（水文学及水资源专业论文）水资源系统风险管理与优化决策理论及应用研究.pdf

摘要 水是重要的自然资源，是人类社会经济发展的基础。在经济和社会发展过程中，许 多国家所面临的许多挑战越来越多的与水有关。缺水、水质恶化以及洪水是其中需要引 起更多注意并采取更多行动的问题之一。因此，研究水问题，从而对水资源进行有效的 管理、配置，实现水资源的可持续利用以及水资源与人口、经济、社会和环境的可持续 发展，具有十分重要的意义。而水资源的开发利用以及管理等是人类作用于水资源系统 的理性活动，这些活动本身存在着复杂的评价决策的问题，从本质上说，评价是种多 级决策问题，因此，从这个意义上来讲，评价与决策是一回事，或者说决策包括评价。 同时，由于水资源系统内包含着大量的不确定性因素，给决策增加了难度，也不可避免 的带来风险，从某种意义上讲，决策与风险是并存的。因此探讨正确的优化决策模式和 风险管理方法以便对水资源系统实施科学管理，是解决水资源问题的一个基础工作，也 是本文研究的目的。显见，从水资源工程可行性研究，到其投资建设、运营管理等都存 在着大量的决策和风险管理问题，因此，本文从研究更基础的一般的优化决策和风险分 析理论出发，结合水资源本身的特点，对水资源系统风险管理和优化决策理论与方法开 展研究，理论方法和应用相结合，其主要研究内容和成果概括如下： ( 1 ) 洪灾可谓是我国自然灾害中最严重的灾害。防洪风险不可避免，但是洪灾损失 可以减轻。防洪风险管理的本质，就是综合利用法律、行政、经济、技术、教育与工程 手段，合理调整客观存在于人与自然之间及人与人之间基于防洪风险的利害关系，促进 防洪系统整体的协调发展，实现系统整体的长远的最大利益。论文分析了国内外的防洪 情况，理顺了防洪系统风险的概念和内涵，给出了防洪风险管理的战略模式，从而为进 一步的更具体的实际风险管理操作提供思路和依据，最后论述了防洪减灾与可持续发展 的关系。 ( 2 ) 洪水保险作为防洪风险管理的重要手段，已经越来越被更多的国家重视。然而 洪水保险的实施现状并不乐观，因此对洪水保险的理论研究以促进其更有效的实施是非 常必要的。由此论文在第二章的基础上，综合应用了经济学、保险学、系统工程等理论 和知识，试图寻求洪水保险的内在性质和规律，建立了洪水保险的效用模型，结合洪水 保险，基于自我保护、自我保险和市场保险理论，分析了三者与洪水灾害之间的关系， 从洪水保险投保者和保险者的角度分析了保险需求特性，以及洪水保险费率变化对被保 险对象的影响，该模型和方法能有效的揭示被保险者与保险者的效用属性和价值取向， 从而对全面实施洪水保险提供决策支持，具有一定的理论指导价值。最后，结合我国的 具体国情提出了洪水保险的若干建议。 f 3 ) 水资源工程的决策问题，通常是一个群决策问题。对一个复杂的水资源工程的 决策问题而言，决策群体面对的往往都是不确定的环境，很难找到或者就不存在决策问 题的所谓最优方案。系统状态本身不确定，人们认识水平有限，所以通常是在有限的可 行方案中寻求相对最优方案。由此论文基于陈守煜提出的工程模糊集理论中相对优属度 的思想方法，并考虑决策问题的未来状态的不确定性，对决策状态的不确定性带来的指 标值不确定的风险型多人多目标模糊决策问题进行研究，每个决策者选择的指标、指标 值以及指标权重可以不同，通过对风险指标分类、规格化，进行二阶段分析求解，从而 得到风险型多人多目标模糊决策模型。该模型能有效的反映决策个体的偏好，并考虑指 标值的不确定性，思路简单明确，计算方便。最后通过计算实例进一步验证了方法的可 行性。 ( 4 ) 决策问题的结果可能会出现方案之间的最后评价值相差很小，实际工作中还需 要作进一步的研究。陈守煜将模糊集理论和神经网络相结合，提出了模糊优选b e e * 经网 络模型，此模型中激励函数物理概念明确，易引入人的经验知识。但是，模糊优选b p 神 经网络模型在训练过程中收敛速度较慢，而且易陷入局部极小点。由此本文在对松花江 流域蓄滞洪区方案优选中，应用陈守煜提出的基于遗传算法优化模糊神经网络权重的智 能决策的思路，对松花江流域蓄滞洪区方案优选进行智能决策，结果验证了方法的可行 性和有效性。 ( 5 ) 目前在多目标决策中，通常确定指标权重的方法是主观确定或者是通过迭代而 得到，而这两种方法都有其不足。采用主观权重分析法，会使评价结果受人的主观性影 响较大；采用客观权重的模糊评判法则高度依赖方案集。人们一直在寻求一种能同时考 虑主观权重和客观权重的多目标决策理论和方法。由此论文在第四章和第五章研究的基 础上，通过引入主观权重与客观权重折衷系数的概念，建立了一个兼顾主客观决策相统 一的模糊循环迭代模型，并对循环迭代的收敛性进行了证明。该模型能综合考虑决策者 的主观意识和决策指标值的本身属性，从而为解决水库防洪调度等的多目标决策问题提 供了一种新的思路和方法。最后通过计算实例进一步验证了方法的可行性。 f 6 ) 水质污染问题已经成为我国环保领域的重要课题，它影响到人类的生存与发展。 水质评价是对水环境进一步治理的前期工作。论文中，首先介绍了全球和我国的水质量 的基本情况，给出了当前水环境质量评价的主要方法，继而提出利用模糊数学隶属度的 方法确定待测样本中每个指标的级别，然后对样本的每个指标级别进行加权，从而得到 样本的级别值。从水质评价的实际出发，给出了评价指标权重的确定方法，最后通过对 大连市碧流河水库的水质进行评价和预测，从而进一步说明了方法的可行性。 ( 7 1 随着经济社会的发展，水资源的战略地位愈来愈重要，水资源可持续利用成为 保障经济社会可持续发展的基础。水资源可持续利用受水资源条件、自然环境以及社会 经济发展水平等因素影响。水资源的可持续开发要受到当地水资源承载力的约束a 因此 通过分析水资源的可持续开发利用模型，并对区域水资源可持续利用程度的有效评价， 以便对水资源进行合理配置，实现水资源可持续利用，促进区域水资源与人口、社会、 经济和环境的协调发展，是非常必要的。论文首先分析给出了水资源开发利用模型，继 而利用因子分析法，对区域水资源可持续利用程度进行评价。应用实例表明，方法合理 可行。 