可持续发展是关系人类前途和命运并为当今国际社会普遍关注的重大问题,水资源作为基础性的自然资源和战略性的经济资源,它的可持续利用是经济社会可持续发展重要保障。如何使有限的水资源得到可持续利用,并事先依据一定的理论和技术给出警告与提示即预警,以科学合理地指导水资源开发利用,促进经济社会的可持续发展。因此,开展区域水资源可持续利用预警系统的研究具有十分重要的理论和现实意义。本文在可持续发展理论的指导下,对区域水资源可持续利用预警系统进行了尝试性和开拓性的研究,得出区域水资源可持续利用预警的一些初步研究成果,主要研究工作和研究成果如下:

(1)系统建立起区域水资源可持续利用预警系统的初步概念框架。通过对区域水资源可持续利用预警系统、预警指标体系、警素、警度、警源与警兆等概念的全面分析与深度开发,初步形成具有专业特色与行业特点的区域水资源可持续利用预警系统概念框架。

(2)初步构建了区域水资源可持续利用预警系统的理论体系。通过对区域水资源可持续利用预警系统的理论基础、预警原理和调控机制的深入研究,初步构建了既符合水资源属性特点,又满足预警系统要求的区域水资源可持续利用预警系统理论体系。

(3)系统研究了区域水资源可持续利用预警系统的基本方法。通过对区域水资源可持续利用预警的综合评价方法的概念内涵和发生背景的研究,提出了区域水资源可持续利用预警的警度确定和警兆识别方法。

(4)建立了区域水资源可持续利用预警模型。在构建的区域水资源可持续利用预警指标体系的基础上,提出用区域水资源可持续利用预警指数进行预警,以对比判断法进行警度划分,应用人工神经网络方法建模,建立了区域水资源可持续利用预警模型,经过模型训练和精度检测,表明模型具有较高的精度。

(5)研建了区域水资源可持续利用预警决策支持系统软件。通过对预警系统研建的必要性和可行性的探讨,对预警系统的技术系统及其组织实施的制约因素进行了全面分析和研究,应用面向对象技术,研发了区域水资源可持续利用预警决策支持系统软件。

(6)开展了区域水资源可持续利用预警系统的实证分析。通过选择正在申报世界文化遗产的云南元阳哈尼梯田作为研究区域,利用研制的软件系统进行分析,结果表明,元阳哈尼梯田核心区水资源,从1990～2004年的15年间,1990～2000年间处于可持续利用状态,从2001～2004年期间处于轻警区间。水资源的开发利用开始走向不可持续利用,按照这样的趋势,系统预测到2009年元阳哈尼梯田水资源将进入中警状态,为此 “十一五”期间元阳哈尼梯田的水资源开发利用的策略必须进行适度的调整,以扭转不可持续利用的态势,利用上述成果,指导元阳水利部门制定了“十一五”规划,提出了调控策略和具体措施,系统模拟表明,采用上述调控措施后,“十一五”期间,元阳哈尼梯田的水资源将由轻警向无警趋势转化。通过上述实证分析,一方面进一步检验和丰富了上述有关预警系统的理论、方法和技术,另一方面也指导了当地水利部门制定“十一五”期间水资源开发利用策略。

本文的主要创新点:

(1)系统建立了区域水资源可持续利用预警理论方法体系；主要包括区域可持续利用预警系统的概念框架、基础理论、基本方法、预警模型和软件系统等。它不仅为研建适合我国国情、省情、水情的区域水资源可持续利用预警系统奠定了理论基础,而且为预警系统的建设和实施奠定了实践基础,为区域水资源的科学管理提供了新的思路和方法,在预警系统应用于区域水资源管理领域作出了一些开拓性和尝试性的研究。

(2)将新三论即耗散结构论、协同论和突变论引入到区域水资源可持续利用预警系统的研究中,根据新三论的适用条件和区域水资源系统自身的特点进行了合理的总结、归纳、推理和引申。通过耗散结构论论证了区域水资源系统的三个基本特性:开放性、非平衡性和非线性；通过协同论,明确了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,通过突变论将区域水资源的物质流、能量流和信息流的相互转化方式,归结为连续渐进和飞跃性突变两种基本方式,区域水资源系统是渐进和突变的统一,从而为区域水资源可持续利用预警系统的分类指导和分块研究提供了理论基础,对今后区域水资源的科学管理和水资源可持续利用预警的理论研究和实践提供了有益的启示。

