1.2　国内外研究进展

根据主要研究内容，首先进行国内外水资源需求影响因子及演化规律研究分析，接着对需水预测方法进行综述，然后对水资源配置进展进行阐述，从而指出当前研究存在的问题，最后对未来主要发展动态进行分析。

1.2.1　水资源需求影响因子及演化规律研究进展

水资源需求是社会、经济、生态环境等诸多因素综合作用的结果。其影响因子既有驱动需求增长因子，也有制约需求增长因子；对于不同用水系统，其驱动或制约因子亦有明显不同。科学识别水资源需求驱动和制约因子，对于进行需水预测与演化规律分析，从而指导中长期和超长期水资源供需态势具有重要的作用（袁宝招等，2007）。

国内外对水资源需求的影响因子与演化规律进行了广泛研究，并形成了一些卓有成效的成果。

20世纪80年代以来，美国、日本等发达国家出现工业用水零增长甚至负增长的现象，引起了国内外学者的广泛关注。Dziegielewski B通过对美国1950—1995年用水过程进行分析后指出，日用水总量最大值出现在1980年达402×106加仑，自此之后便出现了用水的负增长趋势，并以总人口、工业从业人员、火电装机容量、农业灌溉面积为主要驱动因子，解释了出现该现象的原因（Dziegielewski B，2002）。Arnaud Reynaud（2003）指出，法国工业用水在用水总量的比例逐渐增加，并预计到2025年，工业用水量还将持续增加；刘昌明等把水资源需求变化过程划分为不稳定增长、快速增长、缓慢增长和零增长或负增长等阶段，并就发达国家出现需水零增长的机理进行了研究（刘昌明等，1996）；贾绍凤等分析了经济合作与发展组织（OECD）25个国家工业用水下降的原因，认为用水效率的提高以及经济结构调整都将影响到未来的工业用水量，并指出发展中国家工业用水量不会一直增长下去（贾绍凤等，2002）；袁宝招运用系统论的观点，根据不同经济形态水资源需求变化的驱动特征，指出人口、城镇化、经济发展、土地利用、产业结构、生态环境、水市场条件、国家政策法规等驱动水资源需求变化的因素，并提出了相应的调控对策（袁宝招，2006）；汪党献指出影响水资源需求的因素主要包括产业结构，主要集中在经济发展过程中的产业结构演变与用水结构的对应变化以及用水空间布局方面的关系（汪党献，2002）；李云玲（2007）从人类发展历史的角度，指出水资源开发利用共经历了三个阶段，即传统水利、工程水利、资源水利阶段，我国水资源需求与这几个阶段密切相关，并指出在未来一段时间内，随着科学技术的进步，工程和非工程的节水技术将会不断涌现，水资源需求将会得到大量控制，甚至会出现负增长。目前欧洲一些进入工业化后期的发达国家如法国、英国等，需水已进入稳定阶段，甚至出现负增长。

综合以上研究，水资源需求受到人口增长和城镇化进程、经济发展水平和产业结构、生态环境保护与修复、气候变化等影响因子驱动，同时又受到水资源条件、水工程条件、水价以及节水和管理水平等因子的制约（汪党献，2002）；演化规律方面是需水在增加到一定程度时达到拐点，进而出现负增长。

1.2.2　需水预测计算与方法研究进展

需水预测是水资源规划与管理的基础工作之一，也是水资源配置的前提条件。当今世界经济高速发展，水资源危机日益凸现，如何准确地预测未来的需水量以避免投资的浪费或减少将来用水危机的发生已成为一项重要的研究课题，国内外均开展了广泛的研究（Bougadis，2005；K.B.Khatri，2009）。

资料显示，美国是世界上最早开展需水预测研究的国家，距今已有100多年的历史。当时主要针对工业化进程中的工业及生活用水进行预测，为城市供水系统服务。随着经济的发展和人口的增长，水资源供需矛盾日益严重，人们逐渐开始重视水资源规划，对不同水平年需水量进行预测，并进行了深入研究。1965年美国开展了全国第一次水资源评价工作，历时三年，于1968年完成评价报告。该报告对未来不同水平年的需水和供水进行了研究，对美国2020年的水资源需求进行展望，对当时经济社会发展起到了重要作用。随后，美国于1978年12月完成了第二次全国水资源评价，并重新对各类用水进行了需水预测。

