区域水资源可持续利用预警系统不但建立在辩证唯物论的基础上而且建立在现代科学发展的基础上,特别是系统科学的基础上。系统科学不但为区域水资源可持续利用预警系统提供定性的理论指导,而且为预警系统的实现提供定量的数学分析手段。

水利科学发展到今天,各种专业知识的积累已达到相当精细的程度,各种具体的方法也比较完善。但是区域水资源系统作为一个生态环境、经济和社会耦合而成的复杂系统,其发展变化的内在规律及其有效控制途径尚不很清楚,其研究方法也不很系统,而一系列带有全局性的区域水资源系统问题却时时困扰人们,尤其是普遍存在的资源危机、经济危机和生态危机等问题。随着以电子计算机为龙头的信息科学和以SCI理论即 “老三论”和DSC理论即“新三论”为增长点的系统科学在各个领域中卓有成效的应用大大激发了水利科技工作者在区域水资源系统的研究领域中运用系统科学的理论和方法的探索精神,试图从整体上揭示区域水资源系统发展的内在规律和有效的控制途径,力求为不同类型不同层次的区域水资源系统规划出发展的方向和道路。区域水资源可持续利用预警系统作为一种有效的控制手段,便是这一探索的产物。

3.1.2.1　区域水资源系统的“三元论”

区域水资源系统是一个复杂系统,普遍认为它是一个有着相互依赖内容的系统,是技术的、经济的、社会的、文化的和公共的因素相互作用的结果。但是对于区域水资源系统概念的内涵和外延的认识还没有完全统一,从不同的角度来认识,就有不同的说法；从不同的层次来界定,又有不同的定义。我们从区域水资源的整体论和发展论出发,结合现代生态学、经济学、社会学和系统学理论,提出区域水资源系统的“三元论”。

“三元论”认为区域水资源系统是区域水资源的生态过程、经济过程和社会过程在一定的集合体中相互作用、相互影响,并通过“人”这一耦合而成的有机整体,是区域水资源的生态系统、经济系统和社会系统相互作用而成的复合系统,是由生态、社会和经济要素相互排列的结果,三者相互作用,对内形成结构,对外形成功能；它的结构是区域水资源的生态结构、经济结构和社会功能交织而成的立体网络结构,它的功能是区域水资源的生态功能、经济功能和社会功能相互结合而成的整体功能,它的效益是区域水资源技术的、经济的、社会的、文化的和公共的因素相互作用的结果。但是对于区域水资源的生态效益、经济效益和社会效益相互综合而成的综合效益。

“三元论”是认识区域水资源系统结构 (Structure)、功能 (Function)和属性(Property)等基本问题的指导思想,而系统结构、功能和属性的认识又是 “三元论”内涵的深化和发展。

(1)水资源系统的结构。

从区域水资源总体来看要素的关系便是区域水资源系统的结构。它反映区域水资源总体与其组成要素之间的空间和时间上的有机联系及其相互作用的方式或秩序。

区域水资源是资源系统、经济系统和社会系统相互作用而成的综合系统,综合不仅意味着要充分利用资源学知识、经济学知识和社会学知识来研究区域水资源系统,而且意味着要充分利用工程措施、经济措施和行政措施来解决区域水资源问题；不仅表现在整体对局部的统协,而且体现在要素对系统的浓缩。

区域水资源的经济系统从属于整个区域的经济系统,它是区域水资源系统的核心。经济系统的结构由区域水资源的生产、交换、分配和消费等子系统的结构构成。资源构成是区域水资源的经济系统的基础结构,水资源等的初始配置及其流转途径和方式极大地影响着区域水资源经济系统的运行状态；消费构成是区域水资源经济系统的重要结构,满足家庭消费是人类的第一需求,也是区域水资源开发的首要目的,消费结构不仅是消费主体的收入函数,而且更多的是其所处的社会经济意识形态的函数；经营结构是区域水资源经济系统的重要结构,既影响区域水资源的开发、利用、配置和保护,又受制于区域的产业政策和市场等因素；交换分配构成是区域水资源经济系统的导向结构,它是区域水资源的产品和收入、计划和市场等的函数。

