基于水文經(jīng)濟(jì)模型的水資源管理方法研究

◎李栗瑩

引言

水文現(xiàn)象是由多重相互依賴的自然因素和人為因素相互作用從而形成的復(fù)雜過程，它與大氣現(xiàn)在、地域風(fēng)貌、生態(tài)系統(tǒng)、人類活動(dòng)都有著十分緊密的關(guān)系，是一種特別的、具有綜合性的現(xiàn)象。迄今為止，人們還不可能用嚴(yán)格的定義來描述水文現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，這也引起了許多研究者對水文現(xiàn)象的好奇心，其中常見的研究方法是通過構(gòu)建水文系統(tǒng)將復(fù)雜的水文現(xiàn)象加以簡化，即忽略次要的影響因素與隨機(jī)因素，保留主要影響因素和可探究的水文規(guī)律的部分，并在計(jì)算機(jī)上建立水文模型等物理模型，將水文系統(tǒng)數(shù)字化。具有代表性的流域水文經(jīng)濟(jì)模型是為模擬流域水文現(xiàn)象、預(yù)測水文變量所建立的數(shù)字物理結(jié)構(gòu)，以流域的水文現(xiàn)象稱為原型，對水文現(xiàn)象的自然產(chǎn)生過程進(jìn)行概化[1]。

水文經(jīng)濟(jì)模型在研究水文現(xiàn)象形成過程、水文規(guī)律和解決水資源問題中起到關(guān)鍵性作用，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，以人工智能技術(shù)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)為核心的計(jì)算機(jī)技術(shù)在水文研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了水文經(jīng)濟(jì)模型的發(fā)展和研究，并廣泛應(yīng)用于水文系統(tǒng)建造、水資源管理、水資源開發(fā)利用和保護(hù)、氣象變化及人類活動(dòng)對水環(huán)境的影響分析等研究項(xiàng)目。因此，水文經(jīng)濟(jì)模型的建立和研究具有重要時(shí)代價(jià)值和意義[2]。

水資源是人類生存和發(fā)展必不可缺的自然資源，水資源管理是自然資源管理的重要內(nèi)容，也是建設(shè)生態(tài)文明的基礎(chǔ)，我國正積極深化水資源管理方式的改革[3]。目前水資源管理已經(jīng)成為人們重點(diǎn)研究的課題，本文利用水文經(jīng)濟(jì)模型的水資源管理方法進(jìn)行深入探討，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了引入水文經(jīng)濟(jì)模型后，水資源管理方法的管理效果[3]。目前水資源管理已經(jīng)成為人們重點(diǎn)研究的課題，本文利用水文經(jīng)濟(jì)模型的水資源管理方法進(jìn)行深入探討，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了引入水文經(jīng)濟(jì)模型后，水資源管理方法的管理效果。

一、水資源管理現(xiàn)狀分析

1.水資源管理的體制現(xiàn)狀。

根據(jù)《水法》的第十二條規(guī)定，國家的水資源管理模式結(jié)合流域管理模式與區(qū)域管理模式兩種管理模式，由中央國務(wù)院的水資源主管部門對全國的水資源極其相關(guān)產(chǎn)權(quán)進(jìn)行集中管理，監(jiān)督各行政區(qū)域的管理工作，并明確了縣級以上政府水資源管理部門的管理職能，科學(xué)劃分了水資源管理區(qū)域，全面管理水資源。

根據(jù)《水法》的十三條規(guī)定，中央國務(wù)院和水資源有關(guān)部門必須嚴(yán)格劃分管理職責(zé)，科學(xué)分工，全面負(fù)責(zé)水資源的有關(guān)工作，將水資源的開發(fā)、利用、保護(hù)、管理等責(zé)任落實(shí)到縣級及以上地方政府的水資源有關(guān)部門。

目前，我國的水資源管理模式仍然結(jié)合統(tǒng)一管理模式與分級管理模式，逐步建立了從中央-流域-省級-市級-縣級等五級的統(tǒng)一分級水資源管理體制[4]。

2.水資源管理的制度現(xiàn)狀。

自2007 年12 月我國開始實(shí)施的《水量分配暫行辦法》，把原來由國家集中管理的水資源和相關(guān)產(chǎn)權(quán)逐漸分配到流域、省、市、縣市等各級政府和終端使用公民。通過明確分配初始水量，清晰化水資源的產(chǎn)權(quán)和使用權(quán)，為提高水資源管理水平和加強(qiáng)水資源保護(hù)提供了法律基礎(chǔ)。