在此期间，苏联、加拿大、日本、法国、英国等国也逐步开展了需水预测工作。日本自20世纪60年代开始，定期进行国土规划，并将需水预测作为规划的一个重要依据，苏联于1970年通过了《苏联及加盟共和国水法准则》的立法，要求进行用水的计划与检查工作。1977年3月，联合国在阿根廷马德普拉塔（Mar Del Plata）召开联合国第一届水资源大会，强调水不久将成为一种严重的社会危机，并号召各国要进行一次专门的国家级水资源评价活动（袁宝招，2006；李云玲，2007）。1987年和1992年联合国世界环境与发展委员会先后出版了《我们共同的未来》和《21世纪议程》，首次将环境问题与发展联系起来，提出要选择一种既满足发展要求，又能保护生存环境的发展方式，即可持续发展观，从而将可持续发展理念融入到需水预测中，并推动相关研究深入进行。然而，受到认识水平的限制，可持续发展理念并未融入到人们的用水中，水资源浪费严重、用水效率低下的现象还一直存在，由此造成全球用水总量自1940—1990年间增加了4倍，日益严重的用水危机再次引起人们对未来水资源供需状况的担忧。许多国际组织和机构陆续展开了广泛研究。其中，联合国工业发展组织（UNIDO）的研究成果显示，2025年全球工业用水量要比1995年增加一倍多，将达到1.5×1012 m3；国际水资源管理研究所（IWMI）2006年公布的报告中指出，至2050年，要继续养活目前地球上的人口，所需的水量将会是现在的2倍。

在国内，我国于20世纪80年代开展了第一次水资源调查评价和水资源利用评价工作。根据当时经济社会发展状况，以2000年为预测远期水平年，提出了全国、各流域片和各省、自治区、直辖市三个层次的需水预测成果和研究报告。在此之后，我国不同部门相继进行了几次影响较为深远的规划成果。1994年国家计委和水利部共同部署开展全国水中长期供求计划，并由水利部南京水文水资源研究所和中国水利水电科学研究院水资源所按照统一要求，组织各流域机构与有关省市、区相关部门进行研究。根据各规划方案成果，考虑到未来的来水变化及其他不确定因素的影响，2010年总需水量6600亿～6900亿m3，总供水量6400亿～6700亿m3，供需矛盾十分尖锐。2000年年初，中国工程院组织43位院士和近300位专家开展了“中国可持续发展水资源战略研究”，预测我国用水高峰将在2030年前后出现，国民经济总需水量峰值为8000亿m3，最小可能为7000亿m3，人均综合用水量为400～500m3。经分析，全国实际可能利用的水资源量约为8000亿～9500亿m3，需水量已接近可能利用水量的极限。因此，必须严格控制人口的继续增长，同时加强需水管理，做到在人口达到零增长后，需水也逐步达到零增长（钱正英，张光斗，2001）。2002年4月，我国组织开展水资源综合规划编制工作。规划根据科学发展观和建设资源节约型、环境友好型社会的总体要求，以2006年为现状年，按照全国规划、10个水资源一级区规划及31个省级行政区规划三级进行，对未来30年内我国经济社会用水的主要模式，流域及区域水资源配置总体格局等重大问题进行了分析。目前，《全国水资源综合规划》已经得到了国务院的批复并全面实施，新一轮的《全国水中长期供求规划》已经通过了专家审查。

当前国内外经济社会发展需水所采用的预测方法多种多样（Adamowski，2008；M.Ghiassi，2008），据不同的标准，可有不同分类。按预测涉及的研究范围，可分为宏观预测和微观预测。若按预测结果的准确度，可分为定性预测和定量预测，其中定性预测基于个人或集体的经验和知识进行的预测，客观性较差，可靠性不强；定量预测方法也多种多样，按对数据处理方式的不同，可分为时间序列法、结构分析法、系统方法和机理预测方法等（Zhou等，2000；Bougadis，2005；蔡素芳等，2009；E.J.M.Blokker，2010；王小军，2011；李清杰等，2014），这些方法基本涵盖了当前各行业的需水量预测，各种需水预测方法及其优缺点见表1.1。

