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水资源学展望
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节选自：《水资源学教程》第十一章（普通高等教育“十一五”国家级规划教材），左其亭，窦明，马军霞 合编。北京：中国水利水电出版社，2008
本书以上用了10章篇幅，分别介绍了水资源学的基本概念、基本知识、基本理论。实际上，由于水资源学框架刚刚形成并且还在不断改进、基本原理仍在不断发展，水资源学术界一直在努力研究，如何运用水资源学的相关理论去解决更多的实际问题。但仍要看到有许多难点问题有待解决。本章将简单介绍目前水资源学的一些难点问题和热点问题，并提出对水资源学发展的展望。
本章只做简单介绍，将起抛砖引玉之作用，以供读者进一步学习时参考。
第一节 水资源学研究的热点问题
一、水资源可持续利用量化理论研究
目前，国际上关于可持续发展的定义和内涵已基本被接收和理解，但仍缺乏针对新的可持续发展科学准则的量化研究方法。根据国内外研究动态，目前主要有两种量化研究方法：①基于社会净福利函数的量化方法。该方法最早是由Daniel P. Loucks于1997年提出的，采用经济学手段，量化可持续发展中的经济、社会和生态效益[1]。由于所需资料一般不易得到，其应用受到一定限制；②基于发展综合指标测度（DD）的量化方法。 该方法最早是由本书第一作者
如何把水资源系统与经济社会、生态系统之间的复杂关系看成一个有机系统，纳入到可持续发展理论框架中，研究水资源管理问题？如何量化表达或建立水资源可持续利用优化模型？如何真正得到符合可持续发展思想的水资源管理策略？所有这些问题都需要积极开展水资源可持续利用量化理论研究。本书第五章介绍的水资源可持续利用理论仅仅是初步成果，还有待积极深入研究。
二、水资源承载能力量化方法研究
水资源承载能力（Carrying Capacity of Water Resources，简称CCWR）的概念，最早源自于“生态学”中的“承载能力”（Carrying Capacity）一词，是自然资源承载能力的一部分。其研究的主体是资源与环境系统，客体是人类或更广泛的生物群体。
近年来，我国不少学者对水资源承载能力的概念及计算方法进行了深入探讨，并取得了一系列的进展。然而由于研究的角度和内容不同，对水资源承载能力的定义和量化方法也不同。左其亭等（2005）把水资源承载能力定义为：“一定区域、一定时段，维系生态系统良性循环，水资源系统支撑经济社会发展的最大规模”[4]。
目前，关于水资源承载能力计算方法的研究成果很多，大致有两大类方法：①采用评估的思路，依据一定指标和标准对水资源承载能力进行评价。这样计算得到的是对水资源承载程度的评价结果，而不是水资源承载的能力大小；②采用一定计算模型（如优化模型），直接计算得到水资源承载能力。这里推荐作者在文献[4]中提出的方法，即“基于模拟和优化的控制目标反推模型”方法（A Simulation- and Optimization- Based Control Object Inversion Model），简称COIM模型方法。
COIM模型方法是把最大经济社会规模（即，这里代表水资源承载能力）作为目标函数，把水资源转化关系方程、污染物迁移转化关系方程、经济社会系统内部相互制约方程、水资源承载程度指标约束方程以及环境控制目标约束方程联合作为约束条件，建立起一个优化模型。通过该优化模型的求解，得到的目标函数值就是水资源承载能力。
在COIM模型中，水资源系统、经济社会系统、生态系统本身的复杂性和相互制约关系得到了体现，并且水资源承载能力概念所要求的“生态系统良性循环”也被作为一个约束条件包括在模型中。水资源承载能力的计算结果既可以采用优化模型求解来得到，也可以采用控制目标反推得到。当然，该方法仍存在一些问题，如，目标函数选择问题，基础模型问题， “是否可承载”的标准选择问题，指标选择问题。这些问题仍需要进一步探索。
