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

關(guān)鍵詞：可持續(xù)發(fā)展 水資源規(guī)劃 量化研究 研究綜述

一、概述

全國新一輪的水資源綜合規(guī)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(guī)劃編制工作是針對我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水資源的迫切需要，進(jìn)一步查清水資源數(shù)量、質(zhì)量及其時空分布，著力解決水資源的開發(fā)、利用、配置、節(jié)約、保護(hù)和治理等重大問題而開展的。

自20世紀(jì)80年代開展全國第一次水資源評價和水資源利用規(guī)劃工作以來，我國水資源的外部環(huán)境和內(nèi)部條件發(fā)生了很大變化，水資源短缺和水環(huán)境惡化問題嚴(yán)重制約著我國社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。近些年來，我國北方地區(qū)持續(xù)干旱，華北、西北、東北等地區(qū)嚴(yán)重缺水，南方的一些地區(qū)也存在著資源性缺水、水質(zhì)性缺水或工程性缺水等問題。生態(tài)環(huán)境的惡化和水體的污染進(jìn)一步加劇了水資源緊缺狀況，嚴(yán)重影響著社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。通過開展這次規(guī)劃工作，將對我國水資源的狀況重新做出評價，科學(xué)預(yù)測近期和遠(yuǎn)期需水趨勢，在節(jié)水和水資源保護(hù)的基礎(chǔ)上，對水資源進(jìn)行優(yōu)化配置，統(tǒng)籌安排水資源全面節(jié)約、有效保護(hù)、優(yōu)化配置、合理開發(fā)、高效利用、綜合治理和科學(xué)管理的布局和方案。

這次水資源綜合規(guī)劃的突出特點(diǎn)是，強(qiáng)調(diào)水資源量的評價、水資源有效保護(hù)、水資源優(yōu)化配置以及水資源的可持續(xù)利用。如何在新一輪的水資源規(guī)劃中體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展思想，是值得探討的問題。特別是，如何定量化體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展思想？亦即，如何在定量上來尋找以可持續(xù)發(fā)展為指導(dǎo)的水資源規(guī)劃方案？

本文從量化研究的角度，提出量化研究關(guān)鍵問題、量化研究方法，建立以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的水資源規(guī)劃模型，給出在可持續(xù)發(fā)展思路指導(dǎo)下的水資源規(guī)劃研究步驟。

二、量化研究需要解決的關(guān)鍵問題

2.1 準(zhǔn)則問題

就現(xiàn)行水資源規(guī)劃準(zhǔn)則而言，主要考慮的是：經(jīng)濟(jì)效益(economic benefit)；技術(shù)效率(technical efficiency)和實(shí)施的可靠性(performance reliability)。盡管它們?nèi)匀槐粦?yīng)用，但是，就現(xiàn)狀而言已經(jīng)不能滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。從《21世紀(jì)議程》要求的社會、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境相協(xié)調(diào)的高度，已迫切需要逐步轉(zhuǎn)變到新的行為準(zhǔn)則。

實(shí)際上，“可持續(xù)發(fā)展”就是水資源規(guī)劃非常基本的導(dǎo)則。然而，僅談“可持續(xù)發(fā)展準(zhǔn)則”有點(diǎn)太籠統(tǒng)、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(zhǔn)則。

本文作者在文[1]、[3]、[4]中從量化研究的角度，提出可持續(xù)發(fā)展的三個準(zhǔn)則：①可承載：可持續(xù)發(fā)展首先要求不允許破壞地球上生命支撐系統(tǒng)（如空氣，水，土壤等），即處在可承載的最大限度之內(nèi)，以保證人類福利水平至少處在可生存狀態(tài)。②有效益：可持續(xù)發(fā)展鼓勵經(jīng)濟(jì)增長。當(dāng)然，它與傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)學(xué)觀點(diǎn)有質(zhì)的區(qū)別。它不僅重視增長數(shù)量，更追求改善質(zhì)量。它是以保護(hù)自然環(huán)境為基礎(chǔ)，以改善和提高生活質(zhì)量為目標(biāo)，與資源、環(huán)境的承載能力相協(xié)調(diào)。③可持續(xù)：可持續(xù)發(fā)展不僅考慮到當(dāng)代人，而且顧及到后代人。不僅要保證現(xiàn)代的發(fā)展，而且要保證未來的發(fā)展，使發(fā)展處在不斷增加的趨勢。

