隨著可持續(xù)發(fā)展理論被廣泛認(rèn)可.在流域水資源規(guī)劃和管理中越來越重視經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會協(xié)調(diào)發(fā)展的理念.其理論和實踐相對以往出現(xiàn)了顯著變化.對水循環(huán)和水資源系統(tǒng)多維屬性的認(rèn)識推動了水資源的管理決策從以單一的經(jīng)濟(jì)為主向經(jīng)濟(jì)社會?生態(tài)環(huán)境等并重的方向發(fā)展.水資源相關(guān)決策的科學(xué)化迫切需要在規(guī)劃理論?決策方法和定量手段上實現(xiàn)一系列的突破.因而對水循環(huán)進(jìn)行多角度研究和調(diào)控成為水資源管理的必然趨勢.水循環(huán)多維臨界調(diào)控正是針對水資源決策的多目標(biāo)特性和復(fù)雜性日趨增加.在水資源相關(guān)伴生問題越來越得到重視的背景下逐漸發(fā)展起來的.具有鮮明的時代特征。
　　水循環(huán)多維臨界調(diào)控是針對水資源開發(fā)利用與保護(hù)的決策方式.按照自然規(guī)律和經(jīng)濟(jì)規(guī)律對流域水循環(huán)及其影響水循環(huán)的自然?社會?經(jīng)濟(jì)和生態(tài)諸因素進(jìn)行整體分析.遵循水平衡機(jī)制?經(jīng)濟(jì)機(jī)制和生態(tài)機(jī)制提出決策方法和相應(yīng)措施.實現(xiàn)流域整體的綜合社會福利最大化。
　　1.1.2水循環(huán)多維系統(tǒng)的臨界特征
　　按照可再生資源維持可持續(xù)性的一般原則.可再生資源的使用速度不應(yīng)超過其再生速度.否則將會削減自然資本存量.即再生資源的利用具有由平衡到不平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)移的臨界點.水資源屬于可再生資源.水循環(huán)及其伴生過程所形成的系統(tǒng)也隨之具有可再生資源的特征.因而也具有多維臨界的特征。
　　赫爾曼.戴利(HermanDaly)1991年提出維持可持續(xù)性的三條原則:①使用可再生資源的速度不超過其再生速度.②使用不可再生資源的速度不超過其可再生替代物的開發(fā)速度.③污染物排放速度不超過環(huán)境的自凈容量.水資源作為一種可再生資源.其可持續(xù)性的維持需要符合以上三條原則。
　　水資源的緊缺已成為限制社會發(fā)展的主要因子之一.作為人們生活和生產(chǎn)用水的主要來源.水資源的過度利用超過了水循環(huán)的更新能力.這已成為引發(fā)各種水問題的主要原因.尤其在海河流域.地下水的超采致使地下水位明顯下降.形成巨型漏斗.出現(xiàn)枯竭狀態(tài).河道水量過程難以維持.導(dǎo)致地表生態(tài)惡化?海水入侵?地面沉降等一系列災(zāi)難性后果.對區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅.因此.水資源的開發(fā)利用存在可持續(xù)性維持的臨界狀態(tài).水資源開發(fā)直接影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性.經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要維持一定的水量需求和增長空間.水資源短缺會形成對經(jīng)濟(jì)增長的制約.水量分配的不均衡性會影響社會公平.水循環(huán)自身可持續(xù)能力和經(jīng)濟(jì)增長以及社會公平的維持之間存在此消彼長的競爭關(guān)系.因此.在水循環(huán)臨界狀態(tài)的基礎(chǔ)上經(jīng)濟(jì)維和社會維也存在其自身的臨界狀態(tài)。
　　流域生態(tài)用水關(guān)系到流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性.當(dāng)用于生態(tài)的水量低于生物需求的最低值時.系統(tǒng)生態(tài)不能維持.環(huán)境也存在水體自凈能力維持的臨界狀態(tài).因此.水循環(huán)中生態(tài)維和環(huán)境維也存在臨界狀態(tài)的轉(zhuǎn)換.生態(tài)和環(huán)境水量也需要臨界調(diào)控。
　　水循環(huán)的五種基本屬性關(guān)聯(lián)伴生.每一維屬性對應(yīng)著相應(yīng)的子系統(tǒng)特征.某一屬性的破壞不僅影響與其伴生的資源服務(wù)功能.而且還會給其他屬性功能的實現(xiàn)帶來負(fù)面影響.對該子系統(tǒng)和其他子系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的破壞.因此.作為每一維的特性其代表性指標(biāo)在一定范圍之內(nèi)時.系統(tǒng)可以維持正常的運行和發(fā)展.而突破一定范圍則會引起各種變化.最終形成不可持續(xù)的后果。
　　水循環(huán)的五維特征伴隨水資源可持續(xù)的維持均存在臨界狀態(tài)的轉(zhuǎn)換.目前.對巨系統(tǒng)的研究尚處于從定性到定量的綜合研究過程中.實現(xiàn)精確預(yù)測和控制還面臨著許多困難.對多維臨界調(diào)控的研究還需進(jìn)一步深入.以實現(xiàn)在五維效益轉(zhuǎn)換量化分析基礎(chǔ)上的臨界調(diào)控措施。
　　1.1.3多維調(diào)控決策
　　1.1.3.1水循環(huán)及其伴生過程
　　(1)天然水循環(huán)過程
　　從地球系統(tǒng)來看.水循環(huán)是氣候和生物圈長期相互作用的結(jié)果.天然水循環(huán)實際就是在氣候?地理以及區(qū)域生物圈等自然要素控制和影響下的大氣水?地表水?土壤水和地下水的轉(zhuǎn)換過程.天然水循環(huán)是自然系統(tǒng)長期進(jìn)化的產(chǎn)物.同時也為其他眾多的生態(tài)系統(tǒng)平衡提供了基礎(chǔ)。
　　(2)水循環(huán)與經(jīng)濟(jì)社會的相互作用
　　水資源是支撐區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為重要的一個基本要素.而社會生產(chǎn)力水平的提高也影響到了天然水循環(huán)過程.因此二者形成了相互影響的關(guān)系.這種關(guān)系對缺水地區(qū)更為明顯.隨著生產(chǎn)能力的增強(qiáng)?用水需求的增加.經(jīng)濟(jì)活動對天然水循環(huán)的影響也逐漸增大.而區(qū)域水資源條件也演變成為影響甚至限制區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要因素.因此水與經(jīng)濟(jì)社會相互作用的關(guān)系成為研究水資源問題不可忽略的因素.
