2.4　水资源优化配置模型构建概述

水资源优化配置是涉及社会经济、生态环境以及水资源本身等诸多方面的复杂系统工程，水资源优化配置的目的就是要综合考虑各方面的因素，既要各方面协调发展，又要使得各方面都尽可能地得到充分发展，保证区域可持续发展。水资源优化配置的最终实现是通过构建和求解水资源优化配置模型。

模型建立就是确定决策变量与决策目标之间的函数关系，并依据区域特性给出相应的约束条件。一方面，可以利用足够的历史统计数据资料确定决策变量与决策目标之间的函数关系式，建立水资源配置综合模型，如采用这种方法建立北京市人口、资源、环境与经济协调发展的多目标规划模型；另一方面，通过系统考虑涉及社会、经济、资源和环境方面的各种要求，考虑多种目标建立大系统模型。这种方法在实际使用中已显示出它们的优越性，是一种适合于复杂系统综合分析需要的方法，如宏观经济系统、生产效益函数法、投入产出分析、大系统分解协调理论等。由于线性规划有标准的求解方法，且线性规划求解的算法程序很易得到，因而在实际操作中常常把许多复杂的水资源规划问题构造成为线性规划模型。

20世纪80年代初，由华士乾为首的课题组对北京地区的水资源利用系统工程方法进行了研究，并在“七五”国家重点科技攻关项目中加以提高和应用。该项研究成果考虑了水量的区域分配、水资源利用效率、水利工程建设以及水资源开发利用对国民经济发展的作用，成为我国水资源配置研究的雏形。“水资源优化配置”一词，在我国正式提出是1991年，当时，为了借鉴国外水资源管理的先进理论、方法和技术，在国家科委和水利部的领导下，中国水利水电科学研究院陈志恺和王浩等在1991—1993年期间承担了联合国开发计划署的技术援助项目“华北水资源管理（UNDPCPR/88068）”。此项目首次在我国构建出了华北宏观经济水资源优化配置模型，开发出了京、津、唐地区宏观经济水规划决策支持系统，它包括由宏观经济模型、多目标分析模型和水资源模拟模型等7个模型组成的模型库，由Oracle软件及ARC/INFO软件支持的数据库和多级菜单驱动的人-机界面等，实现了各模型之间的连接与信息交换。

随后，原国家科委和水利部又启动了“八五”国家重点科技攻关专题“华北地区宏观经济水资源规划理论与方法”，许新宜、王浩和甘泓等系统地建立了基于宏观经济的水资源优化配置理论技术体系，包括水资源优化配置的定义、内涵、决策机制和水资源配置多目标分析模型、宏观经济分析模型、模拟模型，以及多层次多目标群决策计算方法、决策支持系统等。中国水利水电科学研究院、黄河水利委员会和长江水利委员会等，分别结合亚洲银行海南项目、UNDP华北水资源管理项目、国家“八五”攻关“华北地区宏观经济水资源配置模型”“世界银行黄河流域经济模型”“新疆北部地区水资源可持续开发利用”项目以及南水北调项目等，开发和改进了水资源配置优化模型和模拟模型，有效地解决了一批区域性水资源综合规划问题，取得了较好的效果。甘泓、尹明万结合邯郸市水资源管理项目，率先在地市一级行政区域研究和应用了水资源配置动态模拟模型，并开发出界面友好的水资源配置决策支持系统。马宏志、翁文斌和王忠静根据可持续发展理论，在总结和延伸了水资源规划的多目标发展、相互作用、动态与风险性、公众接受和滚动规划的原则基础上，提出一种交互式宏观多目标优化与方案动态模拟相结合的决策支持规划思想和操作方法，用分段静态长系列法模拟水资源系统的动态特性，开发出相应的规划决策支持系统。尹明万和李令跃等结合大连市大沙河流域水资源实际情况，研制出第一个针对小流域规划的水资源配置优化与模拟耦合模型。

