综评水资源优化配置研究进展

李 强

(辽宁省白石水库管理局，辽宁 朝阳122000)

0 引 言

水资源是人类生存和发展的重要自然资源。随着各国人口数目的增长，工业农业的发展，人民生活水平的提高，人类的用水量连年增长。加之部分地区环保意识的缺失，大量的生活、生产污水排入江河湖海，地表水和地下水受到了严重污染。

人们承受着水资源消耗量增加和总量减少的两方面影响，人类可以利用的水源越来越少。湖泊面积减小或干涸、河道断流、由地下水干涸导致地层下陷都不再是新闻。水资源短缺的问题已影响了人类的生存和发展，引起了全世界范围内的普遍关注［1－2］。

1 水资源优化配置的作用和意义

对水资源优化配置的研究，始于20 世纪60年代。经过多年的探索，随着周边学科研究的进展，水资源优化配置理念在近些年逐渐地趋于统一。总的来说，水资源优化配置指的是运用系统的分析理论和优化技术，通过工程或非工程的措施，在特定流域或特定的区域范围内，公平、高效地调配各用水部门对水资源的使用，使有限的水资源在社会经济发展中取得最大的效益，同时做到保护生态环境，遵循可持续利用原则。其实质在于提高水资源的使用效率［3］。

2 中国水资源优化配置研究进展

2.1 水资源优化配置理论研究

水资源优化配置理论研究主要包括3个方面:从“供需”方面限制用水量的优化配置理论、以经济为重心、以高效为主的优化配置理论和基于社会经济发展和生态环境保护统筹考虑的优化配置理论。

2.1.1 从“供需”方面限制用水量的优化配置理论

从“供需”方面限制用水量的优化配置理论，是优化配置理论研究早期的产物，这方面理论的代表是“以需定供”和“以供定需”。

“以需定供”主要被用于水资源比较充足的地区，这类地区的水资源和水利设施可以满足当地人们生活生产的需要，这种理论单纯的按照表面的需求决定供应，却忽视了水资源的可持续利用能力，造成了水资源不同程度的浪费［4］。

“以供定需”则多用于水资源总量相对不足或水利设施较差的地区，因为水资源总量的限制，这种配置理论通常过分压抑用水部门的需求，过低的估计区域发展的规模，使社会经济发展被限制。

从“供需”方面限制用水量，其着眼点主要在水资源上，却忽视了用水单位需求与经济发展的动态变化，因此往往无法做出科学的配置，满足经济发展与水资源保护的需要［5］。

2.1.2 以经济为重心、以高效为主的优化配置理论

社会经济的发展离不开水的使用，而经济发展对水资源的依赖，导致了水资源配置的偏向将直接影响到地区经济结构。

以经济为重心，以高效为主的优化配置理论，同时兼顾了经济发展效率、社会发展效益和水资源保护等各方面，用经济学理论来衡量水资源利用的投入产出，能做到将水资源配置与经济发展方向结合起来，随着经济发展的趋势和变化调整水资源的配置，用有限的水资源取得最大化的经济利益和社会效益，是保障经济快速发展的配置理论。该理论在我国水资源优化配置工作中发挥了巨大作用，促进了我国水资源优化配置的发展［6－7］。

2.1.3 基于社会经济发展和生态环境保护统筹考虑的优化配置理论

随着用水量的增大、水资源枯竭速度的加快，急需寻找到更科学的优化配置理论，这就要求我们不能只从经济发展一个方向来思考问题，而是要兼顾社会经济发展和生态环境保护，统筹的进行水资源优化配置［8］。

可持续发展理论对水资源优化配置理论的发展有着重大的指导意义，在水资源优化配置上的体现就是在满足当前经济发展用水需求的同时，对水资源进行合理开发和保护，不损害后代利益。

这种优化配置理论要求我们准确估量当前的经济发展规模，综合经济、资源、人口、环境等种种因素，保护性的开发利用水资源。这样既满足了当前经济发展和人民生活对水资源的需求，又保障了水资源的可持续利用，是符合可持续发展思路，促进国民经济和生态环境协调发展的优化配置理论［9］。

然而，由于目前在这方面的研究还未完善，该理论还停留在理论研究和小范围实验的层次，未能推广到全国实行，成为被广泛接受的优化配置理论。

同时，由于经济发展的模式日趋复杂，经济发展、人类生存和环境保护之间的关系也不断变化，如何能在三者之间找到整体效益最优的“黄金点”，是该理论一直以来的研究重点。

2.2 水资源优化配置模型研究

要在实际的生产生活中进行水资源的优化配置，仅仅有理论，是难以满足复杂多变的水资源配置要求的。

想要将水资源优化配置理论落实到区域实际工作中，还需要中间的“落地”研究，这就是水资源优化配置模型研究［10］。

2.2.1 仿真模拟模型研究

仿真模拟模型是通过对水资源的来源、供给、使用、循环等过程进行模拟，反复试验得出水资源配置方案的方法。

仿真模拟模型研究在全球水资源优化配置工作中起到了突出的作用，其中比较有代表性的有:立足于降水、地表水、土壤水、地下水等水文系统之间相互关系的物理规律建立起的分布式水文模型。

由于该系统涵盖的元素复杂全面，所以有着极好的应用扩展性，适用于不同地区不同环境下的水资源优化配置;而将水资源配置过程中的供水过程通过“点—线—面”串联起来的神经网络模型，则可以对水资源配置进行细致的监督，并及时根据变化加以调整;仿真模拟模型的代表还有遗传算法、退火模拟等［11］。

“3S”技术的发展为仿真模拟模型的开发提供了有力的数据支持和技术支持。“3S”技术指的是可获得单点空间数据的GPS、可获得区域大面积数据的RS 和可对数据进行处理的GIS。

