1.2　水资源分配研究综述

水资源分配研究是水资源规划和水资源开发利用的基础性工作，本节首先对水资源分配内涵、方法和模式进行总结评述；接着，分析干旱区水资源分配特点；最后，对现阶段水资源分配研究进行小结。

1.2.1　水资源分配内涵

资源分配，就是资源投入的方向和分派。任何资源的分配都离不开对供需双方的有效调控。资源分配的核心就是在有限的资源供给条件下和高涨的需求状态下对资源的供给和需求进行合理的调控，以追求资源利用效益的最大。

水资源分配概念最早出自20世纪80年代N Buras所著的《水资源科学分配》，其中系统总结了水资源分配理论与方法；其后由联合国出版的《亚太水资源利用与管理手册》对区域水资源分配方法给予具体论述。水资源分配是指在特定的流域或区域范围内，遵循公平、高效和可持续利用的原则，通过各种工程与非工程措施，按照市场经济的规律和资源分配准则，对多种可利用水源在区域间和各用水部门间进行分配[1]。

1.2.2　水资源分配方法

水资源分配常用的方法有两种：一种是根据预先设定的管理水资源分配和基础设施操作的规则对水资源行为进行模拟，这是模拟方法；另一种是根据目标函数和相关约束对水资源的分配和基础设施进行优化和选择，称为优化方法。

1.2.2.1　模拟方法

系统模拟的定义是“模拟一个系统的本质或活动，但并非是真实实体的本身”。对于任何一个与自然生态、社会经济等密切相关的水资源系统，都不可能事先做出真实的系统进行试验选择，即使对于现有系统，考虑到时间、成本及后果，也不能利用它来进行试验。

模拟方法是评估一些情况下的系统反映的首选方法，包括极端的和不平衡的状态，系统组成部分最薄弱的环节和评估系统在可能跨越数十年的可持续发展准则集合相联系情况下的运行情况。具体来讲，模拟方法扮演了一个评判者的角色，用来评估水资源系统在全球气候变化、干旱和用水优先权的不断改变等情况下的系统运行状态。

F.Reitsm等提出基于面向对象技术模拟水资源实际过程的多准则模拟评价模型。K haled等提出了水资源系统符合面向对象技术思想的天然特点，分析了面向对象编程技术（OOP）在水资源管理模型中应用的优势。国外一些专业研究机构也推出了各种商业化的水资源规划管理软件，如MODSM、MIKBASIN、EMS系统、IQQM、Waterware等，也都以水资源系统模拟为基础。

1.2.2.2　优化方法

优化方法是在一定的约束条件下寻求合理的决策方案，使系统的总体效果达到最大。优化方法的特点是可以在水资源系统中考虑社会价值问题，由目标函数和约束组成的优化方法必须有模拟部分，但模拟部分只是计算总体的水量平衡。

采用优化方法建立的优化模型有两种基本类型：一种是水文优化模型，模型的目标是在水文规范的要求下优化分配部门内部的水资源；另一种是经济优化模型，通过水资源的优化配置，优化部门间的水资源分配。

20世纪70年代以来，伴随着数学规划的发展及其在水资源领域的应用，采用优化方法进行水资源分配的研究成果不断增多。1985年，G Yeh对系统分析方法在水库调度和管理中的研究和应用作了全面综述，他把系统分析在水资源领域的应用分为线性规划、动态规划、非线性规划等；荷兰学者E.Rom建立了Gelderlandt Doenthe的水量分配问题的多层次模型；Vedula、Mujumdar和Vedula、Kumar建立了简化的动态随机规划模型来最小化干旱条件下的粮食减产；Ponnambalam等用多级准优化动态模型来优化多个水库的调度；Babu等提出了严格经济优化方法的数学方程；McKinney等和McKinney等建立了水文政策分析工具并应用于水资源分配决策。

1.2.2.3　模拟与优化方法结合

优化方法通常能给出问题的最优解，但是由于水资源系统是一个复杂巨系统，包括社会、经济、生态环境等子系统，有些问题难以量化且不可公度，这时，优化方法通常难以建模和求解。因此，对于这类非结构化的问题，模拟方法能够较好地模拟、分析和预测。因此，某些学者将模拟方法和优化方法结合以解决实际问题。

翁文斌等将区域水资源规划纳入宏观经济范畴，建立了区域水资源规划多目标集成系统；Lee等建立了科罗拉多河流域的水盐平衡，用于优化制定区域的农业和市政工业用水的最大净回报；Tejada-Guibert等建立了一个重点考虑在不确定径流和需求情况下最大化水力发电的优化模型；Faisal等把综合的水资源系统模拟优化模型应用到地下水流域。

本书中，水资源使用权的分配（第4章）采用了优化方法——遗传算法，对水资源使用权分配协商模型进行求解；流域演化模型的建立（第5章）采用了能分析信息反馈系统的模拟方法——系统动力学方法。