三、水安全量化理论研究
水安全，即水资源安全。2000年3月在荷兰海牙召开的部长级“第二届世界水资源论坛”上，把水资源安全理解为“以可以承受的价格提供安全的供水”。在这次会议上，21世纪世界水资源委员会主席伊斯梅尔·塞拉杰丁称，“找到一种方式，以合理的价格给每个人提供安全的饮用、清洁、食品以及能量等各方面所需的用水是我们的主要目标”。各国水利官员在大会宣言中一致同意：每一个人都应该拥有“以可承受的价格获取足够安全的水的权利”。
虽然在这里水安全仅提到安全供水的问题，但实际上它还涉及社会安全、经济安全和生态安全等内容。水资源社会安全强调生活用水是一种基本的人权，必须保证人人都有获得安全饮用水的权利。水资源经济安全强调水资源能够支持经济的发展，这有两个方面的含义：一是要提供水量和水质保障；二是供水价格要适中，不能因为水价过高而使当地的优势行业丧失市场竞争力。水资源生态安全是指生态系统的最低需水应该得到保证，人类不能挤占生态用水而使生态系统崩溃。
由于水安全问题研究的重点是区域（或流域）水资源供给能否满足合理的水资源需求，因此，水安全评价不仅要包括现状情况，而且更应侧重于对规划水平年的预测和评价。如果一个区域的水资源供给能够满足其经济社会长远发展的合理要求，那么这个区域的水资源是安全的，否则就是不安全的。
鉴于水资源安全度量问题的重要性，联合国教科文组织等机构正在开发度量水资源安全的相关指标，同时国内的许多专家学者也开展了相关的研究。
四、人水和谐量化理论研究
水问题是人类共同面临的挑战，追求人水和谐是人类共同的目标。国际上许多学者在不同尺度开展了与人水相互作用、和谐发展有关的研究工作。从查阅到的文献来看“人水和谐”一词最早出现于1999年，此后专家学者对该问题的研究越来越多。2001年将人水和谐纳入现代水利的内涵及体系之中。2002～2003年，从人水矛盾、可持续发展、洪水问题等方面对人水和谐进行分析研究。2004年，我国将“中国水周”活动的宣传主题确定为“人水和谐”，人们对人水和谐的思想也有了更深入的认识。2005年3月，全国人大十届三次会议提出“实践科学发展观，构建和谐社会”的重大战略思想后，人水和谐成了人与自然和谐相处的关键问题，并成为新时期治水思路的本质要求。2006年，左其亭等提出“人水和谐量化研究框架”[5]。
虽然人水和谐思想被水利界人士所接受和不断运用于实际治水工作之中，但目前对人水和谐的概念还没有一个统一的认识，对人水和谐的研究多数是针对概念的讨论和定性的分析，至今还没有提出统一的人水和谐量化方法。根据一般研究技术路线，针对人水和谐研究至少需要从以下几方面开展研究：①探讨人水和谐的概念和内涵；②提出一套人水和谐量化指标体系；③提出人水和谐量化研究方法；④推广人水和谐量化研究的应用实例。
五、生态需水量计算
从20世纪70年代末期以来，与生态用（需）水相关的问题日渐引起国内外广大学者的关注。由于生态用水本身属于生态学与水文学之间的交叉性质，过去虽然做了大量工作，但在许多基本理论问题上仍然显得十分混乱。关于相关概念的讨论已有大量的论述。作者在文[6]中对生态用水、生态需水的概念进行界定和区分，对其内涵和计算关键问题进行评述。作者主张把生态用水与生态需水区分开，提出狭义的生态用水是指“特定区域、特定时段、特定条件下生态总利用的水资源总量”，狭义的生态需水是指“特定区域、特定时段、特定条件下，生态系统达到某一水平时的总需求水资源量”[6]。