2.2 指標(biāo)體系問題

在可持續(xù)發(fā)展量化研究中由于具體區(qū)域（或流域）的實(shí)情千差萬別，水資源規(guī)劃方案也多種多樣。如果沒有一套明確、清晰的評價指標(biāo)體系作為衡量標(biāo)準(zhǔn)的話，則很難將可持續(xù)發(fā)展對水資源規(guī)劃的指導(dǎo)方案變?yōu)橐环N可操作的管理模式，用于指導(dǎo)實(shí)際工作。

研究水資源規(guī)劃的指標(biāo)體系，應(yīng)該是一個多層次的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系。至少應(yīng)該包括四大類，即社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、水資源指標(biāo)、生態(tài)環(huán)境指標(biāo)和綜合性指標(biāo)。每大類又有多個子類、子子類。

社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，主要由描述和表征人口、經(jīng)濟(jì)、社會、科技等發(fā)展的指標(biāo)集組成。通過這些指標(biāo)能夠反映出水資源在社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的配置狀況，水資源對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)作用，以及社會福利的增長情況。

水資源指標(biāo)，主要由反映水文循環(huán)狀況和水資源開發(fā)利用情況的指標(biāo)集組成，包括水質(zhì)和水量兩個方面。

生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，是用于表征區(qū)域（或流域）內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要因子，包括河湖質(zhì)量指標(biāo)、植被質(zhì)量指標(biāo)、土地質(zhì)量指標(biāo)、總體質(zhì)量指標(biāo)、生態(tài)需用水指標(biāo)等。

綜合性指標(biāo)，主要從宏觀層次上選擇那些反映復(fù)合系統(tǒng)發(fā)展特性的指標(biāo)和反映子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)程度的指標(biāo)。

2.3 基礎(chǔ)模型問題

面向可持續(xù)發(fā)展的水資源規(guī)劃的目標(biāo)，是為社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供源源不斷的水資源。實(shí)現(xiàn)水資源在當(dāng)代人之間、當(dāng)代人與后代人之間、以及人類社會與生態(tài)環(huán)境之間公平合理的分配。因此，水資源規(guī)劃量化研究的對象系統(tǒng)應(yīng)該界定在社會經(jīng)濟(jì)—水資源—生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)上。在這個復(fù)合系統(tǒng)中，社會經(jīng)濟(jì)、水資源、生態(tài)環(huán)境三大子系統(tǒng)相互作用與影響，構(gòu)成了有機(jī)的整體。那么，量化研究就需要建立這個復(fù)合系統(tǒng)的耦合模型（簡記作SubMod(S，E，R，E)）。這是建立面向可持續(xù)發(fā)展的水資源規(guī)劃量化研究體系的基礎(chǔ)，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(biāo)”來定量評價或判斷某地區(qū)是否遵循可持續(xù)發(fā)展準(zhǔn)則？又怎樣“做”才能符合可持續(xù)發(fā)展準(zhǔn)則？本文介紹兩種可持續(xù)發(fā)展量化研究方法。一種是基于“社會凈福利函數(shù)”的量化方法；一種是基于“發(fā)展綜合指標(biāo)測度（DD）”的量化方法。前一種方法，是用經(jīng)濟(jì)學(xué)手段，量化可持續(xù)發(fā)展中的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益。由于技術(shù)難度較大、資料一般不易得到，實(shí)際應(yīng)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(zhǔn)則集成技術(shù)，來量化水資源規(guī)劃中的可承載能力、經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)性以及它們的集成等問題。

3.1 基于“社會凈福利函數(shù)”的量化方法

社會凈福利函數(shù)，是對國民收入（GDP）的一種“綠化”，是從GDP中扣除恢復(fù)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)所需的支出后，得到的一個新指標(biāo)，也稱為凈經(jīng)濟(jì)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(yīng)的凈福利；——第T個時段選擇第k個方案時所對應(yīng)的GDP；——第T個時段選擇第k個方案時恢復(fù)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)所需的支出，其值包括生態(tài)環(huán)境破壞所造成的經(jīng)濟(jì)損失值和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境所需的各種費(fèi)用。