1.2.3　水资源分配模式

国际上所进行的流域水资源分配行为和所依赖的分配模式可分为以边际成本价格进行水资源分配（MCP）、以行政管理手段的公共（行政）水资源分配（P/AWA）、以水市场（WA）运行机制进行水资源分配和以用户进行水资源分配（UA）等，因此现行水资源分配模式主要包括：市场分配、行政分配、用户参与式分配以及综合分配模式。目前，国外对水资源分配模式的研究主要考虑水资源产权界定、组织安排和经济机制对分配效率的影响。

我国水资源分配模式经历了以需定供的水资源分配模式、以供定需的水资源分配模式、基于宏观经济的水资源分配模式和可持续发展的水资源分配模式四个阶段。

（1）以需定供的水资源分配。认为水资源是“取之不尽，用之不竭”的，以经济效益最优为唯一目标，以过去或目前的国民经济结构和发展速度预测未来的经济规模，通过该经济规模预测相应的需水量，并以此得到的需水量进行供水工程规划。这种模式由于是以需定供，因此，没有体现水资源价值，毫无节水意识，不利于节水高效技术的应用和推广，必然造成社会性的水资源浪费。

（2）以供定需的水资源分配。以水资源的供给可能性进行生产力布局，强调资源的合理开发利用，以资源背景布置产业结构。这种方法在可供水量分析时与地区经济发展相分离，没有实现资源开发与经济发展的动态协调，可供水量的确定显得依据不足，并可能由于过低估计区域发展的规模，使区域经济不能得到充分发展。

（3）基于宏观经济的水资源分配。结合区域经济发展水平并同时考虑供需动态平衡的一种水资源优化分配模式。

（4）可持续发展的水资源分配。协调资源、经济和生态环境的动态关系，追求可持续发展的水资源分配模式。目前我国关于可持续发展的水资源分配模式主要问题是理论探讨多，实践应用少。

可以看出，无论是采用以需定供、以供定需、基于宏观经济的分配模式还是采用可持续发展的分配模式来分配水资源，都存在一个共同缺点就是没有考虑实际的水资源走向。水资源分配的本质是：受到地理动力、效率动力和制度动力的影响，不同用水对象的水资源势能不同，从而引起水资源的分配。水资源的分配就是水资源由水资源势能高的状态向水资源势能低的状态运动，最终达到水资源势能的动态平衡。

1.2.4　干旱区水资源分配特点

干旱区水资源分配的典型特征是：由于降水较少，生态脆弱，需要考虑生态用水和经济用水的合理分配问题。因此，在决策服务对象上，不再单纯考虑社会经济系统，需要同时考虑社会经济系统和生态环境系统；在决策目标上，不再单纯追求经济效益最大化，需要考虑经济效益与生态效益之和最大化。

干旱区水资源分配无论在供给还是在需求方面，与其他地区水资源分配都有一些不同。在水资源供给方面，主要有两点显著不同：一是在干旱区，生态脆弱地区的可利用水资源量既是生态系统变化的驱动因子，又是生态系统演变的函数；二是干旱区生态比较脆弱，生态需水比例大，因此，不仅需要分配经济用水，而且需要考虑生态用水，并在二者之间进行合理分配。在水资源需求方面，也有两点显著不同：一是水资源作为承载主体，不仅要承载社会经济系统的发展，还要承载生态环境系统的良好生存状态；二是需要考虑经济系统和生态系统内部结构变化引起的水资源需求变化。

1.2.5　水资源分配研究小结

1.2.5.1　水资源分配存在的问题

从上述分析可以看出，国内外对水资源分配主要从方法和模式上进行研究，这些研究丰富了水资源分配研究基础，但没有揭示水资源分配本质。

目前水资源分配研究存在的主要问题有：

（1）从水资源分配内涵可以看出，水资源分配遵循公平、高效和可持续性原则，按照市场经济规律和资源分配准则，对可利用水资源进行分配，这是从“优化”的角度人为对水资源进行分配，不能揭示水资源分配的本质。

（2）采用模拟方法和优化方法建立水资源分配模型对水资源进行分配，是水资源分配建立模型时所采用的方法，不能反映水资源分配规律。

（3）无论是以供定需、以需定供、基于宏观经济还是可持续发展的水资源分配模式，都是水资源分配的途径，即无论是先确定供水量，还是先确定需水量，都不能预测实际的水资源运动方向。如果要预测水资源运动方向需要详细研究和较多数据。

1.2.5.2　水资源分配发展方向

根据上述分析，要解决这些问题，需要寻求一种新思路和新方法来研究水资源分配。未来，水资源分配机理研究是一个必然的发展方向。水资源分配理论应该从以下方面寻求突破：

（1）水资源分配变化存在着某些动力，这些动力影响着水资源的分配。

（2）将其他方法和理论应用于水资源分配研究中，建立一种新的水资源分配理论来揭示水资源分配本质，该理论是一种简化的概念性理论。

（3）推导出水资源分配的基本方程，方便计算和分析水资源分配量在时间上、空间上的变化方向。

（4）仿真水资源、社会经济、生态环境和制度等子系统，建立水资源-社会-经济-生态环境-制度反馈模型，分析水资源子系统和其他子系统的相互作用和相互影响关系。

（5）在干旱区，分配水资源和建立水资源使用权制度时，需要合理分配社会经济用水和生态环境用水比例，以避免生态环境的恶化。