区域水资源的社会系统从属于整个区域的社会系统的依托。社会系统的结构由整个区域的社会系统同化而成。它的产业政策、户籍制度、社会福利、风俗习惯、价值观念、伦理道德和文化教育等的结构强烈影响着水资源的走向,决定着生产经营主体地位的沉浮机制。

区域水资源的结构深受人类的行为左右而不断改变,人类借助科学技术不断对区域水系统施加影响。但是科学技术具有两重性,是把双刃剑:既是进化的力量,又是异化的根源；既可以不断优化系统结构,引导系统向前进化,又可能导致系统结构破损,造成系统退化,甚至崩溃。

(2)区域水资源系统的功能。

系统在特定环境中发挥作用的能力称作系统功能。结构联系着系统与要素,功能则联系着系统与环境。区域水资源系统的功能是整个区域对水资源系统的要求,也是区域水资源系统内部各子系统以及各元素结合起来以后达到的共同目的。

区域对水资源系统的要求,即环境对区域水资源系统输出的要求。区域水资源系统功能由相互结合起来满足区域的经济系统、社会系统和生态系统的要求所构成。区域水资源系统作为经济系统的子系统,应该为区域今后经济系统提供足够、优质、高效的水产品和服务；作为社会系统的子系统,应该为人们创造良好的生活环境；作为资源系统的子系统,应该为区域发展不断提供丰富的物资。

区域水资源系统作为经济系统在区域经济系统中的功能,作为社会系统在区域社会中的功能,以及作为资源系统在区域资源系统中的功能,是由区域水资源的本质决定的。

(3)区域水资源系统的属性。

在区域水资源系统的结构分析和功能比较基础上,我们便可以提炼它所有的基本属性。时时把握并恰当应用这些基本属性是预警系统科学化的关键所在,区域水资源系统除了具有质、量、价、时、空等基本属性外,主要还有:

随机性 区域水资源系统的结构是一个动态系统,除了天象因素、地象因素和人为因素等外界因素导致的波动外,还有其自身的运动和变化规律。这就是说,一方面区域资源系统因外界的影响而变化,另一方面水资源系统自身也在不断的演变。区域水资源系统在时序上的随机性是区域水资源是否需要预警和是否可以预警的根本依据。这就是说,随机性本质地决定了区域水资源可持续利用预警系统的必要性和可能性。预警系统在区域水资源系统中的应用前提应该是区域水资源的随机性。事实上,任何对象预警应用的前提都是预警对象的随机性。即使是经济预警系统也是如此,经济现象的周期性是经济预警系统的主要理论依据,但不是唯一的理论依据:通过周期性测定,应用经济指标进行预警是经济预警系统的主要方法,但不是唯一方法。只是区域水资源系统警素具有独特的复杂性,除了某些效益警素可以应用周期性理论外,其他警素很难从它的随机性中离析出周期性波动即进行周期性测定。因此区域水资源可持续利用预警系统就需要采用不同于其他预警系统的研究思路和研究方法,这就是所谓的区域水资源可持续利用预警系统的专业特色和行业特点。

复杂性 区域水资源系统的复杂性主要体现在组成要素的复杂性、系统结构的复杂性和系统功能的复杂性,以及系统与环境的关联性、非线性和高阶次。水资源组成要素复杂、空间分布范围广等特点导致水资源系统结构的复杂性,因此水资源的时空结构、经济结构、生态结构和社会结构等各种结构可能相互交差和叠加。区域水资源系统功能的复杂性单从系统的主体——水的功能和作用的多样性就可以得到说明。水的功能体现在它能改造生物圈、改造气候和土壤等方面,它的作用体现在它的社会作用、经济作用和生态作用等方面。区域水资源系统复杂性的另一个主要表现是系统与环境的关联性。区域水资源系统不是一个孤立的资源系统或生态系统,而是与它所在区域的社会、经济、生态和环境等系统密切相关,进行着物质能量和信息交换的开放系统。区域水资源系统的关联性既提供了预警基础,又增加了预警难度。预警系统以关联性为基础,通过与之关联的预警指标可以进行有关警素的预警。但是关联性又使得我们在研建区域水资源可持续利用预警系统时必须全面考察与之关联的其他问题,才能作出科学的预警,这就相应地增加了预警分析的难度。区域水资源系统的复杂性决定了水资源警素的多样性,水资源警素的多样性又要求预警系统进行分类指导和分块研究,也就是研究的方法、手段和思路要与具体的警素相互匹配。

