基于多維臨界調(diào)控理論的水資源優(yōu)化配置研究進(jìn)展

姜秋香，付強(qiáng)，朱長虹，王子龍

基于多維臨界調(diào)控理論的水資源優(yōu)化配置研究進(jìn)展

姜秋香1,2，付強(qiáng)1，朱長虹1，王子龍1,2

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑學(xué)院，哈爾濱150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)林經(jīng)濟(jì)管理博士后科研流動站，哈爾濱150030）

水資源系統(tǒng)是由水資源-社會-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-環(huán)境組成的復(fù)雜巨系統(tǒng)，各組成要素和子系統(tǒng)間存在相互聯(lián)系和制約關(guān)系，易造成水資源優(yōu)化配置后系統(tǒng)運(yùn)行向不協(xié)調(diào)、無序和崩潰方向演化，基于已提出的多維臨界調(diào)控理論和方法，在介紹多維臨界調(diào)控理論的基礎(chǔ)上，剖析其在水資源系統(tǒng)的適用性表征，對多維臨界調(diào)控模型、調(diào)控效果評價和調(diào)控方案風(fēng)險評估研究現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)評述，提出基于多維臨界調(diào)控理論的水資源優(yōu)化配置問題和展望，為后續(xù)相關(guān)研究提供指導(dǎo)。

多維臨界調(diào)控；水資源；優(yōu)化配置；臨界控制論；有序原理；協(xié)同學(xué)

姜秋香,付強(qiáng),朱長虹,等.基于多維臨界調(diào)控理論的水資源優(yōu)化配置研究進(jìn)展[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015,46(7)∶103-108.

Jiang Qiuxiang,Fu Qiang,Zhu Changhong,et al.Research progress of water resources optimal allocation based on theory of multidimensional critical regulation and control[J].Journal of Northeast Agricultural University,2015,46(7)∶103-108.(in Chinese with English abstract)

Research progress of water resources optimal allocation based on theory of multidimensional critical regulation and control/

水資源是人類生存和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。人類社會對水資源需求急劇增加。同時，水資源污染、地下水超采、不合理開發(fā)利用使水資源短缺和水環(huán)境惡化問題日益嚴(yán)重[2]。如何根據(jù)水資源現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展要求，科學(xué)合理開發(fā)利用、優(yōu)化配置水資源，已成為當(dāng)前亟需解決問題。水資源優(yōu)化配置不僅可實現(xiàn)有限水資源在區(qū)域間和各用水部門間合理調(diào)配，還可保障水資源可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境的綜合效益最大化，解決水資源諸多問題[3]。自20世紀(jì)40年代Masse提出水庫優(yōu)化調(diào)度[4]以來，國內(nèi)外水資源優(yōu)化配置研究已經(jīng)歷以水量配置為主導(dǎo)初期[5-8]、向水量和水質(zhì)統(tǒng)一調(diào)配的中期轉(zhuǎn)變[9-12]、直至以注重水資源可持續(xù)利用為核心[13-18]的成熟期三個階段。雖然水資源優(yōu)化配置在理論和應(yīng)用上均取得較大進(jìn)展，但仍存在諸多問題。

水資源系統(tǒng)是由宏觀經(jīng)濟(jì)-社會-水資源-生態(tài)-環(huán)境組成的復(fù)雜巨系統(tǒng)，各子系統(tǒng)間相互依存與相互制約決定系統(tǒng)的運(yùn)行方向[19]。在水資源優(yōu)化配置過程中，為保證水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)、有序和良性循環(huán)、解決水資源短缺和水環(huán)境惡化問題，勢必要研究水資源開發(fā)利用與社會經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境的相互協(xié)調(diào)、合理配置資源、確定系統(tǒng)崩潰臨界閾值等問題，均屬多維臨界調(diào)控理論研究的內(nèi)容。多維臨界調(diào)控理論應(yīng)用于水資源優(yōu)化配置研究，對水資源配置過程中涉及的多個相互矛盾的目標(biāo)（資源、經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)、環(huán)境）進(jìn)行科學(xué)合理分析，不僅為解決配置后系統(tǒng)協(xié)調(diào)、優(yōu)化、有序演化問題提供一種新方法，同時，可真正實現(xiàn)水資源合理配置和可持續(xù)利用。因此，本文在介紹多維臨界調(diào)控理論和方法的基礎(chǔ)上，剖析其在水資源系統(tǒng)的適用性表征，并對基于多維臨界調(diào)控理論的水資源優(yōu)化配置研究現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)評述，為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

