣泛接受的優化配置理論。

同時，由于經濟發展的模式日趨復雜，經濟發展、人類生存和環境保護之間的關系也不斷變化，如何能在三者之間找到整體效益最優的“黃金點”，是該理論一直以來的研究重點。

2.2 水資源優化配置模型研究

要在實際的生產生活中進行水資源的優化配置，僅僅有理論，是難以滿足復雜多變的水資源配置要求的。

想要將水資源優化配置理論落實到區域實際工作中，還需要中間的“落地”研究，這就是水資源優化配置模型研究［10］。

2.2.1 仿真模擬模型研究

仿真模擬模型是通過對水資源的來源、供給、使用、循環等過程進行模擬，反復試驗得出水資源配置方案的方法。

仿真模擬模型研究在全球水資源優化配置工作中起到了突出的作用，其中比較有代表性的有:立足于降水、地表水、土壤水、地下水等水文系統之間相互關系的物理規律建立起的分布式水文模型。

由于該系統涵蓋的元素復雜全面，所以有著極好的應用擴展性，適用于不同地區不同環境下的水資源優化配置;而將水資源配置過程中的供水過程通過“點—線—面”串聯起來的神經網絡模型，則可以對水資源配置進行細致的監督，并及時根據變化加以調整;仿真模擬模型的代表還有遺傳算法、退火模擬等［11］。

“3S”技術的發展為仿真模擬模型的開發提供了有力的數據支持和技術支持。“3S”技術指的是可獲得單點空間數據的GPS、可獲得區域大面積數據的RS 和可對數據進行處理的GIS。

“3S”技術在國內水資源優化配置的研究中有著廣泛的應用，研究成果比較突出的有:姚鶴嶺對GIS在水資源開發中應用的詳細介紹;郭變青等利用GIS技術，以Arc—View3.3 為平臺，開發的“新鄉市水資源優化管理信息系統”;高春平等以現代監控理論和水資源管理科學為基礎，所建立的由信息采集系統、信息傳輸系統、數據處理與信息管理系統、水資源管理調度系統組成的“遼寧中部地區水資源優化配置調度系統”等等。

2.2.2 規劃優化技術研究

規劃優化技術不僅僅用于水資源優化配置研究，它是包括線性規劃、非線性規劃級及多目標交互式規劃技術等的綜合技術。

我國研究者運用此項技術的起步較晚，但是進展很大，發展迅速。典型的應用有賀北方構建的區域水資源優化分配大系統優化模型:吳澤寧等建立的多目標模型及其二階分解協調模型:姚進忠等運用水資源系統分析理論，采用線性規劃方法所建立的引大入秦工程水資源優化配置模型。

由于這項技術可利用函數來進行多層次多目標的構建，因此有較大的靈活性，也可以滿足日益復雜的水資源優化配置研究的需要，如陳守煜、邱林等建立的多目標模糊優選隨機動態規劃模型。

3 水資源優化配置研究的展望

目前，我國的水資源優化配置研究還不夠完善，面對復雜的實際情況，往往難以兼顧到保障經濟發展和保護生態環境兩方面，不能全面、高效地完成水資源配置任務。

特別是在水資源匱乏、經濟發展落后、地區情況復雜的區域，要做到有效地配置管理就更加困難。總的來說，我國水資源優化配置主要有以下幾點問題:

1)水資源優化配置應根據面對用戶的不同，考慮各類水資源供給的額度和優先度。

2)根據水資源不同用途的循環過程，進行水資源優化配置。

3)根據水資源不同用途對水質的要求，根據地表水、地下水、外調水等不同水源的水質狀況進行配置。

4)時刻關注世界上水資源優化配置研究的最新成果，選擇最適合本地區的水資源配置模型和先進技術。

5)在保障經濟發展用水的同時，綜合考慮資源、環境效益，實現可持續發展。

為了解決以上問題，以下幾個方向也許將是水資源優化配置未來的研究重點。

3.1 摸清用水部門的用水要求，建立“天然—人工”二元水資源配置系統，將人工水引入配置

為了真正實現水資源的可持續發展，水資源的再利用不可忽視，在重視污水凈化、污水再生工作的同時，應根據不同用水部門對水質的要求，適量配給“人工水”，即中生水、回用水等，實現“天然——人工”二元水循環，天然水和人工水協同配置這樣將大大減少對水資源的浪費，緩解水資源的配置壓力。

3.2 發展以仿真模擬和規劃優化技術相結合的智能優化配置理論

隨著計算機技術的發展，水資源配置的仿真模擬模型也進入了高速發展期，由早期的單目標、單層次向多目標、多層次的多元化模型發展。配合規劃優化技術，可以適應復雜環境下水資源優化配置的需求，滿足瞬息萬變的現實需要。因此，發展以仿真模擬和規劃優化技術相結合的智能優化配置理論是十分必要的。

3.3 綜合考慮經濟、社會、環境，重視生態環境效應

由于早期對保護生態的認識不足，在生態環境遭到破壞，水資源嚴重短缺的如今，水資源優化配置工作面臨著嚴峻的考驗。

在這個時候，我們應更多地考慮水資源的生態價值，通過水資源優化配置研究，尋找經濟發展和保護生態的“黃金平衡點”，做到既滿足經濟發展用水，又不損上下左右岸利益以及影響到生態環境。

4 “3S”技術依舊是水資源優化配置研究熱點

“3S”技術有豐富性、多變性的特點，在水資源優化配置模型研究和水資源優化配置網絡建設上具有顯著的優勢，能夠適應日趨復雜的現實情況。在未來的研究中，“3S”技術定能在多元化多層次的水資源配置方案中起到重要作用。

［1］侯景偉，孔云峰，孫九林. 基于多目標魚群－蟻群算法的水資源優化配置［J］. 資源科學，2011(12):2255 －2261.

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［10］顧文權，邵東國，黃顯峰，代濤. 水資源優化配置多目標分析方法研究［J］. 水利學報，2008，39(03):339 －345.

［11］左其婷. 論水資源承載能力與水資源優化配置之間的關系［J］. 水利學報，2005，36(11):1286 －1291.