論水資源承載能力與水資源優(yōu)化配置之間的關系(

1、1論水資源承載能力與水資源優(yōu)化配置之間的關系論水資源承載能力與水資源優(yōu)化配置之間的關系?左其亭鄭州大學環(huán)境與水利學院河南鄭州450002摘要摘要本文在簡單介紹水資源承載能力和水資源優(yōu)化配置概念的基礎上，闡述了二者之間的關系。二者既有區(qū)別又有聯系，水資源優(yōu)化配置是通過建立優(yōu)化模型來選擇水資源配置方案；水資源承載能力是計算得到的水資源對社會經濟最大支撐規(guī)模，也可以通過優(yōu)化模型來計算；水資源承載能力可以作為水資源優(yōu)化配置模型的約束條件。本文把

2、水資源優(yōu)化配置模型分為三個層次，即不承載條件下的水資源優(yōu)化配置模型、承載條件下的水資源優(yōu)化配置模型、面向可持續(xù)發(fā)展的水資源優(yōu)化配置模型；給出各層次模型表達式，并對其進行比較。最后以鄭州市為例，介紹各層次模型的應用意義。關鍵詞關鍵詞水資源承載能力，水資源優(yōu)化配置，優(yōu)化模型，可持續(xù)發(fā)展1引言引言水是人類不可缺少的一種寶貴資源，任何有生命的生物不可能離開水。然而，隨著社會經濟的發(fā)展，人類對水的需求量不斷增加，水資源問題日益突出，嚴重制約著人類

3、社會和經濟的發(fā)展，迫使水資源學術界不得不思考：在特定區(qū)域，到底水資源能承受多大的社會經濟規(guī)模？有限的水資源如何科學合理地分配？回答這些問題涉及到水資源承載能力研究和水資源優(yōu)化配置研究兩方面問題，對水資源規(guī)劃、管理和保證水資源可持續(xù)利用有重要指導意義。水資源承載能力的概念，最早源自于《生態(tài)學》中的“承載能力”一詞，是自然資源承載能力的一部分[1]。其研究的主體是資源與環(huán)境系統(tǒng)，客體是人類或更廣泛的生物群體。近年來，我國不少學者對水資源承載

4、能力的概念及計算方法進行深入探討[2][3][4]。盡管對水資源承載能力的定義在表述上各有不同，但其表達的基本觀點和思路并無本質差異，都強調了“水資源支撐能力”的含義?？梢园选八Y源承載能力”簡單定義為：“一定區(qū)域、一定時段，維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，水資源系統(tǒng)支撐社會經濟發(fā)展的最大規(guī)模”。因此，在實際應用時，求解水資源承載能力可以通過建立優(yōu)化模型來實現。對水資源優(yōu)化配置的研究始于20世紀60年代初期，1960年科羅拉多幾所大學對計劃需水量

5、的估算及滿足未來需水量的途徑進行研討，體現了水資源優(yōu)化配置的思想[5]。后來，隨著數學、運籌學和計算機技術的發(fā)展以及水資源供需矛盾日益突出，水資源優(yōu)化配置理論及應用研究得到迅速發(fā)展，國內外已有大量研究成果（如[5][6][7][8][9]）。水資源優(yōu)化配置實際上就是“運用系統(tǒng)工程理論方法，建立水資源優(yōu)化配置模型，以此制定水資源配置方案”。基金項目：基金項目：水資源與水電工程科學國家重點實驗室開放研究基金（2003B007）、河南省杰出青

6、年科學基金（512002500）第一作者簡介：第一作者簡介：左其亭（1967），男，河南固始人，工學博士，教授，水文學及水資源專業(yè)。Email:zuoqt@zzu.提交論文，請嚴格按照下面模板！提交論文，請嚴格按照下面模板！注意字間距、行間距、頁邊距、字體注意字間距、行間距、頁邊距、字體提交論文時，此框需要刪除！提交論文時，此框需要刪除！3的水資源優(yōu)化配置模型”。3計算模型計算模型3.1優(yōu)化模型在水化模型在水資源承源承載能力和能力和優(yōu)化

7、配置化配置計算中的算中的應用一般優(yōu)化模型是由目標函數和約束條件組成，形式如下：)](max[XFZ?（1）0)(?XG0?X式中，為決策向量；為綜合效益函數；為約束條件集。X)(XF)(XG在上述模型（式（1））中，如果含一個目標函數方程就是單目標優(yōu)化模型，如果含多個（兩個或兩個以上）目標函數方程就是多目標優(yōu)化模型。水資源優(yōu)化配置需要建立類似式（1）的優(yōu)化模型，通過優(yōu)化模型的求解得到水資源配置方案。關于這一內容的研究已有很多模型和應用成

8、果（如[6][7][8][10]）。在水資源承載能力定量計算方法中，目前大致有兩大類方法：一類是，采用綜合評價的方法進行評價計算（如[11]）；一類是，根據水資源承載能力概念建立優(yōu)化模型，通過優(yōu)化模型求解得到（如[4]）。3.2基于不承基于不承載條件的水條件的水資源優(yōu)化配置模型化配置模型也就是說，在水資源優(yōu)化配置模型中，沒有考慮水資源承載能力條件。它適用于“已經不可能達到水資源承載能力范圍的情況”。比如，對已經嚴重超出水資源承載能力范圍

9、的現狀年份，經過一定程度努力也不能滿足水資源承載能力條件的規(guī)劃水平年份，在進行水資源優(yōu)化配置研究時，所建立的優(yōu)化配置模型就是此類。這一模型就是針對水資源配置要求建立的一般優(yōu)化模型，如上文介紹的式（1）形式。3.3基于承基于承載條件的水條件的水資源優(yōu)化配置模型化配置模型也就是，在水資源優(yōu)化配置模型中，考慮水資源承載能力條件，把水資源承載能力條件方程作為約束方程，加入到優(yōu)化模型中。它適用于“要求達到水資源承載能力范圍的水資源優(yōu)化配置問題”，

10、特別是研究現狀水平年理想情況下或規(guī)劃水平年滿足水資源承載能力情況下的水資源優(yōu)化配置問題，需要建立此類模型。關于建立此類模型的方法，主要有兩種途徑：一是，把水資源承載能力模型作為優(yōu)化配置模型的子模型，直接納入到優(yōu)化模型中；二是，把水資源承載能力計算結果作為邊界條件，再建立相關的約束方程，納入到優(yōu)化模型中。對于第一種途徑，需要把建立的水資源承載能力模型方程放在一般水資源優(yōu)化配置模型（式（1））中。關于水資源承載能力計算模型已有多個文獻做過介