TRIZ理论在水资源可持续利用中的应用

赵 敏,黄川友,甘 蓉

(四川大学水利水电学院,四川 成都 610065)

TRIZ理论在水资源可持续利用中的应用

赵 敏,黄川友,甘 蓉

(四川大学水利水电学院,四川 成都 610065)

将TRIZ理论中的冲突解决原理应用于水资源可持续利用研究,通过建立并定义水资源单元、生态环境单元、经济单元、人力资源管理单元、技术创新单元的矩阵元素,寻找各单元间的冲突并建立冲突矩阵,以西藏林芝地区水资源可持续利用为例,根据TRIZ理论中40个创新原理重新定义矩阵元素,并进行论证分析,找到解决该地区水资源可持续利用问题的方案。

TRIZ理论;冲突;水资源;可持续利用

水资源是人类生存发展不可或缺的自然资源。时空分布不均匀和人口数量剧增造成了水资源短缺,人类不合理的开发利用致使水资源遭受破坏与污染,由水资源问题引起的环境生态及社会经济问题也日益严重。因此,探讨水资源可持续利用问题具有重要意义。

1987年世界环境与发展委员会(WCED)主席Brundtland 夫人在世界环境与发展委员会上所作的题为“我们共同的未来”的报告中提出了“可持续发展”概念[1],其实质是处理好人口、资源、环境与经济的关系，促进其协调发展。水资源是生态环境维持正常状态的基础条件,也是经济发展不可或缺的物质基础[2]。水资源可持续利用的目标是根据可持续发展理论,依托生态和经济系统,支持和维护自然与社会的可持续发展,其中心任务是开发利用水资源、保护环境、发展经济,永续地满足当代人和后代人用水的需要[3]。

水资源的可持续利用涉及生态环境、社会经济领域,人类既希望有充足的水资源保证社会经济发展，又希望有良好的生态环境,在这个进程中解决水资源在可持续利用中存在的冲突问题具有重要意义。笔者利用TRIZ理论中的冲突解决原理，分析水资源利用中存在的冲突并获取相应的解决方案,为水资源的可持续利用提供一定的参考。

1 TRIZ理论

1.1 介绍

TRIZ(俄文字母对应的拉丁字母缩写)译为解决发明创造问题的理论,是由前苏联G. S. Altshuller自1946年开始研究并领导前苏联的研究机构、大学和企业组成的研究团体分析了世界近250万份高水平发明专利创造出来的理论体系。TRIZ理论的主要内容包括产品进化理论、分析、冲突解决原理、物质场分析、效应、发明问题解决算法ARIZ等[4]。

20世纪90年代末,TRIZ理论从前苏联传播到欧洲、美国、日本、韩国等地。该理论广泛应用于工程技术领域,用来解决各种冲突问题,为工程技术的发展与提升做出了很大贡献。世界上许多成功的公司，如福特、三星、西门子等，都利用TRIZ理论来进行产品的创新并创造了可观的收益。TRIZ作为一种在技术领域被学界高度认可的创新方法,在近年来也逐渐被应用到管理领域[5]。程文亮等[6]利用 TRIZ 理论在管理创新体系框架开展研究,推动了管理领域的创新。“非典”期间,新加坡研究人员利用TRIZ理论提出了预防、检测和治疗疾病的方法与措施,该国政府采用后收到非常好的防治效果。目前,TRIZ理论的应用范围已经由工程技术领域拓展到自然、社会、管理、教育、生物等领域。

1.2 TRIZ问题的解决方法

TRIZ理论中,技术冲突解决问题的途径一般为:分析问题,把待解决的问题转化为技术冲突,构建冲突矩阵后,针对问题模型,找到39个通用工程参数、40条发明原理或根据这些创新原理重新定义可行的方案,将其应用到问题中并确定最终的解决方案。