根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的概念和基本目標(biāo)，可持續(xù)發(fā)展應(yīng)遵循以下準(zhǔn)則：效益最大化、可生存、可承載和可持續(xù)。它們的量化模型如下：

目標(biāo)函數(shù)： （效益最大化）

約束條件：；；； （可生存）

； ； ； （可承載）

；；

； （可持續(xù)）

式中：–––表示第T個時段選擇第k個方案時所對應(yīng)的凈福利；T –––從現(xiàn)在到未來的一個時段，其取值為1，2，…N ；N–––系統(tǒng)可有效預(yù)測的最大時段個數(shù)；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(xiàn)率；–––第T個時段選擇第k個方案時所對應(yīng)的人均GDP；–––當(dāng)前人們滿足最低生活標(biāo)準(zhǔn)所需的人均經(jīng)濟(jì)收入；–––第T個時段選擇第k個方案時所對應(yīng)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(yīng)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；–––滿足人們生活、生產(chǎn)及享樂需求的最低生態(tài)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；–––總需水量；–––最大可供水量；–––污水的總排放量；–––水環(huán)境的容量；–––對應(yīng)生態(tài)環(huán)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(yīng)的人口總數(shù)；–––第T個時段選擇第k個方案時系統(tǒng)總用水量；–––第T個時段選擇第k個方案時系統(tǒng)總供水量；ε–––總用水量和總供水量兩者匹配調(diào)節(jié)值；–––第T個時段選擇第k個方案時所對應(yīng)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

3.2 基于“發(fā)展綜合指標(biāo)測度（DD）”的量化方法

（1）“可承載”的度量。考慮“可承載”、“可持續(xù)”實(shí)際度量上存在的模糊性，本文作者曾提出用模糊數(shù)學(xué)中隸屬度進(jìn)行度量的方法。對任一指標(biāo)，先進(jìn)行無量綱化處理：選定“可承載”限度，當(dāng)越大，可承載程度也越大時（如人均糧食產(chǎn)量），定義；當(dāng)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(shù)來描述任一指標(biāo)對應(yīng)的隸屬度，設(shè)為。對多指標(biāo)組成的整個系統(tǒng)可承載隸屬程度為：。式中：n1——表示整個系統(tǒng)有n1個“可承載”指標(biāo)；LI(T)——表示整個系統(tǒng)在T時段可承載隸屬度；——表示第因子的指數(shù)權(quán)重。

（2）“有效益”的度量。取經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo)（如國民生產(chǎn)總值等）為SP，設(shè)初始年SP值為基準(zhǔn)值SP0。為了使數(shù)據(jù)無量綱化，令。再用下面的隸屬函數(shù)（也可據(jù)具體情況另選）來量化：。式中，為待定系數(shù)。可以針對不同地區(qū)，只要選定某一對應(yīng)的SP(T)值，就可以反求出。

（3）發(fā)展綜合指標(biāo)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(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。這就是本文作者曾提出的“發(fā)展綜合指標(biāo)測度”：

式中，分別是給定EG(T)、LI(T)的一個指數(shù)權(quán)重。DD(T)是系統(tǒng)在T時段“發(fā)展綜合指標(biāo)測度”。DD(T)∈[0，1]。DD(T)作為衡量T時段“發(fā)展”的一個“尺度”。

（4）“可持續(xù)”度量。令（如果T=1，約定）。如下式：

定義全時段發(fā)展相對可持續(xù)性的隸屬度（簡稱“可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢隸屬度”）為：

SDDT

式中，N為整個時段個數(shù)；N0——是選定的常數(shù)（如5，10，……，N）。

在水資源規(guī)劃量化研究中，需要建立以可持續(xù)發(fā)展為指導(dǎo)思想的優(yōu)化模型。這是尋找水資源規(guī)劃方案的基礎(chǔ)。這里，僅介紹基于“發(fā)展綜合指標(biāo)測度（DD）”的優(yōu)化模型。

（1）目標(biāo)函數(shù)。以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，要求“發(fā)展”的目標(biāo)函數(shù)BTI值達(dá)最大。即，在某一特定時段，在滿足一定條件下，使其總效益達(dá)到最大。