1 多維臨界調(diào)控理論

多維臨界調(diào)控理論由臨界控制論、有序原理、耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同學(xué)等組成，通過臨界調(diào)控，使復(fù)雜巨系統(tǒng)向協(xié)調(diào)和有序方向運(yùn)行。

1.1 臨界控制論

臨界控制論是控制論[20]分支，研究對象是由自然和人文系統(tǒng)組成的復(fù)雜巨系統(tǒng)。在自然系統(tǒng)不可控制的前提下，只有將人文系統(tǒng)控制在自然環(huán)境可接受的范圍內(nèi)，才能達(dá)到自然與人文和諧統(tǒng)一的目的。因此，確定使自然系統(tǒng)崩潰的臨界閾值，并以此為依據(jù)調(diào)控人類活動，是臨界控制論研究重點。水資源優(yōu)化配置是典型的臨界控制問題[21]：天然降雨形成的水資源量是不可控制的，而社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境用水均可控制。因此，通過水資源優(yōu)化配置將人類用水量控制在生態(tài)環(huán)境允許的閾值范圍內(nèi)，使整個水資源系統(tǒng)處于對人類社會及經(jīng)濟(jì)發(fā)展最適宜的狀態(tài)，符合可持續(xù)發(fā)展對水資源的要求。

1.2 有序原理和耗散結(jié)構(gòu)理論

有序原理是系統(tǒng)科學(xué)的三大基本原理之一[22]，指任何系統(tǒng)只有開放、有漲落、遠(yuǎn)離平衡態(tài)，才可能走向有序[23]。目前，常采用耗散結(jié)構(gòu)和熵理論衡量系統(tǒng)的有序程度。

耗散結(jié)構(gòu)是遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非線性開放系統(tǒng)，通過不斷交換物質(zhì)、能量和信息，使系統(tǒng)從無序轉(zhuǎn)為有序結(jié)構(gòu)[24]。通過對水資源系統(tǒng)組成及其結(jié)構(gòu)特性分析可知，水資源系統(tǒng)符合耗散結(jié)構(gòu)的特征，遵循耗散結(jié)構(gòu)的規(guī)律?？蓪⑺Y源系統(tǒng)納入耗散結(jié)構(gòu)的研究范疇中，利用熵理論進(jìn)一步描述水資源系統(tǒng)有序度變化和演化方向。

奧地利學(xué)者Boltzmann在“熵增加原理”[25]基礎(chǔ)上提出熵微觀解釋：熵表征系統(tǒng)微觀組分間的無規(guī)則程度，系統(tǒng)越有序，熵越小[26]。水資源系統(tǒng)不是孤立系統(tǒng)，與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換，水資源系統(tǒng)熵發(fā)生變化。因此，可采用熵描述水資源系統(tǒng)的有序度變化和演化方向。

1.3 協(xié)同學(xué)

1973年德國物理學(xué)家Haken創(chuàng)立協(xié)同學(xué)，該門學(xué)科是研究復(fù)雜巨系統(tǒng)中各子系統(tǒng)如何通過合作和協(xié)調(diào)實現(xiàn)其空間、時間或功能結(jié)構(gòu)的科學(xué)[27]。系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，各組成要素間的競爭易造成子系統(tǒng)間更大的差異或者使系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡，而協(xié)同則使系統(tǒng)走向有序，接近平衡[28]。對系統(tǒng)影響大，主宰系統(tǒng)演化進(jìn)程的為系統(tǒng)的序參量[29]。協(xié)同學(xué)即通過對序參量的選則和數(shù)學(xué)表征，實現(xiàn)對研究對象的全面剖析研究[30]。為把握系統(tǒng)有序的程度，協(xié)同學(xué)中引入有序度（協(xié)調(diào)度）衡量各子系統(tǒng)間或者系統(tǒng)要素間協(xié)同作用的程度[31]。如果系統(tǒng)有序度增加，表征系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)同作用程度高，則系統(tǒng)向有序方向演化，反之亦然。

