水資源設備配置解析

1、水資源設備配置解析     作者：朱厚華 仇亞琴 吳彩麗 單位：水利部水資源管理中心 中國水利水電科學研究院在水資源開發(fā)利用調查評價方面要分析供水水資源狀況以及變化趨勢，供水總量、結構、分布及變化趨勢，還包括用水量、用水結構、用水水質、耗水量和耗水率以及用水效率，以及相應農業(yè)灌溉回歸水量和工業(yè)、生活廢污水排放量等指標1，盡可能分析水資源利用過程的各個環(huán)節(jié)。水資源配置形式以水資源利用為主體的生態(tài)經濟系統(tǒng)，像其他大系統(tǒng)一樣，也具有質和量的規(guī)定性。質的規(guī)定性把不同性質的系統(tǒng)區(qū)分開;量的規(guī)定性把同質的系統(tǒng)區(qū)分開若干子系統(tǒng)。水資源系統(tǒng)的運動離不開時間和空間，因此水

2、資源系統(tǒng)的配置要素表現在質、量、空間和時間4種基本形式3。水資源配置需要完成水量、水質以及時間和空間上的配置。量的配置水量是水資源配置的基本形式，體現在水資源的供需平衡。水資源配置的水源包括地表水、地下水、再生水、微咸水、海水、外調水等，需要協(xié)調多種供水水源，提高供水總量和供水保證率。質的配置根據用水戶對水質的不同要求，按原生水、中水、再生水等分質配水。分質供水需在采用工程手段實現水資源合理配置的同時，輔之以法規(guī)政策、經濟、科技、行政等方面的非工程措施4。時間的配置水資源在年內、年際之間的變化是非均勻的，并有一定的隨機性。天然來水與用水過程上有時不同步，這就要水資源開發(fā)與水患防治相結合，通過攔

3、蓄、存儲和調節(jié)、控制水等優(yōu)化調度措施實現水資源在時間上的合理配置?？臻g的配置水資源的空間配置雖然主要決定與地域的天然條件和分布規(guī)律，但可以通過科學技術和工程措施改變自然之間的天然差別，創(chuàng)造新的條件，促進水資源地域轉移，形成新的布局。水資源的配置和大規(guī)模布局是在一定自然環(huán)境和經濟環(huán)境下實現的，它既可促進生態(tài)環(huán)境改善，也可破壞自然環(huán)境3，因此要根據國民經濟布局、供水水源和缺水狀況，合理確定供水范圍，使水資源在空間上提高水資源與經濟發(fā)展和生態(tài)保護之間的協(xié)調程度。水資源配置目標資源合理配置的目標有2種表達方式，一種是使有限的資源產生最大的效益;另一種是為取得預定的效益盡可能少地消耗資源。第一種方式要求

4、在一定的資源條件下，通過對各種資源的合理安排、組合，以追求產出的效益最大化;第二種方式在既定的目標下，如何合理地組織、安排資源使用，使總的資源成本最小5。水資源通過合理配置，協(xié)調各地區(qū)以及各用水部門間的利益矛盾，提高區(qū)域整體的用水效率和效益，實現水資源的社會、經濟和生態(tài)綜合效益最大是水資源合理配置的目標2。水資源合理配置的目標顯然不是一個單純的簡單優(yōu)化問題，它涉及到社會、經濟和生態(tài)以及一些很難確切量化的問題，另外水資源系統(tǒng)經常受到隨機事件和隨機因素的影響。因此，傳統(tǒng)的基于單目標的水資源合理配置的分析方法已經不適合當今的要求6。從系統(tǒng)科學的觀點看，水資源持續(xù)利用的實現，就是水資源生態(tài)環(huán)境社會經濟

5、復合系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展功能的體現。馮尚友(1997)提出水資源生態(tài)經濟復合系統(tǒng)理論，給出了可持續(xù)框架下水資源利用系統(tǒng)的總體控制目標，其采用社會、經濟和環(huán)境效益的綜合效益最大來表示:（式略）式中:x為n維向量的控制(決策)變量;E，S，R分別表示經濟效益、社會效益和環(huán)境效益;Z，t為系統(tǒng)占有的空間和時間，在具體區(qū)域和時間確定時，均為常數;G為對系統(tǒng)起制約作用的約束條件集，如水的承載力、環(huán)境容量和其它社會約束條件等;xj為控制向量的非負條件3。隨著數學規(guī)劃理論和電子計算機的普及，多目標問題漸漸應用于水資源合理配置中，其主要目標包括:國家經濟發(fā)展目標，尋求通過投資來增加國家收入，以獲得最大的經濟效益;區(qū)域

