1 水资源配置研究热点
1．1 水资源配置定义
“水资源优化配置”一词，在我国正式提出是1991年[5]，它涉及社会、经济和环境等多方面的因素，根据研究侧重点的不同，其涵义也有所区别。其中由我国《水资源综合规划技术大纲》提出的概念——“在流域或特定的区域范围内，遵循有效性、公平性和可持续性的原则，利用各种工程与非工程措施，按照市场经济的规律和资源配置准则，通过合理抑制需求、保障有效供给、维护和改善生态环境质量等手段和措施，对多种可利用水源在区域间和各用水部门间进行的配置”[6]，受到了水资源研究领域专家和学者的普遍接受。随着水资源情势越来越严峻，其研究愈加深入，各学者专家根据自己的研究经验、目的和方法对水资源配置作了如下一些定义：
(1)以工程和非工程措施概括配置手段：①在特定流域或区域内，以有效、公平和可持续的原则，对有限的、不同形式的水资源，通过工程与非工程措施在各种水户之间进行科学分配[7]；②在一特定的流域或区域内，以可持续发展为总原则，对有限的不同形式的水资源，通过工程与非工程措施在各用水户之间进行的科学分配[8]；③在一个特定流域或区域内，工程与非工程措施并举，对有限的不同形式的水资源进行科学合理的分配，其最终目的就是实现水资源的可持续利用，保证社会经济、资源、生态环境的协调发展[9，10]。
(2)综合考虑政府宏观调控、市场经济和技术发展：①在特定区域(或流域)内，遵循一定的原则，依据社会主义市场经济的法律、行政、经济以及技术等手段，对不同形式的水资源，通过各种措施在各用水户之间进行合理分配，协调、处理水资源天然分布与生产力布局的相互关系，为国家实施可持续发展战略创造有利的水资源条件[11]；②水资源配置是指在流域或特定的区域范围内，遵循有效性、公平性和可持续性的原则，利用各种工程与非工程措施，按照市场经济的规律和资源配置准则，通过合理抑制需求、保障有效供给、维护和改善生态环境质量等手段和措施，对多种可利用水源在区域间和各用水部门间进行的调配[12]；③根据特定地域的自然、社会、经济状况以及水资源条件，采用科学技术方法和合理的水管理体制，对水资源开发、利用、治理、节约、保护进行统筹规划，精心设计，决策支持和合理布局与有效管理，使水资源数量、质量和空间配置与经济、社会发展和生态环境建设相适应[13]。
(3)以系统的观点看待水资源配置：开源与节流并重，兼顾当前利益和长远利益，利用系统科学的方法、决策理论和先进的计算机技术，统一调配水资源；注重兴利与除弊的水资源系统优化配置就是遵循公平性、有效性和可持续性的原则，对特定流域有限的、不同形式的、不同水质的水资源，运用系统分析理论与优化技术，以水资源系统分析为基础，考虑水资源系统演化过程，综合分析水资源开发利用对社会经济、生活、生态的影响，采取各种工程措施和非工程措施，通过合理抑制需求、保障有效供给、维护和改善生态环境质量等手段与措施，对多种可利用水资源在区域间和各用水部门间进行最优化分配，以获得最佳综合效益，以及水质和水量的统一和协调[14]。
综上所述，水资源配置的目的在于改变水资源的天然时空分布，其核心内容是通过一定配置手段和措施制定合理的配置规则以满足人类社会发展的需求。水资源配置应遵循以下规则：①必须有明确的配置流域或区域，水资源系统因不同的涉水环境呈现各自特性，具体的配置模型只有在特定的区域或流域才有其意义；②应严格遵循配置原则，有效、公平的分配水资源，并保持水资源的可持续利用；③在分析研究区域水资源系统特性和社会属性的基础上，遵循国家和地方相关法律法规，以市场经济为导向，充分发挥已有工程措施的作用；④应重视实用，以直观且简单易懂的方式将水资源配置的过程呈现给决策者，方便决策者比选各种政策、措施和配置规则，做出明智有效的决策；⑤当今世界人类生存环境持续恶化，水资源作为人类必需的重要自然资源之一，在对其进行分配时除了考虑其社会经济效益，更重要的是注重“人－水”和谐发展。