協(xié)同學(xué)是研究開放、非平衡系統(tǒng)的理論，而水資源系統(tǒng)正是遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放復(fù)雜巨系統(tǒng)。因此，將協(xié)同學(xué)理論應(yīng)用于水資源系統(tǒng)可行。水資源系統(tǒng)能否有序取決于系統(tǒng)中序參量能否協(xié)同。因此，應(yīng)用協(xié)同學(xué)進(jìn)行水資源優(yōu)化配置研究是通過對各子系統(tǒng)的序參量進(jìn)行調(diào)控，提高各子系統(tǒng)序參量的協(xié)同作用，真正實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置后系統(tǒng)向協(xié)調(diào)、有序方向演化。

2 基于多維臨界調(diào)控理論的水資源優(yōu)化配置研究進(jìn)展

2.1 多維臨界調(diào)控理論研究起源

1999年國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目（973計劃項目）“黃河流域水資源演化規(guī)律與可再生性維持機(jī)理”的第八課題“黃河流域水資源多維臨界調(diào)控模式”研究團(tuán)隊提出多維臨界調(diào)控理論。該課題組突破傳統(tǒng)的水資源研究框架，將水文水資源、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、管理科學(xué)等諸多學(xué)科融入水資源系統(tǒng)中，首次提出多維臨界調(diào)控理論及其理論組成，并將其成功應(yīng)用于黃河流域的水資源優(yōu)化配置[32]。

2006年我國科技部批準(zhǔn)設(shè)立973計劃項目“海河流域水循環(huán)演變機(jī)理與水資源高效利用”，其中第八課題為“海河流域水循環(huán)多維臨界整體調(diào)控閾值與模式”。該課題以海河流域為研究對象，提出流域水循環(huán)多維臨界調(diào)控的理論框架、方法和決策機(jī)制，構(gòu)建水循環(huán)多維臨界調(diào)控模型體系，并提出五維協(xié)同的臨界調(diào)控閾值和流域綜合效益平衡下的六大總量控制目標(biāo)；構(gòu)建海河流域水循環(huán)多維臨界整體調(diào)控的模式、措施與方案，評價南水北調(diào)工程運(yùn)行后海河流域生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[33]。

以上兩個課題是基于多維臨界調(diào)控理論的水資源優(yōu)化配置研究的重要成果，后續(xù)研究幾乎均圍繞這兩個課題展開。

2.2 多維臨界調(diào)控模型研究進(jìn)展

多維臨界調(diào)控理論在水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用始于21世紀(jì)。2001年，為解決西北地區(qū)水資源開發(fā)利用過程中存在的諸多問題，黃強(qiáng)等在分析水資源可再生性微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)特征基礎(chǔ)上，建立水資源可再生性維持臨界調(diào)控模型[34]。該研究提出當(dāng)水資源利用接近臨界值而水需求仍在增加時，必須進(jìn)行臨界調(diào)控創(chuàng)新思想，為水資源優(yōu)化配置提供新研究導(dǎo)向，同時也揭開多維臨界調(diào)控理論研究的序幕。隨后，薛小杰引入界殼論分析水資源系統(tǒng)的界殼特征，揭示系統(tǒng)周界對水資源系統(tǒng)實施控制的基本規(guī)律，并采用控制論探討水量臨界控制內(nèi)涵及定量表達(dá)方式[35]。該研究構(gòu)建的基于界殼和控制論的黃河流域水量臨界調(diào)控模型可視為多維臨界調(diào)控理論的雛形，為后續(xù)研究奠定理論基礎(chǔ)。水資源系統(tǒng)向有序、協(xié)調(diào)、平衡的狀態(tài)運(yùn)行，是水資源調(diào)控的目標(biāo)。為剖析水資源各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)性和判別系統(tǒng)演化方向，彭少明等采用協(xié)同學(xué)理論的有序度定量表達(dá)子系統(tǒng)序參量的協(xié)調(diào)程度，采用耗散結(jié)構(gòu)理論的熵原理定性判斷水資源系統(tǒng)調(diào)控前后系統(tǒng)演化方向，并將其應(yīng)用于黃河流域水資源臨界調(diào)控過程中各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度研究，以此確定最佳調(diào)控方案[36]。該研究將協(xié)同學(xué)理論和耗散結(jié)構(gòu)理論引入水資源調(diào)控中，進(jìn)一步完善了多維臨界調(diào)控理論。

