左其亭，吳青松，馬軍霞，張志卓，李 赫

(1.鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001； 2.河南省水循環(huán)模擬與水環(huán)境保護(hù)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001； 3.鄭州市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001)

在全球氣候變化對(duì)人類(lèi)生存發(fā)展構(gòu)成威脅愈發(fā)嚴(yán)重的時(shí)代背景下，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、構(gòu)建低碳排放的未來(lái)發(fā)展模式，成為越來(lái)越多國(guó)家的愿景與共識(shí)[1]?！半p碳”目標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的合稱(chēng)，其具體內(nèi)容為中國(guó)的二氧化碳排放量力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，并爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，是中國(guó)應(yīng)對(duì)變化環(huán)境所提出的中長(zhǎng)期國(guó)家戰(zhàn)略[2]。該戰(zhàn)略目標(biāo)由習(xí)近平主席2020年9月22日在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出，隨后在2021年10月12日《生物多樣性公約》第十五次締約方大會(huì)領(lǐng)導(dǎo)人峰會(huì)上提出要構(gòu)建起碳達(dá)峰、碳中和“1+N”政策體系，形成了國(guó)際廣泛共識(shí)[3]。水資源是人類(lèi)生存和延續(xù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵支撐，水資源領(lǐng)域是落實(shí)“雙碳”目標(biāo)、調(diào)控人水關(guān)系、支撐可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域之一[4-5]。開(kāi)展水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用的理論基礎(chǔ)及科學(xué)調(diào)控方法研究是現(xiàn)階段我國(guó)科學(xué)研究的重大需求，對(duì)“雙碳”戰(zhàn)略的順利實(shí)施具有重要的意義。

水資源行為，即與水資源開(kāi)發(fā)、配置、利用、保護(hù)等相關(guān)的一系列活動(dòng)統(tǒng)稱(chēng)，其與“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有著密切的聯(lián)系[6]。具體地說(shuō)，污水回用、節(jié)水、水力發(fā)電等水資源行為有利于形成綠色低碳的發(fā)展模式，但水資源過(guò)度開(kāi)發(fā)利用等行為也可能導(dǎo)致水土流失、水體污染、生態(tài)破壞等問(wèn)題，對(duì)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)嚴(yán)重負(fù)面影響[7-8]?；谏鲜霰尘昂托枨?，左其亭等[9]分析了“雙碳”目標(biāo)內(nèi)涵及實(shí)現(xiàn)途徑，對(duì)“雙碳”目標(biāo)相關(guān)的水資源行為進(jìn)行了初步梳理，提出了“雙碳”目標(biāo)下我國(guó)水利發(fā)展新征程戰(zhàn)略布局，闡述了節(jié)水優(yōu)先、清潔水能、國(guó)家水網(wǎng)、生態(tài)水利、智慧水利和科技興水等六大戰(zhàn)略。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)水-碳系統(tǒng)之間的聯(lián)系和相互作用關(guān)系已開(kāi)展了較多研究，取得了系列研究成果，但同時(shí)也存在一些問(wèn)題。在水-碳互饋關(guān)系方面，主要從模型構(gòu)建[10]、量化分析[11]等方面展開(kāi)研究，涉及國(guó)家、流域、區(qū)域等不同尺度[12-13]，雖研究成果較為豐富，但結(jié)合水循環(huán)和碳循環(huán)理論分析二者互饋關(guān)系的研究不足，缺乏對(duì)“雙碳”目標(biāo)下水資源行為的梳理，水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)的作用機(jī)理仍有待探索。在水資源行為對(duì)碳排放作用方面，結(jié)合碳足跡、水足跡、碳排放強(qiáng)度的研究成果，對(duì)降低碳排放提供了多視角的解決方案[14-15]，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有借鑒價(jià)值。近年來(lái)在水資源行為對(duì)碳排放作用方面的研究逐漸增加[7, 16]，但水資源行為對(duì)碳排放作用定量描述的系統(tǒng)研究仍相對(duì)缺乏，需進(jìn)一步深入研究。此外，針對(duì)水資源行為調(diào)控和水-碳調(diào)控模型，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也開(kāi)展了一些研究[17-18]，涉及水資源多目標(biāo)優(yōu)化、綜合管理、科學(xué)調(diào)配等方面[19-20]，包括水-碳耦合機(jī)制的理論研究[21]及水-碳耦合模型的實(shí)踐應(yīng)用[22]等，但結(jié)合減碳、固碳需求，對(duì)“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控的系統(tǒng)性和針對(duì)性研究缺乏，基于“雙碳”目標(biāo)構(gòu)建水資源行為調(diào)控模型，是亟待研究的重點(diǎn)方向。