技术冲突是指一个作用同时导致有用和有害两种效果,也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或多个子系统或系统变坏,主要表现为一个系统中两个子系统之间的冲突,如系统A得到改善导致系统B变得更差。在工程技术领域,TRIZ理论提出由39个通用工程参数来描述技术冲突。

解决技术冲突主要依赖于冲突矩阵的建立及冲突解决原理的提出。冲突矩阵是一个40行40列的矩阵,第一行表示冲突中受到恶化的39个通用工程参数,第一列表示冲突中希望改善的39个工程参数,剩余的39行39列的矩阵则表示解决冲突的方案。

2 TRIZ理论的应用

2.1 水资源可持续利用研究中的冲突解决过程

图1 水资源的可持续利用中冲突解决过程

将TRIZ理论应用于水资源的可持续利用研究,根据TRIZ理论技术冲突解决过程(图1)，进行水资源可持续利用研究,具体过程如下:

步骤1：在水资源系统中选择水资源单元、生态环境单元、经济单元、人力资源管理单元、技术创新单元5个参数单元作为需要优化的参数单元,组建冲突矩阵;

步骤2：找出各参数单元存在的冲突,确定改善单元及恶化单元,建立一个6行6列的矩阵;

步骤3：选择40条发明创造原理中合适原理重新定义作为每个单元的矩阵元素;

步骤4：寻找解决各个冲突的创新原理,查找创新原理的详解并应用到具体问题中;

步骤5：通常选定的发明理论往往有多个,尽可能地把所选定的原理都应用到解决矛盾冲突中,然后判断所确定的解决方案是否能解决实际问题。若能解决实际问题,则该解决方案作为最终解决方案;若所有可能的解决方法都不满足,则返回步骤2,重新寻找冲突、定义矩阵元素以不断优化整个冲突解决过程,直至能解决实际问题,确定最终方案为止。

2.2 参数单元冲突解决原理的定义

为解决5个参数单元间存在的冲突,笔者选择40条发明创造原理中合适原理重新定义作为每个单元的矩阵元素,具体见表1。

2.3 水资源可持续利用冲突矩阵的建立

根据2.1水资源可持续利用冲突解决过程,从表1中选取矩阵元素，经5个步骤进行选取后得到冲突矩阵(表2),冲突矩阵第一行表明受恶化的参数单元,第一列表明希望改善的参数单元,两个单元行与列交叉处对应的矩阵元素为推荐解决冲突可采用的发明原理序号。

3 研究实例

以西藏林芝地区为例,林芝地区位于印度阿萨姆平原与青藏高原的过渡地带,该地区气候类型较多,垂直变化悬殊,且林业资源、水资源、动植物资源都及其丰富,被誉为“西藏的江南”。根据《林芝地区国民经济和社会发展“十二五”规划》,规划一方面要求该地区继续发展经济,另一方面需加强生态保护与建设。如何在保护生态环境的条件下大力发展经济,经济单元和生态环境单元之间产生了冲突。

表1 参数单元矩阵元素定义

表2 水资源可持续利用冲突矩阵

根据2.1中TRIZ理论技术冲突在水资源可持续利用研究中的应用过程,经过步骤1至步骤5的筛选,最终确定了表2中的矩阵元素,采用生态环境单元恶化情况下希望改善经济单元、经济单元恶化情况下希望改善生态环境单元两方面矩阵元素结合,提出的解决方案为创新原理序号1、3、6、8、9、10、15、20、23、24、25、27、34对应的方案。

方案1：进行生态功能区划。林芝地区已编制《林芝生态地区建设规划》(2009—2020年)。

方案3：建立特殊生态保护区。林芝地区已建立以下自然保护区:雅鲁藏布大峡谷国家级自然保护区、察隅慈巴沟国家级自然保护区、西藏工布自然保护区,主要保护珍稀动植物及生态系统,同时还建立了湿地保护区、森林公园、地质公园等。