能观控性 能观控性是能观测性和能控性的简称,是卡尔曼于1960年提出来的,是现代控制理论最重要的基本概念。所谓能控性 (Controllability)是指系统在有限时间间隔[t0,t]内能找到一个控制作用u(t0,t)使系统从状态a(t0)时转移到没状态b(t0)时,则称系统在时刻t0是状态能控的；若系统在任何时刻都状态能控,则称该系统状态完全能控。

根据这一定义,区域水资源系统具有能控性。因为区域水资源是区域发展的物质基础和生态保障,是区域开发利用的对象,在有限的时间间隔内,可以通过输入一定的控制作用,能使其从一种状态转移到另一种状态。比如,在尊重区域水资源系统的生态、经济和社会等客观规律的基础上,通过输入一定负熵流的控制作用,可以使其从原来的混沌无序状态转移变为人们所需要的有序状态,从原来的资源危机、经济危困和生态危机交加的局面改变为“绿”起来、“富”起来和 “活”起来。相反,水土流失、荒漠化则是人类不尊重自然规律,滥砍乱伐,过度放牧,即输入了一定正熵流的控制作用,使其从原来的有序状态蜕变为无序状态。当然,人们对自然资源系统的控制是需要使其从一种状态转变为人们所期望的另一种状态。但是,区域水资源系统的所有要素并不是在任何时刻都是完全能控的,因为人类征服自然界的能力还有限。所谓能观测性 (Observability)是指在给定时刻t,若存在t0＜t,由系统在时间间隔[t0,t]内输出Y 的观测数据和输入U 的给定数据可以完全确定状态变量X(t)则称系统在时刻t是能观测；若系统在任何时刻t都能观测,则称系统完全能观测。根据这一定义,区域水资源系统具有能观测性。因为区域水资源在一定时间间隔内,可以通过输出的各种产量和输入的各种投入(控制)来确定其状态。与能控性一样,并不是所有的系统要素在任何时刻都是完全能观测的,同样,其能观测性也是动态的,而不是静止的。总之,区域水资源系统还不能实行完全观控,因为在当前的经济和科技水平下,区域水资源系统还具有一定的灰模性。这就要求我们在水资源的开发利用过程中,必须进行事先预测,及时处理好突发情况,使水资源系统一直处于高度有序状态,而这一切正是区域水资源可持续利用预警系统的功能和作用。

综上所述,区域水资源系统的三大基本属性是区域水资源系统理论分析,特别是定性分析的基础,随机性提出预警的要求,复杂性深化了预警研究的内涵,而能观控性则使预警成为可能。

3.1.2.2　区域水资源系统的“新三论”

“三元论”是我们对区域水资源系统认识的基本观点,有了这个认识基础,我们就可以利用现代系统科学提供的坚实的理论基础,进行有关预警问题的研究。现代系统科学为预警系统提供的理论基础主要有:SCI理论即L.V.贝塔朗菲的一般系统 (General System)、N.维纳的控制论 (Cybernetics)和C.E.申农的信息论 (Information),DSC 理论即I.普里高津的耗散结构 (Dissipative Structure)、H.哈肯的协同论 (Synergertics)和R.托姆的突变论(Catastrophe Theory)。

SCI理论即“老三论”同起一源,三位一体,共同发源于“系统”概念,并相互统一互为补充而形成不可分割的系统整体世界观和系统科学方法论。系统论是横贯 “老三论”的实质和核心内容,信息论是 “老三论”方法的基础和联系媒介,控制论是揭示 “老三论”方法的关键和调控机制。显然,以SCI理论为基础的系统思想、系统分析和系统综合是我们应用系统科学方法论研究区域水资源可持续利用预警系统的灵魂和精髓。

从SCI理论发展到DSC理论是现代系统科学综合化和一体化的新阶段,它的重要特征就是应用逻辑模型和数学模型,通过多种变量来描述系统运动状态。DSC 理论即 “新三论”的提出和发展把预警系统的定性分析和定量研究都提高到了一个新水平。因此,有必要将现代系统科学的“新三论”引用到区域水资源可持续利用预警系统的研究中去,但是,每当一种新的理论或方法引入另一个研究领域时,必须加以改造,否则只能是生搬硬套,而不能以全新的视角对这一领域的问题加以确切的阐述。这样,在引用 “新三论”时,一方面要继承经典论著和现代学者对区域水资源自身的特点加以合理的总结、归纳、推理和引申,于是就有了区域水资源系统的“新三论”即区域水资源系统耗散结构论、协同发展论和渐进突变论。

