多主体建模在水资源管理中的应用:进展与展望

多主体建模作为研究"人类与自然耦合系统"等复杂适应性系统的重要工具,已经被广泛地应用于水资源管理领域.在调研国内外重要研究的基础上,回顾了多主体建模的基础理论、建模工具和框架,并对多主体建模在城市水资源管理、农业水资源管理和流域水资源综合管理3个方面的研究和应用进行了阶段性总结.针对当前研究的不足和难点,结合我国水资源管理的研究现状,提出以下4个研究重点:①加强主体行为决策规则刻画;②加强模型验证和评估研究;③开展代表性流域多主体建模研究;④推动学科交叉和综合集成研究.多主体建模能够揭示人类活动—水文循环的互馈机制,为水资源及水环境的可持续利用和管理提供政策建议,加强多主体建模在水资源管理领域的研究可为水资源管理提供新的思路,推动我国水资源的可持续发展.     

石家庄地区水资源利用与经济发展协调模型研究

运用大系统递阶优化控制理论对石家庄地区水资源开发利用与经济发展协调管理问题进行分析和研究,提出该地区水资源开发利用与经济发展协调管理的三级递阶模型;探讨了模型系统优化识别问题和系统协调管理模式及其优化方法。通过数字仿真、灵敏度分析,说明模型运行结果准确可靠,可作为管理部门决策的依据。     

中国典型城市水资源精测,评价与系统分析

选择９个典型城市进行城市水资源精测，评价与系统分析工作。通过精测与调查收集城市水资源本纱，并用城市水平衡方法检验。提出了城市水资源系统的特性，分析了城市用水系统的各项定额与指标，基于大系统理论建立了城市水资源系统模拟模型与优化管理模型，发展了城市淡资源评价方法。具有理论和应用价值。     

略论水资源系统的混合模型

大系统优化的关键在于模型的降维.混合模型可看作为一种降维方法,它通过把整个系统分解为联系比较松散的几个子系统,达到降维目的.从理论上对这类模型的建模原则、优化技术及其分类和特点进行了归纳和总结,说明了在多目标复杂水资源系统和排灌系统中这种混合模型的应用是十分有效的.     

基于投入产出理论的水资源研究进展及水资源管理展望

近年来,气候变化背景下的水资源问题得到日益增加的关注,其研究从水资源短缺、供需平衡等内容转向适应可持续发展的综合研究。基于投入产出理论的水资源研究,从系统循环的角度分析资源的流动性和持续性,能够揭示水资源-经济社会复合系统中各要素的内在数量关系,提出面向可持续发展的水资源价值观和方法论。首先,从模型拓展和实际应用两条主线梳理了国内外基于投入产出理论的水资源相关研究。在模型方面,概括了投入占用产出模型、水资源投入产出模型和区域间投入产出模型的发展和适用性,对比分析了不同区域间投入产出模型的优缺点。在应用方面,分别从不同时空尺度、驱动力因素等方面对虚拟水、水足迹和水资源优化配置三个热点内容进行了整理,并指出：基于投入产出理论的水资源研究基本建立在价值型模型的基础上;区域间投入产出模型已成为分析区域间经济结构、资源流动等环境问题的重要工具。其次,讨论了投入产出模型在冰冻圈水资源管理中的应用,提出基于服务角度的水资源管理模式。最后,展望了投入产出理论在水资源研究中的应用,以期能够为决策者提供额外的信息以便更好的管理水资源。     

灌区水资源合理配置研究进展

灌区水资源合理配置是提高灌区水资源利用效率及保障粮食安全的重要途径,也是实现灌区水资源可持续利用的有效调控措施。从灌区水资源管理政策、水资源循环转化规律、水资源优化配置模型与方法和水文生态4个方面,对国内外该领域的研究现状进行了对比分析。研究发现,国内灌区水资源配置主要存在4个方面的问题:水资源合理配置与保护政策落实不到位、水资源的统一管理机制不健全、水资源优化配置模型实用性不强和水资源优化配置基础条件较为薄弱。建议加强灌区水资源的统一管理政策与机制、变化环境下水资源循环转化规律、水资源承载力基础理论与评价新方法、水文生态调控技术、水资源实时风险调度与智能化管理技术以及水资源优化配置耦合技术研究。     