(3)建立了区域水资源可持续利用的人工神经网络(ANN)预警模型,其出发点是:区域水资源可持续利用预警指标与等级值之间为非线形关系,属于非函数模式识别。虽然模型建立相对于现有的评价模型复杂,但是人工神经网络模型的计算已有现成的计算工具和软件包,借助于计算机完全可以实现求解。ANN 模型不需要构造指标集和等级值间的函数关系和计算权重值,避免了权重赋值的主观性,具有实用性和可操作性强的特点。同时,区域水资源可持续利用预警是在可持续利用评价的基础上,根据预警理论进行判断和指示,基于此,引入区域水资源可持续利用预警指数进行预警建模,结果表明模型具有较高的精度。(www.daowen.com)

(4)应用面向对象技术,研发了区域水资源可持续利用预警系统软件 (RWRFW1.0)建立了水资源实时监测和预警系统之间的联系,并初步构建了区域水资源可持续利用预警决策支持系统。

(5)以正在申报世界文化遗产的云南元阳哈尼梯田为研究区域的实例研究,不仅实现了对区域水资源可持续利用的现状和未来的测度,及时发布警情,而且对研究区域未来的水资源开发利用提出了调控策略和具体针对性调控措施,并用于指导当地水行政主管部门编制了“十一五”规划,真正实现了区域水资源可持续利用预警系统理论源于实践,又指导实践的完整过程。

需要进一步研究的内容与展望:

尽管作者在研究过程中查阅了大量的资料,对论文中的主要问题进行了较为深入的研究和探讨,但由于问题的复杂性以及资料、时间等因素的限制,论文取得的成果只是初步的,还有待于在今后的工作中进一步深入研究,展望今后的研究内容和方向主要有以下几点:

(1)对区域水资源可持续利用预警概念的进一步界定和完善。预警和监测、预警和预测是两对既相互联系又相互区别的概念,弄清它们之间的异同,对于预警概念的科学界定非常重要。虽然论文对区域、预警、警义、警情、预警指标和区域水资源可持续利用预警系统等概念进行了全面分析和深度开发,但还没能形成一个全面、完整和系统的具有专业特色和部门特点的概念框架。因此,概念开发的任务还没有结束,甚至可以说是刚刚开始,概念开发是今后很长一段时期区域水资源可持续利用预警系统研究的一个重要任务。

(2)将区域水资源可持续利用警素进行多层次的划分,有利于预警系统的分类指导和分块研究,将总体警素作为第一层综合警素,将生产力警素、多样性警素、效益警素和灾害警素作为第二层综合警素,将供水量警素等作为第三层警素,符合区域水资源特点,将区域水资源可持续利用预警系统的空间尺度进行合理划分,有利于预警系统的分级控制和分步实施。目前,本次研究仅以县域为起点,今后应进一步探讨不同尺度下的水资源可持续利用预警及耦合开展研究。

(3)提出的区域水资源系统“新三论”为区域水资源可持续利用预警系统的研究奠定了方法论基础,而区域水资源系统的“新三论”还只是一些初步的想法,有待从理论上进一步完善和补充,特别是有待在实践中得到进一步检验、修正、丰富和发展。

(4)研建的区域水资源可持续利用预警系统软件 (RWRFWS1.0),已具备一定的预警功能,并具有很好的移植性,为进一步开发应用提供了一个平台,但还有待于进一步完善和提高。特别是目前制约区域水资源可持续利用预警系统组织实施的因素很多,还应集中精力首先解决:预警意识的训导、职能机构的建设和预警数据的挖掘等问题。

(5)通过对云南元阳哈尼梯田水资源可持续利用预警的实证分析,为区域水资源可持续利用预警系统的理论、方法和技术提供了实证支持,但更大范围、更深层次和更多内容的实证分析有待进一步开展,特别是如何与当前水利系统正在试点的水资源实时监测系统、防汛抗旱指挥系统进行对接和资源信息共享,也是今后要深入研究的方向。

区域水资源可持续利用预警系统的研究是一项既有学术意义、又有实践价值的工作,还是一项涉及多学科、多部门、多层次的系统工程,本文只是对区域水资源可持续利用预警系统进行了一番尝试性、开端性的研究,有着一些不尽完善的地方,愿与广大同仁一起共同努力完善之。