摘要：水資源規劃需要“可持續發展”作為基本指導思想，這已被廣泛理解和接受。新形勢下水資源規劃工作也開始在可持續發展思想指導下開展工作。但是，如何來量化研究面向可持續發展的水資源規劃問題？這還是個亟待解決的問題，也是本文主要討論的內容。主要包括：量化研究關鍵問題、量化研究方法、新的水資源規劃思路與步驟以及應用實例。

關鍵詞：可持續發展 水資源規劃 量化研究 研究綜述

一、概述

全國新一輪的水資源綜合規劃編制工作已于2002年全面啟動，計劃用3年的時間完成。這次水資源綜合規劃編制工作是針對我國社會經濟發展對水資源的迫切需要，進一步查清水資源數量、質量及其時空分布，著力解決水資源的開發、利用、配置、節約、保護和治理等重大問題而開展的。

自20世紀80年代開展全國第一次水資源評價和水資源利用規劃工作以來，我國水資源的外部環境和內部條件發生了很大變化，水資源短缺和水環境惡化問題嚴重制約著我國社會經濟的可持續發展。近些年來，我國北方地區持續干旱，華北、西北、東北等地區嚴重缺水，南方的一些地區也存在著資源性缺水、水質性缺水或工程性缺水等問題。生態環境的惡化和水體的污染進一步加劇了水資源緊缺狀況，嚴重影響著社會經濟的可持續發展。通過開展這次規劃工作，將對我國水資源的狀況重新做出評價，科學預測近期和遠期需水趨勢，在節水和水資源保護的基礎上，對水資源進行優化配置，統籌安排水資源全面節約、有效保護、優化配置、合理開發、高效利用、綜合治理和科學管理的布局和方案。

這次水資源綜合規劃的突出特點是，強調水資源量的評價、水資源有效保護、水資源優化配置以及水資源的可持續利用。如何在新一輪的水資源規劃中體現可持續發展思想，是值得探討的問題。特別是，如何定量化體現可持續發展思想？亦即，如何在定量上來尋找以可持續發展為指導的水資源規劃方案？

本文從量化研究的角度，提出量化研究關鍵問題、量化研究方法，建立以可持續發展為目標的水資源規劃模型，給出在可持續發展思路指導下的水資源規劃研究步驟。

二、量化研究需要解決的關鍵問題

2.1 準則問題

就現行水資源規劃準則而言，主要考慮的是：經濟效益(economic benefit)；技術效率(technical efficiency)和實施的可靠性(performance reliability)。盡管它們仍然被應用，但是，就現狀而言已經不能滿足可持續發展的要求。從《21世紀議程》要求的社會、經濟、資源、環境相協調的高度，已迫切需要逐步轉變到新的行為準則。

實際上，“可持續發展”就是水資源規劃非?；镜膶t。然而，僅談“可持續發展準則”有點太籠統、太空洞，不便于操作。因此，從量化研究的角度，急需要形成新的準則。

本文作者在文[1]、[3]、[4]中從量化研究的角度，提出可持續發展的三個準則：①可承載：可持續發展首先要求不允許破壞地球上生命支撐系統（如空氣，水，土壤等），即處在可承載的最大限度之內，以保證人類福利水平至少處在可生存狀態。②有效益：可持續發展鼓勵經濟增長。當然，它與傳統的經濟學觀點有質的區別。它不僅重視增長數量，更追求改善質量。它是以保護自然環境為基礎，以改善和提高生活質量為目標，與資源、環境的承載能力相協調。③可持續：可持續發展不僅考慮到當代人，而且顧及到后代人。不僅要保證現代的發展，而且要保證未來的發展，使發展處在不斷增加的趨勢。

2.2 指標體系問題

在可持續發展量化研究中由于具體區域（或流域）的實情千差萬別，水資源規劃方案也多種多樣。如果沒有一套明確、清晰的評價指標體系作為衡量標準的話，則很難將可持續發展對水資源規劃的指導方案變為一種可操作的管理模式，用于指導實際工作。

研究水資源規劃的指標體系，應該是一個多層次的復雜結構體系。至少應該包括四大類，即社會經濟指標、水資源指標、生態環境指標和綜合性指標。每大類又有多個子類、子子類。

社會經濟指標，主要由描述和表征人口、經濟、社會、科技等發展的指標集組成。通過這些指標能夠反映出水資源在社會經濟系統中的配置狀況，水資源對社會經濟發展的貢獻作用，以及社會福利的增長情況。

