朱厚華，仇亞琴，吳彩麗

（1.水利部水資源管理中心，北京 100053；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100044）

水資源合理配置方法分析

朱厚華1，2，仇亞琴2，吳彩麗2

（1.水利部水資源管理中心，北京 100053；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100044）

水資源短缺和用水的競爭性問題的日益突出，全球性的水危機(jī)不斷涌現(xiàn)，使水資源合理配置逐步成為水資源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。論述了水資源合理配置的全過程，闡述了水資源合理配置的內(nèi)容、基礎(chǔ)和形式，水資源配置的核心是考慮各種相關(guān)因素下的水資源供需平衡分析、需要以社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀和未來發(fā)展規(guī)劃資料、流域或區(qū)域的水資源調(diào)查評價(jià)及其開發(fā)利用評價(jià)為基礎(chǔ)，對水資源的質(zhì)、量、空間和時(shí)間進(jìn)行配置。還分析了水資源配置目標(biāo)、配置方案及方案決策，把水資源相關(guān)因素表達(dá)為向量最優(yōu)化形式，構(gòu)建配置模型，為決策者提供協(xié)商對話的基礎(chǔ)，使決策更具有普遍性和公平合理性。

水資源；合理配置；生態(tài)環(huán)境；配置方法

水資源合理配置是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，是滿足國民經(jīng)濟(jì)和人類生存對水資源的需求，實(shí)現(xiàn)水資源的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)綜合效益最大化的基礎(chǔ)工作。它不僅涉及自然科學(xué)領(lǐng)域的一些學(xué)科知識，如水資源、水文、環(huán)境生態(tài)、系統(tǒng)分析和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)等，更重要的是還需要社會科學(xué)知識，如經(jīng)濟(jì)、法律、決策、行為等學(xué)科。水資源的合理配置須以水資源的可持續(xù)性、有效性、公平性、系統(tǒng)性等原則的指導(dǎo)下，不僅要滿足國民經(jīng)濟(jì)和人類生存的需求，還要給人類生存生態(tài)環(huán)境提供支撐與保障，實(shí)現(xiàn)水資源的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)綜合效益最大化，實(shí)現(xiàn)社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展［1－2］。

1 水資源合理配置內(nèi)容

資源合理配置是對有限的資源進(jìn)行科學(xué)有效的配置和使用。水資源合理配置的任務(wù)是根據(jù)特定地域水資源生態(tài)系統(tǒng)的自然和社會狀況，采用科學(xué)技術(shù)方法和合理的管理體制對水資源開發(fā)利用和水患防治系統(tǒng)進(jìn)行改造、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、組合和布局的安排與管理，以達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的要求和水資源持續(xù)利用的目的［3］。它不是一項(xiàng)獨(dú)立的工作，脫離了作為其基礎(chǔ)的其他相關(guān)工作，即使有再好的配置方法和手段，其結(jié)果也是不可靠的。水資源配置的核心就是要完成考慮具體情況下各種相關(guān)因素下的水資源供需平衡分析，需要進(jìn)行需水預(yù)測、供水及水資源開發(fā)利用潛力的分析、節(jié)約用水和水資源保護(hù)的分析［4］。

2 水資源配置基礎(chǔ)

綜合水資源系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和水資源3個(gè)子系統(tǒng)的相互關(guān)系，水資源配置需要以社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀和未來發(fā)展規(guī)劃資料、流域或區(qū)域的水資源調(diào)查評價(jià)及其開發(fā)利用評價(jià)為基礎(chǔ)［4］。認(rèn)識水資源時(shí)空分布規(guī)律，特別是要對在人類活動影響下水資源演化規(guī)律做出評價(jià)，對未來?xiàng)l件下水資源的數(shù)量和質(zhì)量的可能變化情形分析。