綜上，針對(duì)“雙碳”目標(biāo)下水資源行為作用機(jī)理和定量描述以及面向“雙碳”目標(biāo)的水資源行為科學(xué)調(diào)控等尚缺乏研究，這正是中國(guó)貫徹新發(fā)展理念、解決水碳矛盾、實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展模式的難點(diǎn)問(wèn)題。基于此，本文提出“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控研究框架，并展望未來(lái)研究方向，以期促進(jìn)以水減碳思路的形成，為后續(xù)“雙碳”目標(biāo)下水資源研究提供參考。

1 研究框架及主要內(nèi)容

1.1 研究框架

總體思路：基于水循環(huán)和碳循環(huán)理論明晰水-碳互饋關(guān)系，系統(tǒng)梳理與“雙碳”目標(biāo)相關(guān)的水資源行為，揭示“雙碳”目標(biāo)下水資源行為作用機(jī)理；研究確定水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用函數(shù)，定量評(píng)估水資源行為作用；構(gòu)建面向“雙碳”目標(biāo)的水資源行為調(diào)控模型，通過(guò)模型求解來(lái)確定水資源行為調(diào)控方案，提出“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控支撐體系。研究框架如圖1所示。

圖1 “雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控研究框架Fig.1 Research framework of water resource behavior regulation under carbon peak and carbon neutrality goals

1.2 主要內(nèi)容

1.2.1“雙碳”目標(biāo)下水資源行為作用機(jī)理研究

以水循環(huán)和碳循環(huán)理論為基礎(chǔ)，分析復(fù)雜的水-碳互饋關(guān)系，系統(tǒng)研究水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)的作用機(jī)理，重點(diǎn)研究：①基于水循環(huán)和碳循環(huán)理論的水-碳互饋關(guān)系分析。立足于連接水-碳系統(tǒng)的水循環(huán)和碳循環(huán)過(guò)程，考慮系統(tǒng)間各要素相互關(guān)系的復(fù)雜性、聯(lián)動(dòng)性和變化性，構(gòu)建水-碳系統(tǒng)相互交織的關(guān)聯(lián)性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從直接和間接兩個(gè)角度揭示多層次水-碳互饋關(guān)系，辨識(shí)影響二者互饋關(guān)系的主要因子。②“雙碳”目標(biāo)下水資源行為系統(tǒng)梳理。整理總結(jié)當(dāng)前水資源行為，結(jié)合水-碳互饋關(guān)系分析結(jié)果，從水資源開(kāi)發(fā)、配置、利用、保護(hù)等方面出發(fā)，篩選出與“雙碳”目標(biāo)相關(guān)性較強(qiáng)的水資源行為，根據(jù)作用大小、方式、方向、特點(diǎn)等規(guī)則對(duì)各種行為進(jìn)行梳理。③水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用機(jī)理研究。從正負(fù)兩個(gè)方面出發(fā)，考慮氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)等多重驅(qū)動(dòng)因素，分析上述梳理的各種水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)的作用特征和影響機(jī)制，研究并總結(jié)變化環(huán)境下二者作用的動(dòng)態(tài)演變規(guī)律，多尺度揭示水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)的作用機(jī)理。