通过对比可以看出，各种方法均有一定的优缺点。同时考虑到区域差异以及需水过程的非线性特点，致使需水过程难以准确预测。随着全球气候变暖趋势的增加，统筹考虑气候变化的可能影响，提出切实可行的方法，准确预测未来需水量已成为当前水资源规划与管理的重要课题（K.B.Khatri，2009；Mimi等，2010）。

1.2.3　水资源配置研究进展

水资源配置是对不同区域或用水户之间实现水资源有效公平分配，从而达到水资源可持续利用的重要措施（王浩等，2008）。水资源合理配置应在水资源天然循环和供用耗排人工侧支循环的统一框架下，以包括地表水、地下水和非常规水在内的水资源系统为对象，相对于未来经济社会发展和生态环境不同层次的水资源需求，在水量和水质等方面达到相对最优的安全保障，实现流域/区域经济社会生态协调、绿色发展。

国外水资源配置的研究起步较早，始于20世纪40年代，50年代以后随着计算机的发展，同时由于数学规划、分析理论以及计算机模拟和优化等技术的突破，水资源合理配置的研究逐渐增多并得到广泛应用，由单目标模型向多目标模型发展，将模拟与优化模型相结合，建立起不确定性和模糊优化模型（柳长顺等，2005）。1955年，美国哈佛大学的Harvard Water Program提出了将水资源与环境系统统一考虑的设想，探索经济目标、工程分析和政府决策间的关系，于1962年出版了《水资源系统分析》一书，将系统分析引入水资源规划，开始了流域水资源配置模型研究（Maass等，1962）。1960年，美国科罗拉多州的几所大学对计划需水量的估算进行了探讨，成为水资源合理配置思想的雏形。1972年，Burasn出版的《水资源科学分配》一书系统阐述了线性规划和动态规划在水资源配置中应用研究。1974年，Becker进行了水资源多目标问题的研究，Singh、Olenik和Goicoechea等分别对各种理论在水资源配置中的应用进行了相关研究。1975年，Dracup和Fudmar采用系统分析方法对南斯拉夫Moraua流域的水资源规划管理进行了研究（邴建平，2007）。1978年，Shafer等在系统模拟的基础上，研究水资源的优化配置和管理，并建立了流域水资源管理模型。1979年，美国麻省理工学院完成了根廷河RioColorado流域的水资源开发规划，影响较大（邴建平，2007）。1981年，Loucks等在其颇具影响的专著《水资源系统规划与分析》中着重阐述了如何运用系统分析方法指导水资源工程规划、设计和运行管理；并认为，人类对时空分布合理、数量质量合适的水资源需求的不断增长，已促使水资源工程师和规划者们不得不运用更为复杂的水资源系统规划方法来解决水资源问题。1982年，Romijn等构建了水资源分配的多层次模型，该模型考虑了不同用户对不同功能性质的水的需求，体现了水资源配置的层次性和多目标性。同年，Pearsoi等利用多个水库的控制曲线，以最大产值、预测的需求值和输送能力作为约束条件，运用二次规划方法对英国Nawwa区域的用水分配问题进行了研究。英国学者Herbertson等针对潮汐电站的特点，考虑利益的相互矛盾，利用模拟模型对潮汐海湾的新鲜水的分配进行了模拟研究。随着数学规划及模拟技术等相关学科的发展及先进的理论在水资源配置方面的应用，水资源合理配置的研究成果不断增多。1987年，Willis等应用线性规划方法，以供水成本最小或水资源供给不足带来的经济损失最小为目标，采用SUMT方法研究了地表水库和地下水含水层的水资源联合管理问题。总之，国外学者在水资源配置方面的研究虽然取得了很大进步，但这一阶段，主要是以水量配置为主。