1．2 水资源配置国内外研究热点
自20世纪40年代Ｍａｓｓｅ提出水库优化调度问题开始，水资源配置问题受到越来越多的重视，比较正式的研究源于20世纪60年代初期，科罗拉多几所大学估算未来计划需水量和探讨满足需水量的途径，基本上体现了现代水资源配置的思路。20世纪70－90年代水资源配置主要集中在水量的控制上[15-17]，即在预测区域或流域内未来需水状况的前提下，将水资源在各部门进行合理分配，以达到最大的经济和社会效益。
20世纪90年代以来，随着水污染和水危机的加剧，导致水环境恶化，同时全球气候呈现缓慢而稳定的变化趋势，因此以控制供水达到经济效益最大的水资源配置模式已不能满足生态环境的要求，国内外研究重点转移到水资源环境效益、水资源可持续利用以及水资源综合管理，即水资源配置思路从单一部门单一目标向整体水资源系统多目标优化配置转变。针对各学者在水资源配置领域所做的工作，大致将水资源配置研究所包含的内容分为以下几个方面：
(1)水资源优化配置建模理论和优化算法研究。在水资源优化配置模型中应用最广泛的是数学规划方法，包括线性规划[16]、非线性规划[18]、动态规划[19]、二次规划、多目标规划[20]等，随着应用数学理论的发展，博弈论[21]、模糊数学理论[22]等也取得了成功的应用；近十几年来系统科学理论[23]及相关研究系统演化的混沌理论[24]、熵权法[25]、系统动力学[26]等理论方法也逐渐被应用于水资源配置；同时许多学者和专家更关注水资源系统的内部规则的演变，如游进军等[27]建立了基于规则的水资源模拟模型，王浩等[28]提出了基于“天然－人工”二元水循环理论的水资源配置和评价模型；在约翰内斯堡召开的可持续发展世界峰会上对水资源一体化(综合)管理(ＩＷＲＭ)给出了明确定义[29]，逐渐在水资源管理领域取得了广泛的应用。随着水资源配置中考虑的目标和问题越来越复杂，其求解算法也在逐步改进，除传统的数学规划外，现代智能仿生进化算法[30，31]已经成为水资源配置最主要的模型求解和参数优选方法。
(2)水资源配置中的不确定性分析和风险评价。水资源系统的不确定性来源于自然环境系统、水利工程系统、管理技术系统和社会经济系统等，在充分认识其随机性的基础上，识别其风险因子，评价其风险，能够为决策提供有力的支撑。2002年，Ｍｅｒａｂｔｅｎｅ Ｔ等[32]建立了一个包含实时降雨径流预报模型、水资源需求预测模型和水库调度模型三个基础模型的水资源综合管理决策支持系统，应用于评价水资源系统对干旱的敏感性和协助决策者制定最优供给策略。Ｍａｑｓｏｏｄ Ｍ等[33]于2005年应用两阶段区间模糊随机规划(ＩＦＴＳＰ)方法在不确定条件下设计水资源管理系统。2008年，顾文权等[34]综合分析了水资源配置风险内涵及其可能存在的风险因素，提出了基于随机模拟技术的水资源优化配置多目标风险评估方法。2010年，陈崇德等[35]基于来用水随机模拟的水资源优化配置风险分析方法，对漳河水库灌区水资源配置模型效果进行了风险分析。