具體而言，就是利用流域或區(qū)域的水文、泥沙、氣象、水環(huán)境、生態(tài)等基礎(chǔ)資料，分析不同形式的水資源轉(zhuǎn)換演變規(guī)律以及人類活動對水資源的數(shù)量、質(zhì)量的影響。在水資源開發(fā)利用調(diào)查評價(jià)方面要分析供水水資源狀況以及變化趨勢，供水總量、結(jié)構(gòu)、分布及變化趨勢，還包括用水量、用水結(jié)構(gòu)、用水水質(zhì)、耗水量和耗水率以及用水效率，以及相應(yīng)農(nóng)業(yè)灌溉回歸水量和工業(yè)、生活廢污水排放量等指標(biāo)［1］，盡可能分析水資源利用過程的各個(gè)環(huán)節(jié)。

3 水資源配置形式

以水資源利用為主體的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，像其他大系統(tǒng)一樣，也具有質(zhì)和量的規(guī)定性。質(zhì)的規(guī)定性把不同性質(zhì)的系統(tǒng)區(qū)分開；量的規(guī)定性把同質(zhì)的系統(tǒng)區(qū)分開若干子系統(tǒng)。水資源系統(tǒng)的運(yùn)動離不開時(shí)間和空間，因此水資源系統(tǒng)的配置要素表現(xiàn)在質(zhì)、量、空間和時(shí)間4種基本形式［3］。水資源配置需要完成水量、水質(zhì)以及時(shí)間和空間上的配置。

3.1 量的配置

水量是水資源配置的基本形式，體現(xiàn)在水資源的供需平衡。水資源配置的水源包括地表水、地下水、再生水、微咸水、海水、外調(diào)水等，需要協(xié)調(diào)多種供水水源，提高供水總量和供水保證率。

3.2 質(zhì)的配置

根據(jù)用水戶對水質(zhì)的不同要求，按原生水、中水、再生水等分質(zhì)配水。分質(zhì)供水需在采用工程手段實(shí)現(xiàn)水資源合理配置的同時(shí)，輔之以法規(guī)政策、經(jīng)濟(jì)、科技、行政等方面的非工程措施［4］。

3.3 時(shí)間的配置

水資源在年內(nèi)、年際之間的變化是非均勻的，并有一定的隨機(jī)性。天然來水與用水過程上有時(shí)不同步，這就要水資源開發(fā)與水患防治相結(jié)合，通過攔蓄、存儲和調(diào)節(jié)、控制水等優(yōu)化調(diào)度措施實(shí)現(xiàn)水資源在時(shí)間上的合理配置。

3.4 空間的配置

水資源的空間配置雖然主要決定與地域的天然條件和分布規(guī)律，但可以通過科學(xué)技術(shù)和工程措施改變自然之間的天然差別，創(chuàng)造新的條件，促進(jìn)水資源地域轉(zhuǎn)移，形成新的布局。水資源的配置和大規(guī)模布局是在一定自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的，它既可促進(jìn)生態(tài)環(huán)境改善，也可破壞自然環(huán)境［3］，因此要根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)布局、供水水源和缺水狀況，合理確定供水范圍，使水資源在空間上提高水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)之間的協(xié)調(diào)程度。

4 水資源配置目標(biāo)

資源合理配置的目標(biāo)有2種表達(dá)方式，一種是使有限的資源產(chǎn)生最大的效益；另一種是為取得預(yù)定的效益盡可能少地消耗資源。第一種方式要求在一定的資源條件下，通過對各種資源的合理安排、組合，以追求產(chǎn)出的效益最大化；第二種方式在既定的目標(biāo)下，如何合理地組織、安排資源使用，使總的資源成本最小［5］。

水資源通過合理配置，協(xié)調(diào)各地區(qū)以及各用水部門間的利益矛盾，提高區(qū)域整體的用水效率和效益，實(shí)現(xiàn)水資源的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)綜合效益最大是水資源合理配置的目標(biāo)［2］。水資源合理配置的目標(biāo)顯然不是一個(gè)單純的簡單優(yōu)化問題，它涉及到社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)以及一些很難確切量化的問題，另外水資源系統(tǒng)經(jīng)常受到隨機(jī)事件和隨機(jī)因素的影響。因此，傳統(tǒng)的基于單目標(biāo)的水資源合理配置的分析方法已經(jīng)不適合當(dāng)今的要求［6］。從系統(tǒng)科學(xué)的觀點(diǎn)看，水資源持續(xù)利用的實(shí)現(xiàn)，就是水資源－生態(tài)環(huán)境－社會經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展功能的體現(xiàn)。馮尚友（1997）提出水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)理論，給出了可持續(xù)框架下水資源利用系統(tǒng)的總體控制目標(biāo)，其采用社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的綜合效益最大來表示：