进入20世纪90年代之后，随着水污染与水资源短缺危机的日益严重，水资源合理配置逐渐引入水环境目标以及水资源可持续利用等因素；水资源合理配置模型出现了新的研究方向，由于水资源优化配置模型一般具有高维、高度非线性及其他不确定性，使模型优化问题相对复杂，因此智能优化算法广泛应用于模型的求解中，如遗传算法、混沌优化算法、鱼群-蚁群算法、混合遗传算法等。1992年，Afzal等针对Pakistan的某个地区的灌溉系统建立了线性规划模型，对不同水质水的使用问题进行了优化。1994年，Booker等建立了集水文、经济和制度于一体的优化模型CRIM（科罗拉多河流域优化模型）。1995年，Watkins等建立了基于不确定性的水资源联合调度模型。1997年，Wong等考虑了多种水源的联合应用，如地表水、地下水和外调水等，提出了支持多水源联合运用的多目标多阶段水资源优化管理方法。1999年，Kumar等建立了污水排放优化模型，提出流域水资源管理经济上和技术上可行的方案。

21世纪以来，水资源优化配置与地理信息系统（GIS）、经济模型和水文模型相耦合，一些新的优化算法和理论研究也逐渐应用到水资源配置研究中。2000年，Minsker等基于系统的不确定性，提出了水资源合理配置的多目标分析模型，并采用遗传算法进行了求解。2002年，Makinny等将水资源优化配置模型与地理信息系统（GIS）耦合在一起，运用面向对象技术模拟研究水资源在流域内的合理分配。2005年，Yamout等针对黎巴嫩的Greater Beirut地区，将社会环境影响以供水费用的形式纳入到模型中，建立了一个多部门合理配置水资源的优化模型与水资源管理的决策支持系统。同年，Maqsood等于应用两阶段区间模糊随机规划（IFTSP）方法在不确定条件下设计水资源管理系统。2015年，Mianabadi等将加权破产理论应用到跨流域水资源优化配置中。2016年，Atzori等将净水足迹应用到动物产品中，开展了一种新的估算水资源配置方法的初步研究。

与国外相比，国内水资源合理配置研究稍晚。近年来，特别是改革开放以后，随着国家的大力支持，相关研究取得了迅速的发展（陈太政等，2013），已经出现了一些具有世界先进水平的成果，从单水源到多水源再到广义水资源配置（裴源生等，2007），从单目标到多目标，从时间配置到空间配置，从“以需定供”到“以供定需”，从水量到水质再到水量水质联合配置（张万顺等，2009），从经济效益到综合效益最优；并不断引入新的计算算法，如遗传算法（方创琳，2001）、复杂适应系统（赵建世，2003）、模糊算法（姚荣等，2005；金菊良等，2007）、蚁群算法（侯景伟等，2011）、混沌和声搜索算法（刘德地等，2011）、神经网络（崔东文等，2012）、灰色算法（李维乾等，2012）、粒子群算法（文静，2012）、分散优化算法（邵玲玲等，2014）、两阶段随机规划方法（付银环等，2014）等；不断引入新的发展理念，如基于可持续发展（方创琳，2001）、均衡发展（胡珊，2012）、低碳模式（严登华等，2010）、绿色发展（Yan D.，2014）的水资源配置等；不断与其他学科交叉，如与管理学（王慧敏等，2004）、控制论（孙翠清，2005）、博弈论（彭祥等，2006；彭祥，胡和平，2006；刘伟莉，2007）、经济学（周姣等，2007）、GIS（彭晶，2013）、系统动力学（李维乾等，2013；董楠，2015）等学科交叉。水资源配置的理论、方法、模型等方面得到不断地发展。

概括起来，我国水资源配置的主要研究历程主要有以下几个阶段：

（1）“六五”期间——水资源评价。水资源评价是水资源配置的基础，也是分析流域和区域水资源问题的基础。由于华北地区径流明显减少和过量开发水资源，造成多种生态环境问题，严重影响到华北地区水资源安全。1983年国家将“华北地区水资源评价和开发利用研究”列为“六五”（1981—1985年）国家科技攻关项目第38项，对该地区的水资源状况进行深入研究。该项目包括9个课题，由水利水电科学研究院（现为中国水利水电科学研究院）、南京水文水资源研究所（现为南京水利科学研究院水文水资源研究所）等单位承担。“六五”攻关中对水资源评价做了大量基础性工作，比较科学全面地对华北地区水资源数量、质量和特点进行了评价，并建立了大量水文水资源观测站点，为后期的水资源配置及水循环规律研究奠定了基础。