水資源指標，主要由反映水文循環狀況和水資源開發利用情況的指標集組成，包括水質和水量兩個方面。

生態環境指標，是用于表征區域（或流域）內生態環境質量的主要因子，包括河湖質量指標、植被質量指標、土地質量指標、總體質量指標、生態需用水指標等。

綜合性指標，主要從宏觀層次上選擇那些反映復合系統發展特性的指標和反映子系統間協調程度的指標。

2.3 基礎模型問題

面向可持續發展的水資源規劃的目標，是為社會經濟的發展和生態環境的保護提供源源不斷的水資源。實現水資源在當代人之間、當代人與后代人之間、以及人類社會與生態環境之間公平合理的分配。因此，水資源規劃量化研究的對象系統應該界定在社會經濟—水資源—生態環境復合系統上。在這個復合系統中，社會經濟、水資源、生態環境三大子系統相互作用與影響，構成了有機的整體。那么，量化研究就需要建立這個復合系統的耦合模型（簡記作SubMod(S，E，R，E)）。這是建立面向可持續發展的水資源規劃量化研究體系的基礎，具有重要的地位，也是量化研究的特色之一。

2.4 量化方法問題

剩下的問題就是量化方法問題。也就是，如何利用“量化指標”來定量評價或判斷某地區是否遵循可持續發展準則？又怎樣“做”才能符合可持續發展準則？本文介紹兩種可持續發展量化研究方法。一種是基于“社會凈福利函數”的量化方法；一種是基于“發展綜合指標測度（DD）”的量化方法。前一種方法，是用經濟學手段，量化可持續發展中的社會、經濟和生態環境效益。由于技術難度較大、資料一般不易得到，實際應用上受到限制。第二種方法，是采用模糊隸屬度定量描述方法和多準則集成技術，來量化水資源規劃中的可承載能力、經濟效益和可持續性以及它們的集成等問題。

3.1 基于“社會凈福利函數”的量化方法

社會凈福利函數，是對國民收入（GDP）的一種“綠化”，是從GDP中扣除恢復生態環境良性循環所需的支出后，得到的一個新指標，也稱為凈經濟福利。計算公式如下：

式中：——第T個時段選擇第k個方案時所對應的凈福利；——第T個時段選擇第k個方案時所對應的GDP；——第T個時段選擇第k個方案時恢復生態環境良性循環所需的支出，其值包括生態環境破壞所造成的經濟損失值和恢復生態環境所需的各種費用。

根據可持續發展的概念和基本目標，可持續發展應遵循以下準則：效益最大化、可生存、可承載和可持續。它們的量化模型如下：

目標函數： （效益最大化）

約束條件：；；； （可生存）

； ； ； （可承載）

；；

； （可持續）

式中：–––表示第T個時段選擇第k個方案時所對應的凈福利；T –––從現在到未來的一個時段，其取值為1，2，…N ；N–––系統可有效預測的最大時段個數；k–––第T個時段的決策變量，即方案的選擇變量；r–––第T個時段的貼現率；–––第T個時段選擇第k個方案時所對應的人均GDP；–––當前人們滿足最低生活標準所需的人均經濟收入；–––第T個時段選擇第k個方案時所對應的生活總需水量；–––滿足人們生理與生活所需的最小用水量；–––第T個時段選擇第k個方案時所對應的生態環境質量；–––滿足人們生活、生產及享樂需求的最低生態環境質量標準；–––總需水量；–––最大可供水量；–––污水的總排放量；–––水環境的容量；–––對應生態環境承載力閥值的凈福利，用貨幣單位表示；–––第T個時段選擇第k個方案時所對應的人口總數；–––第T個時段選擇第k個方案時系統總用水量；–––第T個時段選擇第k個方案時系統總供水量；ε–––總用水量和總供水量兩者匹配調節值；–––第T個時段選擇第k個方案時所對應的生態環境質量。

3.2 基于“發展綜合指標測度（DD）”的量化方法

（1）“可承載”的度量?？紤]“可承載”、“可持續”實際度量上存在的模糊性，本文作者曾提出用模糊數學中隸屬度進行度量的方法。對任一指標，先進行無量綱化處理：選定“可承載”限度，當越大，可承載程度也越大時（如人均糧食產量），定義；當e越大，可承載程度越小時（如水體礦化度C），定義。再通過隸屬函數來描述任一指標對應的隸屬度，設為。對多指標組成的整個系統可承載隸屬程度為：。式中：n1——表示整個系統有n1個“可承載”指標；LI(T)——表示整個系統在T時段可承載隸屬度；——表示第因子的指數權重。

（2）“有效益”的度量。取經濟學指標（如國民生產總值等）為SP，設初始年SP值為基準值SP0。為了使數據無量綱化，令。再用下面的隸屬函數（也可據具體情況另選）來量化：。式中，為待定系數?？梢葬槍Σ煌貐^，只要選定某一對應的SP(T)值，就可以反求出。

（3）發展綜合指標測度DD(T)。把“可承載”（隸屬度LI(T)）與“有效益”（隸屬度EG(T)）綜合起來，來表征系統的發展狀態。這就是本文作者曾提出的“發展綜合指標測度”：

式中，分別是給定EG(T)、LI(T)的一個指數權重。DD(T)是系統在T時段“發展綜合指標測度”。DD(T)∈[0，1]。DD(T)作為衡量T時段“發展”的一個“尺度”。