关于生态需水量的计算方法，也有大量的研究工作。对生态需水的最早启蒙研究可以追溯到20世纪40年代，当时仅仅是为了研究河道内流量特征，直到1971年才利用“河道内流量法”计算了河流的基本流量。到80年代初，在河道内基本流量计算方面已形成了较为完善的计算方法，如河道内流量增加法（IFIM法）、蒙大拿法（Montana法）等，这可以说是生态需水研究的雏形。直到20世纪90年代，随着人们对生态系统的日益重视，生态需水量研究才受到学术界的高度重视。目前，计算生态需水量的方法主要有两大类[7]：一是针对河流、湖泊（水库）、湿地、城市等小尺度提出的计算方法。比如，针对河流提出的标准流量设定法、水力学法和物理栖息地法等，针对湖泊、湿地提出的间接计算方法；二是针对完整生态系统区域尺度提出的计算方法，比如，针对植被生态系统提出的直接计算方法。但是，在一个完整流域或区域，如何科学计算生态系统总需水量？如何分配或确保生态需水量？这仍需要进一步深入研究。
第二节 水资源学展望
随着经济社会发展，科学技术水平提高，水资源学正面临着一个前所未有的发展时期，这既是机遇又是挑战。对未来水资源学发展展望如下：
（1）加强水资源系统中的不确定性研究。由于水资源系统中不确定性存在的广泛性、复杂性，再加上目前处理各种不确定性问题的研究方法仍处于探索阶段，使得水资源系统中的不确定性问题研究成为当今水文水资源科学研究一直在探讨的热点问题。正是由于自然界不确定性的存在，很多水资源问题（如洪水问题、干旱问题）的解决都受到这一问题的困扰。为了解决未来水资源问题，仍需要加强水资源系统中不确定性的研究。
（2）加强现代新技术、新理论（如，遥感、地理信息系统、系统科学、决策支持系统等）在水资源学中的应用研究。使水资源的科学管理水平和效率有所提高，以适应现代水资源规划、管理以及开发利用的需要。
（3）加强水资源开发利用与社会进步、经济发展、环境保护相协调的研究。坚持可持续发展思想，考虑社会、经济、资源、环境相协调，考虑长远的效应和影响，包括对后代人用水的影响，这是水资源科学管理的必然要求。然而，目前对水资源系统的研究还缺乏这方面的理论基础和成功经验。
（4）加强水文学、生态学以及水资源学的基础科学研究。水资源系统规划与管理特别关注对水文系统、生态系统未来变化的预测，它要求了解未来水文情势及环境的变化影响，包括全球气候变化和人类活动的影响。然而，目前的研究还不能满足这些要求。这是水资源学科发展的重要基础。
（5）加强与其他学科的交叉运用和发展。水资源学是由水文学、水利学衍生和发展而来的一门学科。在水资源学成长和发展的过程中，不可避免地和已存在的有关学科之间发生交叉和重叠。特别是自20世纪后半叶以来，由于水资源危机日益突出，涌现了大量亟待解决的水资源问题，而这些问题的出现无不牵扯到经济社会发展和生态系统保护等诸多方面的内容，因此必须加强水资源学与其他学科的交叉运用。目前，与水资源学相交叉的主要学科有水资源水文学、水资源经济学和水资源环境学等。
参考文献
[1] Loucks D P. Quantifying Trends in System Sustainability. Hydrological sciences Journal, 1997, 42(4): 513-530
[2] 左其亭，窦明，吴泽宁. 水资源规划与管理. 北京：中国水利水电出版社，2005
[3] 夏军，左其亭，邵民诚著. 博斯腾湖水资源可持续利用——理论·方法·实践. 北京：科学出版社，2003
[4] 左其亭等著. 城市水资源承载能力——理论·方法·应用. 北京：化学工业出版社，2005
[5] 左其亭，高丹盈. 人水和谐量化理论及应用研究框架.人水和谐理论与实践，中国水利水电出版社，2006：1-5
[6] 左其亭. 论生态环境用水与生态环境需水的区别与计算问题，生态环境，2005，14（4）：611-615
[7] 左其亭，周可法，黄均池. 生态环境需水量在水资源规划中的配置方法，水利水电技术，2007，38（1）：43-46
[8] 陈家琦, 王浩, 杨小柳著. 水资源学. 北京：科学出版社，2002
[9] 陈志恺主编. 中国水利百科全书（水文与水资源分册）. 北京：中国水利水电出版社，2004
[10] 左其亭, 王中根著. 现代水文学（第二版）. 郑州：黄河水利出版社，2006
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