根據(jù)《水法》的第七條規(guī)定，國家對水資源進(jìn)行依法管理的同時(shí)，實(shí)行水資源開發(fā)利用制度和公民使用制度，并明確了這兩種制度的具體實(shí)施細(xì)則。同時(shí)，對《水法》進(jìn)行新的修訂，完善了水資源法律制度，規(guī)定國民有關(guān)水資源的經(jīng)濟(jì)利用、社會發(fā)展用水、城市總體規(guī)劃編制以及重大建設(shè)項(xiàng)目的布局，應(yīng)當(dāng)充分考慮當(dāng)?shù)厮Y源條件和特點(diǎn)，不得對水源生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行破壞，對破壞生態(tài)系統(tǒng)的項(xiàng)目不予以批準(zhǔn)，并在水資源不足地區(qū)，限制耗水量大工業(yè)的數(shù)量，控制城市人口規(guī)模，對違章用水的工業(yè)加以法律制裁。水資源管理制度的建立和不斷完善，為水資源管理提供科學(xué)的法律保障，同時(shí)保障了居民的生活條件，維護(hù)了居民的共同利益[5]。

二、我國水資源管理存在的問題

1.多部門分割管理。

盡管我國新修訂的《水法》規(guī)定國家水資源管理模式要結(jié)合集中管理模式和區(qū)域管理模式，但在實(shí)際實(shí)施過程中，管理模式呈現(xiàn)多部門分割管理現(xiàn)狀，即多個(gè)部門對同一流域水資源進(jìn)行不同分配的管理，利于水資源的開發(fā)和利用由開發(fā)部門管理，保護(hù)由保護(hù)部門管理，農(nóng)業(yè)、工業(yè)和林業(yè)用水也由不同的部門管理，在這種部門分割的管理體制下，管理任務(wù)分配過于明確，使得各部門的水資源管理職責(zé)既存在交叉區(qū)域，又存在漏洞區(qū)域，各部門間分工明確但缺少集體協(xié)作，既浪費(fèi)了過多的人力資源，又給居民的用水使用帶來了不便，使整體效益下降，導(dǎo)致我國水資源管理水平較低，處于低效率狀態(tài)，不利于水資源的充分應(yīng)用、水環(huán)境保護(hù)和管理，阻礙了我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.水資源產(chǎn)權(quán)制度不健全。

根據(jù)我國《憲法》規(guī)定，我國領(lǐng)水的水資源屬我國全體公民所有，即使國家用水也要從人民利益出發(fā)，保證公民的知情權(quán)?！端ā芬?guī)定了公民依法取水和用水條件，明確了公民對水資源的使用權(quán)，但由于缺乏具體的施行方案和細(xì)則。在施行《水量分配暫行辦法》后，國家將水資源分配到縣級及以上級別政府，但水資源的使用權(quán)并沒有清晰地落實(shí)到終端用戶。此外，國家水資源產(chǎn)權(quán)相關(guān)制度未對不同企業(yè)或個(gè)人對水的開發(fā)利用權(quán)、使用權(quán)、做出明確規(guī)定，并未對水流資源的集中管理權(quán)進(jìn)行權(quán)利登記，基于水資源開發(fā)利用制度和使用制度的也才剛剛實(shí)行。

3.水資源生態(tài)功能管理缺乏。

水資源發(fā)揮自然資源性功能的同時(shí)也具有生態(tài)性功能，但我國目前的水資源管理方法中沒有確定水資源生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)空間的相關(guān)管理制度，往往偏向于水資源的自然功能管理，更多考慮其帶來的經(jīng)濟(jì)效益，從而忽略了對水資源生態(tài)功能的管理，缺乏科學(xué)依據(jù)，不能科學(xué)控制水資源的自然資源功能與其自然環(huán)境功能，導(dǎo)致出現(xiàn)水源生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴(yán)重，水量減少，水質(zhì)下降，水體生態(tài)修復(fù)能力逐漸變?nèi)醯葒?yán)重的水資源問題，直接影響居民的生活環(huán)境，限制了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也威脅著人類的生存與文明的發(fā)展。