(1)区域水资源系统耗散结构论。

1969年比利时物理化学家I.普里高津 (I.Prigogine)在非平衡统计物理学发展的基础上,从热力学第二定律出发,正式创立了一种非平衡态开放系统的自组织理论——耗散结构(Dissipative Structure)。普里高津认为:非平衡可能成为有序之源,而不可逆过程却导致所谓“耗散结构”这样的新型物质动态。耗散结构论着重研究一个系统如何从混沌向有序转化的机理、条件和规律。它认为:一个远离平衡态的开发系统比如力学的、物理的、化学的、生物的、乃至社会的和经济的系统,通过不断地与外界交换物质的能量,使系统某参量变化达到一定阈值时,可能从原有的混沌无序状态转变为在时间、空间、或功能上稳定有序的新状态。这种在远离平衡的非线性区,通过耗散物质和能量而维持的宏观有序结构就是耗散结构。

形成耗散结构的条件主要有:它必须是与环境不断地进行质能交换的开放系统,系统必须远离平衡性,系统内部各要素存在着非线性的相互作用。

我们把耗散结构论引入区域水资源系统,综合区域水资源的已有认识,特别是区域水资源系统结构、功能、和属性的认识,初步得到区域水资源系统耗散结构论,具体内容可以表述为:区域水资源系统是一个非平衡系统,而且是一个开放系统,具有非线性特征,系统通过与环境进行不断的物质、能量和信息的交换而产生一种远离平衡态的动态平衡,从而使系统能保持一种时间、空间及功能上的有序结构即耗散结构。

首先,区域水资源系统是开放系统,它与外界环境存在着物质、能量和信息的交换。区域水资源系统存在于特定区域的自然环境和社会经济环境之中,不能脱离环境而存在,与环境之间不断地进行着物质转移、能量转换和信息传递,体现了区域水资源系统不是孤立的,而是开放的特性。

马克思曾经针对自然再生产实现的条件定性描述了区域水资源系统的这种开放特征,“可能有这样的情况:社会生产力的增长,仅仅补偿或甚至补偿不了自然力的减少”。这里的“自然力”是指各种自然物质和能量,也就是通常说的 “光、温、水、气、土”,它们与生物结合产生自然生产力,而社会生产力是指各种社会经济物质和能量。自然生产力是基础,是潜在的,而社会生产力则是外在条件。我们引用“熵”进一步定量化地描述区域水资源系统的开放性。(www.daowen.com)

外界环境一方面在使区域水资源系统熵不断降低,而另一方面却使其熵不断增加,这是一对永恒的矛盾。这种矛盾的具体内涵可以用熵的状态函数来描述。区域水资源系统的熵变化模型可以表示为:d S=diS+deS,其中,d S 是系统内的总熵,deS 是外部环境进行物质和能量交换引起的熵流,diS 是系统内部的不可逆过程引起的熵产生。

又令daS 为输入区域水资源系统的负熵,包括由太阳能、地球内能、科学管理和科技进步等提供的各种负熵流,即环境提供的负熵；dbS 为输出区域水资源系统的负熵,包括由人类生产所消耗的以及区域水资源系统在抵抗污染、人类破坏和自然灾害等时所消耗的各种负熵流,即环境提供的正熵,则:deS=daS+dbS,于是d S=daS+dbS+diS,其中,daS＜0,dbS＞0,diS≥0,所以总熵d S 值的大小取决于daS、dbS 和diS 三者的相对大小。

当|daS|＜dbS+diS 时,d S＞0,表明环境提供的负熵流不足以抵消环境提供的正熵流与区域水资源系统本身内部产生的非负熵,也就是说人类的开发利用和环境的干扰破坏超过了区域水资源系统的最大承载力。这样,区域水资源系统只能朝着熵增大的方向实行无序演化,最终倾向于各类过程的差异消失,变成完全均衡的混乱状态即系统解体。