最后，对全文作了总结，并对需要迸一步研究的问题作了展望。 关键词：水资源系统；风险管理；复杂性；模糊决策：隶属度；洪水保险；洪水调度 评价；可持续利用；模糊识别；水环境 a b s t r a c t a sa ni m p o r t a n tn a t u r a l r e s o u r c e ，w a t e ri st h eb a s i so fs o c i a le c o n o m i cd e v e l o p m e n tf o r m a n k i n d m a n yc h a l l e n g e st h a tm a n y c o u n t r i e sa r ef a c e d 、v i t ha r em o r er e l a t e dw i t 1w a t e r d u r i n gt h ee c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n t w a t e rs h o r t a g e ，w a t e rq u a l i t yw o r s e n i n g ，a n d f l o o d w a t e ra r ea m o n gt h em a i nn o t i c e a b l ep r o b l e m s t h u si ti so fm u c hs i g n i f i c a n c et os t u d y , m a n a g ea n dd e p l o y w a t e rr e s o u r c e s ，s i n c ei ti si nf a v o ro fs u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o na n d d e v e l o p m e n t w i t h p o p u l a t i o n ，e c o n o m y , s o c i e t y a n de n v i r o n m e n t i ti n c l u d e s m a n y m a n a g e m e n ta n dd e c i s i o n m a k i n gp r o b l e m sw h e np e o p l ed e v e l o p ，u t i l i z ea n dm a n a g e w a t e r r e s o u r c e s m e a n w h i l e ，s i n c et h e r ei s m u c hu n c e r t a i n t yi nw a t e rr e s o u r c e ss y s t e m ，w h i c h i n c r e a s ed i f f i c u l t ya n di n e v i t a b l yb r i n gr i s k ，s od e c i s i o n - m a k i n ga n dr i s ke x i s ta to n et i m e u n d e rm a n ye n v i r o n m e n t s f r o ma l la b o v e ，i ti sab a s i cw o r kt os t u d yp r o p e re v a l u a t i o na n d d e c i s i o n m a k i n gm o d e la n dr i s km a n a g e m e n tm e t h o df o rw a t e rr e s o u r c e sp r o b l e m , w h i c h i s a l s ot h ed e s t i n a t i o no ft h i s p a p e r s i n c e t h e r ea r e m a n ye v a l u a t i o na n dd e c i s i o n m a k i n g p r o b l e m sf r o m t h ef e a s i b i l i t yr e s e a r c ht oi n v e s t m e n tc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o nm a n a g e m e n t o f w a t e rr e s o u r c e se n g i n e e r i n g ，t h i sp a p e ri sf o c u so nt h es t u d yo f e v a l u a t i o n ，d e c i s i o n - m a k i n g a n dr i s km a n a g e m e n tf o rw a t e rr e s o u r c e ss y s t e mf r o mam o r eb a s i c a l l yd e c i s i o n m a k i n g t h e o r ya n dr i s km a n a g e m e n tm e t h o d ，w h i c h r e l a t e st h e o r yw i t hp r a c t i c ei nw a t e rr e s o u r c e s t h em a i nc o n t e n t sa n dr e s e a r c hr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) f l o o dd i s a s t e ri st h eh e a v i e s td i s a s t e ro f t h en a t u r a ld i s a s t e r si n0 1 2 c o u