1.2.2“雙碳”目標(biāo)下水資源行為作用量化研究

在分析水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，開(kāi)展水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用量化研究，重點(diǎn)研究：①水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用函數(shù)確定。針對(duì)與“雙碳”目標(biāo)相關(guān)的水資源行為，以二氧化碳排放為衡量標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)關(guān)注水資源行為實(shí)施到二氧化碳排放的多環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化關(guān)系，研究確定水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用函數(shù)。②“雙碳”目標(biāo)下水資源行為作用定量評(píng)估?；谘芯康玫降淖饔煤瘮?shù)，實(shí)現(xiàn)單個(gè)水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用量化，針對(duì)國(guó)家、區(qū)域、流域等不同尺度，考慮水資源行為間復(fù)雜的相互關(guān)系，明確多種水資源行為作用的疊加效應(yīng)，研究基于作用函數(shù)的水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用量化方法，從系統(tǒng)的角度實(shí)現(xiàn)不同尺度下水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用定量評(píng)估。③內(nèi)嵌“碳排放”模塊的水循環(huán)模型二次開(kāi)發(fā)?；谒Y源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用機(jī)理與水循環(huán)、碳循環(huán)物理機(jī)制，對(duì)傳統(tǒng)水循環(huán)模型進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，在模型中嵌入“碳排放”模塊，定量模擬自然水循環(huán)和社會(huì)水循環(huán)過(guò)程中各種水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)的作用。

1.2.3“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控模型與支撐體系研究

基于上述研究，考慮水資源、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境等多方面約束，以構(gòu)建面向“雙碳”目標(biāo)的水資源行為調(diào)控模型為核心，重點(diǎn)研究：①“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控模型構(gòu)建。結(jié)合水資源行為作用定量評(píng)估結(jié)果，識(shí)別制約“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵水資源行為，綜合考慮減少碳源、增加碳匯兩個(gè)方面，確定“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控準(zhǔn)則與表征指標(biāo)、目標(biāo)函數(shù)及約束條件等，構(gòu)建水資源行為調(diào)控模型。②“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控模型求解及效果評(píng)價(jià)。以模型構(gòu)建為基礎(chǔ)，結(jié)合隨機(jī)森林、多目標(biāo)迭代、支持向量機(jī)等尋優(yōu)算法，研究水資源行為的最優(yōu)參數(shù)組合，從而確定調(diào)控指標(biāo)的最優(yōu)值，為制定水資源行為調(diào)控方案提供參考。結(jié)合“雙碳”目標(biāo)下水資源行為作用量化研究成果，通過(guò)對(duì)比調(diào)控前后的作用評(píng)估結(jié)果，對(duì)構(gòu)建的調(diào)控模型進(jìn)行效果評(píng)估。③“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控支撐體系。從水-碳系統(tǒng)的全局視角出發(fā)，研究構(gòu)建面向“雙碳”目標(biāo)的水資源行為調(diào)控支撐體系，包括工程、政策、制度、行政、投資、技術(shù)、管理等方面，保障水資源行為調(diào)控方案的順利實(shí)施。

2 關(guān)鍵問(wèn)題及研究方法

2.1 關(guān)鍵問(wèn)題

a.水資源行為與“雙碳”目標(biāo)相互關(guān)系及作用機(jī)理問(wèn)題。水-碳系統(tǒng)間存在著復(fù)雜、聯(lián)動(dòng)、變化的相互關(guān)系，在水資源行為實(shí)施到二氧化碳排放的多環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，由于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使得二者的關(guān)系難以表述，明晰水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用機(jī)理，是進(jìn)行“雙碳”目標(biāo)下水資源行為作用量化研究的理論基礎(chǔ)和重要支撐，是亟須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