方案6：防止水土流失、创造景观等。林芝地区除了现有划定的自然保护区、湿地保护区外,可根据实地情况保护其他特殊生态环境,同时也可以打造宝贵的旅游资源。

方案8：避开风险投资。林芝地区目前主要发展特色农牧业、生态旅游业、藏药业,有序发展水电能源工业,避开发展重度污染环境的产业,以减少或者避开破坏生态环境的风险投资。

方案9：用绿色GDP代替单纯的GDP。过去为了GDP的增长,以牺牲生态环境为代价,建议以后将生态环境优劣考虑到GDP的增长中。

方案10：设置生态预警系统。在林芝地区经济发展过程中,根据生态环境容量设置生态预警系统,生态环境在还未受到破坏时就禁止过度利用,达到预先保护生态环境的要求。

方案15：根据各种动态信息决定投资项目。在林芝地区如需发展水电,需考虑到当地的水文、地质、生态环境等,搜集各类信息后,对可能产生的环境影响进行评估，再决定是否投资。

方案20：加强生态环境建设。良好的生态环境才能够吸引投资者进入林芝地区,才能发展林芝经济。

方案23：在生态环境方面加强对生态环境的监督。林芝地区除了设立各种保护区外,同时逐步完善水资源监测体系、地质监测体系,加大小流域综合治理,以加强对生态环境的监督;在经济方面做好数据调查并反馈信息,调查林芝地区历年水资源开发利用、生态环境建设等与经济发展之间数据情况,制定相关年鉴等资料。

方案24：发展相关的经济服务行业。林芝地区可设立专门的投资咨询公司,主要针对林芝地区鼓励发展的产业,方便外来企业进行投资。

方案25：生态环境创造商业价值。林芝依据现有的生态资源,大力发展旅游业,打响雅鲁藏布江大峡谷这一核心品牌;做大做强巴松措、易贡国家地质公园、波密冰川群、烈山古墓群、色季拉国家级森林公园5大景区。

方案27：投资低损耗高回报产业。对于进驻林芝地区的投资企业,投资方优先考虑生态环境损害小、回报率大的产业。

方案34：对恶化的生态环境进行修复。对已破坏的生态环境进行治理,必要时制定生态环境保护方面的法律法规。

根据上述冲突解决方案,部分方案林芝地区已经实施,其余方案是为解决林芝地区经济发展与生态环境冲突问题时提供参考。水资源可持续利用中划分的5个单元之间冲突问题的解决方案可以不断地创新和完善,从而使得TRIZ理论在水资源可持续利用研究中更加成熟。

4 研究意义

目前,在水资源可持续利用领域研究的主要方向是水资源可持续利用评价的方法,常用的方法有模糊集理论方法、人工神经网络理论方法、灰色系统理论法、数理统计方法等[8]。这些方法大多数是通过建立水资源可持续利用的指标体系和标准,提出具体的评价指标和等级标准,最终判断水资源是否处于可持续利用的状态。水资源可持续利用评价方法的应用都基于大量现状数据和复杂的计算过程,方法的应用在各区域也有差异,如何选择合适的评价指标、评价方法是一个需要深入研究的问题,在整个研究领域还未形成统一的标准或者达成共识。

笔者将TRIZ理论应用于水资源可持续发展利用研究中,与以上研究的不同点在于虽然建立了相似的系统体系,但不是对水资源可持续利用进行评价,也不需要具体的数据资料进行定量分析,而是通过对水资源可持续利用中存在的冲突定性进行宏观地分析,进而通过矩阵给出具体的可参考的方法来指导一个区域的水资源可持续发展利用。这个研究方法具有广泛的适用性,每个区域水资源可持续利用中可能存在的冲突侧重点不一样,但是都能参照本文方法来进行分析,灵活选择其中一种或者多种方法或者结合实际情况创新出其他方法来解决问题。

本文的研究的目的是使区域能达到水资源可持续发展利用,不仅立足于现状,而且适用于该地区将来可能出现问题的解决,提前避免区域可持续发展利用中可能出现的问题或者减缓已存在的问题。