(3)水资源配置相关策略与决策分析。水资源配置最终目的为决策，只有合理的决策才能指导实际运用。在管理科学中，专家根据科学管理技术所做出的决策能否被管理者所接受和理解，是专家所做的科学研究是否合理的重要标准，2008年，Ｌｉｕ Ｙ Ｑ等[36]认为在环境管理中普遍存在需要更有效的集成科学和决策，科学家经常抱怨他们的结果被决策者忽视，同时决策者也经常批评科学家所做出的决策不容易被接受或没有呈现可利用的形式。指出为确保研究结果的应用价值，应该在流域尺度的水资源管理中耦合人－水系统、水资源管理者或其他决策者。在决策分析中最常用的方法为情景分析和建立决策支持系统：2001年，Ｙｅｎ Ｊ Ｈ等[37]在不同的水文条件和地下水提取约束下，分别测试了用水获利优先权、用水优先权和用水目的优先权3种策略，结果显示为了适应未来台湾南部的用水要求，较好的政府措施是修建水库和塘堰，用以蓄积丰水期的多余水量在枯水期使用，此外需要为用水交易建立公平合理的补偿标准以避免交易双方的冲突；2008 年，Ｃａｓｔｅｌｌｅｔｔｉ Ａ等[38]以多方参与的规划过程作为一种有效且有效率的水资源系统管理方法，且将传统的控制技术与个人主观和偏好的决策相结合，同时应用多目标决策支持系统将该理论应用于实际。
(4)水资源配置效果评价。水资源配置效果评价是指在对不同的水资源配置方案产生的经济、社会和生态环境效果进行分析计算的基础上，以综合效果最好为判据，选择最佳的水资源配置方案，其本质上还是属于多准则决策范畴，其一般化的方法为建立指标体系，采用权重分配理论综合各指标值评价配置效果，选择配置策略。2009年，余建星等[25]基于信息熵建立了专家自身权重模型来修正层次分析法得到的指标主观权重，减少了权重确定时的主观性，建立了基于欧氏贴近度的水资源优化配置方案综合评价的模糊优选模型。2010年Ｙｉｌｍａｚ Ｂａｒｉｓ等[39]以土耳其某流域为实例，建立包括九个指标的水资源配置评价体系，评价了多种配置策略对水资源可持续利用的影响。
(5)水资源配置相关工具应用研究。应用已有的水资源配置工具和相关数据提取和处理工具，能有效地减少模型开发难度，集成已有模型优点，降低重复开发。2004年，左其亭等[40]提出了一种ＲＳ、ＧＩＳ、ＧＰＳ(统称3Ｓ)支持下的生态环境调查技术和生态用水量计算方法，为合理计算现状生态用水量和目标生态用水量，优化配置生态用水提供科学依据。2005年，Ｊａｙａｋｒｉｓｈｎａｎ Ｒ等[41]在ＳＷＡＴ模型中引入ＧＩＳ极大地提高了模型的适用性，同时采用4个实例验证了该模型在水文系统和水资源管理中的高效性和实用性。2009年，Ｇｉｋａｓ Ｐ等[42]着眼于水资源管理中卫星和分布式系统的作用，讨论了该系统应用的合理性。
(6)水资源相关问题研究(气候、生态、环境等)。20世纪90年代以来，气候变化、环境污染及生态环境破坏受到更多人的关注，如何让水资源配置策略适应气候变化，缓解生态环境问题，是21世纪水资源专家研究的重点。2001年，ＭｉｄｄｅｌｋｏｏｐＨ等[43]指出莱茵河水文国际委员会针对评价气候变化对流域河流径流条件影响的研究结果显示了如下的变化趋势：由于冬季融雪量和降雨增大导致径流变大，同时因为冬季积雪储存量减小和蒸发变强导致夏季径流变小。2005年，王薇等[44]指出河流是有生命的，具有类似于有机体的健康衡量标准，即可以用河流健康状况来描述河流的生态状态，并提出河流健康的度量对象包括：堤岸、河床、河水感观、水质指标、水生无脊椎动物指标和鱼类指标等。要维持河流健康，应加强河流水资源配置、水质、河岸地和河道等4方面的管理。2009年，Ｙａｎｇ Ｚ Ｆ等[45]基于对黄河流域生态系统区域分类、多重生态治理目标和环境流量需求的空间变异分析，结果显示黄河流域年最小环境流量需求为年径流的54．76％，河流生态系统的最大需求为93．64％，从而指出黄河流域水资源配置的重点应放在决定生态流量的下游河道需水量上面。2011年，Ｏｌｉａｓ Ｍ[46]分析了西班牙(Ａｌｃｏｌｅａ)水质数据，结果显示水库水质呈酸性而不能被利用，因此修建大坝是不明智的，需要大量的经济投资，以及会对环境产生影响，同时证明西班牙水资源管理依旧是基于政治动机，而不是技术准则和对自然经济资源的友好管理。
