面向可持续发展的水资源规划量化研究综述

1、PAGE PAGE 12面向可持续发展的水资源规划量化研究综述左其亭 马军霞郑州大学环境与水利学院，河南 郑州 450002摘要：水资资源规划划需要“可持续续发展”作为基基本指导导思想，这这已被广广泛理解解和接受受。新形形势下水水资源规规划工作作也开始始在可持持续发展展思想指指导下开开展工作作。但是是，如何何来量化化研究面面向可持持续发展展的水资资源规划划问题？这还是是个亟待待解决的的问题，也也是本文文主要讨讨论的内内容。主主要包括括：量化化研究关关键问题题、量化化研究方方法、新新的水资资源规划划思路与与步骤以以及应用用实例。关键词：可可持续发发展，水水资源规规划，量量化研究究，研究究综述一、

2、概述全国新一轮轮的水资资源综合合规划编编制工作作已于220022年全面面启动，计计划用33年的时时间完成成。这次次水资源源综合规规划编制制工作是是针对我我国社会会经济发发展对水水资源的的迫切需需要，进进一步查查清水资资源数量量、质量量及其时时空分布布，着力力解决水水资源的的开发、利利用、配配置、节节约、保保护和治治理等重重大问题题而开展展的。自20世纪纪80年年代开展展全国第第一次水水资源评评价和水水资源利利用规划划工作以以来，我我国水资资源的外外部环境境和内部部条件发发生了很很大变化化，水资资源短缺缺和水环环境恶化化问题严严重制约约着我国国社会经经济的可可持续发发展。近近些年来来，我国国北方

3、地地区持续续干旱，华华北、西西北、东东北等地地区严重重缺水，南南方的一一些地区区也存在在着资源源性缺水水、水质质性缺水水或工程程性缺水水等问题题。生态态环境的的恶化和和水体的的污染进进一步加加剧了水水资源紧紧缺状况况，严重重影响着着社会经经济的可可持续发发展。通通过开展展这次规规划工作作，将对对我国水水资源的的状况重重新做出出评价，科科学预测测近期和和远期需需水趋势势，在节节水和水水资源保保护的基基础上，对对水资源源进行优优化配置置，统筹筹安排水水资源全全面节约约、有效效保护、优优化配置置、合理理开发、高高效利用用、综合合治理和和科学管管理的布布局和方方案。这次水资源源综合规规划的突突出特点点

4、是，强强调水资资源量的的评价、水水资源有有效保护护、水资资源优化化配置以以及水资资源的可可持续利利用。如如何在新新一轮的的水资源源规划中中体现可可持续发发展思想想，是值值得探讨讨的问题题。特别别是，如如何定量量化体现现可持续续发展思思想？亦亦即，如如何在定定量上来来寻找以以可持续续发展为为指导的的水资源源规划方方案？本文从量化化研究的的角度，提提出量化化研究关关键问题题、量化化研究方方法，建建立以可可持续发发展为目目标的水水资源规规划模型型，给出出在可持持续发展展思路指指导下的的水资源源规划研研究步骤骤。二、量化研研究需要要解决的的关键问问题2.1 准准则问题题就现行水资资源规划划准则而而言，

5、主主要考虑虑的是：经济效效益(eeconnomiic bbeneefitt)；技技术效率率(teechnnicaal eeffiicieencyy)和实实施的可可靠性(perrforrmannce relliabbiliity)。尽管管它们仍仍然被应应用，但但是，就就现状而而言已经经不能满满足可持持续发展展的要求求。从21世纪议程要求的社会、经济、资源、环境相协调的高度，已迫切需要逐步转变到新的行为准则。实际上，“可持续续发展”就是水资资源规划划非常基基本的导导则。然然而，仅仅谈“可持续续发展准准则”有点太太笼统、太太空洞，不不便于操操作。因因此，从从量化研研究的角角度，急急需要形形成新的的准

6、则。本文作者在在文11、3、4中中从量化化研究的的角度，提提出可持持续发展展的三个个准则： = 1 * GB3 可承载载：可持持续发展展首先要要求不允允许破坏坏地球上上生命支支撑系统统（如空空气，水水，土壤壤等），即即处在可可承载的的最大限限度之内内，以保保证人类类福利水水平至少少处在可可生存状状态。 = 2 * GB3 有效益益：可持持续发展展鼓励经经济增长长。当然然，它与与传统的的经济学学观点有有质的区区别。它它不仅重重视增长长数量，更更追求改改善质量量。它是是以保护护自然环环境为基基础，以以改善和和提高生生活质量量为目标标，与资资源、环环境的承承载能力力相协调调。 = 3 * GB3 可