彭少明等在前期研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步凝練多維臨界調(diào)控的內(nèi)涵是保證水資源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、優(yōu)化和良性循環(huán)；提出在控制論的基礎(chǔ)上，采用“人機(jī)結(jié)合”模式，構(gòu)建由調(diào)控對象和調(diào)控控制子模型組成的多維臨界調(diào)控仿真模型，將該模型應(yīng)用于黃河流域水資源優(yōu)化配置，驗證多維臨界調(diào)控理論與模型合理性[37-38]。該研究標(biāo)志著由控制論、協(xié)同論和耗散結(jié)構(gòu)理論組成的多維臨界調(diào)控理論體系正式提出。該理論體系包含的多維臨界調(diào)控方案的初始化、子系統(tǒng)有序度的計算、系統(tǒng)演化方向的定性推理、多維臨界調(diào)控仿真、調(diào)控結(jié)果分析和比較等關(guān)鍵步驟，為實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置后系統(tǒng)協(xié)調(diào)、有序、良性循環(huán)提供完整理論體系。暢建霞等在前人研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化多維臨界調(diào)控模型的層次和結(jié)構(gòu)，并在大系統(tǒng)遞階控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建模型體系的多級控制結(jié)構(gòu)[39]。該研究解決了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型在精確性與有效性方面存在矛盾的問題，為水資源系統(tǒng)研究提供新思路。

隨著多維臨界調(diào)控理論體系的成熟和完善，及其在黃河流域水資源臨界調(diào)控中的成功應(yīng)用，我國學(xué)者又將這個極具新意的理論應(yīng)用于海河流域，不僅擴(kuò)展了該理論的應(yīng)用范圍，同時也為理論體系的進(jìn)一步完善提供平臺。游進(jìn)軍等將水資源復(fù)雜系統(tǒng)的屬性擴(kuò)展為五維，在水資源對五維屬性特征分析、五維量化指標(biāo)和評價準(zhǔn)則研究的基礎(chǔ)上，將多維臨界調(diào)控理論與方法成功應(yīng)用于海河流域的水資源總量控制中，不僅拓展了多維臨界調(diào)控理論的應(yīng)用領(lǐng)域，也再次證明該方法的有效性[40]。甘泓等深度辨析海河流域水資源、經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)、環(huán)境五維系統(tǒng)特征和水循環(huán)二元特征，建立多目標(biāo)的五維歸一化目標(biāo)函數(shù)，并以多目標(biāo)宏觀經(jīng)濟(jì)模型、基于規(guī)則的水資源配置模型、水資源環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益分析模型和多維調(diào)控方案評價模型為主體，建立水循環(huán)多維臨界整體調(diào)控模型體系，提出全新的水資源調(diào)控模式[41]。

雖然目前多維臨界調(diào)控理論在水資源系統(tǒng)中的應(yīng)用研究國外尚無報道，但近年，不斷有研究成果表明，這種極具新意的理論開拓了資源合理利用研究視野。如崔吉峰從多維臨界調(diào)控理論出發(fā)，建立區(qū)域能源資源傳輸多維調(diào)控模型，對能源傳輸體系進(jìn)行優(yōu)化研究，為國家能源主管部門提供決策參考[42]。

2.3 多維臨界調(diào)控效果評價研究進(jìn)展

基于多維臨界調(diào)控理論的水資源優(yōu)化配置是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的有效途徑，不同調(diào)控措施和方案勢必得到不同的調(diào)控效果。因此，需在構(gòu)建評價指標(biāo)體系和選擇適宜評價方法的基礎(chǔ)上，對各方案的調(diào)控效果進(jìn)行綜合評價，以此篩選最佳調(diào)控方案，供決策者參考。