n t r y f l o o dr i s k i si n e v i t a b l e ，b u tt h ef l o o dd i s a s t e rl o s sc a l lb er e d u c e d t h et a s ko ff l o o dr i s km a n a g e m e n ti s t o 喇u s t t h er e l a t i o nb e t w e e n p e o p l ea n d n a t u r ea n da m o n g p e o p l ew i t h f l o o dr i s k ，w h i c hc a l l p r o m p tt h eh a r m o n i o u sd e v e l o p m e n ta n dr e a l i z et h el o n g t e r ma n dm a x i m a l b e n e f i to ff l o o d p r e v e n t i o ns y s t e m b a s e do nt h eb a s i cc o n c e p t o fr i s ki nf l o o dp r e v e n t i o ns y s t e m ，t h i sp a p e r a n a l y z e df l o o dr i s k ，a n d t h e ni n 廿o d u c e dt h ep r e s e n tr e s e a r c hi nt h ef i e l do ff l o o dr i s k m a n a g e m e n t ，a n dg i v e n t h es t r a t e g i cm o d e lo ff l o o dr i s km a n a g e m e n t ，a n dt h e nd i s c u s s e dt h e r e l a t i o nb e t w e e nf l o o dp r e v e n t i o na n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t f i n a l l y , s e v e r a lp i e c e so f a d v i c ea r eg i v e nt os u p p o r tr i s km a n a g e m e n ti nf l o o dp r e v e n t i o ns y s t e m ( 2 ) f l o o di n s u r a n c ei so n eo f a nl m p o r t a n tn o n - s t r u c t u r a lm e a s u r et om a n a g ef l o o dr i s k t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ep r e s e n ts t a t eo ff l o o di n s u r a n c ea m o n gs o m ec o u n t r i e s ，a n da p p l i e s e c o n o m i c s ，i n s u r a n c et h e o r y , s y s t e me n g i n e e r i n gi nt h ea n a l y s i sa n ds t u d yo f f l o o di n s u r a n c e t h e nt h ei n h e r e n tp r o p e r t ya n dl a wo ff l o o di n s u r a n c ew e r er e v e a l e d t h e nt h ed e m a n d c h a r a c t e r i s t i co ff l o o di n s u r a n c ea n dt h ea f f e c t i o no ff l o o di n s u r a n c ef e er a t ec h a n g e st ot h e 4 i n s u r e da r ea n a l y z e df r o mt h ep o i n to fi n s u r e r sa n dt h ei n s u r e d n e x tt h en t i l i t ym o d e lo ff l o o d i n s u r a n c ew a sb u i l t ，w h i c hp l a yab i gr o l ei nc a r r y i n gf o o di n s u r a n c ei n t oe x e c u t i o n f i n a l l y , s o m ea d v i c e sa r ep r o p o s e dt op e r f o r mf l o o di n s u r a n c ec o m p l e t e l ya c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o no f o t l rc o u n t r y ( 3 ) t h em u l t i o b j e c t i v eg r o u pd e c i s i o n - m a k i n gp r o b l e mu n d e rr i s ki sc o m l n o d i nr e a l i t y t h i sp a p e rf o c u s e so nt h es t u d ya b o u t r i s k ym u l t i - o b j e c t i v eg r o u pd e c i s i o n - m a k i n gp r o b l e m w h e r et h ei n d e xv a l u ei sn o tc e r t a i n w eg i v ei n d e x e sc l a s s i f y i n gm e t h o da n dn o r m a l i z a t i o n f o r m u l ao ft h i st y p ep r o b l e m b yb u i l d i n go b j e c t i v ef u n c t i o nt h a tm i n i m i z e sg e n e r a lw e i g h t e d d i s t a n c ef r o me v e r ya l t e r n a t i v et 0t h er e l a t i v e l yb e s ta n dw o r s ta l t e r n a t i v e ，t h e nt h eo p t i m a l m e m b e r s h i pd e g r e eo fe v e r yd e c i s i o n m a k e rt oe v e r ya l t e r n a t i v ec a nb eo b t a i n e d , a n db y b u i l d i n ga n o t h e ro b j e c t i v ef u n c t i o n t h a tm i n i m i z e sg e n e r a l w e i g h t e dd i s t a n c ef r o m t h eo p t i m a l m e m b e r s h i pd e g r e e o fe v e r yd e c i s i o n - m a k e rt o e v e r y a l t e r n a t i v et ot h e g r o u po p t i m a l a h e m a t i v ea n dt h eg r o u pi n f e r i o ra l t e r n a t i v e ，t h e nt h eo p t i m a lm e m b e r s h i pd e g r e eo fe v e r y d e c i s i o n m a k e rt oe v e r ya l t e r n a t i v ec a l lb eo b t a i n e d ，w h i c ha r eo nb o t hp r o b a b i l i t yt h e o r ya n d f u z z yt h e o r y a f l e r m o s tam o d e l i se s t a b l i s h e dw h i c hc o l l e c t sg r o u p p r e f e r e n c e s t h i sm e t h o d p r o v i d e s an e wi d e aa n da p p r o a c hf o rs o l v i n gm u l t i o b j e c t i v e d e c i s i o n - m a k i n gp r o b l e m a m o n g u n c e r t a i ns y s t e m ，w h i c hi sa p p l i c a b l ef o rp r a c t i c a lp r o b l e m f i n a l l yac a s es t u d ys h o w s a s a t i s f a c t o r yr e s u l t ( 4 ) i no r d e rt o s o l v et h eo p t i m i z a t i o np r o b l e mo ft h e s t o r a g e d e t e n t i o n f l o o da r e a a l t e r n a t i v e so fs o n g h u ar i v e rb a s i n ，t h i sp a p e ri m p o s e dg a sb a s e do nt h ef u z z yo p t i m i z a t i o n b pn e u r a ln e t w o r kw h i c hw a s p r o p o s e db yp r o f e s s o r c h e r ts h o u y u ，e s t a b l i s h e dn e u r a ln e t w o r k m o d e lo ff u z z yo p t i m i z a t i o nm i x i n gw i t hg e n e t i ca l g o r i t h m s ，a n dm a d eai n t e l l i g e n td e c i s i o n t oa l t e r n a t i v e so p t i m i z a t i o no fs t o r a g e - d e t e n t i o nf l o o da r e ai ns o n g h u ar i v e rb a s i n , w h i c h c a l l n o to n l yb u i l dr e a s o n a b l en e t w o r ks t r u c t u r e ，b u ti n c r e a s et h ec o n v e r g e n c es p e e d w ec a na r r i v e m o r ef e a s i b l ea n dm o r ep e r s u a s i v ec o n c l u s i o