基于二元水循环模式的区域水资源配置研究浅析

基于二元水循环模式的区域水资源配置研究浅析

摘要：水资源问题是我国面临的重要资源和环境问题。水资源合理配置是解决水资源问题的重要途径，现将二元水循环模式应用于区域水资源配置中，即在水资源配置中考虑“自然-人工”水循环的影响，并决策出使区域社会-经济-生态最优的水资源配置方案。

关键词：二元水循环；水资源配置；动态平衡

水是生命之源，是人类社会发展的基础，其重要性已毋庸置疑。而在水资源供需矛盾日渐尖锐的今天，研究利用现有水利工程的优化调度，协调缺水与洪灾之间的矛盾，是投资小、回报高，且不破坏生态环境的方法，不失为解决水问题的有效途径之一。基于二元模式配置理论认为，流域是由社会经济系统、生态环境系统和水资源系统组成。天然水循环支撑了生态环境系统，同时水资源开发利用在天然水循环的大框架内形成了人工侧支水循环，与天然水循环共同支撑着社会经济系统的发展，并由此形成了流域水资源演化的二元结构。且随着城市化进程和人类活动的加快，人工侧支水循环的影响愈发突出。故将水资源二元演化理论与方法应用于区域水资源优化配置中，从而实现广义水资源高效利用，使区域水资源―经济―生态复合大系统最有发展的目的，是

很有理论以及现实意义的。本文综合概述了二元水循环理论在水资源优化配置中的研究现状和意义。

1 国内外水资源配置进展

水资源短缺与水环境恶化问题已严重影响了我国经济

社会的可持续发展。区域水资源配置是从最初的水量分配到目前协调考虑流域和区域社会经济、环境和生态各方面需求进行有效的水量调控。水资源配置研究日益受到重视。目前，水资源开发利用和人类活动结合日趋紧密，影响因素逐渐增多，导致其结构更趋复杂，这就促使在水资源天然循环和供用耗排人工侧支循环的统一框架下完成水资源配置。

对于水资源合理配置的含义，不同阶段有不同学者提出自己的见解。一般认为水资源配置是指在流域或特定的区域范围内，遵循有效性、公平性和可持续性原则。利用各种工程和非工程的措施，按照市场经济规律和资源配置准则，通过合理抑制需求、保障有效供给、维护和改善生态环境质量等手段和措施，对多种可利用水源在区域间和各用水部门间进行的调配。水资源配置中必须考虑水量的需求与供给、水环境的污染与治理、水与生态三重平衡关系。

国外对水资源优化配置的研究始于20世纪60年代初，此后线性规划、动态规划、多目标规划和群决策等方法先后被广泛应用。

国内的水资源优化配置研究起步稍晚。随着我国经济的

快速发展，由于水资源的不合理利用，导致了流域生态环境退化和阻碍社会经济发展等一系列问题。故怎么在有限的水资源条件下，实现水资源合理配置的决策方案，实现区域“社会-经济-生态”系统的可持续发展，已经成为各学者专家研究的热点问题。且已有不少国内外专家学者也做了相应的研究并取得了一些成果。

2 基于二元水循环模式的水资源配置方法

目前水循环呈现出“自然-人工”二元特性，且随着人类活动的加剧，其对自然水循环过程的影响逐渐增强，水循环的二元特性更加突出。人类活动一方面通过直接作用（如水库坑塘的修建，跨流域区域调水工程以及人工取用水等环节），使水循环系统的结构和循环路径发生变化；另一方面，通过间接的方式（如土地利用、森林砍伐、温室气体及其他排放等）改变下垫面条件或局部区域气候，从而影响水循环的诸要素。有关水循环的二元特性集中的表现在循环结构、循环驱动力和循环参数三方面：

在循环结构方面，由以“降水坡面河道地下”为基本循环环节的“一元”自然水循环结构，转向包括流域/区域“取水用水（耗水）排水再生利用”人工水循环环节以及水资源开发利用变化对自然水循环的影响等在内的“自然社会”二元水循环特性。

在循环驱动力方面，已由过去一元自然驱动（包括太阳

能和重力势能）演变为现在的“天然人工”二元驱动（除自然驱动力外，还包括蓄引提水所附加的人工能量以及全球气候变化导致温度变化而引起的能量的改变）。

在循环参数方面：由于下垫面变化和土地利用方式的改变以及城市化进程，使得土壤孔隙和持水结构发生改变，进而导致蒸发、径流、下渗等水文特性参数随之发生改变。与此同时，水资源开发利用与社会经济活动也影响着水循环参数。

半个世纪以来，由于全球气候变化和人类活动的加剧，水循环过程和水资源状况产生了深刻的改变，很多地区发生了严重的水问题与水危机，其主要原因是流域水循环的驱动力、循环结构、循环参数在人类活动的影响下发生了二元演变效应，呈现出明显的“自然-社会”二元特性，并导致了径流性水资源衰减、水体污染以及环境污染、天然生态退化等各种不良恶果。

随着水资源二元循环模式的提出，目前水资源配置将水资源、经济、生态环境三大系统作为一个有机整体，进行供需平衡分析和耗水平衡分析，相应地系统网络图是水资源配置的基础。有学者提出的系统网络图以水资源天然和人工侧支循环演化的二元模式为基础，由供需平衡分析系统和耗水平衡分析系统组成。供需平衡分析以计算单元及相应的节点、水传输系统为基础，耗水平衡分析以流域单元（水资源

分区）及其水传输系统为基础。

根据上述模式内涵分析，基于二元模式的方法与传统方法相比至少存在三方面的差异，一是评价角度上，将人工驱动项作为水资源演变的内生动力，而非采取“剔除”的方式实现“还原”；二是在评价过程上，要保持天然水循环过程和人工水循环过程的动态耦合作用，并充分反映人类活动的影响；三是评价的内容和成果要同时服务于不同层次的生态建设、环境保护和社会经济发展。基于二元水循环模式的水资源配置应当注意的问题：（1）水资源配置应当从水量和水质等多方面考虑；（2）对干旱缺水的生态脆弱地区，在进行水资源配置时要注意保持水土平衡、水量平衡和水盐平衡。根据实际情况，提高区域内水土资源匹配效率；（3）区域水资源配置的模式包括空间配置、时间配置、水源配置、用水配置和管理配置，在配置过程中必须坚持侧重生态的宏观配置和以经济为主导的市场配置相结合；（4）二元模式下的资源概念是相对生态环境和经济社会两大系统而言的，因此配置中还需要在可控水资源中进一步区分国民经济允许的开

发利用量。

3 结语与展望

面对复杂的水循环过程以及水资源和水环境所面临的

问题，很多学者立足于水资源的动态转化形式水循环，在全面剖析现代环境下的水循环“自然-人工”二元特性的基础上，