当|daS|=dbS+diS 时,d S=0,表面环境提供的负熵流恰好抵消环境提供的正熵流与区域水资源系统本身内部产生的非负熵,这样区域水资源系统处于热力学意义上的定态。

当|daS|＞dbS+diS 时,d S＜0,表明环境提供的负熵流足以抵消环境提供的正熵流与区域水资源系统本身内部产生的非负熵。这样区域水资源系统是优良的、进化的,也正是人类社会开发利用水资源过程中所追求的目标。总之,区域水资源系统的开放性可以归结为图3.3。

图3.3　区域水资源系统的开放性示意图

其次,区域水资源系统是一个非平衡系统,从生物或生态的角度来看,它的运动方向不再是平衡态的顶级群落,而是越来越偏离平衡态的某个偏途顶级群落。

区域水资源系统内部各组成要素之间存在着较大差异和涨落即由系统各组成要素之间的非线性相互作用引起的。由于远离平衡态的主要特点是系统内部中各组成要素之间存在着较大差异和涨落,而区域水资源系统恰好具有这两个特点,所以它具有远离平衡态的特征。

区域水资源系统的有序性是在远离平衡条件下出现的,在非线性远离平衡态达到一定阈值后,系统稳定平衡条件下不能得到满足,于是就变得不稳定,同时,加上涨落和作用,系统就会“自组织起来”,产生一种新的在序结构。因此,区域水资源系统是一个“活”的非平衡有序结构,一是活在它与外界环境不断交换物质和能量,不断新陈代谢,吐故纳新,以维持系统的稳定和有序结构。

平衡态的静态含义是系统与环境的物质和能量处于一个常量状态,平衡态的动态含义是,无论系统目前处于何处,客观存在的动态运动趋势是向平衡点回归,所以平衡态只有与外界没有物质交换的封闭系统中,比如纯粹的自然生态系统中才能实现。在纯粹的天然生态系统演替的过程中,系统形态、营养结构和能量分配结构越来越强,整个系统生态平衡的自动调节能力越来越强,最后在顶级群落中达到上限。而具有相当空间尺度区域水资源系统却是一个越来越受人类驱动的、与环境交换越来越多物质和能量的开放系统,它的发展方向不仅受到自然生物生态规律的制约,而且会受到人类社会经济规律的制约,还要受到系统规律制约,所以区域水资源系统的目标,从生态系统的角度来看,不符合自然生态学规律的顶级群落,而是一个符合人类社会经济发展需要的偏途顶级群落。

因此,具有相当空间尺度的区域水资源系统在总体上应是一个非平衡系统,而是其他定义上的平衡系统。系统运动的趋势不是向平衡状态的回归,而是不断地向非平衡状态发展。系统非平衡稳定状态的存在,来源于开放系统的结构的有序性,在有人类驱动和质能输入的情况下,系统绝无保持于平衡态的必然性。对于开放的区域水资源系统,打破平衡并非坏事,而是必然。纯粹的自然生态系统中生物与环境之间的生态平衡规律,在区域水资源系统中,仅仅作为系统结构有序化的自然基础起作用,系统的发展不可能停止在这个基础上,而是要在新的社会、经济和技术条件下,实现新的平衡——时间、空间、结构和功能的有序化,而这种平衡绝不是自然生态系统原有意义上的平衡,而是一种新的更高层次的动态平衡。由此可见,区域水资源系统发展的判断并不依赖于原有定义上是否平衡,而是决定于系统是否实现了新的有序化。

再次,在区域水资源系统中存在非线性关系,非线性关系在区域水资源系统中是随处可见的,而纯粹的线性关系反而很少。由于区域水资源系统是由若干资源要素共同构成的一个既庞大又复杂的巨大系统,其内部各个要素共同作用的结果并不等于每个要素单独作用结果的机械叠加,即不满足叠加原理,也就是说,区域水资源系统具有非线性,是一类非线性系统。

非线性是区域水资源系统固有的基本特征,区域水资源系统的变化大都属于非线性过程,具有相干性,一个小的输入可能产生大的结果。其实,现在人们已经认识到非线性问题的挑战,特别是它的预警问题,主要是因为现实中的区域水资源系统并不简单,而是一个以非线性方式运动变化和发展着的五彩缤纷的世界。