（2）“七五”期间——“四水转化”与地表水、地下水联合配置。继“六五”之后，“七五”（1986—1990年）国家科技攻关项目第57项“华北地区及山西能源基地水资源研究”课题在“六五”期间对水资源评价的基础上，根据大量的水分运移观测资料，探讨了包气带水分的运移规律，分析了降雨入渗补给机制和变化规律，在理论和实际计算上均有所创新。报告中研究了农田蒸散发和潜水蒸发规律、计算方法，并提出了新的潜水蒸发计算公式。在实验资料的基础上对非饱和土壤水零通量面的发生、发展和消失的变化规律进行了分析，并在入渗补给量和蒸散发的计算中应用，并通过小区实验研究和大区水均衡实验研究相结合的方法，进行水平衡分析和“四水”转化规律的研究。这些研究成果对深化认识“四水”转化规律，提高水资源评价精度以及指导农业节水和合理开发利用水资源，以及实现地表水地下水的联合配置调度具有科学意义和实用价值。通过降水—地表水—土壤水—地下水的水循环分析，以及水均衡观测试验研究，基本摸清了在不同地下水位埋深条件下区域“四水”转化关系，提出了华北地区地表水资源量、地下水资源量、水资源总量及水资源可利用量等评价成果，并开展了华北地区节水、地表地下水联合运用、规划水平年的供需平衡分析等，初步形成了华北水资源规划管理的科技支撑。“七五”攻关将水资源分配的概念从以水库调度为主要内容的地表径流分配推进到了地下水和地表水的联合调控，并考虑到了地表水文过程和地下水转换的动态关系，从水源上扩展了配置的口径。

（3）“八五”期间——基于区域宏观经济的水资源配置。从20世纪80年代开始，随着我国经济的高速发展，水资源的社会经济属性越来越明显，水资源配置与区域宏观经济越来越密切。而以往的研究中，无论是“以需定供”还是“以供定需”，都将水资源的需求和供给分离开来考虑，要么强调需求，要么强调供给，忽视了水资源供需与区域经济发展的动态协调。为了避免这两种单一分析方式的弊端，以协调区域经济发展和供需动态平衡为目标的基于宏观经济的水资源优化配置理论研究应运而生。因此，在“八五”（1991—1995年）攻关项目“黄河治理与水资源开发利用”中，以中国水利水电科学研究院为主进行了“华北宏观经济多目标水资源规划模型”课题的研究，进一步研究了基于宏观经济的水资源合理配置理论和方法，并结合联合国开发计划署的技术援助项目“华北水资源管理”（UNDP CPR/88/068），开发出了华北宏观经济水资源优化配置模型，构建相应的模型系统，为区域水资源优化配置和规划管理提供了科学决策手段。在该研究课题中，首次利用水资源宏观经济理论，提出了基于宏观经济水资源规划管理的理论与方法，以及相应的系统分析决策模型。该项目的主要成果包括：①建立了区域水资源优化配置理论，定量的揭示了宏观经济系统、水资源系统和水环境系统间相互联系的规律，发展了水资源规划的理论和方法；②将单决策者模式下的切比雪夫（Tchebycheff）决策方法发展和扩大为可处理半结构化问题的、考虑风险和不确定因素的多层次、多目标、群决策方法；③研制了一批适用于区域水资源优化配置问题中各主要方面的通用数学模型；④建立了我国当时数据装载量最大的通用水资源数据库和管理信息系统，并研制了区域水资源优化配置决策支持系统。

通过“八五”项目研究将水资源配置从理论上作了深入推进，提出水资源配置与社会经济需求的密切关系，并实现了定量化分析与优化模型，明晰了与社会发展目标关联下的水资源配置目标，为水资源配置研究开拓了进一步的研究空间。