石春先等在分析黃河流域水資源多維臨界調(diào)控措施、方案、機(jī)制和過程特點的基礎(chǔ)上，建立調(diào)控方案評價指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)，并根據(jù)調(diào)控方案評價過程和理論，提出多維臨界調(diào)控方案評價的模型體系，研究為黃河流域水資源多維臨界調(diào)控的效果評價提供理論框架，對深入開展調(diào)控方案評價研究具有重要參考價值[43]。吳澤寧等以黃河流域水資源多維臨界調(diào)控為背景，從調(diào)控方案實現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境效果及水資源利用效率等方面入手，建立多維調(diào)控效果評價指標(biāo)體系，并對指標(biāo)的量化方法進(jìn)行分析；該研究將效用理論、BP方法和理想點技術(shù)結(jié)合，建立調(diào)控方案評價模型，其研究成果不僅完善多維臨界調(diào)控方案評價的指標(biāo)體系，也為方案的評價提供有效方法[44-45]。邢端生等在黃河流域水資源多維臨界調(diào)控的基礎(chǔ)上，從各調(diào)控方案水資源可承載的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境程度角度構(gòu)建評價指標(biāo)體系，同時采用模糊綜合評價模型對黃河流域2010年和2020年調(diào)控方案進(jìn)行評價，為黃河流域水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供決策參考[46]。徐凱等在分析水循環(huán)系統(tǒng)在“自然-社會”二元驅(qū)動下產(chǎn)生的五維屬性基礎(chǔ)上，利用熵理論和協(xié)同學(xué)理論對水循環(huán)系統(tǒng)多維調(diào)控方案進(jìn)行評價與優(yōu)選，研究為方案評價提供可行方法，完善調(diào)控方案評價理論體系[47]。

2.4 多維臨界調(diào)控方案風(fēng)險評估研究進(jìn)展

通過對水資源多維臨界調(diào)控風(fēng)險估計，篩選主要風(fēng)險因素，提供風(fēng)險信息，確定規(guī)避風(fēng)險措施，對提高水資源調(diào)控的科學(xué)決策有重要作用。隨著水資源風(fēng)險分析成為全球研究熱點，風(fēng)險評估方法呈現(xiàn)多樣化。目前水資源系統(tǒng)風(fēng)險評估方法包括常用統(tǒng)計學(xué)方法、模糊風(fēng)險分析、灰色風(fēng)險分析和層次分析等傳統(tǒng)分析方法，以及支持向量機(jī)、最大熵風(fēng)險分析、界殼的泛系觀控等新方法[48]。

李勛貴等、Fu等針對水資源多維臨界調(diào)控存在的風(fēng)險問題，引入泛系觀控風(fēng)險模型，對調(diào)控方案的風(fēng)險進(jìn)行定性描述，定量計算調(diào)控方案的風(fēng)險和比較收益，篩選低風(fēng)險-高收益的調(diào)控方案，為多維臨界調(diào)控方案的風(fēng)險評估提供新定性及定量評價方法[49-50]。丁大發(fā)等根據(jù)流域水資源多維臨界調(diào)控問題特點，在對調(diào)控目標(biāo)與風(fēng)險辨識研究的基礎(chǔ)上，提出基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬的蒙特卡羅風(fēng)險估計方法，在理論上解決了復(fù)雜流域水資源多維臨界調(diào)控系統(tǒng)風(fēng)險估計問題[51]。陳效國等開發(fā)集風(fēng)險因素初步篩選、主要風(fēng)險因素辨識、蒙特卡羅人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬為一體的風(fēng)險評估軟件，為多維臨界調(diào)控方案風(fēng)險評估提供有效分析工具[52]。