7、持续续：可持持续发展展不仅考考虑到当当代人，而而且顾及及到后代代人。不不仅要保保证现代代的发展展，而且且要保证证未来的的发展，使使发展处处在不断断增加的的趋势。2.2 指指标体系系问题在可持续发发展量化化研究中中由于具具体区域域（或流流域）的的实情千千差万别别，水资资源规划划方案也也多种多多样。如如果没有有一套明明确、清清晰的评评价指标标体系作作为衡量量标准的的话，则则很难将将可持续续发展对对水资源源规划的的指导方方案变为为一种可可操作的的管理模模式，用用于指导导实际工工作。研究水资源源规划的的指标体体系，应应该是一一个多层层次的复复杂结构构体系。至至少应该该包括四四大类，即即社会经经济指标标

8、、水资资源指标标、生态态环境指指标和综综合性指指标。每每大类又又有多个个子类、子子子类。社会经济指指标，主主要由描描述和表表征人口口、经济济、社会会、科技技等发展展的指标标集组成成。通过过这些指指标能够够反映出出水资源源在社会会经济系系统中的的配置状状况，水水资源对对社会经经济发展展的贡献献作用，以以及社会会福利的的增长情情况。水资源指标标，主要要由反映映水文循循环状况况和水资资源开发发利用情情况的指指标集组组成，包包括水质质和水量量两个方方面。生态环境指指标，是是用于表表征区域域（或流流域）内内生态环环境质量量的主要要因子，包包括河湖湖质量指指标、植植被质量量指标、土土地质量量指标、总总体质

9、量量指标、生生态需用用水指标标等。综合性指标标，主要要从宏观观层次上上选择那那些反映映复合系系统发展展特性的的指标和和反映子子系统间间协调程程度的指指标。2.3 基基础模型型问题面向可持续续发展的的水资源源规划的的目标，是是为社会会经济的的发展和和生态环环境的保保护提供供源源不不断的水水资源。实实现水资资源在当当代人之之间、当当代人与与后代人人之间、以以及人类类社会与与生态环环境之间间公平合合理的分分配。因因此，水水资源规规划量化化研究的的对象系系统应该该界定在在社会经经济水资源源生态环环境复合合系统上上。在这这个复合合系统中中，社会会经济、水水资源、生生态环境境三大子子系统相相互作用用与影响

10、响，构成成了有机机的整体体。那么么，量化化研究就就需要建建立这个个复合系系统的耦耦合模型型（简记记作SuubMood(SS,E,R,EE)）。这这是建立立面向可可持续发发展的水水资源规规划量化化研究体体系的基基础，具具有重要要的地位位，也是是量化研研究的特特色之一一。2.4 量量化方法法问题剩下的问题题就是量量化方法法问题。也也就是，如如何利用用“量化指指标”来定量量评价或或判断某某地区是是否遵循循可持续续发展准准则？又又怎样“做”才能符符合可持持续发展展准则？本文介介绍两种种可持续续发展量量化研究究方法。一一种是基基于“社会净净福利函函数”的量化化方法；一种是是基于“发展综综合指标标测度（D

11、DD）”的量化化方法。前前一种方方法，是是用经济济学手段段，量化化可持续续发展中中的社会会、经济济和生态态环境效效益。由由于技术术难度较较大、资资料一般般不易得得到，实实际应用用上受到到限制。第第二种方方法，是是采用模模糊隶属属度定量量描述方方法和多多准则集集成技术术，来量量化水资资源规划划中的可可承载能能力、经经济效益益和可持持续性以以及它们们的集成成等问题题。三、量化研研究方法法综述3.1 基基于“社会净净福利函函数”的量化化方法社会净福利利函数，是是对国民民收入（GDP）的一种“绿化”，是从GDP中扣除恢复生态环境良性循环所需的支出后，得到的一个新指标，也称为净经济福利。计算公式如下：式