辽宁省下辽河平原东部地下水管理模型研究

国内外一些学者已探索建立了一批具体城市和水源的地下水管理模型,笔者试图探索建立一个较大自然单元(面积7029km~2)的区域地下水管理模型。本文概述了地下水管理模型的概念和方法,具体阐述了下辽河平原东部地下水管理模型建立的步骤:模型背景的确立——区域水资源大系统概述;地下水渗流系统的建立及参数识别;管理目标的确立,以满足沈阳、辽阳、鞍山城市未来用水发展为目的、地下水源建设费用最小为目标;水动力,水质、环境、水量等约束条件;优化方法。最后阐述了优化结果,进一步提出基于本区域地表水地下水联合调度的五种水资源开发基本模式。     

目标规划方法地下水资源管理中的应用

以满意决策理论为基础，针对地下水分布参数源管理中关于建模和决策方面的某些突出问题，分析了用目标规划划方法解决这些问题的基本思路，并结合某市水资源管理实例，讨论了目标规划方法的建模过程，求解方法，决策过程及其意义。     

水资源空间均衡评估模型构建及应用

为弥补当前水资源空间均衡评估中对指标模糊性和信息动态性考虑不足的缺陷,基于可变集原理及偏联系数方法构建一种新的水资源空间均衡评估模型。采用可变集方法计算评价对象的相对隶属度,获取级别特征值;利用偏联系数方法探究信息演化对级别的影响,得到基于支持度最大原则的定级策略;综合二者结果对水资源空间均衡状况进行评估。将模型应用于2017年中国31个省级行政区的结果表明:①中国东南地区水资源空间均衡程度良好,西北地区较差,南方优于北方、东部优于西部;②北京市等17个省级行政区的水资源空间均衡状态呈现不同程度的负向演化态势,亟待进一步加强管理,其余地区呈现良性的发展态势;③四川等省份各指标的均衡程度差异较大,需针对性地进行调控与优化。     

流域科学与水资源管理

流域是水资源管理的基本单位。基于水资源文献的综合分析,讨论了自20世纪以来水资源管理概念、目标及途径的变迁,提出建立流域科学,以流域为研究对象,以揭示流域生态水文过程的客观规律为前提,采用现代管理科学理论和方法,应用先进工程技术手段优化配置水资源,满足人类活动及生态系统的多种需求,促进社会、经济及环境的可持续发展。并且指出流域科学的内涵应包括:①水资源的调查、监测和模拟;②水资源利用多目标设定;③水资源分配机制;④水资源管理指标的确定与评价;⑤水资源管理决策机构;⑥水资源管理反馈分析与人类活动调控。     

水资源系统模拟模型研究进展

回顾了国内外水资源系统模拟模型的研究历程,结合当前水资源领域发展方向,介绍了目前的研究现状。分析了以集成方式研究水资源系统模拟技术的必要性,评述了几类当前比较有影响的水资源系统模拟方法以及相应软件。阐述了面向对象技术(OOT)以及地理信息系统(GIS)等在流域水资源模拟中的应用。指出以计算机技术为先导,考虑不同的流域实际状况进行系统分析是构造通用水资源模拟模型的必要条件和发展方向。     

区域水资源可持续利用的综合评价方法

水资源可持续利用指标体系及评价方法是水资源可持续利用研究的核心问题之一。以复合系统理论为基础,将水资源、社会经济和环境组成的复合系统定义为水资源可持续利用系统(RSWRS系统)。应用Bossel可持续发展基本定向指标框架,建立了水资源可持续利用指标评价体系。应用系统综合评价法,权重采用基于Bossel评分标准,以参考状态的离差平方和最大法计算,建立了以RSWRS系统发展综合指数和发展态势度量模型。以陕西省为例,进行了水资源可持续利用的综合定量评价。     

面向需水管理的居民用水行为研究进展

需水管理是水资源管理新趋势,居民用水行为研究是需水管理的微观基础。从居民用水行为的社会学、经济学及计算机模拟研究方面,述评国内外研究进展,为相关研究提供借鉴。社会学研究从易测量的客观因素开始,通过潜变量指代等方法逐步拓展至难以度量的主观因素,依靠计划行动理论揭示要素影响机理。经济学研究通过计量经济学模型评估需求价格弹性、水价结构与收取方式的影响、用水管制与价格调控的综合影响及适用条件。计算机模拟研究注重算法改进,向多代理人模型拓展,与复杂网络、社会影响理论结合,重演历史水资源事件及管理策略效应,提出改进建议。国内总体处于跟随阶段,注重研究方法与国内实际相结合。未来研究需加强社会学、经济学和计算机模拟的综合。     