式中：x為n維向量的控制（決策）變量；E，S，R分別表示經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益；Z，t為系統(tǒng)占有的空間和時(shí)間，在具體區(qū)域和時(shí)間確定時(shí)，均為常數(shù)；G為對系統(tǒng)起制約作用的約束條件集，如水的承載力、環(huán)境容量和其它社會約束條件等；xj為控制向量的非負(fù)條件［3］。

隨著數(shù)學(xué)規(guī)劃理論和電子計(jì)算機(jī)的普及，多目標(biāo)問題漸漸應(yīng)用于水資源合理配置中，其主要目標(biāo)包括：國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，尋求通過投資來增加國家收入，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益；區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，是以獲得地區(qū)性的經(jīng)濟(jì)效益最大為目標(biāo)；環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)，是以提高環(huán)境質(zhì)量水平為目標(biāo)，它包括旅游資源、生態(tài)系統(tǒng)平衡的保護(hù)和改善，水土和空氣質(zhì)量的提高等；社會福利目標(biāo)，包括就業(yè)、人口控制、文化教育和安全等內(nèi)容。這些目標(biāo)往往相互矛盾和制約，因此目標(biāo)必須反映短期、中期和長期各不同目標(biāo)值，各用水部門的利害關(guān)系，生態(tài)系統(tǒng)平衡狀況和環(huán)境質(zhì)量的變化，政策、體制、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的約束和控制等［6］。這樣就可以把水資源問題表達(dá)為向量最優(yōu)化形式，其模型結(jié)構(gòu)為：

目標(biāo)函數(shù)

約束條件

式中：X為決策向量，X＝［X1，X2，…，Xn］；Z（X）為p個(gè)獨(dú)立的目標(biāo)Zp（X）組成的目標(biāo)向量。向量最優(yōu)化模型是表達(dá)多目標(biāo)問題的簡潔方法［1，6］。

水資源配置的最終目的是實(shí)現(xiàn)水資源利用的可持續(xù)性發(fā)展，從供水效益角度分析以可持續(xù)發(fā)展原則下的供水效益最大為目標(biāo)，可表示為

式中：t為時(shí)間或時(shí)代；R為考慮用水在地區(qū)間和不同收入者間的公平系數(shù)或公平性權(quán)重；f為用水效益函數(shù)；C為用水效益系數(shù)；X為用水量。這是對“可持續(xù)原則實(shí)際上是代際間水資源利用的公平性，其要求年代的水資源利用權(quán)利和效益不能衰減”的數(shù)學(xué)描述。即

由于目標(biāo)的增加，特別是環(huán)境質(zhì)量、社會福利等目標(biāo)的增加，使多目標(biāo)問題較傳統(tǒng)的單一目標(biāo)規(guī)劃問題復(fù)雜得多，特別是環(huán)境質(zhì)量、社會福利還沒有標(biāo)準(zhǔn)有效的方法可循［2，6］，難以確切合理量化，因此多目標(biāo)規(guī)劃，目前還沒有廣泛應(yīng)用到水資源合理配置中去。

5 水資源配置方案

水資源配置方案擬定目的是在可行條件下提出水資源合理配置方案集，從而得到解決問題的具體措施和綜合方案。在水資源及其開發(fā)利用調(diào)查評價(jià)成果的基礎(chǔ)上，分析未來水資源開發(fā)利用的可能潛力以及最小的生態(tài)環(huán)境需水要求，以各類合理抑制需求、有效增加供水、積極保護(hù)生態(tài)環(huán)境等措施的組合為分析方案，根據(jù)公平、高效和可持續(xù)的原則對各種分析方案的結(jié)果及其影響進(jìn)行分析比較，提出水資源合理配置的推薦方案。水資源合理配置方案的擬定需要進(jìn)行供水預(yù)測、水資源保護(hù)、需水預(yù)測、節(jié)水潛力分析和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)分析等內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上通過各個(gè)部分的相互關(guān)聯(lián)和動態(tài)反饋，以不同方式的組合得到水資源配置方案集，通過多方案的分析比較和合理性評價(jià)得到水資源配置的技術(shù)推薦方案［7］。