6、經濟發(fā)展目標，是以獲得地區(qū)性的經濟效益最大為目標;環(huán)境質量目標，是以提高環(huán)境質量水平為目標，它包括旅游資源、生態(tài)系統(tǒng)平衡的保護和改善，水土和空氣質量的提高等;社會福利目標，包括就業(yè)、人口控制、文化教育和安全等內容。這些目標往往相互矛盾和制約，因此目標必須反映短期、中期和長期各不同目標值，各用水部門的利害關系，生態(tài)系統(tǒng)平衡狀況和環(huán)境質量的變化，政策、體制、經濟、環(huán)境的約束和控制等6。這樣就可以把水資源問題表達為向量最優(yōu)化形式，其模型結構為:（式略）由于目標的增加，特別是環(huán)境質量、社會福利等目標的增加，使多目標問題較傳統(tǒng)的單一目標規(guī)劃問題復雜得多，特別是環(huán)境質量、社會福利還沒有標準有效的方法可循2

7、，6，難以確切合理量化，因此多目標規(guī)劃，目前還沒有廣泛應用到水資源合理配置中去。水資源配置方案水資源配置方案擬定目的是在可行條件下提出水資源合理配置方案集，從而得到解決問題的具體措施和綜合方案。在水資源及其開發(fā)利用調查評價成果的基礎上，分析未來水資源開發(fā)利用的可能潛力以及最小的生態(tài)環(huán)境需水要求，以各類合理抑制需求、有效增加供水、積極保護生態(tài)環(huán)境等措施的組合為分析方案，根據公平、高效和可持續(xù)的原則對各種分析方案的結果及其影響進行分析比較，提出水資源合理配置的推薦方案。水資源合理配置方案的擬定需要進行供水預測、水資源保護、需水預測、節(jié)水潛力分析和社會經濟發(fā)展目標分析等內容，在此基礎上通過各個部分的

8、相互關聯(lián)和動態(tài)反饋，以不同方式的組合得到水資源配置方案集，通過多方案的分析比較和合理性評價得到水資源配置的技術推薦方案7。在方案集可行域內，針對水資源供需矛盾等問題，結合現實可能的投資狀況，以方案集的下限為基礎，逐漸加大投入，逐次增加邊際成本最小的供水與節(jié)水措施，提出具有代表性、方向性的方案，形成水資源供需分析計算方案集。依據流域或區(qū)域的社會、經濟、生態(tài)、環(huán)境等方面的具體情況有針對性地選取增大供水、加強節(jié)水等各種措施組合設置方案，考慮各種可能獲得的不同投資水平，在每種投資水平下根據不同側重點的措施組合得到不同方案6。水資源配置方案決策水資源配置的決策涉及到中央、地方多個決策層次，部門、地區(qū)多個

9、決策主體，近期、遠期多個決策時段，社會經濟、生態(tài)環(huán)境多個決策目標，還涉及水資源的自然、社會、經濟、生態(tài)等內在屬性，以及水文、工程、水量、水質、投資等多類約束條件，是一個高度復雜的多階段、多層次、多目標、多決策主體的風險決策問題，處理如此復雜的決策的理論方法尚不多見。合理配置的決策方法可以從簡化決策入手，把復雜問題逐級化簡，再將處理簡單問題的方法復合起來形成處理復雜問題的有效方法，即將多層次決策問題分解為單層次問題，將多決策者問題通過合理綜合歸納歸結為單決策者問題，將多目標決策問題轉化為單目標決策問題，這樣就把一個復雜問題逐步簡化為簡單決策問題2。決策備選方案是水資源配置的多層次、多決策者和多目

10、標決策過程中的關鍵。在完成方案水資源供需分析的基礎上，得出各方案的相應投入及預期效果，分析存在的主要問題，對擬定的方案集進行方案比選，提出推薦方案。對選擇的推薦方案再進行必要的修改完善和詳細模擬，確定多種水源在區(qū)域間和用水部門之間的調配，提出分區(qū)的水資源開發(fā)、利用、治理、節(jié)約和保護的重點、方向及其合理的組合等6。水資源合理配置模型可以提供對各種方案的利弊關系以及區(qū)域間的相互關系及其影響進行定量分析、比較和評判的技術平臺，通過發(fā)展模式度量指標體系和方案度量體系，對不同層次之間發(fā)展指標的不協(xié)調性以及同一層次不同發(fā)展目標之間的不協(xié)調性進行量化評價，從而為多決策者提供了進行協(xié)商對話的基礎，使決策更具有普遍性和公平合理性。結論水資源合理配置是一個龐大的系統(tǒng)工程，是滿足國民經濟和人類生存對水資源的需求，實現水資源的社會、經濟和生態(tài)綜合效益最大化的基礎工作。水資源配置形式上是對水資源質、量、空間和時間的配置，配置基礎是水資源自然屬性現狀和經濟社會發(fā)展需求，配置