水资源管理决策支持系统研究进展与展望

从框架、 技术等方面介绍了水资源管理决策支持系统发展状态, 总结了水资源管理决策支持系统的3个发展阶段: 模型模拟阶段、 模型模拟+DSS(DSS: Decision Support System)阶段、 情景分析+集成建模环境+DSS工具阶段, 阐述了这3个发展阶段各自的特点, 剖析了制约水资源管理决策支持系统的发展因素, 讨论了建立一个成功的水资源管理决策支持系统应具备的条件和采用的方式. 最后, 提出了集成综合观测系统、 集成建模环境和联机协商环境的水资源管理决策支持系统框架.     

基于初始二维水权的流域水资源调控框架初析

为推动中国水权制度建设进程与落实最严格水资源管理制度提供技术支撑,基于二维水权概念与内涵等现有研究成果,结合对国内外初始水权分配相关研究进展与需求实践的系统梳理,从供水管理视角提出了包括"初始分配"、"优化调控"和"实时调控"3项内容在内的基于初始二维水权的流域水资源调控理论框架,详细阐述了各组成部分的实现途径、支撑技术、建模步骤及其之间的工作关系。     

黑河流域节水生态农业与流域水资源集成管理研究领域

概述了中国内陆河流域面临的水问题和日益激化的用水矛盾,强调了内陆河地区支柱产业——绿洲农业应该坚持节水和生态的方向,流域集成管理是持续农业的基础。长期从事该方面研究的黑河流域是个较好借鉴,同时也提供了深入开展相关研究的基础,为此提出了以黑河流域为背景的四大研究流域：水文、生物、经济系统水循环与水资源形成演变,节水农业的生物学研究与抗旱品种繁育,农业节水新材料研发与工程节水技术集成,水资源合理配置与流域集成管理;并简述了各领域的主要方向。     

大型复杂引水系统运行调度仿真模型研究

万家寨引黄工程运行调度系统是一个大型复杂引水系统.本文以该系统为背景,建立水资源供需分析、水库调度、地下水资源调蓄、水力瞬变输水过程、水文与工程数据采集处理等三个层次的计算机仿真模型,提出"水资源可持续利用量"的概念,研究系统的合理调度方案和特性参数以及满足未来用水需求,保证环境生态逐步恢复的管理策略,促进供水区水资源的可持续利用.     

Integrative assessment of hydrological, ecological, and economic systems for water resources management at river basin scale

This study presents a basin-scale integrative hydrological, ecological, and economic (HEE) modeling system, aimed at evaluating the impact of resources management, especially agricultural water resources management, on the sustainability of regional water resources. The hydrological model in the modeling system was adapted from SWAT, the Soil and Water Assessment Tool, to simulate the water balance in terms of soil moisture, evapotranspiration, and streamflow. An ecological model was integrated into the hydrological model to compute the ecosystem production of biomass production and yield for different land use types. The economic model estimated the monetary values of crop production and water productivity over irrigated areas. The modeling system was primarily integrated and run on a Windows platform and was able to produce simulation results at daily time steps with a spatial resolution of hydrological response unit (HRU). The modeling system was then calibrated over the period from 1983 to 1991 for the upper and middle parts of the Yellow River basin, China. Calibration results showed that the efficiencies of the modeling system in simulating monthly streamflow over 5 hydrological stations were from 0.54 to 0.68 with an average of 0.64, indicating an acceptable calibration. Preliminary simulation results from 1986 to 1995 revealed that water use in the study region has largely reduced the streamflow in many parts of the area except for that in the riverhead. Spatial distribution of biomass production, and crop yield showed a strong impact of irrigation on agricultural production. Water productivity over irrigated cropland ranged from 1 to 1640 USD/(ha·mm⁻¹), indicating a wide variation of the production conditions within the study region and a great potential in promoting water use efficiency in low water productivity areas. Generally, simulation results from this study indicated that the modeling system was capable of tracking the temporal and spatial variability of pertinent water balance variables, ecosystem dynamics, and regional economy, and provided a useful simulation tool in evaluating long-term water resources management strategies in a basin scale.