3 問題及展望

多維臨界調(diào)控理論是21世紀(jì)初新興的理論體系，基于多維臨界調(diào)控理論的水資源優(yōu)化配置是解決水資源優(yōu)化配置的有力工具，但調(diào)控理論和方法仍不成熟。就目前已有研究成果來看，水資源系統(tǒng)臨界調(diào)控和方案評價中存在的問題及展望主要有以下幾個方面：

a.多維臨界調(diào)控理論的知識體系不夠完善。雖然學(xué)者已逐漸意識到綜合考慮經(jīng)濟(jì)、社會、資源、生態(tài)、環(huán)境諸多因素進(jìn)行水資源優(yōu)化配置，但仍未從本質(zhì)上分析其屬性。應(yīng)定量表征因素間的競爭和制約關(guān)系，并考慮諸多因素與水資源之間的關(guān)系及對經(jīng)濟(jì)的影響。

b.多維臨界調(diào)控目標(biāo)和范圍比較單一。調(diào)控目標(biāo)上，盡可能全面地將經(jīng)濟(jì)、社會、資源、生態(tài)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展作為調(diào)控目標(biāo)，將各個子目標(biāo)由定性描述轉(zhuǎn)為定量分析；調(diào)控范圍上，從對某一河流或者流域的調(diào)控發(fā)展到整個區(qū)域調(diào)控，提高配置結(jié)果對區(qū)域的適用性。

c.調(diào)控方案評價準(zhǔn)則和體系不夠完善。目前對于多維臨界調(diào)控方案評價方法很少，而且多是在某一方面對方案進(jìn)行比較分析和評價，沒有較為完善的評價準(zhǔn)則衡量評價結(jié)果的適用性。應(yīng)豐富多維臨界調(diào)控方案的評價方法，多方面多角度綜合評價，建立評價準(zhǔn)則或評價標(biāo)準(zhǔn)，使評價結(jié)果有據(jù)可依。

d.缺乏模擬工具和評價軟件。目前，除陳效國等開發(fā)的黃河流域水資源多維臨界調(diào)控會商控制系統(tǒng)（CCDSCS）和流域水資源多維調(diào)控方案評價系統(tǒng)軟件（MRCAES）外[52]，缺少專門用于多維臨界調(diào)控的模擬和評價工具。應(yīng)大力開發(fā)模擬工具和評價軟件，使多維臨界調(diào)控過程和方案的評價更方便、直觀。

[1]汪黨獻(xiàn),王浩,尹明萬.水資源水資源價值水資源影子價格[J].水科學(xué)進(jìn)展,1999,10(2):195-200.

[2]姜文來.中國21世紀(jì)水資源安全對策研究[J].水科學(xué)進(jìn)展, 2001,12(1):66-71.

[3]吳澤寧,索麗生.水資源優(yōu)化配置研究進(jìn)展[J].灌溉排水學(xué)報, 2004,23(2):1-5.

[4]尤祥瑜,謝新民,孫仕軍.我國水資源配置模型研究現(xiàn)狀與展望[J].中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報,2004,2(2):131-140.

[5]Hall W A,Buras N.The dynamic programming approach to water resources development[J].Journal of Geophysical Research, 1961,66(2):517-520.

[6]Pearson D,Walsh P D.Derivation and use of control curves for the regional allocation of water resources[J].Optimal Allocation Water Resources,1982,135:275-283.

[7]華士乾.水資源系統(tǒng)分析指南[M].北京:水利電力出版社,1988.

[8]董子敖,閆建生,尚忠昌,等.改變約束法和國民經(jīng)濟(jì)效益最大準(zhǔn)則在水電站水庫優(yōu)化調(diào)度中的應(yīng)用[J].水力發(fā)電學(xué)報,1983 (2):15-27.

[9]Jacaid A,Noble D H.Optimization model for alternative use of different quality irrigation waters[J].Journal of Irrigation and Drainage Engineering,1992,118(2):218-228.

[10]Watkins D W,Jr.McKinney,Daene C.Optimization for incorpo?rating risk and uncertainty in sustainable water resources planning [J].International Association of Hydrological Sciences,1995,231 (13):225-232.

[11]吳澤寧,索麗生,曹茜.基于生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)的區(qū)域水質(zhì)水量統(tǒng)一優(yōu)化配置模型[J].灌溉排水學(xué)報,2007,26(2):1-6.

[12]張萬順,方攀,鞠美勤,等.流域水量水質(zhì)耦合水資源配置[J].武漢大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版,2009,42(5):577-581.

[13]Takama N,Umeda T.Multi-level,multi-objective optimization in process engineering[J].Chemical Engineering Science,1981,36 (1):129-136.

[14]Wong H S,Sun N Z,William W G.Optimization of conjunctive use of surface water and groundwater with water quality constrains [C].Proceedings of the Annual Water Resources Planning and Management Conference,1997:408-413.