三、基于水文經(jīng)濟(jì)模型的水資源管理方法研究

水文經(jīng)濟(jì)模型的構(gòu)建方法眾多，基于水文經(jīng)濟(jì)模型的水資源管理方法結(jié)構(gòu)各異，水文經(jīng)濟(jì)模型大致可分為水文物理經(jīng)濟(jì)模型、概念性經(jīng)濟(jì)模型和系統(tǒng)理論經(jīng)濟(jì)模型三類。

1. 基于水文物理經(jīng)濟(jì)模型的水資源管理方法。

水文現(xiàn)象的形成過程和水文規(guī)律十分復(fù)雜，通過在實(shí)體場景研究水文過程變化規(guī)律，以及建立某些物理模型來構(gòu)建水文物理經(jīng)濟(jì)模型。水文現(xiàn)象的形成過程受許多自然因素的制約和人類活動(dòng)的影響

普通的水文觀測和分析方法難以清楚地描述人文現(xiàn)象的形成過程和各影響因素之間的相互關(guān)系，因此水文物理經(jīng)濟(jì)模型需要在野外實(shí)時(shí)考察水文變量，采用特殊的分析程序、數(shù)據(jù)采集裝置和設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的、全面的觀測和研究，獲取最真實(shí)的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過細(xì)致化的分析探尋水文現(xiàn)象的形成規(guī)律。水文現(xiàn)象研究的主要目的在于揭示在自然環(huán)境和人類活動(dòng)影響下水資源的輸入和輸出規(guī)律，解決當(dāng)前我國面臨的水資源問題，加強(qiáng)水資源的管理力度，提高管理水平，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，保證居民的生活質(zhì)量。

2.基于概念性水文經(jīng)濟(jì)模型的水資源管理方法。

概念性流域水文經(jīng)濟(jì)模型的建造結(jié)合了相關(guān)物理理念，通過將流域的物理基礎(chǔ)進(jìn)行概化，再結(jié)合數(shù)學(xué)公式和建模技術(shù)仿真模擬該流域的水流流動(dòng)過程。

概念性水文經(jīng)濟(jì)模型是一種分散性模型，其核心是提出流域的蓄水容量與蓄水能力之間存在的空間不均勻性。概念性水文經(jīng)濟(jì)模型根據(jù)輸入的降雨或降雪程度，實(shí)測水位的變化和流域面積，并考慮當(dāng)時(shí)的土壤濕度，帶入輸入方程，計(jì)算出大致輸入流量；并根據(jù)真實(shí)水面蒸發(fā)情況，代入蒸發(fā)公式，計(jì)算出輸出流量。通過將全流域分成若干個(gè)相同面積的單元，對每個(gè)單元分別進(jìn)行水流輸入與輸出計(jì)算，得出每個(gè)單元的水文變量，再分別將同時(shí)刻各單元水文變量通過計(jì)算機(jī)技術(shù)疊加在一起，最后推算出此時(shí)刻整個(gè)流域的水流輸出和輸入情況，推演出流域的流量過程。相較于物理經(jīng)濟(jì)模型，概念性模型展現(xiàn)出了計(jì)算機(jī)技術(shù)和建模技術(shù)的優(yōu)勢，更清晰地還原水資源面貌，更利于我們研究水文現(xiàn)象的研究過程，總結(jié)出變化規(guī)律，解決水資源問題。