n ，a n da tt h es a l t l et i m e ，t h ei n t e l l i g e n td e c i s i o n m o d e lf u r t h e rd e v e l o p st h eb pn e u r a ln e t w o r km o d e lo ff u z z yo p t i m i z a t i o n ，w h i c hh a s t h e o r e t i ca n d a p p l i e d v a l u e ( 5 ) a tp r e s e n t ，t h ei n d e xw e i g h ti sm a d eb ys u b j e c t i v em i n d o ri t e r a t i o nm e t h o df o rt h e m u l t i o b j e c t i v ed e c i s i o n - m a k i n gp r o b l e m b u t t h e r ea r eb o t hs h o r t c o m i n g si nt h et w om e t h o d s t h ef o r m e rm e t h o di sm a i n l ya f f e c t e db y s u b j e c t i v i t y , w h i l et h e l a t t e ro n ei st i e dt oa l t e r n a t i v e s o rs a m p l e s f o rt h el i m i t a t i o nt h a to b j e c t i v ew e i g h to rs u b j e c t i v ew e i g h t i sc o n s i d e r e da l o n ei n t h em u l t i o n e c t i v ed e c i s i o n - m a k i n g ，t h ec o n c e p to fa 订a d e o f fc o e f f i c i e n ti si m p o r t e d ，a n da f u z z yi t e r a t i o nm e t h o d o l o g yg i v i n ga t t e n t i o nt os u b j e c t i v e a n do b j e c t i v ed e c i s i o n - m a k i n g ， 5 w h i c hg i v e so b j e c t i v ew e i g h ta n dt h er e l a t i v em e m b e r s h i pd e g r e eo fa l t e m a t i v ea tt h es a m e t i m e ，i sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r s i n c et h i sm o d e lt a k e st h eo b j e c t i v ei n t e n to fd e c i s i o n m a k e r a n dt h en a t u r a lp r o p e r t yo fa l t e r n a t i v ei n t oa c c o u n ta to n et i m e ，t h er a n k i n go f a l t e m a t i v ei s m o r ef e a s i b l ea n dr e a s o n a b l et h e nf o r m e rm e t h o d f i n a l l y , ac a s ei sa p p l i e di nt h ee v a l u a t i o n o fr e s e r v o i rf l o o dc o n t r o l ，w h i c hs h o w e dt h em o d e li ss c i e n t i f i ca n d p r a c t i c a l ( 6 ) w a t e rq u a l i t yp o l l u t i o ni st h ei m p o r t a n tp r o b l e mf o rd i s c u s s i o n ，w h i c ha f f e c t st h e h u m a nb e i n g ss u r v i v a la n dd e v e l o p m e n t w a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o ni st h ei n i t i a lw o r kf o r f u r t h e rd i s p o s a lf o rw a t e re n v i r o n m e n t t h ep r e s e n ti n s t a n c eo fw a t e rq u a l i t yi si n t r o d u c e d f r o ma l lo v e rt h ew o r l d ，a n dt h e nt h em a i nm e t h o d sf o rw a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o na r cg i v e n t h el e v e lo fe v e r yi n d e xf o ra p p r a i s i n gt h es w a t c hi s c o m p u t e db yt h em e t h o do fr e l a t i v e l y m e m b e r s