在方案集可行域內(nèi)，針對水資源供需矛盾等問題，結(jié)合現(xiàn)實(shí)可能的投資狀況，以方案集的下限為基礎(chǔ)，逐漸加大投入，逐次增加邊際成本最小的供水與節(jié)水措施，提出具有代表性、方向性的方案，形成水資源供需分析計(jì)算方案集。依據(jù)流域或區(qū)域的社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境等方面的具體情況有針對性地選取增大供水、加強(qiáng)節(jié)水等各種措施組合設(shè)置方案，考慮各種可能獲得的不同投資水平，在每種投資水平下根據(jù)不同側(cè)重點(diǎn)的措施組合得到不同方案［6］。

6 水資源配置方案決策

水資源配置的決策涉及到中央、地方多個(gè)決策層次，部門、地區(qū)多個(gè)決策主體，近期、遠(yuǎn)期多個(gè)決策時(shí)段，社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境多個(gè)決策目標(biāo)，還涉及水資源的自然、社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等內(nèi)在屬性，以及水文、工程、水量、水質(zhì)、投資等多類約束條件，是一個(gè)高度復(fù)雜的多階段、多層次、多目標(biāo)、多決策主體的風(fēng)險(xiǎn)決策問題，處理如此復(fù)雜的決策的理論方法尚不多見。合理配置的決策方法可以從簡化決策入手，把復(fù)雜問題逐級化簡，再將處理簡單問題的方法復(fù)合起來形成處理復(fù)雜問題的有效方法，即將多層次決策問題分解為單層次問題，將多決策者問題通過合理綜合歸納歸結(jié)為單決策者問題，將多目標(biāo)決策問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)決策問題，這樣就把一個(gè)復(fù)雜問題逐步簡化為簡單決策問題［2］。

決策備選方案是水資源配置的多層次、多決策者和多目標(biāo)決策過程中的關(guān)鍵。在完成方案水資源供需分析的基礎(chǔ)上，得出各方案的相應(yīng)投入及預(yù)期效果，分析存在的主要問題，對擬定的方案集進(jìn)行方案比選，提出推薦方案。對選擇的推薦方案再進(jìn)行必要的修改完善和詳細(xì)模擬，確定多種水源在區(qū)域間和用水部門之間的調(diào)配，提出分區(qū)的水資源開發(fā)、利用、治理、節(jié)約和保護(hù)的重點(diǎn)、方向及其合理的組合等［6］。

水資源合理配置模型可以提供對各種方案的利弊關(guān)系以及區(qū)域間的相互關(guān)系及其影響進(jìn)行定量分析、比較和評判的技術(shù)平臺，通過發(fā)展模式度量指標(biāo)體系和方案度量體系，對不同層次之間發(fā)展指標(biāo)的不協(xié)調(diào)性以及同一層次不同發(fā)展目標(biāo)之間的不協(xié)調(diào)性進(jìn)行量化評價(jià)，從而為多決策者提供了進(jìn)行協(xié)商對話的基礎(chǔ)，使決策更具有普遍性和公平合理性。

7 結(jié) 論

水資源合理配置是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，是滿足國民經(jīng)濟(jì)和人類生存對水資源的需求，實(shí)現(xiàn)水資源的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)綜合效益最大化的基礎(chǔ)工作。