至此,已从多方面探讨了区域水资源系统耗散结构论得以成立的三个基本条件:开放性、非平衡性和非线性。

(2)区域水资源系统协同发展论。

1973年德国理论物理学家H.哈肯 (H.Haken)创立了又一个系统自组织理论——协同学(Synergertics)。协同学起源于激光发射理论的研究,导源于现代物理学、应用统计学的动力学。

协同学是关于复杂系统中各个子系统之间相互协同作用的科学,是研究和比较多元系统诸要素之间合作效应的理论；它着重探讨客体系统自身进化的真正原因,提示出不同的系统间存在的从无序到有序,从不稳定到稳定,目的性的相似特征；它把研究对象从远离平衡态的开放系统推广到平衡态的封闭系统,既适用于非平衡态中形成的有序结构与功能研究,也适用于平衡态中发生的相变过程。

协同作用就是客体系统从无序向有序进化的自组织能力。现实系统总处在从无序到有序,再到新无序又到新有序的否定之否定的无限发展系列之中。系统要素间的协同效应导致系统整体同一性、结构稳定性、进化有序性和功能最优化。一句话,协同导致有序化。协同学提出的协同作用原理,从系统运动微观层次上揭示了有序与无序的矛盾和辩证转化,回答了物质世界诸系统进化从简单到复杂、从低级到高级的一般规律、动力源泉的微观机制。协同作用原理的数学化要求辩证思维与数学模型相结合,并借助于概率论和突变论等数学工具。系统协调包括要素之间、系统与要素之间、系统与环境之间同时协调的三级协调体系。总之,开放性是产生有序结构的必要条件,而非线性是产生有序的基础,只有协同性才是产生有序的直接原因。

把协同学引入区域水资源系统,认真考察前人对区域水资源发展协同性的有关认识,特别是近年来对可持续发展理论的认识,初步归纳得到区域水资源系统协同发展论,具体可以表述为:区域水资源系统是一个非平衡开放系统,其子系统之间,子系统各要素之间,以及系统与环境之间普遍存在着相互联系、相互制约、相互促进、协同发展的规律,这是区域水资源系统产生宏观有序的直接原因。具体地说就是区域水资源系统的社会过程、经济过程和生态过程的紧密耦合,区域水资源系统的社会效益、经济效益和生态效益的协调发挥,区域水资源系统的社会进步目标、经济增长目标和资源保护目标的同步实现,区域水资源系统的结构、功能和效益的密切协同。

既然前面已经论证了区域水资源系统耗散结构论的适用条件,那么区域水资源系统协同发展也就毋庸置疑了,这是因为协同学的应用领域要比耗散结构论宽广得多。可持续发展理论则从指导思想的高度要求我们在区域水资源可持续发展中引入协同学,因为 “协同”是可持续发展理论联系实际的核心内容之一。

(3)区域水资源系统渐进突变论。

1972年,法国数学家伦尼.托姆 (Rone Thom)在 《结构稳定性和形态发生学》一书中,最早提出突变论 (Catastrophe Theory)的理论框架,后经E.C.齐曼和吉尔莫雷等人加以发展,形成了一门新的数学分支。

突变论原意指突然发生的灾难性变化,现已成为运用几何上有拓扑学、奇点、微分方程定性理论和稳定性数学理论,来研究自然界各种形态、结构和社会经济活动的非连续突变现象的一种数学理论和方法,为耗散结构论和协同学提供了定量化的工具。突变论对拉普拉斯的机械决定论,即知道初态就能预知终结的线性思维方式以很大的冲击,把偶然性与必然性、随机性与决定性有机地统一起来,适应了研究一切复杂系统的需要。

在自然界物质系统的结构和时空演变中,诸如从星云到星球,从无机到有机,从猿到人等,确实存在着许多突变的分界线和关节点。为了揭示和描述各种不连续和质变现象和突变行为,突变论主要运用拓扑学的曲面折叠概念,建立突变现象的几何模型。当突变由不超过四个因子所控制时,在四维时空坐标系中反映的突变类型无非是只有7种图像即折叠型、尖顶型、燕尾型、蝴蝶型、双曲式、椭圆式和抛物式。每种突变都与一个势函数相联系。这7种突变模型是客观物质系统中现实原型突变的模拟和反映,深化和纯化了无数种连续性中断的突变现象的本质和规律的认识。与突变相对应的是渐进,它们是系统运动转化的两种基本方式。