5 结 语

将TRIZ理论引入到水资源可持续利用研究中,采用TRIZ理论的冲突矩阵及重新定义40个发明创新原理进行水资源可持续利用研究。TRIZ理论本身涵盖的内容较多,是一种创新理论。因此,对于TRIZ理论中其他研究内容,如物质场分析、ARIZ、76个标准解和知识效应库等都有较大的研究意义,如能将其运用于水资源可持续利用的研究中,势必能推动水资源可持续利用的发展。

水资源可持续利用的实现需要水资源系统、生态环境系统、社会经济复合系统等的协调发展。本文选取参数单元时所涉及的资源、经济、社会各方面之间的冲突都极其复杂,未必能准确地反应各参数单元间的冲突问题。此外,通过40个发明创新原理所确定的解决冲突方案可能不够全面,有待进一步的分析研究。

[1] World Commission on Environment and Development. Our common future [M].New York:Oxford University Press,1987:3-15.[2] 夏军.可持续水资源管理：理论·方法·应用[M]. 北京:化学工业出版社,2005:12-16.

[3] 冯尚友,刘国全.水资源持续利用的框架[J]. 水科学进展,1997,8(4):301-307.(FENG Shangyou,LIU Guoquan.A holistic framework for sustaining water resources utilization [J].Advances in Water Science,1997,8(4):301-307.(in Chinese))

[4] 徐起.TRIZ创新理论实用指南[M]. 北京:北京理工大学出版社,2011:2-16.

[5] 程文亮.基于TRIZ创新理论的战略定位冲突解决矩阵研究 [J].科技管理研究,2011(24):159-164.(CHENG Wenliang.The matrix of strategic positioning for the conflict resolution based on TRIZ[J].Science and Technology Management Research,2011(24):159-164.(in Chinese))

[6] 程文亮,程志华,张东生.基于TRIZ的管理创新体系框架研究[J].科技管理研究,2011(2):23-57.(CHENG Wenliang, CHENG Zhihua, ZHANG Dongsheng.System framework of managerial innovation research based on TRIZ[J].Science and Technology Management Research,2011(2):23-57.(in Chinese))

[7] ZHANG Jing. Research on developing environmental protection industry based on TRIZ theory[J]. Procedia Environmental Sciences, 2010, 2:1326-1334.

[8] 尹志杰,管玉卉,胡晓雪.区域水资源可持续利用系统评价的集对分析模型[J].水资源保护,2010,26(4):28-33.(YIN Zhijie, GUAN Yuhui, HU Xiaoxue.Set pair analysis model for assessment of regional water resources sustainable utilization system [J].Water Resources Protection,2010,26(4):28-33.(in Chinese))

Application of TRIZ theory in research of sustainable utilization of water resource

ZHAO Min，HUANG Chuanyou，GAN Rong

(CollegeofWaterResourcesandHydropower,SichuanUniversity,Chengdu610065 ,China)

The author of this paper chose the conflict solving principle in the TRIZ theory to apply in the research of sustainable utilization of water resources, and set up and defined such five general parameter units as water resource unit, ecological environment unit, economic unit, human resource management unit, and technological innovation unit to find the conflicts between those units and establish a conflict matrix. Taking the sustainable utilization of water resources in Ningtri, Tibet as an example, the author redefined the matrix elements according to 40 innovation principles in the TRIZ theory, and found a solution to the problems of sustainable utilization of water resources in Ningtri, Tibet.

TRIZ theory; conflict; water resource; sustainable utilization

10.3880/j.issn.1004-6933.2015.02.007

赵敏(1990—),女,助理工程师,硕士研究生,主要从事水环境资源开发利用与保护研究。E-mail:zhao_scu@qq.com

TV213.4

A

1004-6933(2015)02-0036-04

2014-10-29 编辑：徐 娟)