b.水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用函數(shù)確定及定量評(píng)估問(wèn)題。在定性表征水-碳互饋關(guān)系的基礎(chǔ)上，需要量化各種水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)所起的作用。水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用函數(shù)，能夠直觀反映作用大小、方式、方向、特點(diǎn)等以及隨時(shí)間變化的規(guī)律，是對(duì)水資源行為作用量化的重要基礎(chǔ)。針對(duì)不同研究尺度，定量描述水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)的作用也是研究的重點(diǎn)和需要攻克的難點(diǎn)。

c.面向“雙碳”目標(biāo)的水資源行為調(diào)控機(jī)制及定量描述問(wèn)題。水資源行為受經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境等多方面因素的共同影響，行為間存在著復(fù)雜的相互作用關(guān)系，在水資源行為作用量化的基礎(chǔ)上，進(jìn)行水資源行為調(diào)控是助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的有效途徑。但如何在考慮多重驅(qū)動(dòng)因素的作用下，揭示滿(mǎn)足“雙碳”目標(biāo)的水資源行為調(diào)控機(jī)制并對(duì)其進(jìn)行定量描述，是進(jìn)行水資源行為調(diào)控的前提和亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

2.2 主要研究方法及討論

2.2.1水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用機(jī)理研究方法

應(yīng)用于水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用機(jī)理研究的方法眾多，包括實(shí)驗(yàn)分析、觀測(cè)統(tǒng)計(jì)、定性分析、定量計(jì)算等，也可以多種方法組合應(yīng)用，一般應(yīng)具有把握重點(diǎn)、整體考慮、系統(tǒng)識(shí)別的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。其中，實(shí)驗(yàn)方法主要是通過(guò)測(cè)定元素、分子等的數(shù)量在物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程中的變化，明確其在起始端(行為實(shí)施)到末尾端(碳排放)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)理研究。觀測(cè)統(tǒng)計(jì)方法是根據(jù)在過(guò)程中觀察到的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、規(guī)律等，得到現(xiàn)實(shí)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)得出一般性和普遍性的特征。定性分析主要是基于現(xiàn)有的水-碳互饋理論和認(rèn)知，構(gòu)建能夠反映真實(shí)轉(zhuǎn)化過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)性概念模型等，從二者的內(nèi)在規(guī)律性出發(fā)開(kāi)展研究。定量計(jì)算方法是目前最為常用，也更容易實(shí)施和達(dá)到研究目標(biāo)的手段，其主要是通過(guò)量化要素之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，分析并總結(jié)出二者之間具有本質(zhì)性的作用機(jī)理。雖然當(dāng)前針對(duì)作用機(jī)理的研究方法和手段較為豐富，但如何將其較好地應(yīng)用于水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用機(jī)理研究，是目前急需攻克的問(wèn)題。

在現(xiàn)有基礎(chǔ)上發(fā)展水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用機(jī)理研究的嵌入式系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法[23]，構(gòu)建水-碳系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠動(dòng)態(tài)模擬各種驅(qū)動(dòng)因素影響下的水-碳互饋關(guān)系及演變規(guī)律。其主要內(nèi)容包括確定系統(tǒng)邊界、分析因果關(guān)系、模型建立、參數(shù)估計(jì)、模型檢驗(yàn)、情景模擬等[24]；應(yīng)用的難點(diǎn)在于，一是明確水-碳系統(tǒng)要素之間的因果關(guān)系并進(jìn)行定量表征，二是模型精度的校正以及根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)一般性規(guī)律進(jìn)行總結(jié)。此外，在系統(tǒng)梳理水資源行為的基礎(chǔ)上，可以采用和諧辨識(shí)方法[4]，從水資源開(kāi)發(fā)、配置、利用、保護(hù)等方面出發(fā)，識(shí)別水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用的主要影響因素，研究變化環(huán)境下的動(dòng)態(tài)演變規(guī)律和作用機(jī)制，從而揭示水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)的作用機(jī)理。其難點(diǎn)在于針對(duì)不同的問(wèn)題選取合適的和諧辨識(shí)方法，以及結(jié)合辨識(shí)結(jié)果從定性和定量?jī)蓚€(gè)角度闡明水資源行為的作用機(jī)理。