[15]付銀環(huán),郭萍,方世奇,等.基于兩階段隨機(jī)規(guī)劃方法的灌區(qū)水資源優(yōu)化配置[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2014,30(5):73-81.

[16]鹿星,倪紅珍,楊明祥,等.水資源優(yōu)化配置的可視化決策支持系統(tǒng)分析平臺[J].水利水電技術(shù),2014,45(1):24-27,31.

[17]李琳,吳鑫淼,郄志紅.基于改進(jìn)NSGA-Ⅱ算法的水資源優(yōu)化配置研究[J].水電能源科學(xué),2015,33(4):34-37.

[18]齊學(xué)斌,黃仲冬,喬冬梅,等.灌區(qū)水資源合理配置研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展,2015,26(2):287-294.

[19]王浩,王建華,秦大庸.流域水資源合理配置的研究進(jìn)展與發(fā)展方向[J].水科學(xué)進(jìn)展,2004,15(1):123-128.

[20]Wiener N.Cybernetics or control and communication in the animal and the machine[M].New Youk:JohnWilet&Sons Inc.,1948.

[21]胡春宏,陳建國,郭慶超,等.論維持黃河健康生命的關(guān)鍵技術(shù)與調(diào)控措施[J].中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報,2003,3(1):1-5. [22]查有良.系統(tǒng)科學(xué)與教育[M].北京:人民教育出版社,1993.

[23]王薇.基于熵理論的學(xué)校教育系統(tǒng)有序度評價解釋模型的建立及應(yīng)用[J].教育科學(xué)研究,2012(10):28-36.

[24]林波,孟凱,王文波.基于耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)熵模型的區(qū)域人力資源供給系統(tǒng)有序性研究[J].科技與經(jīng)濟(jì),2014,27(1):86-90.

[25]程守洙,江之永.普通物理學(xué)[M].北京:高等教育出版社, 1998.

[26]陳建珍,賴志娟.熵理論及其應(yīng)用[J].江西教育學(xué)院學(xué)報:綜合,2005,26(6):9-12.

[27]哈肯·H.高等協(xié)同學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,1989.

[28]吳彤.論協(xié)同學(xué)理論方法—自組織動力學(xué)方法及其應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古社會科學(xué):漢文版,2000,124(6):19-26.

[29]李訓(xùn)貴.協(xié)同學(xué)的基本思想[J].河池師專學(xué)報:理科,1993,13 (3):15-20.

[30]周云崢.協(xié)同學(xué)——一門嶄新的綜合學(xué)科[J].蘭州學(xué)刊,1984 (4):92-95.

[31]孟慶松,韓文秀.復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度模型研究[J].天津大學(xué)學(xué)報, 2000,33(4):444-446.

[32]黃強(qiáng),暢建霞.水資源系統(tǒng)多維臨界調(diào)控的理論與方法[M].北京:中國水利水電出版社,2007.

[33]曹寅白,甘泓,汪林,等.海河流域水循環(huán)多維臨界整體調(diào)控閾值與模式研究[M].北京:科學(xué)出版社,2014.

[34]黃強(qiáng),薛小杰.西北水資源利用極限分析及臨界調(diào)控理論研究[C].中國水利學(xué)會2001學(xué)術(shù)年會論文集,2001:128-134.

[35]薛小杰.水資源可再生臨界控制研究——在黃河流域水資源最優(yōu)分配中的應(yīng)用[D].西安:西安理工大學(xué),2002.

[36]彭少明,黃強(qiáng),陳愛紅,等.黃河流域水資源多維臨界調(diào)控研究[J].人民黃河,2003,25(9):21-23.

[37]彭少明,黃強(qiáng),暢建霞,等.基于多維臨界調(diào)控理論求解21世紀(jì)黃河水資源問題[J].水電能源科學(xué),2005,23(1):18-21.

[38]彭少明,信勁松,黃強(qiáng),等.黃河流域水資源多維臨界調(diào)控理論與模型研究[J].水利水電科技進(jìn)展,2005,25(1):9-11,50.