12、中：第T个时段段选择第第k个方案案时所对对应的净净福利；第T个时段段选择第第k个方案案时所对对应的GGDP；第T个时段段选择第第k个方案案时恢复复生态环环境良性性循环所所需的支支出，其其值包括括生态环环境破坏坏所造成成的经济济损失值值和恢复复生态环环境所需需的各种种费用。根据可持续续发展的的概念和和基本目目标，可可持续发发展应遵遵循以下下准则：效益最最大化、可可生存、可可承载和和可持续续。它们们的量化化模型如如下：目标函数： （效效益最大大化）约束条件：； （可生生存）； ； ； （可承承载）； （可可持续）式中：表示示第T个时段段选择第第k个方案案时所对对应的净净福利；T 从现现在到未未来的

13、一一个时段段，其取值为为1,22,N ；N系统可可有效预预测的最最大时段段个数；k第T个时段段的决策策变量，即即方案的的选择变变量；rr第T个时段段的贴现现率；第第T个时段段选择第第k个方案案时所对对应的人人均GDDP；当前人人们满足足最低生生活标准准所需的的人均经经济收入入；第T个时段段选择第第k个方案案时所对对应的生生活总需需水量；满足人人们生理理与生活活所需的的最小用用水量；第T个时段段选择第第k个方案案时所对对应的生生态环境境质量；满足人人们生活活、生产产及享乐乐需求的的最低生生态环境境质量标标准；总总需水量量；最大大可供水水量；污污水的总总排放量量；水环环境的容容量；对对应生态态环境

14、承承载力阀阀值的净净福利，用用货币单单位表示示；第T个时段段选择第第k个方案案时所对对应的人人口总数数；第T个时段段选择第第k个方案案时系统统总用水水量；第第T个时段段选择第第k个方案案时系统统总供水水量；总用水水量和总总供水量量两者匹匹配调节节值；第第T个时段段选择第第k个方案案时所对对应的生生态环境境质量。3.2 基基于“发展综综合指标标测度（DDD）”的量化化方法（1）“可可承载”的度量量。考虑虑“可承载载”、“可持续续”实际度度量上存存在的模模糊性，本本文作者者曾提出出用模糊糊数学中中隶属度度进行度度量的方方法。对对任一指指标，先先进行无无量纲化化处理：选定“可承载载”限度，当当越大，

15、可可承载程程度也越越大时（如如人均粮粮食产量量），定定义；当当e越大，可可承载程程度越小小时（如如水体矿矿化度CC），定定义。再再通过隶隶属函数数来描述述任一指指标对应应的隶属属度，设设为。对对多指标标组成的的整个系系统可承承载隶属属程度为为：。式式中：nn1表示示整个系系统有nn1个“可承载载”指标；LI(T)表示示整个系系统在TT时段可可承载隶隶属度；表示示第因子子的指数数权重。（2）“有有效益”的度量量。取经经济学指指标（如如国民生生产总值值等）为为SP，设设初始年年SP值值为基准准值SPP0。为了了使数据据无量纲纲化，令令。再用用下面的的隶属函函数（也也可据具具体情况况另选）来来量化：

16、。式中中，为待待定系数数。可以以针对不不同地区区，只要要选定某某一对应应的SPP(T)值，就就可以反反求出。（3）发展展综合指指标测度度DD(T)。把“可承载载”（隶属属度LII(T)）与“有效益益”（隶属属度EGG(T)）综合合起来，来来表征系系统的发发展状态态。这就就是本文文作者曾曾提出的的“发展综综合指标标测度”：式中，分别别是给定定EG(T)、LI(T)的的一个指指数权重重。DDD(T)是系统统在T时时段“发展综综合指标标测度”。DDD(T)0，11。DDD(TT)作为为衡量TT时段“发展”的一个个“尺度”。（4）“可可持续”度量。令令（如果果T=11，约定定）。如如下式：定义全时段段

17、发展相相对可持持续性的的隶属度度（简称称“可持续续发展态态势隶属属度”）为：SDDT式中，N为为整个时时段个数数；N00是选选定的常常数（如如5，110，NN）。四、面向可可持续发发展的水水资源规规划模型型在水资源规规划量化化研究中中，需要要建立以以可持续续发展为为指导思思想的优优化模型型。这是是寻找水水资源规规划方案案的基础础。这里里，仅介介绍基于于“发展综综合指标标测度（DDD）”的优化化模型。（1）目标标函数。以可持续发展为目标，要求“发展”的目标函数BTI值达最大。即，在某一特定时段，在满足一定条件下，使其总效益达到最大。(BTI)=（2）约束束条件。欲保证整个系统可持续发展，必然要求