2.2.2水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用量化方法

a.基于作用函數(shù)的水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用量化方法。目前已有許多量化水資源行為對(duì)碳排放作用的方法[7,25]，包括碳足跡法、碳收支核算方法、全生命周期法、質(zhì)量平衡法、投入產(chǎn)出法等，能夠在一定程度上滿(mǎn)足研究需求。上述方法應(yīng)用的核心在于確定水資源行為和碳排放量的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)數(shù)學(xué)方程來(lái)量化二者之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。但在實(shí)際情況中，有些水資源行為與碳排放是間接相關(guān)的，且轉(zhuǎn)換關(guān)系復(fù)雜，作用函數(shù)的精度大幅影響著結(jié)果的可靠性，需在已有基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善研究。此外，水資源行為是相互影響的，針對(duì)國(guó)家、區(qū)域、流域等尺度進(jìn)行量化時(shí)，并不是簡(jiǎn)單求和的關(guān)系，應(yīng)考慮各種行為作用的疊加效應(yīng)以避免重復(fù)計(jì)算，基于此，需要改進(jìn)已有的定量評(píng)估方法，提出更為精確的基于作用函數(shù)的水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用定量化計(jì)算方法，以應(yīng)對(duì)不同尺度的水資源行為作用量化問(wèn)題。

b.水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用綜合評(píng)估方法。綜合評(píng)估是指運(yùn)用系統(tǒng)、規(guī)范的方法對(duì)多個(gè)指標(biāo)或系統(tǒng)進(jìn)行整體性評(píng)價(jià)[26]，已廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)水資源承載力、水質(zhì)狀況、水資源利用效率、水安全和河流健康等。當(dāng)前常用的綜合評(píng)估方法包括和諧評(píng)估方法、灰色關(guān)聯(lián)分析、模糊物元法、減法集對(duì)勢(shì)、云模型、相對(duì)差異函數(shù)等，這些方法同樣可以應(yīng)用于水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用綜合評(píng)估，通過(guò)構(gòu)建指標(biāo)體系、指標(biāo)量化、指標(biāo)集成、結(jié)果判別等步驟實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)。以左其亭等[27]提出的和諧評(píng)估方法中最常用的“單指標(biāo)量化-多指標(biāo)綜合-多準(zhǔn)則集成”方法為例，其應(yīng)用的大致流程是：①構(gòu)建全面反映水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用的指標(biāo)體系，并確定指標(biāo)的節(jié)點(diǎn)值；②按照單指標(biāo)量化、多指標(biāo)綜合、多準(zhǔn)則集成的步驟，對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行逐層集成和綜合，得到最終的量化結(jié)果；③結(jié)合既定的判別標(biāo)準(zhǔn)，確定水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用的總體水平。上述研究的難點(diǎn)在于，一是構(gòu)建系統(tǒng)、全面、科學(xué)、有效的指標(biāo)體系，二是合理確定指標(biāo)節(jié)點(diǎn)值和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