3.基于水文系統(tǒng)理論經(jīng)濟(jì)模型的水資源管理方法。

水文系統(tǒng)是由多種水文要素組成的具有水文循環(huán)功能，能對水文變量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和預(yù)測的整體，其構(gòu)成整體的各個(gè)要素之間相互依賴，相互作用。水文系統(tǒng)主要由輸入、輸出和系統(tǒng)的功能三部分構(gòu)成。針對某一河流而言，河流的上流的水位或水流流量為輸入，下源的水位或水流流量為輸出；針對某一流域而言，大自然的降雨、降雪是輸入，流域的水分蒸發(fā)和出口的水量為輸出。水文系統(tǒng)的功能是根據(jù)系統(tǒng)所處的地理位置，分析該地區(qū)的流域和河系等特點(diǎn)，結(jié)合地域植被和土壤特性，充分考慮人類活動(dòng)對水資源的影響，分析其中的聯(lián)系。系統(tǒng)分為線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、時(shí)變系統(tǒng)、不變系統(tǒng)、集中系統(tǒng)和分散系統(tǒng)，線性系統(tǒng)即系統(tǒng)的輸入與輸出之間的轉(zhuǎn)化能夠滿足線性疊加原理，反之，若不能滿足線性疊加原理則為非線性系統(tǒng)。時(shí)變系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸入與輸出轉(zhuǎn)化關(guān)系中的參數(shù)隨時(shí)間變化而發(fā)生一定程度的改變，若系統(tǒng)的輸出與輸入不受時(shí)間影響，參數(shù)保持不變的系統(tǒng)稱為時(shí)不變系統(tǒng)。集中系統(tǒng)的輸入、輸出不受空間變化的影響，空間參數(shù)不存在變化，反之若系統(tǒng)的輸入、輸出和空間參數(shù)隨著空間的變化而變化則稱為分散系統(tǒng)。從水資源分布的特性看，大部分的流域系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境因素、地理因素和人為因素的共同作用下，因此大部分水文系統(tǒng)是非線性的、時(shí)變的和分散的。

水文系統(tǒng)理論模型又稱系統(tǒng)數(shù)字模型，這類模型針對研究對象的特點(diǎn)，以特定的表達(dá)方式簡化水文系統(tǒng)，一般采用數(shù)學(xué)語言和建模方法，利用已有的水資源資料結(jié)合水資源現(xiàn)狀，從而構(gòu)建某種數(shù)學(xué)關(guān)系，然后由此用新的輸入推算出相應(yīng)的輸出，預(yù)測水文變量。但由于水文系統(tǒng)理論模型只關(guān)心水文變量預(yù)測結(jié)果的精度，而不考慮輸入與輸出之間的復(fù)雜聯(lián)系，因此又被許多人稱為黑箱子模型。

四、實(shí)驗(yàn)研究

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/h3>

為驗(yàn)證引入水文經(jīng)濟(jì)模型后的水資源管理效果是否有所提升，本文設(shè)計(jì)了對比實(shí)驗(yàn)，選用舊式的水資源管理方法和本文研究的管理方法，通過對比采用舊式水資源管理方法時(shí)的水資源狀況和引入本文管理方法后的水資源狀況，論證本文研究的基于水文經(jīng)濟(jì)模型的水資源管理方法是否能夠提高水資源管理效果。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析。

通過采集引入本文研究的管理方法前的水資源數(shù)據(jù)和引入后的水資源數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析和對比，總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，我國舊式的水資源管理方法存在多部門分割管理、管理制度不健全、生態(tài)功能管理欠缺等多種問題，造成水資源的開發(fā)進(jìn)度緩慢，資源利用不充分，浪費(fèi)大量的水資源、人力、物力和財(cái)力，嚴(yán)重破壞了水源生態(tài)系統(tǒng)，使水體污染，直接影響居民的生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而在引入本文研究的基于水文經(jīng)濟(jì)模型的水資源管理方法后，我國的水資源管理效果明顯提高，管理制度的完善不僅使管理人員的工作效率更高，公民的用水行為也受到了相應(yīng)的限制，不僅節(jié)約了水資源，提高了水資源的利用率，還減輕了水源生態(tài)系統(tǒng)的污染，使其恢復(fù)了自我修復(fù)能力，提升了居民的用水質(zhì)量，維護(hù)了生態(tài)系統(tǒng)的平衡，改善了人類生存環(huán)境。

綜上所述，本文研究的基于水文經(jīng)濟(jì)模型的水資源管理方法能夠有效提高我國的水資源管理效果，對人類的生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。

五、結(jié)束語

通過在水資源管理方法中加入水文經(jīng)濟(jì)模型后，工作人員可以根據(jù)水資源管理的法定要求，提高水資源管理效果，加速改革水資源管理體制，并且能夠完善水資源管理制度，明確各級政府和公民對水資源的使用和保護(hù)責(zé)任，落實(shí)水資源管理責(zé)任，以最快的速度出臺最嚴(yán)格水資源管理制度考核方案，完善政府和工作人員的考核評價(jià)體系，進(jìn)一步保護(hù)水資源，維護(hù)人類與自然生態(tài)系統(tǒng)的和諧發(fā)展。