h i pd e g r e eo ff u z z ym a t h t h e nt h em e t h o df o rt h ei n d e xw e i g h ti sg i v e nf r o mt h e w a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o nf a c t n e x tt h el e v e lo f e v e r ys w a t c h i sg i v e nt h r o u g h s y n t h e s i z i n g t h e l e v e lo fa 1 1t h ei n d i c e s f i n a l l y , ac a s ei sa p p l i e di nt h ee v a l u a t i o na n df o r e c a s to f w a t c r q u a l i t y o f b i l i u h er e s e r v o i r , w h i c hs h o w st h ef e a s i b i l i t yo f t h i sm e t h o d ( 7 ) w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m y , t h es t r a t e g i cs t a t u so f w a t e rr e s o u r c e si s m o r ea n dm o r ei m p o r t a n t ，a n ds u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o no fw a t e rr e s o u r c e sb e c o m e st h eb a s i so f t h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m y t h es u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o no fw a t e rr e s o u r c e s i se f f e c t e db yw a t e rr e s o u r c e st e r m s ，n a t u r a le n v i r o n m e n ta n dt h ed e v e l o p m e n tl e v e lo fs o c i a l e c o n o m y t h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fw a t e rr e s o u r c e s a r er e s t r i c t e db yt h ec a r r y i n g c a p a c i t yo fl o c a lw a t e rr e s o u r c e s t h u s i ti so fm u c hn e c e s s i t yt o a p p r a i s et h ee x t e n t o f s u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o no f r e g i o n a lw a t e r r e s o u r c e st h r o u g hb u i l d i n gt h em o d e lo f d e v e l o p m e n t a n du t i l i z a t i o nm o d e lo f w a t e rr e s o u r c e s ，w h i c hc a np r o m p tt h eh a r m o n i o u sd e v e l o p m e n tw i t h p o p u l a t i o n ，s o c i e t y , e c o n o m ya n d e n v i r o n m e n tf o rw a t e rr e s o u r c e s t h i sp a p e r f i r s t l ya n a l y s e s a n dg i v e st h ed e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o nm o d e lo fw a t e rr e s o u r c e s ，t h e ne m p l o y st h ef a c t o r a n a l y s i sm e t h o d o fs t a t i s t i c sm e t h o d ，a n da p p r a i s et h ee x t e n to fs u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o n r e g i o n a l w a t e r r e s o u r c e s f i n a l l y , a c a s es h o w e dt h em o d e li ss c i e n t i f i ca n d p r a c t i c a l f i n a l l y , as u m m a r y i sg i v e na n ds o m e p r o b l e m s t ob ef u r t h e rs t u d i e da r ed i s c u s s e d k e yw o r d s ：w a t e rr e s o u r c e ss y s t e m ；r i s km a n a g e m e n t ；c o m p l e x i t y ；f u z z yd e c i s i o n m a k i n g ； m e m b e r s h i pd e g r e e ；f l o o di n s u r a n c e ；f l o o d c o n 乜o l o p e r a t i o n ；e v a l u a t i o n ；s u s t a i n a b l e u t i l i z a t i o n ；f r i z z yr e c o g n i t i o n ；w a t e r e n v i r o n m e n t 6 永资源系统菇陵管蓬与忧证决策理论菠窿蔫蜡究 1 绪论 1 1 水资源与永资源问题 水是生命的源泉，是人类赖以生存和不可替代的资源，是社会和经济发展踅要的物 质基础。