c.基于水循環(huán)模型的水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用模擬方法。隨著水科學(xué)及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，水循環(huán)的物理機(jī)制逐漸清晰，對(duì)水循環(huán)的模擬也愈發(fā)成熟，水循環(huán)過(guò)程已在眾多模型中得到有效體現(xiàn)[28]。一些代表性模型，例如：SWAT(soil and water assessment tool)、MIKE SHE、IHDM(institute of hydrology distributed model)、TOPMODEL(topography-based hydrological model)、SWMM(storm water management model)等分布式流域水文模型，VIC(variable infiltration capacity)、SiB(simple biosphere model)、ISBA(interactions between the soil-biosphere-atmosphere)等陸面過(guò)程模擬模型，以及WEP(water and energy transfer processes)模型和GBHM(geomorphology-based hydrological model)模型，為水循環(huán)要素過(guò)程模擬研究提供了重要平臺(tái)，也為水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用量化研究打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[29]。但是，上述模型大多聚焦于水循環(huán)模擬，并未涉及碳循環(huán)過(guò)程，還無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用的量化模擬。參考人水關(guān)系模擬模型的設(shè)計(jì)思路[4]，基于水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)的作用機(jī)理，融合水-碳耦合物理機(jī)制和能量交換過(guò)程，將“碳排放”模塊嵌入到現(xiàn)有水循環(huán)模擬的成熟模型中去，在進(jìn)行水循環(huán)過(guò)程模擬的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)水循環(huán)過(guò)程中各種水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用的模擬，將是對(duì)傳統(tǒng)水循環(huán)模型的重要改進(jìn)和創(chuàng)新，也將成為“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控研究的有力工具。實(shí)現(xiàn)上述模型二次開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)在于，一是水-碳耦合系統(tǒng)物理機(jī)制的概化描述，二是碳循環(huán)過(guò)程參數(shù)的設(shè)計(jì)和率定。

2.2.3“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控模型構(gòu)建方法

基于水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用機(jī)理和作用量化研究進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，針對(duì)現(xiàn)存問(wèn)題采用水資源行為調(diào)控措施提升水資源領(lǐng)域?qū)p少碳排放的作用，對(duì)現(xiàn)狀及未來(lái)的情形做出有效的判斷，是實(shí)現(xiàn)以水減碳目的和水-碳系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展的重要手段，對(duì)制定綜合發(fā)展規(guī)劃、水資源開(kāi)發(fā)與保護(hù)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和布局等具有重要參考價(jià)值。目前調(diào)控模型的構(gòu)建方案和求解方法較多，可以應(yīng)用于“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控模型構(gòu)建，大體思路是判斷系統(tǒng)是否達(dá)到各參與方暫時(shí)都能接受的平衡狀態(tài)，明確當(dāng)前平衡狀態(tài)與“雙碳”目標(biāo)的差距，確定模型邊界條件、調(diào)控準(zhǔn)則、目標(biāo)函數(shù)和約束條件等，構(gòu)建面向“雙碳”目標(biāo)的水資源行為調(diào)控模型，通過(guò)尋優(yōu)算法求解模型的最優(yōu)情景，得到優(yōu)選的行為調(diào)控方案。例如，應(yīng)用左其亭[30]提出的和諧論理論方法，以水資源行為與“雙碳”目標(biāo)和諧度最大為目標(biāo)函數(shù)，以水資源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-生態(tài)環(huán)境多維臨界閾值及互饋關(guān)系方程、水循環(huán)和碳循環(huán)方程等為約束，構(gòu)建面向“雙碳”目標(biāo)的水資源行為多維臨界和諧調(diào)控模型，結(jié)合優(yōu)化算法進(jìn)行求解，并通過(guò)對(duì)比調(diào)控前后的和諧度進(jìn)行模型檢驗(yàn)。其中，模型構(gòu)建過(guò)程中需考慮現(xiàn)狀水平、未來(lái)需求、人為和自然因素影響等多個(gè)方面，這是確保模型科學(xué)性和有效性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是模型實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)問(wèn)題[31]。

3 研究展望

3.1 進(jìn)一步揭示水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用機(jī)理

目前針對(duì)水-碳互饋關(guān)系已取得一些研究成果，但水系統(tǒng)和碳系統(tǒng)本身都是十分復(fù)雜的系統(tǒng)，其耦合而成的水-碳系統(tǒng)及內(nèi)部相互關(guān)系的復(fù)雜性，決定了二者之間的作用機(jī)理是需要長(zhǎng)期探索的問(wèn)題[32]。在低碳排放的大背景下，有必要開(kāi)展水資源行為與“雙碳”目標(biāo)關(guān)系的系統(tǒng)分析，進(jìn)一步研究水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用機(jī)理，夯實(shí)水資源行為作用量化和調(diào)控的理論基礎(chǔ)?？梢詮囊韵?個(gè)方面入手：①系統(tǒng)梳理與“雙碳”目標(biāo)相關(guān)的水資源行為，明確二者是直接還是間接相關(guān)，存在的因果關(guān)系，以及二者之間的轉(zhuǎn)化節(jié)點(diǎn)；②針對(duì)不同的時(shí)間和空間尺度，準(zhǔn)確構(gòu)建起水資源行為和碳排放之間的聯(lián)系；③考慮耦合系統(tǒng)的復(fù)雜性，注重多學(xué)科理論和方法組合應(yīng)用，從定性和定量結(jié)合的角度展開(kāi)研究。在當(dāng)前的基礎(chǔ)上深化研究，通過(guò)多尺度、多方面、多層次的分析全面揭示水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用機(jī)理。