　　從區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與水循環(huán)演變過程分析.二者存在相互作用的機(jī)制和規(guī)律.社會經(jīng)濟(jì)增長和人類生活水平提高所導(dǎo)致的對水需求的增長是人類改變水循環(huán)的直接動力.人類通過改變天然水循環(huán)系統(tǒng)以滿足提高社會生產(chǎn)能力的需求.最終又通過水的供用耗排過程影響自然環(huán)境.這使得天然水循環(huán)受到人類活動的嚴(yán)重干擾.而人類其他大規(guī)模的改造自然的活動又將引起區(qū)域局部氣候的變化以及地理地質(zhì)條件的改變.這些均可對水循環(huán)過程.包括水量?水質(zhì)和水資源的時空分布產(chǎn)生重大影響.
　　(3)地表水和地下水取用水系統(tǒng)與水量轉(zhuǎn)化過程
　　地表水和地下水是經(jīng)濟(jì)用水的最主要來源.也是人類活動改變天然水循環(huán)的主要對象.天然水循環(huán)過程中地表徑流與地下水存在密切的轉(zhuǎn)換關(guān)系.人工用水強(qiáng)化了這種轉(zhuǎn)換關(guān)系.圖1-1給出了地表水系統(tǒng)水量轉(zhuǎn)化過程.而圖1-2給出了地下水系統(tǒng)水量轉(zhuǎn)化過程.
　　地表徑流經(jīng)工程調(diào)控后供給用水戶.未利用的地表徑流和水利工程棄水排向下游斷面.地表水工程是系統(tǒng)的重要調(diào)控手段.在地表水利用過程中.下游斷面的出流量和過程以及對用水戶的供水過程是系統(tǒng)目標(biāo).在地表水量的傳遞過程中存在對地下水的滲漏補給和蒸發(fā)等過程.地下水與地表水之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系包括天然的補排關(guān)系以及由人工用水形成的補排關(guān)系.
　　(4)水環(huán)境演變過程
　　在人類劇烈活動影響下的水環(huán)境伴隨水循環(huán)過程呈現(xiàn)出兩種演變趨勢.一方面是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展導(dǎo)致用水量和污染負(fù)荷排放量同步增加.另一方面是流域水循環(huán)改變引起河道徑流過程改變.河道徑流的流量?流速以及水量時空分布變化導(dǎo)致污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的演變.以海河流域為例.二元水循環(huán)驅(qū)動下的水體污染和環(huán)境污染演變出現(xiàn)強(qiáng)烈的變化.表現(xiàn)出不同地表?地下水體單元及流域水污染的綜合性特征.因此.水環(huán)境的演變需要研究
　　圖1-1地表水系統(tǒng)水量轉(zhuǎn)化過程示意圖
　　圖1-2地下水系統(tǒng)水量轉(zhuǎn)化過程示意圖
　　水循環(huán)系統(tǒng)演化驅(qū)動下的海河流域水污染演變規(guī)律.評估水環(huán)境系統(tǒng)的關(guān)鍵影響指標(biāo)和可恢復(fù)性.依據(jù)水環(huán)境承載能力制定科學(xué)的水環(huán)境保護(hù)目標(biāo).分析水污染防治調(diào)控方案以及與保護(hù)目標(biāo)相適應(yīng)的水循環(huán)調(diào)控閾值標(biāo)準(zhǔn)和實施方案.