（4）“可持續”度量。令（如果T=1，約定）。如下式：

定義全時段發展相對可持續性的隸屬度（簡稱“可持續發展態勢隸屬度”）為：

SDDT

式中，N為整個時段個數；N0——是選定的常數（如5，10，……，N）。

在水資源規劃量化研究中，需要建立以可持續發展為指導思想的優化模型。這是尋找水資源規劃方案的基礎。這里，僅介紹基于“發展綜合指標測度（DD）”的優化模型。

（1）目標函數。以可持續發展為目標，要求“發展”的目標函數BTI值達最大。即，在某一特定時段，在滿足一定條件下，使其總效益達到最大。

(BTI)=

（2）約束條件。欲保證整個系統可持續發展，必然要求系統可承載、可持續（即發展態勢）達到某一最低水平（分別設為LI0、SDDT0）。于是，有可承載、可持續條件方程式：

LI(T)≥LI0 ， T≥T1

SDDT≥SDDT0

此外，需要把“社會經濟—水資源—生態環境” 復合系統耦合模型SubMod(S，E，R，E)嵌入到優化模型中，作為其一個約束條件。還可以針對具體情況增加一些其它約束條件。于是，得到水資源規劃模型：

目標函數：

約束條件：LI(T)≥LI0 ，T≥T1

SDDT≥SDDT0

SubMod(S，E，R，E)

其它約束條件

它是一個涉及社會經濟、水資源系統、生態環境三大方面、且在社會經濟系統與水資源-生態環境系統的耦合系統中運行、滿足一定約束條件、要求總體效益最大的優化模型。一般，該模型是一個十分復雜的多階段非線性優化模型，其求解比較困難。對此，作者提出采用計算機模擬技術的方法，求得模型的近似最優解。這樣可以大大減少計算工作量。

基本的研究思路和過程介紹如下（技術路線如圖1所示）：

（1） 根據研究區的具體實際，制定水資源規劃的依據、具體任務、目標和指導思想。重點要體現可持續發展的思想；

（2） 了解社會經濟發展現狀和發展趨勢，建立社會經濟主要指標的發展預測模型，對未來不同規劃水平年的發展狀況進行科學預測；

（3） 分析研究區水資源量和可供水資源量，并建立水量模型，以作為研究的基礎模型；

（4） 綜合社會經濟系統和水資源與環境系統之間的聯系，建立“水資源與社會經濟生態環境耦合模型”。作為面向可持續發展的水資源優化配置模型的基礎模型；

（5） 研究可持續發展的量化方法，并建立面向可持續發展的水資源優化配置模型；

（6） 通過優化模型的求解和優化方案的尋找，來制定水資源規劃的具體內容。

圖1 研究技術路線框圖

因篇幅所限，本文只能簡單介紹作者曾在《博斯騰湖流域可持續水資源管理應用研究》項目中所做的部分研究工作。

博斯騰湖位于新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州境內，是目前我國最大的內陸淡水湖泊。它既是開都河的尾閭，又是孔雀河的源頭，兼有開都河來水的水資源調控、孔雀河流域農田灌溉、工業及城鄉生活用水、流域生態環境保護和向塔里木河中下游緊急調水等多種功能。流入博斯騰湖的常年性河流只有開都河。開都河在寶浪蘇木處又分為東、西兩支，東支注入博斯騰湖大湖，西支注入博斯騰湖小湖。經過博斯騰湖的調節，從大湖出口——西泵站、小湖出口——達吾提閘匯入到孔雀河。如何協調該區工業、農業發展與生態環境保護的關系？如何協調上游灌區（即開都河灌區）發展規模與下游灌區（即孔雀河灌區）發展規模的關系？。

首先，進行水文學、生態學基礎研究、社會經濟系統動態變化系統研究，得到全流域水量水質生態耦合系統模型和社會經濟發展預測模型；其次，建立了博斯騰湖流域水資源優化配置模型，在此基礎上，制定了該地區水資源規劃。內容包括① 經濟結構調整；② 節水灌溉措施以及農業灌溉效率確定；③ 博斯騰湖生態環境保護具體措施；④ 上、下游灌區發展規模及引水量大小確定；⑤ 確保博斯騰湖水質目標的水管理措施。

[1] 左其亭，陳曦著，面向可持續發展的水資源規劃與管理，中國水利水電出版社，2003。

[2] 夏軍，可持續水資源系統管理研究與展望，水科學進展，1997（12）。370-375。

[3] 左其亭，吳澤寧，可持續水資源管理量化研究的關鍵問題，《西北水資源與水工程》，2002（3），1-4。

[4] 左其亭，面向可持續發展的水利規劃理論與實踐，《鄭州大學學報》，2002（3），37-40。

[5] ZBIGNIEW W. KUNDZEWIOZ， Water resources for sustainable development， Hydrological Sciences. 1997， 42(4). 467-480。