3.2 深入研究水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用定量計(jì)算評(píng)估

由于行為之間的聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，取、供、用、耗、排等各種水資源行為在一定程度上會(huì)對(duì)碳排放產(chǎn)生作用，準(zhǔn)確量化作用的大小是需要深入研究的課題[33]。目前針對(duì)水資源行為對(duì)碳排放作用評(píng)估方法已有一些探討，但考慮到水-碳系統(tǒng)間復(fù)雜的互饋關(guān)系，需要深入開(kāi)展水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用定量計(jì)算評(píng)估的系統(tǒng)研究。重點(diǎn)考慮3個(gè)方向：①?gòu)淖饔昧炕慕嵌?，水資源行為和碳排放之間的函數(shù)關(guān)系至關(guān)重要，不同的水資源行為對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系差異較大，需要針對(duì)性研究能夠準(zhǔn)確反映多環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化過(guò)程的作用函數(shù)，其中可能需要運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)、模擬等多種技術(shù)手段。對(duì)于某些定性措施的水資源行為，量化其對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用，并從整體的角度量化國(guó)家/省(市)/流域尺度的水資源行為作用，均是下一步的重要研究方向。②從綜合評(píng)估的角度，目前的評(píng)估方法很多，但水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用評(píng)估方面，有待形成涵蓋指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等的完善方法體系，其中多指標(biāo)綜合評(píng)估只是一個(gè)方面，還需要拓展研究具有普適性的評(píng)估方法，以及針對(duì)特定問(wèn)題的評(píng)估方法。③從模型二次開(kāi)發(fā)角度，目前尚未有水循環(huán)模型能夠定量模擬不同水資源行為對(duì)“雙碳”目標(biāo)作用，需盡快嵌入水-碳互饋的物理機(jī)制，設(shè)計(jì)基于水循環(huán)過(guò)程的“碳排放”模塊，并與傳統(tǒng)水文模型、水資源模型、水環(huán)境模型等相耦合，這也是未來(lái)研究的重要方向。

3.3 亟待開(kāi)展面向“雙碳”目標(biāo)的水資源行為調(diào)控理論、方法、模型的研究

目前多目標(biāo)優(yōu)化、水資源綜合管理、水資源優(yōu)化調(diào)配等方面的大量研究能夠?yàn)樗Y源行為調(diào)控研究提供豐富的理論和方法借鑒，但缺乏滿(mǎn)足“雙碳”目標(biāo)的水資源行為調(diào)控理論、方法和模型的研究，而該方面也是當(dāng)前亟待解決的多學(xué)科交叉問(wèn)題[34]。實(shí)現(xiàn)面向“雙碳”目標(biāo)的水資源行為科學(xué)調(diào)控，需從以下3個(gè)方面加強(qiáng)研究：①進(jìn)一步開(kāi)展“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控的專(zhuān)門(mén)理論研究，提出涵蓋指導(dǎo)思想、基本原則、遵循規(guī)律、研究對(duì)象、研究目標(biāo)等的理論框架體系，為后續(xù)的水資源行為調(diào)控提供理論支撐；②創(chuàng)新面向“雙碳”目標(biāo)的水資源行為調(diào)控方法，借鑒現(xiàn)有調(diào)控方法，注重多學(xué)科方法交叉運(yùn)用，結(jié)合研究?jī)?nèi)容的特點(diǎn)，深入創(chuàng)新面向“雙碳”目標(biāo)的水資源行為調(diào)控方法，研發(fā)配套調(diào)控軟件系統(tǒng)；③加強(qiáng)研究“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控模型，用于給出最優(yōu)參數(shù)組合對(duì)應(yīng)的調(diào)控方案，具體內(nèi)容包括模型目標(biāo)函數(shù)的設(shè)定、約束條件的選擇、復(fù)雜模型求解與調(diào)控方案制定、模型精度提高和適應(yīng)性?xún)?yōu)化等。