　　(5)水生態(tài)演變過程
　　流域水生態(tài)的最大決定性因素是天然降水.驅(qū)動水生態(tài)演變的主要動力是水循環(huán)過程中蒸發(fā)?徑流等垂直和水平方向水量過程的變化.水資源開發(fā)利用強(qiáng)度的增加導(dǎo)致水循環(huán)各分支通量的變化.進(jìn)而脅迫原有天然水循環(huán)主導(dǎo)方式下的流域水生?濕生生態(tài)系統(tǒng)演化.人類活動下與水生態(tài)相關(guān)的演變途徑包括:①農(nóng)田灌溉面積發(fā)展?城市化以及種植結(jié)構(gòu)和方式的改變影響了區(qū)域土地利用格局.改變了產(chǎn)匯流的下墊面.改變了流域生態(tài)本底和區(qū)域生態(tài)鏈物質(zhì)能量交互途徑.②用水耗水導(dǎo)致水循環(huán)在結(jié)構(gòu)?過程上發(fā)生改變.使得地表徑流減少?入海水量降低.長期水分虧缺對河流?湖泊?濕地和河口等重要生態(tài)系統(tǒng)造成影響.③地下水位變化改變地表水地下水水量交換過程.使得地下水生態(tài)系統(tǒng)驅(qū)動條件發(fā)生變化并出現(xiàn)適應(yīng)性演變。
　　水生態(tài)演變過程具有累積效應(yīng).不同生態(tài)系統(tǒng)在流域水循環(huán)結(jié)構(gòu)大幅度改變之后.水分條件與流域生態(tài)效應(yīng)演變機(jī)理的關(guān)系變得十分復(fù)雜.對生態(tài)演變機(jī)理的分析需要明確水循環(huán)的生態(tài)服務(wù)功能.評估生態(tài)系統(tǒng)的可恢復(fù)性.在此基礎(chǔ)上制定合理的生態(tài)修復(fù)目標(biāo).如濕地面積?生態(tài)基流和地下水位等.分析影響生態(tài)演變的控制性閾值.提出與水分條件相適應(yīng)的流域合理生態(tài)調(diào)控修復(fù)方案。
　　1.1.3.2多維調(diào)控的決策需求
　　明確水循環(huán)的多維屬性和相關(guān)過程后.需要根據(jù)各維屬性的調(diào)控目標(biāo)提出決策需求.最終得出綜合的調(diào)控方式.
　　(1)針對資源維的水平衡決策
　　對于資源屬性.其調(diào)控目標(biāo)是水循環(huán)的穩(wěn)定性和可再生性.具有天然主循環(huán)和人工側(cè)支循環(huán)二元結(jié)構(gòu)的流域水資源演化不僅構(gòu)成了經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的資源基礎(chǔ).是生態(tài)環(huán)境的控制因素.同時也是諸多水問題的共同癥結(jié)所在.因此.水資源可持續(xù)利用是確保經(jīng)濟(jì)社會和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的前提.分析水量在各維服務(wù)目標(biāo)之間的合理均衡是資源維調(diào)控的決策需求。
　　(2)針對經(jīng)濟(jì)維的成本收益決策
　　水循環(huán)調(diào)控的經(jīng)濟(jì)決策機(jī)制根據(jù)社會凈福利最大和邊際成本替代這兩個準(zhǔn)則確定合理的水量供需.在宏觀層次.抑制水資源需求需要付出代價.增加水資源供給也要付出代價.兩者間的平衡應(yīng)以更大范圍內(nèi)的全社會總代價最小(社會凈福利最大)為準(zhǔn)則.在微觀層次.需要分析投入與產(chǎn)出效益之間的經(jīng)濟(jì)平衡關(guān)系.以決策綜合效益最大化為原則.不同水平上抑制需求的邊際成本在變化.增加供給的邊際成本也在變化.二者的平衡應(yīng)以邊際成本相等或大體相當(dāng)為準(zhǔn)則。
　　(3)針對社會維的公平性需求
　　社會決策機(jī)制的核心是體現(xiàn)水資源分配利用的公平性.包括水量配置區(qū)域間的公平性?時間上的公平性?行業(yè)間的公平性以及代際公平性.通過社會決策機(jī)制.實現(xiàn)社會的均衡發(fā)展.同時滿足資源戰(zhàn)略性儲備.為實現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)利用留有余地。
　　(4)針對生態(tài)維的可持續(xù)發(fā)展需求
　　水循環(huán)調(diào)控的生態(tài)決策機(jī)制核心是水資源利用的可持續(xù)性.在保證水循環(huán)過程的穩(wěn)定健康基礎(chǔ)上實現(xiàn)流域內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)用水和生態(tài)用水的總體合理配置格局.同時在水資源系統(tǒng)運行調(diào)度中盡量考慮對生態(tài)保護(hù)目標(biāo)和水量需求的滿足。
　　(5)針對環(huán)境維的水量水質(zhì)聯(lián)合配置
　　環(huán)境屬性的核心是關(guān)注水環(huán)境質(zhì)量對社會的綜合效益.水質(zhì)的控制和水量調(diào)控必須聯(lián)合進(jìn)行.通過調(diào)控使得控制斷面水環(huán)境和水功能區(qū)劃滿足水環(huán)境要求.同時.環(huán)境決策機(jī)制中還包括對水污染損失的衡量?廢污水處理和再生水利用的邊際成本和效益對水量在行業(yè)區(qū)域間分配的影響。
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