“3S”技术在国内水资源优化配置的研究中有着广泛的应用，研究成果比较突出的有:姚鹤岭对GIS在水资源开发中应用的详细介绍;郭变青等利用GIS技术，以Arc—View3.3 为平台，开发的“新乡市水资源优化管理信息系统”;高春平等以现代监控理论和水资源管理科学为基础，所建立的由信息采集系统、信息传输系统、数据处理与信息管理系统、水资源管理调度系统组成的“辽宁中部地区水资源优化配置调度系统”等等。

2.2.2 规划优化技术研究

规划优化技术不仅仅用于水资源优化配置研究，它是包括线性规划、非线性规划级及多目标交互式规划技术等的综合技术。

我国研究者运用此项技术的起步较晚，但是进展很大，发展迅速。典型的应用有贺北方构建的区域水资源优化分配大系统优化模型:吴泽宁等建立的多目标模型及其二阶分解协调模型:姚进忠等运用水资源系统分析理论，采用线性规划方法所建立的引大入秦工程水资源优化配置模型。

由于这项技术可利用函数来进行多层次多目标的构建，因此有较大的灵活性，也可以满足日益复杂的水资源优化配置研究的需要，如陈守煜、邱林等建立的多目标模糊优选随机动态规划模型。

3 水资源优化配置研究的展望

目前，我国的水资源优化配置研究还不够完善，面对复杂的实际情况，往往难以兼顾到保障经济发展和保护生态环境两方面，不能全面、高效地完成水资源配置任务。

特别是在水资源匮乏、经济发展落后、地区情况复杂的区域，要做到有效地配置管理就更加困难。总的来说，我国水资源优化配置主要有以下几点问题:

1)水资源优化配置应根据面对用户的不同，考虑各类水资源供给的额度和优先度。

2)根据水资源不同用途的循环过程，进行水资源优化配置。

3)根据水资源不同用途对水质的要求，根据地表水、地下水、外调水等不同水源的水质状况进行配置。

4)时刻关注世界上水资源优化配置研究的最新成果，选择最适合本地区的水资源配置模型和先进技术。

5)在保障经济发展用水的同时，综合考虑资源、环境效益，实现可持续发展。

为了解决以上问题，以下几个方向也许将是水资源优化配置未来的研究重点。

3.1 摸清用水部门的用水要求，建立“天然—人工”二元水资源配置系统，将人工水引入配置

为了真正实现水资源的可持续发展，水资源的再利用不可忽视，在重视污水净化、污水再生工作的同时，应根据不同用水部门对水质的要求，适量配给“人工水”，即中生水、回用水等，实现“天然——人工”二元水循环，天然水和人工水协同配置这样将大大减少对水资源的浪费，缓解水资源的配置压力。

3.2 发展以仿真模拟和规划优化技术相结合的智能优化配置理论

随着计算机技术的发展，水资源配置的仿真模拟模型也进入了高速发展期，由早期的单目标、单层次向多目标、多层次的多元化模型发展。配合规划优化技术，可以适应复杂环境下水资源优化配置的需求，满足瞬息万变的现实需要。因此，发展以仿真模拟和规划优化技术相结合的智能优化配置理论是十分必要的。

3.3 综合考虑经济、社会、环境，重视生态环境效应

由于早期对保护生态的认识不足，在生态环境遭到破坏，水资源严重短缺的如今，水资源优化配置工作面临着严峻的考验。

在这个时候，我们应更多地考虑水资源的生态价值，通过水资源优化配置研究，寻找经济发展和保护生态的“黄金平衡点”，做到既满足经济发展用水，又不损上下左右岸利益以及影响到生态环境。

4 “3S”技术依旧是水资源优化配置研究热点

“3S”技术有丰富性、多变性的特点，在水资源优化配置模型研究和水资源优化配置网络建设上具有显著的优势，能够适应日趋复杂的现实情况。在未来的研究中，“3S”技术定能在多元化多层次的水资源配置方案中起到重要作用。

［1］侯景伟，孔云峰，孙九林. 基于多目标鱼群－蚁群算法的水资源优化配置［J］. 资源科学，2011(12):2255 －2261.

［2］白继中，师彪，冯民权，周利坤. 自适应人工蚁群算法在水资源优化配置中的应用［J］. 沈阳农业大学学报，2011，42(04):454 －459 .

［3］史银军，粟晓玲，徐万林，等. 基于水资源转化模拟的石羊河流域水资源优化配置［J］. 自然资源学报，2011，26(08):1423 －1434.

［4］张永永，黄强，姜瑾，赵晶. 陕西省引汉济渭工程受水区水资源优化配置研究［J］. 西安理工大学学报，2011(02):165 －170.

［5］赵奥，武春友. 中国水资源消耗配置的灰色关联度与适宜度测算［J］. 中国人口. 资源与环境，2010，20(09):65－69.

［6］周明华，朱晓颖，陈敏玲，李春燕. 浙江省水资源优化配置研究［J］. 浙江工业大学学报，2010，38(04):468 －472.

［7］常福宣，张洲英，陈进. 适合长江流域的水资源合理配置模型研究［J］. 人民长江，2010，41(07):5 －9.

［8］何俊仕，陆超，胡春媛. 浑河流域水资源合理配置研究［J］. 水电能源科学，2010，28(03):17 －20.

［9］王顺久，候玉，张欣莉，丁晶. 中国水资源优化配置研究的进展与展望［J］. 水利发展研究，2002，2(09):9 －11.

［10］顾文权，邵东国，黄显峰，代涛. 水资源优化配置多目标分析方法研究［J］. 水利学报，2008，39(03):339 －345.

［11］左其婷. 论水资源承载能力与水资源优化配置之间的关系［J］. 水利学报，2005，36(11):1286 －1291.