(BTI)=

（2）約束條件。欲保證整個系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，必然要求系統(tǒng)可承載、可持續(xù)（即發(fā)展態(tài)勢）達(dá)到某一最低水平（分別設(shè)為LI0、SDDT0）。于是，有可承載、可持續(xù)條件方程式：

LI(T)≥LI0 ， T≥T1

SDDT≥SDDT0

此外，需要把“社會經(jīng)濟(jì)—水資源—生態(tài)環(huán)境” 復(fù)合系統(tǒng)耦合模型SubMod(S，E，R，E)嵌入到優(yōu)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(guī)劃模型：

目標(biāo)函數(shù)：

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(jīng)濟(jì)、水資源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境三大方面、且在社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與水資源-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合系統(tǒng)中運(yùn)行、滿足一定約束條件、要求總體效益最大的優(yōu)化模型。一般，該模型是一個十分復(fù)雜的多階段非線性優(yōu)化模型，其求解比較困難。對此，作者提出采用計算機(jī)模擬技術(shù)的方法，求得模型的近似最優(yōu)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(shù)路線如圖1所示）：

（1） 根據(jù)研究區(qū)的具體實(shí)際，制定水資源規(guī)劃的依據(jù)、具體任務(wù)、目標(biāo)和指導(dǎo)思想。重點(diǎn)要體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的思想；

（2） 了解社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，建立社會經(jīng)濟(jì)主要指標(biāo)的發(fā)展預(yù)測模型，對未來不同規(guī)劃水平年的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行科學(xué)預(yù)測；

（3） 分析研究區(qū)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(chǔ)模型；

（4） 綜合社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和水資源與環(huán)境系統(tǒng)之間的聯(lián)系，建立“水資源與社會經(jīng)濟(jì)生態(tài)環(huán)境耦合模型”。作為面向可持續(xù)發(fā)展的水資源優(yōu)化配置模型的基礎(chǔ)模型；

（5） 研究可持續(xù)發(fā)展的量化方法，并建立面向可持續(xù)發(fā)展的水資源優(yōu)化配置模型；

（6） 通過優(yōu)化模型的求解和優(yōu)化方案的尋找，來制定水資源規(guī)劃的具體內(nèi)容。

圖1 研究技術(shù)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(xù)水資源管理應(yīng)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(qū)巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，是目前我國最大的內(nèi)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(diào)控、孔雀河流域農(nóng)田灌溉、工業(yè)及城鄉(xiāng)生活用水、流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和向塔里木河中下游緊急調(diào)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(jīng)過博斯騰湖的調(diào)節(jié)，從大湖出口——西泵站、小湖出口——達(dá)吾提閘匯入到孔雀河。如何協(xié)調(diào)該區(qū)工業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系？如何協(xié)調(diào)上游灌區(qū)（即開都河灌區(qū)）發(fā)展規(guī)模與下游灌區(qū)（即孔雀河灌區(qū)）發(fā)展規(guī)模的關(guān)系？。

首先，進(jìn)行水文學(xué)、生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)研究、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)動態(tài)變化系統(tǒng)研究，得到全流域水量水質(zhì)生態(tài)耦合系統(tǒng)模型和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測模型；其次，建立了博斯騰湖流域水資源優(yōu)化配置模型，在此基礎(chǔ)上，制定了該地區(qū)水資源規(guī)劃。內(nèi)容包括① 經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整；② 節(jié)水灌溉措施以及農(nóng)業(yè)灌溉效率確定；③ 博斯騰湖生態(tài)環(huán)境保護(hù)具體措施；④ 上、下游灌區(qū)發(fā)展規(guī)模及引水量大小確定；⑤ 確保博斯騰湖水質(zhì)目標(biāo)的水管理措施。

[1] 左其亭，陳曦著，面向可持續(xù)發(fā)展的水資源規(guī)劃與管理，中國水利水電出版社，2003。

[2] 夏軍，可持續(xù)水資源系統(tǒng)管理研究與展望，水科學(xué)進(jìn)展，1997（12）。370-375。

[3] 左其亭，吳澤寧，可持續(xù)水資源管理量化研究的關(guān)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(xù)發(fā)展的水利規(guī)劃理論與實(shí)踐，《鄭州大學(xué)學(xué)報》，2002（3），37-40。

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