把突变论引入区域水资源系统,认真分析当前人对区域水资源系统稳定性的有关认识,特别是近年来对突变和渐进的辩证思考,初步归纳得到区域水资源系统渐进突变具体内容可以表述为:区域水资源系统是一个非平衡开放系统,其物质流、能量流、信息流和时空流都有多样化的运动转化方式,但都可以归结为连续性渐进和飞跃性突变这两种基本方式。渐进是指区域水资源系统运动在量和质上渐进发展、连续变化的方式,一般反映量的积累过程,但也能直接过渡到质变阶段,它的基本特征是具有较长的时间跨度,缓慢的演变速度,变化量小质弱。突变则指区域水资源系统运动在量和质上急剧发展、间断变化的方式,它的基本特征是具有较短的时间跨度,变化速度快且强度大,变化量大质显,常表现为跳跃式质变和渐进的中断,也包括间断性量变。区域水资源系统发展变化的方式如图3.4所示。

图3.4　区域水资源系统的演化方式示意图

区域水资源系统发展变化到底是渐进,还是突变,抑或是两者的统一,还没有人作过探讨,但是渐进突变论却是生物学、地质学和天文学等学科的领域中几种学术思潮竞相争鸣又交相辉映的产物。

在近现代生物学史上,围绕着生物进化方式问题,曾长期存在渐进论之争。拉马克和达尔文的生物进化论着重强调用进废退、生存竞争和自然选择引起的物种演化的渐进性和连续性,却忽视了某些物种演化的突变性和间断性。与之对立的圣提雷尔和德弗里斯等生物突变论者,则只看到一些物种演化的突变性和间断性,却忽视其他物种演化的渐进性和连续性。1972年埃尔德里奇 (N.Eldredge)和古尔德 (S.I.Gould)提出了间断平衡论(Punctuated Equilibralism)模式,认为生物进化是突变 (间断)和渐进 (平衡)的相互结合。在近现代地质学史上,居维叶的突变论 (Catastrophism)和郝屯的均变论 (Uniformirarianism)、赖尔的渐进论 (Gradualism)的激烈争论此起彼伏,持续至今。在近现代天文学史上,18世纪后半叶的康德拉普拉斯星云说和20世纪先后出现的各种星云说,分别描述了太阳系起源和天体演化的渐进历程。1984年乔治.伽莫夫提出的热大爆炸宇宙模型,以及1980年A.H.古斯建立的“爆炸宇宙”模型都定性和定量地描述了宇宙起源和演化初态的瞬间突变过程,把天文学和宇宙学中的突变化研究推向了顶峰。

我们认为区域水资源系统是渐进和突变的统一,这就为区域水资源预警系统的分类指导和分块研究打下了理论基础,对于以渐进性为主导的警素比如生产力警素,就可以利用渐进理论,应用微分方程等数学模型描述渐进的过程；对于以突变性为主导的警素比如灾害警素,就可以利用伦尼.托姆(Rone Thom)的突变论,来描述和预测突变过程；对于总体警素,既可以从区域水资源发展的可持续性即渐进理论来研究,也可以从区域水资源系统的稳定性即突变论来研究。

区域水资源系统的“新三论”是区域水资源可持续利用预警系统理论分析,特别是定量分析的理论基础,虽然侧重点各不相同,但思想相互支持、内容相辅相成、方法互补互促。它们都以区域水资源系统的开放性和非平衡性为前提展开讨论,都以区域水资源系统的变化发展为论述的核心,区域水资源系统耗散结构论侧重于从外部作用对系统的影响而进行论述的,揭示了区域水资源系统的外在条件,可以说是“外因论”；区域水资源系统协同发展侧重于“联系”和“协同”的角度对区域水资源系统发展的内外条件进行的论述,可以说是“内外因结合论”；区域水资源系统渐进突变论侧重从系统运动转化方式的角度对区域水资源系统发展变化方式进行的论述,可以说是“演化论”。区域水资源系统耗散结构和协同发展是预警分析,特别是警源诊断的理论基础；而区域水资源系统渐进突变论是预警研究的方法论基础。