在“九五”期间，国家又启动了“九五”国家重点科技攻关项目“西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究”，将水资源配置的范畴进一步拓展到社会经济-水资源-生态环境系统，配置的对象也发展到同时配置国民经济用水和生态环境用水，并且研究和提出了生态需水量计算方法。甘泓和尹明万等结合新疆的实际情况，研制出了第一个可适用于巨型水资源系统的智能型模拟模型，该模型有两个突出特点：一是考虑了生态供水的要求；二是水系统巨大，要素众多，为保证计算精度和加快计算速度，模型中采用了智能化技术。谢新民、秦大庸等根据宁夏的实际情况和亟待研究解决的问题，基于社会经济可持续发展和水资源可持续利用的观点，利用水资源系统分析的理论和方法，分析和确立宁夏水资源优化配置的目标及要求，建立的水资源优化配置模型系统由4个计算模型和两种模式组成分别为：浅层地下水模型、需水预测模型、基于灌溉动态需水量计算的水均衡模型、目标规划模型，以及南部山区当地水资源高效利用模式、引黄灌区地表水与地下水联合高效利用模式等。通过各模型之间不断交换信息、循环迭代计算，对各种方案进行分析和计算，然后建立了能评价和衡量各种方案的统一尺度，即评价指标体系，利用所建立的评价模型对各方案进行分析和评价，最后研制出水资源配置智能型决策支持系统，可为决策者或决策部门提供全面的决策参考和可供具体操作、实施的水资源优化配置推荐方案，为宁夏回族自治区水资源的合理开发和可持续利用提供决策支持。王浩、秦大庸和王建华等在“黄淮海水资源合理配置研究”中，首次提出水资源“三次平衡”的配置思想，系统地阐述了基于流域水资源可持续利用的系统配置方法，其核心内容是在国民经济用水过程和流域水循环转化过程两个层面上分析水量亏缺态势，并在统一的用水竞争模式下研究流域之间的水资源配置问题，是我国水资源配置理论与方法研究的新进展。

王劲峰和刘昌明等针对我国水资源供需平衡在空间上的巨大差异造成了区际调水的需求，提出了水资源在时间、部门和空间上的三维优化分配理论模型体系，包括含4类经济目标的目标集、7类变量组合的模型集和6种边际效益类型的边际效益集，由此组成了168种优化问题，并提出相应的解析解法。王浩、秦大庸和王建华系统地阐述了在市场经济条件下，水资源总体规划体系应建立以流域系统为对象、以流域水循环为科学基础、以合理的配置为中心的系统观，以多层次、多目标、群决策方法作为流域水资源规划的方法论。尹明万和谢新民等结合河南省水资源综合规划试点项目，根据国家新的治水方针和“三先三后”的原则，在国内外首次建立了基于河道内与河道外生态环境需水量的水资源配置动态模拟模型，无论从规划思想、理念和理论上，还是从模型技术、仿真与求解方法上都有所创新和突破，该模型是一个充分反映了水资源系统的多水平年、多层次、多地区、多用户、多水源、多工程的特性，能够将多种水资源进行时空调控，实现动态配置和优化调度模拟有机结合的模型系统，为科学地制定各种水资源配置方案提供了强有力的技术支撑。

贺北方等研究和提出一种基于遗传算法的区域水资源优化配置模型，利用大系统分解协调技术，将模型分解为二级递阶结构，同时探讨了多目标遗传算法在区域水资源二级递阶优化模型中的应用。赵建世、王忠静和翁文斌在分析了水资源配置系统的复杂性及其复杂适应机理分析的基础上，应用复杂适应系统理论的基本原理和方法，构架出了全新的水资源配置系统分析模型。谢新民和岳春芳等针对珠海市水资源开发利用面临的问题和水资源管理中出现的新情况，采用现代的规划技术手段，包括可持续发展理论、系统论和模拟技术、优化技术等，根据国家新的治水方针，在国家“九五”重点科技攻关研究成果的基础上，建立了珠海市水资源配置模型——基于原水-净化水耦合配置的多目标递阶控制模型，并通过3种配置模式和750多种配置方案的模拟计算和综合对比分析，给出了2种优先推荐的配置模式和70多种推荐配置方案，为珠海市未来20年时间尺度上的水资源优化配置和统一管理提供了科学的依据。

总之，上述研究成果标志着我国经过了几代人坚持不懈的努力，使我国水资源优化配置研究从无到有，逐步走向成熟［1］。