[39]暢建霞,黃強(qiáng).黃河流域水資源多維臨界調(diào)控模型體系的設(shè)計[J].西安理工大學(xué)學(xué)報,2005,21(4):365-369.

[40]游進(jìn)軍,賈玲,汪林,等.基于水資源多維屬性的總量控制淺析[J].南水北調(diào)與水利科技,2012,10(3):48-52.

[41]甘泓,汪林,曹寅白,等.海河流域水循環(huán)多維整體調(diào)控模式與閾值[J].科學(xué)通報,2013,58(12):1085-1100.

[42]崔吉峰.能源傳輸模式多維臨界優(yōu)化理論與實證研究[D].北京:華北電力大學(xué),2008.

[43]石春先,吳澤寧,丁大發(fā),等.黃河流域水資源多維臨界調(diào)控方案評價研究[J].人民黃河,2003,25(1):36-43.

[44]吳澤寧,左其亭,等.黃河流域水資源調(diào)控方案評價與優(yōu)選模型[J].水科學(xué)進(jìn)展,2005,16(5):735-740.

[45]吳澤寧,曹茜,王海政,等.黃河流域水資源多維調(diào)控效果評價指標(biāo)體系[J].人民黃河,2005,27(1):36-38.

[46]邢端生,吳澤寧,左其亭,等.基于多維調(diào)控方案的黃河流域水資源可承載程度評價[J].干旱區(qū)地理,2005,28(2):229-233.

[47]徐凱,汪林,甘治國,等.流域水循環(huán)系統(tǒng)多維調(diào)控方案的評價與優(yōu)選[J].河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,42(2):118-123.

[48]姜秋香,付強(qiáng),宮凡荔,等.水資源系統(tǒng)風(fēng)險評估研究進(jìn)展及展望[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2015(1):1-5.

[49]李勛貴,黃強(qiáng),彭少明,等.泛系觀控理論在水資源多維臨界調(diào)控中的應(yīng)用[J].人民黃河,2005,27(5):32-34.

[50]Fu Q,Gong F L,Jiang Q X,et al.Risk assessment of the city wa?ter resources system based on pansystems observation-control model of periphery[J].Natural Hazards,2014,71(3):1899-1912.

[51]丁大發(fā),吳澤寧,王海政.黃河流域水資源多維臨界調(diào)控風(fēng)險估計[J].人民黃河,2003,25(1):44-45.

[52]陳效國,石春先,黃強(qiáng),等.黃河流域水資源演變的多維臨界調(diào)控模式[M].鄭州:黃河水利出版社,2007.

JIANG Qiuxiang1,2,
FU Qiang1,ZHU Changhong1,WANG Zilong1,2(1.School of Water Conservancy and Architecture, Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.Postdoctoral Mobile Research Station of Agricultural and Forestry Economy Management,Northeast Agricultural University,Harbin 150030, China)

Water resources system is a complex giant system composed of water resources,society, economy,ecology and environment.The relationship of interrelation and mutual restriction exists among the various component elements and subsystems of this system,which is easy to cause that the system operation evolves towards incongruity,disorder and collapse directions after optimal allocation of water resources.Therefore,the theory and method of multi-dimensional critical regulation and control were proposed by the researchers.Based on the introduction of multi-dimensional critical regulation and control theory,firstly,the applicability characterization of the theory in water resources system was analyzed in the study.Secondly,the research status of multi-dimensional critical regulation and control model,regulation and control effect evaluation and risk assessment of regulation and control scheme was commented systematically.Finally,the existing problems and prospects of studies on water resources optimal allocation by using multi-dimensional critical regulation and control theory were proposed,which could provideguidance for the following studies.

multi-dimensional critical regulation and control;water resources;optimal allocation; critical cybernetics;order principle;synergetics

F323.2

A

1005-9369（2015）07-0103-06

時間2015-7-9 14:42:37[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20150709.1442.007.html

2015-01-05

國家自然科學(xué)基金（51209038）；水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目（201301096）；黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目（面上）（12531009）；黑龍江省博士后資助（LBH-Z13049）；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)博士啟動基金（2012RCB58）

姜秋香（1982-），女，副教授，博士，研究方向為水土資源利用和管理，E-mail：jiangqiuxiang914@163.com