18、系统可承载、可持续（即发展态势）达到某一最低水平（分别设为LI0、SDDT0）。于是，有可承载、可持续条件方程式：LI(T)LI0 , TT1SDDTSDDDT0此外，需要要把“社会经经济水资源源生态环环境” 复合合系统耦耦合模型型SubbModd(S,E,RR,E)嵌入到到优化模模型中，作作为其一一个约束束条件。还还可以针针对具体体情况增增加一些些其它约约束条件件。于是是，得到到水资源源规划模模型：目标函数： 约束条件： LII(T)LI0 ,TT1 SDDTSDDDT0SubMood(SS,E,R,EE)其它约束条条件它是一个涉涉及社会会经济、水水资源系系统、生生态环境境三大方方面、且且在

19、社会会经济系系统与水水资源-生态环环境系统统的耦合合系统中中运行、满满足一定定约束条条件、要要求总体体效益最最大的优优化模型型。一般般，该模模型是一一个十分分复杂的的多阶段段非线性性优化模模型，其其求解比比较困难难。对此此，作者者提出采采用计算算机模拟拟技术的的方法，求求得模型型的近似似最优解解。这样样可以大大大减少少计算工工作量。五、面向可可持续发发展的水水资源规规划一般般步骤综综述基本的研究究思路和和过程介介绍如下下（技术术路线如如图1所所示）：根据研究区区的具体体实际，制制定水资资源规划划的依据据、具体体任务、目目标和指指导思想想。重点点要体现现可持续续发展的的思想；了解社会经经济发展展

20、现状和和发展趋趋势，建建立社会会经济主主要指标标的发展展预测模模型，对对未来不不同规划划水平年年的发展展状况进进行科学学预测；分析研究区区水资源源量和可可供水资资源量，并并建立水水量模型型，以作作为研究究的基础础模型；综合社会经经济系统统和水资资源与环环境系统统之间的的联系，建建立“水资源源与社会会经济生生态环境境耦合模模型”。作为为面向可可持续发发展的水水资源优优化配置置模型的的基础模模型；研究可持续续发展的的量化方方法，并并建立面面向可持持续发展展的水资资源优化化配置模模型；通过优化模模型的求求解和优优化方案案的寻找找，来制制定水资资源规划划的具体体内容。水量水量模型用户及用水预测相关研究

21、成果分析实地勘查水资源优化配置模型水资源优化配置方案水资源与社会经济生态环境耦合模型面向可持续发展制定水资源规划社会经济发展分析 水资源系统分析图1 研究究技术路路线框图图六、应用实实例简介介因篇幅所限限，本文文只能简简单介绍绍作者曾曾在博博斯腾湖湖流域可可持续水水资源管管理应用用研究项项目中所所做的部部分研究究工作。博斯腾湖位位于新疆疆维吾尔尔自治区区巴音郭郭楞蒙古古自治州州境内，是是目前我我国最大大的内陆陆淡水湖湖泊。它它既是开开都河的的尾闾，又又是孔雀雀河的源源头，兼兼有开都都河来水水的水资资源调控控、孔雀雀河流域域农田灌灌溉、工工业及城城乡生活活用水、流流域生态态环境保保护和向向塔里木

22、木河中下下游紧急急调水等等多种功功能。流流入博斯斯腾湖的的常年性性河流只只有开都都河。开开都河在在宝浪苏苏木处又又分为东东、西两两支，东东支注入入博斯腾腾湖大湖湖，西支支注入博博斯腾湖湖小湖。经经过博斯斯腾湖的的调节，从从大湖出出口西泵站站、小湖湖出口达吾吾提闸汇汇入到孔孔雀河。如如何协调调该区工工业、农农业发展展与生态态环境保保护的关关系？如如何协调调上游灌灌区（即即开都河河灌区）发发展规模模与下游游灌区（即即孔雀河河灌区）发发展规模模的关系系？。首先，进行行水文学学、生态态学基础础研究、社社会经济济系统动动态变化化系统研研究，得得到全流流域水量量水质生生态耦合合系统模模型和社社会经济济发展预预测模型型；其次次，建立立了博斯斯腾湖流流域水资资源优化化配置模模型，在在此基础础上，制制定了该该地区水水资源规规划。内内容包括括 = 1 * GB3 经济济结构调调整； = 2 * GB3 节水水灌溉措措施以及及农业灌灌溉效率率确定； = 3 * GB3 博斯