(7)多渠道开源问题研究(海水淡化、污水回用、云水、雨水等)。大量的实例证明仅仅加大对传统地表地下径流的开发利用力度，并不能有效地缓解全球范围内的水危机，近十几年，非传统水资源如海水、污水、雨水和云水资源等愈来愈受到水资源专家的关注。2004年，Ｃｈｕ Ｊ Ｙ等[47]提出了评估污水回用潜力的系统框架，基于中国的地区差异，在物理和经济限制条件下，应用线性规划模型探究污水回用量的潜力。在不确定性条件下，对多种不同的政策情景和水价变化情况进行了有效的模拟和评估，为中国水资源和污水管理提供了信息基础。2005年宿俊山等[48]系统介绍了美国佛罗里达州坦帕湾地区的水资源利用现状和供水管理策略，同时针对我国的客观背景，进一步探讨了城市供水的挖潜途径，指出雨水直接回收和中水利用是城市节水的两个有效方式，沿海地区则应对海水淡化予以重视；对于广大的农村乡镇，雨水集水塘和小型平原水库则是提高农村供水条件和改善水环境的一种有效措施。2007年，Ｍ．Ｑａｄｉｒ等[49]指出在水资源匮乏的国家，需利用非传统的水资源，包括海水和含盐量较高的地下水淡化处理、雨水资源的收集、边际水(污水、灌溉排水、含各种盐分的地下水等)利用，在水资源不能满足农业生产的国家，需要进行虚拟水交易以满足对食物的需求。
(8)水资源管理体制与机制研究。我国于2002年颁布的新《水法》确定了流域管理与区域管理相结合的水资源管理基本框架，但在具体管理权限分工仍然存在界限不清的问题，因此分析水资源管理中体制机制方面存在的问题，梳理总结水资源管理在体制机制建设方面的实践经验，学习借鉴国外流域水资源管理体制的有益经验，将为水资源管理体制改革提供理论支持和有益借鉴。1999年萧木华[50]提出要从根本上解决中国水资源统一管理问题，建立强有力的流域管理制度，制订《流域水管理法》或《流域水管理条例》是非常必要和十分紧迫的。2000年王树义[51]指出流域是一个由水量、水质、地表水和地下水等组成部分构成的统一整体，是一个完整生态系统，流域的这种整体性特点决定，在流域的开发、利用和保护管理方面，只有将每一个流域都作为一个空间单元进行管理才是最科学、最有效的。2004年汪恕诚[52]认为做好各项水利工作，尤其要注重经济手段的运用，充分发挥市场在水资源配置中的导向作用，形成以经济手段为主的节水机制，不断提高水资源的利用效率和效益。2007年钱冬[53]提出在流域水资源保护中要引入公众参与机制，他认为根据《环境保护法》，公民参与环境保护是公民的义务所在，而且流域水环境直接关系到周边百姓的切身利益，有参与的热情，而且公民参与能有效地监督政府，使各项水环境保护政策落到实处，并从法律、制度、具体参与方面提出了对策。2010年胡德胜[54]指出针对英国水资源法律与政策可以借鉴的经验有：积极参加国际活动；明确生态环境对水质和水量的需求；强化政府职责和不同机构间协调；注重利益相关者和公众参与等。
2 水资源配置发展方向
水资源系统涉及社会经济、生态环境等系统，水资源配置规模宏大、结构复杂、功能广泛、内部交互影响、与外部环境交流众多，因此水资源配置系统是一个典型的复杂巨系统，必须考虑复杂系统固有的特征：高阶次、多回路、非线性、多阶段、层次性、开放性、不确定性及多目标等，为此水资源配置正朝着水资源复杂系统的方向发展。根据国家21世纪的治水方针，并综合考虑我国水资源开发利用与管理中出现的新情况与新问题，以及国际气候环境变化和水资源管理技术的发展，可以预见的发展方向为：