水資源配置形式上是對水資源質(zhì)、量、空間和時(shí)間的配置，配置基礎(chǔ)是水資源自然屬性現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求，配置核心是配置方案的設(shè)定和比選，配置技術(shù)方法是系統(tǒng)模擬和決策系統(tǒng)分析，配置工具是水資源配置模型。水資源配置模型可為水資源配置提供了決策技術(shù)平臺，通過模擬可充分反映水資源自然水循環(huán)和社會水循環(huán)的內(nèi)在聯(lián)系，提供產(chǎn)生方案、比較方案和評價(jià)方案的功能，因此建立符合配置區(qū)域內(nèi)實(shí)際、滿足配置目標(biāo)要求的配置模型是實(shí)現(xiàn)水資源配置整個(gè)過程的關(guān)鍵所在。

［1］ 翁文斌，王忠靜，趙建世.現(xiàn)代水資源規(guī)劃——理論，方法和技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.（WENGWen-bin，WANG Zhong-jing，ZHAO Jian-shi.Modern Water Resources Planning：Theory，Method and Technology［M］.Beijing：Tsinghua University Press，2004.（in Chinese））

［2］ 王 浩，王 林.水資源配置理論與方法探討［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2004，（3）：50－56.（WANG Hao，WANG Lin.Research on the Theory and Method ofWater Resources Allocation［J］.Water Resources Planning and Design，2004，（3）：50－56.（in Chinese））

［3］ 馮尚友.水資源持續(xù)利用與管理導(dǎo)論［M］.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2004.（FENG Shang-you.Water Resource Sustainable Utilization and Management［M］.Beijing：China Science and Technology Press，2004.（in Chinese））

［4］ 游進(jìn)軍.水資源系統(tǒng)模擬理論與實(shí)踐［D］.北京：中國水利水電科學(xué)研究院，2005.（YOU Jin-jun.Simulation of Water Resources System：Theory and Practice［D］.Beijing：China Institute of Water Resources and Hydropower Research，2005.（in Chinese））

［5］ 甘 泓.水資源合理配置理論與實(shí)踐研究［D］.北京：中國水利水電科學(xué)研究院，2000.（GAN Hong.Theory and Practice ofWater Resources Rational Allocation［D］.Beijing：China Institute of Water Resources and Hydropower Research，2000.（in Chinese））

［6］ 水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.全國水資源綜合規(guī)劃技術(shù)細(xì)則［R］.北京：水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，2002.（Water Resources and Hydropower Planning and Design Institute.The National Integrated Planning ofWater Resources Technical Regulation［R］.Beijing：Water Resources and Hydropower Planning and Design Institute，2002.（in Chinese））

［7］ 李原園，酈建強(qiáng)，秦福興.科學(xué)分析水資源規(guī)律合理制定水資源配置方案［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2004，（3）：10－13.（LI Yuan-yuan，LI Jian-qiang，QIN Fu-xing.Water Resources Allocation Plan Based on Analysis of the Rules of Water Resources Reasonable Development［J］.Water Resources Planning and Design，2004，（3）：10－13.（in Chinese） ）

（編輯：趙衛(wèi)兵）

Approaches of Reasonable Allocation of W ater Resources

ZHU Hou-hua1，2，QIU Ya-qin2，WU Cai-li2
（1.Water Resources Management Center，Ministry ofWater Resources，Beijing 100053，China；2.China Institute ofWater Resources and Hydropower Research，Beijing 100044，China）

Reasonable allocation is becoming a research focus in the field of water resources.The authors discuss the whole course of reasonable allocation of water resources by expounding the content，foundation，and approaches.The key point ofwater resources reasonable allocation is to analyze the balance between supply and demand ofwater resources.In line with social economy and development plan，water resources are allocated from various aspects including quality，quantity，space，and time.We also analyze the target，scheme，and decision-making of water resources reasonable allocation，express related factors as optimized vectors，and establish an allocationmodel tomake a general and reasonable decision.

water resources；reasonable allocation；eco-environment；allocation approach

TV213.4

A

1001－5485（2012）09－0001－04

10.3969／j.issn.1001－5485.2012.09.001

2011－06－21；

2011－09－22

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（50939006）；國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體基金項(xiàng)目（50721006）

朱厚華（1978－），男，山東聊城人，博士研究生，主要從事水文水資源方面的研究，（電話）010－63204472（電子信箱）zhh＠m(xù)wr.gov.cn。