流域水文水資源與社會耦合系統研究進展與評價

王秋媛

(黑龍江省黑河水文局，黑龍江 黑河 164300)

決策思考

流域水文水資源與社會耦合系統研究進展與評價

王秋媛

(黑龍江省黑河水文局，黑龍江 黑河 164300)

資源對社會經濟發展有關重要的影響，某些關鍵性資源甚至會對社會發展形成制約。人類社會在發展過程中對自然環境造成了嚴重影響，水環境存在的主要問題是浪費與污染。我國水資源時空分布不均，基于社會可持續發展的角度來看，需要通過一定措施對資源利用進行干預，從而提升資源利用效率，為人類社會發展提供支撐。文章就流域水文水資源與社會耦合系統研究進展與評價作簡要闡述。

流域水文水資源；社會耦合系統；研究進展與評價

1 環境變化情況下水文分析和模擬

自然條件會隨著時間變化而產生變化，環境各項要素之間是彼此相互聯系的，其中某一項要素出現變化時就會對另外的要素造成影響，從而引發一系列變化，并通過環境的某一方面或者是整體環境表現出來。除自然環境變化，人類活動也會對水文狀況造成影響，如水利工程修建，林木資源開發，采砂工程，礦業開發等。相關人員經過觀測發現，我國六大河流在半個世紀時間內，徑流量都體現出了下降趨勢，水文特征也發生了明顯改變。其中海河流域的降幅是最大的，無論是年內分配或者是流域組成都體現了一定變化。

通過對流域降雨徑流關系的確立，從而對徑流進行模擬，以此對徑流降雨對水文預測進行預報，而這也是水文預報工作中非常重要的一個方面。該項工作中常用的分析方法包括了流域內水文模型建立與統計學方法兩種。后者所包含方法內容比較的廣泛，其原理是假設研究變量是隨機變量，通過對樣本的平均值，方差，標準差，徑流系數，顯著性，變異各系數等進行計算，并結合到年徑流量等相關指標對徑流與降雨二者間的關系進行描述。造成徑流減少的一個主要原因就是人類活動影響，如水利工程修建攔截，人類社會發展對水資源的利用量增加，同時也存在水資源浪費的原因。

流域水文模型的重要作用體現在實際問題解決與水文預報工作，如對水資源的可持續利用，水環境及其生態系統的保護工作開展，防洪減災工作的開展。通過對模型的分析與研究，可以了解人類活動與氣候變化對水資源，以及災害的影響作用，從而采取相應的措施來解決發展過程中遇到的問題。該方法在應用時利用人類活動對水資源與水環境產生影響的資料確定研究分析工作的模型，再利用確定后的模型對人類活動對環境造成的影響進行分析，并將環境實際變化相關資料與預測數據進行對比。結果表明，土壤滲透能力，土地利用類型，降雨強度是對降雨與徑流造成嚴重影響的重要因素。

2 環境變化過程中模型結構與參數隨著時空變化轉移

在降雨徑流與水文序列二者關系穩定情況下建立模型，并將其用于氣候變化模擬與土地利用狀況變化。一般情況下其步驟是，運用歷史資料數據確定要模型參數，通過不同方法與模型的應用對氣候變化與土地資源利用進行模擬，將模擬的結果作為模型的數據與資料，對處于變化的環境下對徑流以及其它量進行模擬。該方法在應用過程需要關注的問題是，模型的各項參數與結構對于變化的環境是否具備轉移應用的能力。而實際工作則證明了相當一部分模型并不具備該功能。

為了在變化的環境中得到較為客觀的結果，可以利用多個模型開展工作，最后對其結果作平均處理，該方法能夠在一定程度上解決由于單一模型帶來的不確定性問題。但是由于不同模型間的優劣難以確定，平均值仍然具不確定性，并且不確定的程度是未知的。

3 水文耦合與氣候模型耦合問題

研究人員將天氣預報模型與水文模式二者進行耦合，以期望達到水文預報預見期延長的目的，依據模型輸出結果能否對預報模式反饋可以對其進行分類，雙向耦合與單向耦合。相關研究人員通過雙向或者是單向耦合的方式進行不同實驗。如利用雙向耦合系統重現暴雨洪水過程，體現了耦合模式下對洪水與暴雨預報的能力，并且其提供的預見期較長。將水文模型與天氣預報系統進行雙向的耦合，克服了某結方面的不足，從而實現了在同一交互界面雙模式在線耦合，從而使預報能力得到了提升。

4 水資源優化配置與水文模型的耦合

為了有效的開展水資源開發與規劃工作，一系列模擬軟件相繼得以開發，通過相應的模型建立從而提出了問題求解的方法，從而使有限的水量在不同部門之間能夠有效的分配。或者是將協調理論作為技術支撐，通過遞階分析法與寬容約束的方法，建立流域內資源調配優化實用模型，結合到流域內往年水資源相關資料與數據建立模型，對資源供給與平衡進行預測，優化配置。

水資源配置研究工作主要體現在水源范圍，從最開始的地表水到后期的地表水與地下水聯合調度與配置，并進一步發展到對常規與非常規水資源進行調度與配置。而在配置目標方面，從對供水量進行配置發展到對耗水與用水進行統一配置，從單一的水量分配考慮到水質問題。在工作開展的指導思想方面經歷了從供需關系進行配置到以及宏觀經濟基本前提進行配置，到后期基于可持續發展的思想對資源進行配置。在模型求解方面，結合到模型的特點利用智能化的算法，如遺傳算法、聲算法、人工免疫算法和粒子群算法等。

5 技術方面主要存在的問題

5.1 降雨徑流非穩定性關系

模型大多是建立在穩定的降雨與徑流關系上的，針對非穩定的關系建立的模型研究還不夠深入，在解決非穩定性方面的問題，針對的只是其中某些方面，沒有系統性的理論與技術方法。而環境是處于持續變化過程中的，由此研究工作的開展會面對多方面的問題，如模型參數與時空轉移二者間的關系。

5.2 模型參數折時空轉化問題

變化環境中模型參數轉移問題并未得到有效的解決，其表現為研究工作存有差異從而導致了研究工作結果也在某些方面存有差異，甚至在某些時候其得到結果是相反的，其背后的原因是研究流域類型不同，應用的模型不同。

5.3 氣候與水文模型二者間的耦合

傳統的水文模型基礎是水量平衡，其核心是土壤水量時空變化，其模擬精度較高。但是傳統的模型由于其結構，無量平衡模塊，時空尺度方面導致無法與氣候模型進行雙向的耦合，模型結構以及參數演繹需要進一步研究。

5.4 水資源優化與水文模型耦合

鑒于水文環境的復雜性，資料限制，流域多樣性等問題，在模型研究與資源配置耦合方面仍然有許多問題未能得到解決。水資源系統內部之間存有的聯系與系統動態演化二者間未能進行有效耦合。

6 結 語

水資源與耦合系統以水資源管理流域作為研究工作開展的對象，對于水資源優化配置與模型預測工作相關問題進行研究，為防災與減災工作的開展，社會經濟可持續發展提供一定支持。工作的目標包括了降雨與徑流二者間非穩定性關系的識別，分析模型隨時空變化的規律，地下水運動的特性與機理，土壤，植被，大氣三者間物理交換過程水文模型，社會經濟發展過程中，資源優化配置的模型，從而實現對水資源科學管理與合理配置。

[1]張鳳太，蘇維詞.水資源與經濟社會系統耦合協調時空分異研究——以貴州省為例[J].人民長江,2016(10)：25-30.

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2017-09-28

王秋媛(1984-)，女，黑龍江黑河人，工程師。