(1)实行最严格的水资源管理制度。在2009年年初召开的全国水利工作会议上，回良玉副总理代表国务院，提出了实行最严格的水资源管理制度的要求[55]。2009年2月，全国水资源工作会议召开，全面部署水资源管理工作，会上，陈雷部长发表了“实行最严格的水资源管理制度，保障经济社会可持续发展”的重要讲话[56]，明确提出了实行最严格水资源管理制度的基本思路和工作框架，强调要围绕水资源的配置、节约和保护，划定水资源开发利用红线、水功能区限制纳污红线和用水效率红线。“实行最严格的水资源管理制度”已经成为水利部门顺应人民群众新期待，提高水利社会管理和公共服务能力，保障经济社会可持续发展的具体行动。
(2)相关指标或目标的量化问题。目前大多数的研究都是用货币价值来衡量水资源价值，但水资源作为一种稀缺性的自然资源，具有社会属性、环境属性、垄断性和公有性，其大部分价值都有不能通过货币来公度。然而任何一种数学模型都必须有确定的数学表达和明确的目标才能进行优化或仿真计算，一次在建模时除了要选择合适的指标体系来衡量和评价水资源配置效果及目标外，还要着重考虑指标和目标的量化问题，保证模型的使用价值。
(3)气候变化和土地利用及覆被变化对水资源系统的影响及水资源系统的响应。《ＩＰＣＣ报告》4指出预计极端天气事件的频率和强度的变化以及海平面上升将对自然系统和人类系统大都产生不利的影响：在热带潮湿地区和高纬度地区可用水量增加，在中纬地区和半干旱低纬地区，可用水减少，干旱增多，数亿人口将面临更为严重的供水压力，同时洪水和风暴所造成的损失增大。而土地利用及覆被变化对水文过程影响的结果，将直接导致水资源空间和时间分布格局发生变化，从而对流域生态、环境以及经济发展等多方面产生深刻影响。因此在未来的水资源配置中，要充分考虑水资源系统对气候变化和土地利用与覆被变化的响应，研究土地利用及覆被与地表水资源格局之间的内在变化关系，针对特定的气候情景采取合适的配置措施，保证水资源系统和社会经济系统的可持续发展。
(4)水权、排污权的统一管理。汪恕诚部长指出明晰产权和水权是深化水利改革，实现水资源优化配置的必要前提；有偿水权的提出是建立水市场的理论基础；水价的不断调整和水市场的建立是水资源优化配置的重要手段。然而水资源是质与量的统一体，其使用功能受到生态约束，即水质必须符合使用要求，否则，初始水权分配就失去了意义。因此，在水资源优化配置中需要根据河流水功能区划确定水质控制目标，核定河流的纳污总量和指定河流水土保持目标，并通过流域水权、排污权和林权的统一管理，从制度和市场机制上对流域排污行为和破坏植被行为进行约束，提高水资源利用效率，实现水资源优化配置。
(5)用系统的观点研究水资源系统。水资源配置涉及工业、农业、生活、生态环境等多个用水部门，供水部门根据各用水部门用水特点和需求，制定合适的规则对各用水部门供水；同时用水部门综合各方面的信息，采取措施以适应供水规则和宏观调控政策，以增强自身对环境的适应性。表现出明显的复杂系统特性，决定了必须用解决复杂问题的理论和方法进行分析研究。
(6)水资源配置决策支持系统及相关工具研究。水资源配置是一个实用性要求较高的工程管理手段，其研究成果不仅要带来较大的经济、社会和生态环境效益，且必须容易被决策者理解和使用。随着社会经济进一步发展和人类对生态环境的重视，水资源领域所需要考虑的问题必将会更多更复杂，而计算机软硬件技术的发展为更大规模的研究提供了基础。通过对现有理论和技术的改进，注重对国际上同类软件的引进和消化，提高对水资源系统优化配置的研究和决策管理水平，从而为相关各项工作提供基础，同时增强决策部门对配置机制的总体认识，提高管理水平促进水利现代化。