世界上的淡水资源正面瓣目盍增船盼压力。人瑟增长、经济增长繇及生活承平 提蕊都缵鸯叠了对有壤滚痰资源黪争夺帮雳承终 孛突。农超越与人口、环境、熊源翊题一 样，已成为很多国家和地区藤螭的四大危机之一，如水旱灾害、地下水漏斗加深、土壤 沙化、水体污染等等。这种局面迫使人们逐渐认识到含理开发利用和保护水资源的蘑要 性。早在1 9 7 7 年，联合鼠人类环境和世界永会议就向会世界发出浮吁：“永，不久将成力 一醺深麴静幸主会危耩i ”。1 9 9 2 年6 露联合嚣环境与发展大会恕承黼题俸必2 l 整纪议程 豹羹要缌戏部分，弓l 起了世界各国竣府对水资源躲合理开发利用和保护的簧遍薰视。1 9 9 3 年1 月，第4 7 凰联合国大会确定从1 9 9 3 年开始，以每年3 月2 2 目为“世界水日”，以推动全 世界对水资源统筹规划与管理，加强水资源保护，动员全杜会来关心水、爱情水和傈护 水。1 9 9 7 年，联合藩在对越弄淡求资源的全面评价报告中耩密：“缺承阔舔将严麓蘸 铡约2 l 畿纪经滂移社会发展，蒡爵能零致嚣家阕熬羚突。”2 0 0 2 每8 月2 8 爨，在瘫 s 约翰 翅鼯堡举行的可持续发展世界首脑会议上，全体与会代表一致通过将“水危机”列为未 来1 0 年人类面临的最严踅的挑战乏一。水资源问题已缝威胁到人类臻活水平的提高、社 会的稳寇和经济的发展。 1 1 1 全球的水资源问题 水体是地球环境的重要组成部分。虽然水体覆箍了地球裳面的3 4 以上，总量达 1 3 3 8 0 0 _ 万k m 3 ，但绝大部分( 9 7 5 ) 感人类目前尚不能大爨利用的咸水( 包括海洋水、 陆魄上的咸潮水和逮下咸水) ，而淡永储量仪占全球永总储量静2 5 c “。魏图l 。 稻1 。2 繇 匝巫二姻匦函匦匦垂区亟巫巫巫圈 图1 - 1 地球上的水组成圈1 _ 2 地球上的淡水组成 f i g 1 一ft h eb u i l d u po f w a t e ri nt h ef i g 1 - 2t h eb u i l d u po f f r e s h w a t e ri nt h e l 水资源系统风险管理与优化决策理论及应用研究 示。在占总量2 5 的淡水中，冰川和永久覆盖层的储量达2 4 0 6 万k m 3 ，地下水储量1 0 5 3 万k m 3 ，淡水湖和河流储量9 3 万k m 3 ，其它类型为3 4 2 万k m 3 2 】。 由此可知，虽然地球表面大部分由水所覆盖，但能为人类所利用的水量是非常有限 的。而同时人口的快速增长使人类对水的需求急剧增加，不远的将来，水缺乏将成为地 球环境方面最大的难题口】【4 】。在过去的1 0 0 年中，世界人口增长了3 倍，用水量则增长了 】o 倍。联合国最近提供的水危机数据显示：全世界1 3 的人口生活在水供不应求的缺水地 区，如果任由水危机发展，陷入其困境的人口比率在2 0 2 5 年以前便会增至2 3 ；全球1 5 的人得不到安全饮用水，平均每天有6 0 0 0 人死于肮脏的饮用水，水污染现象很普遍 5 1 。 另外，由于人类对生态环境的破坏，造成水土流失，水灾旱灾非常严重。全球范围水资 源问题及特点概述如下： ( 1 ) 水资源分布不均和短缺世界上每年约有6 5 的水资源集中在1 0 个国家里，而 占世界人1 4 0 的8 0 个国家都严重缺水。如在中东和近东地区，卡塔尔年人均占有9 1 m 3 ， 科威特年人均9 5 m 3 ，利比亚年人均1 1 1 m 3 等。与此相反，在俄罗斯、美国等国家人均水 量则相当丰富。在俄罗斯，仅一个贝加尔湖的淡水量就是世界淡水储量的1 5 。水量分布 埃及 中国 耳其 西哥 印尼 根廷 拿大 o 2 04 06 08 0i 0 01 2 0 孟加拉尼日利 加拿大巴西阿根廷印尼美国墨西哥 日本土耳其中国印度埃及 盘 亚 固人均水量 9 9 6 94 3 32 9 ，0 62 0 l32 2 9 5 1 4 94 3 83 3 42 8 72 3 52 2 81 0 2 图1 - 3 部分国家人均拥有淡水量比较 f i g 1 - 3t h ec o m p a r i s o no f f r e s h w a t e ri ns o m ec o u n t r i e s 不均造成消费和生产能力的差别，如美国人一天耗水量达6 0 0 升，而在非洲只有人均3 0 升。部分国家人均拥有淡水燕情况见图i 3 。 ( 2 ) 水资源污染严重世界人口增长，城市化发展和工农业生产规模的扩大，使人 类在大量消耗淡水资源的同时，又污染了有限的水资源，恶化了人类生存的环境。农药 和氮肥、有机废物、城市污水、石化产品和一些自然溶解污染物是主要的污染物，地下 水资源污染较严重，而全球的液态淡水有9 7 是储存在地下蓄水层中的，地下水是液态 淡水最重要的形态，其遭受的污染通常不可逆转，不易发现且难以自净，因为地下水的 循环周期为1 4 0 0 年，与之相对照的是河水只需2 0 天就能循环一次。据联合国有关机构统 计，全世界每年有多达上千万吨的石油、数亿吨垃圾、数百万吨的磷、铅以及数万吨的 2 水资源系统风险管理与优化决策理论及应用研究 三氧化二砷等有毒有害物质污染全球的江河湖海，全世界有1 1 0 的河流遭受不同程度的 污染。发展中国家仅有5