3.4 進(jìn)一步探索“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控應(yīng)用實(shí)踐

“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控的系列理論方法，最終都是為了指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，制定考慮“雙碳”目標(biāo)需求的變化環(huán)境下水資源開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃和政策。因此，需要加強(qiáng)“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控應(yīng)用實(shí)踐[35]，重點(diǎn)關(guān)注以下方面：①開(kāi)展水資源行為作用機(jī)理實(shí)踐研究，作用機(jī)理研究作為當(dāng)下熱點(diǎn)，除理論研究外，需結(jié)合實(shí)例分析各種水資源行為對(duì)碳排放作用的機(jī)制及規(guī)律；②進(jìn)一步開(kāi)展水資源行為作用量化方法的應(yīng)用研究，水資源行為作用的定量評(píng)估十分重要，但當(dāng)前量化方法的應(yīng)用還存在諸多短板，需加強(qiáng)針對(duì)性應(yīng)用研究；③深化水資源行為調(diào)控模型的應(yīng)用研究，選取研究區(qū)構(gòu)建調(diào)控模型，結(jié)合實(shí)例對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)和校正，得到契合實(shí)際的水資源行為調(diào)控方案，為解決水碳矛盾現(xiàn)實(shí)問(wèn)題提供方向和措施；④加強(qiáng)水資源行為調(diào)控方案在水資源規(guī)劃、管理、配置、調(diào)度中的應(yīng)用，上述內(nèi)容是水資源學(xué)科的重要組成部分，也是水利事業(yè)的重要工作內(nèi)容[36]，應(yīng)充分發(fā)揮調(diào)控方案在水利工作中的參考和應(yīng)用價(jià)值；⑤開(kāi)展“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控支撐體系的應(yīng)用實(shí)踐，科學(xué)合理、有針對(duì)性的支撐體系是實(shí)現(xiàn)水資源行為調(diào)控的必要保障，需推動(dòng)支撐體系應(yīng)用于面向“雙碳”目標(biāo)的水資源行為調(diào)控實(shí)踐。

4 結(jié) 語(yǔ)

立足于“雙碳”目標(biāo)的國(guó)家戰(zhàn)略需求，構(gòu)建了“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控研究框架，闡明了其涵蓋的3方面主要內(nèi)容；提出了“雙碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控亟待解決的3個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，并從多個(gè)角度探討了關(guān)鍵問(wèn)題的主要研究方法；在此基礎(chǔ)上，考慮現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展需求，從水資源行為作用機(jī)理、定量評(píng)估、調(diào)控模型、應(yīng)用實(shí)踐4個(gè)方面給出了研究展望，為后續(xù)“雙碳”目標(biāo)下水資源研究提供參考?！半p碳”目標(biāo)下水資源行為調(diào)控涉及學(xué)科眾多、內(nèi)容紛雜，牽涉不同學(xué)科的理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法，在水資源領(lǐng)域落實(shí)“雙碳”目標(biāo)需要解決的問(wèn)題遠(yuǎn)不止于此。在今后的研究中，將重點(diǎn)針對(duì)“雙碳”目標(biāo)下水資源行為作用機(jī)理、作用函數(shù)確定、調(diào)控模型構(gòu)建等開(kāi)展研究。