（4）“九五”期间——基于二元水循环模式和面向生态的水资源配置。20世纪90年代，我国一些地区的水资源过度开发利用带来的生态环境恶化问题引起了人们的关注。尤其是西北地区，大规模水资源开发利用改变了原有的水循环过程和结构，使得西北地区的生态问题日趋突出。基于此，在实施国家西部大开发的总体战略下，提出了“九五”（1996—2000年）国家重点科技攻关计划“西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究”项目，以西北地区水资源合理配置、水资源承载能力、生态保护准则及生态需水为攻关突破口，开展了跨部门、多学科的联合攻关。

“九五”西北水资源攻关课题的三项关键技术是：①西北地区的发展界限——水资源承载能力；②生态系统的允许状态——生态保护准则与生态需水；③社会经济发展、生态系统保护与水资源合理开发利用的相互关系——水资源合理配置。其中，以生态系统需水量的研究为基础，为水资源合理配置及承载能力分析提供依据。以水资源配置的研究为核心，通过合理配置确定国民经济用水和生态用水的合理比例，同时为水资源承载能力计算提供基础，通过水资源承载能力的分析平衡协调区域发展模式、生态系统质量、水资源开发利用格局三者之间关系，达到对区域可持续发展的最大支撑能力。

通过“九五”攻关研究，提出了内陆河流域的水资源二元演化模式以及相应的水资源评价层次化体系，建立了干旱区生态需水量的计算方法，提出了针对西北生态脆弱地区的水资源合理配置方案。该方案在原则上坚持水土平衡，以水定发展规模，提高水资源与土地资源和矿产资源的匹配程度；坚持水量平衡，统筹考虑经济发展用水和生态建设用水；对于黄河流域坚持水沙平衡，进行减沙增水的综合调控；在内陆河流域片坚持水盐平衡，通过地表水—地下水联合利用解决春旱和次生盐渍化问题。

在“九五”攻关成果基础上，中国工程院“西北水资源”项目组经过广泛深入研究，进一步提出了水资源配置必须服务于生态环境建设和可持续发展战略，实现人与自然和谐共存，在水资源可持续利用和保护生态环境的条件下合理配置水资源。在对西北干旱半干旱地水循环转换机理研究的基础上，得出生态环境和社会经济系统的耗水各占50%的基本配置格局。该项研究为面向生态的水资源配置研究奠定了理论基础。

（5）“十五”期间——基于实时调度的水资源配置与调控。随着我国社会经济发展和用水量不断攀升，水问题的核心在于社会经济用水和生态用水之间的不平衡，使得流域水资源调配格局不当引起经济、生态问题。因此，建立与流域水资源条件相适应的生态保护格局和高效经济结构体系，统一合理调配流域水资源，是实现流域可持续发展的根本出路。

针对上述问题，“十五”（2001—2005年）科技攻关重大项目“水安全保障技术研究”中提出面向全属性功能的流域水资源配置概念。天然条件下，水资源具有三种基本属性，即因其物理性质所具有的自然属性，因其化学性质而具有的环境属性，因其生命组成物质特性而具有的生态属性。而社会用水使得水资源具有了特定的社会经济服务功能，所以水资源具备明显的社会属性和经济属性。上述五种基本属性关联伴生，某一属性的破坏不仅影响与其伴生的资源服务功能，而且还会给其他属性功能的实现带来负面影响，因此流域水资源合理配置必须以维护水资源自然、生态、环境、社会和经济等全属性功能为目标。其内在决策机制包括五个方面，自然属性的维护必须以流域水资源可再生性维持机制为准则，社会属性的维护是以平等机制为准则，生态属性的维护以水分—生态演替驱动关系为决策机制，经济属性的维护以水分—经济的互动机制为准则，环境属性的维护是以水环境可承载性维持为准则。流域水循环过程模拟是水资源调配的科学基础，“十五”攻关中首次提出并实践了以“模拟—配置—评价—调度”为基本环节的流域水资源调配四层总控结构，为流域水资源调配研究提供较为完整的框架体系。该层次化结构体系以“模拟—配置—评价—调度”为基本环节，实现流域水资源的基础模拟、宏观规划与日常调度，以及各环节之间的耦合和嵌套，进而通过流域水资源调配管理信息系统的构建，为水资源规划配置和管理调度提供了较为全面的技术支持，有效实现了规划层面的宏观水资源配置方案和操作层面的实时调度方案的总控与嵌套，保障了水资源实时调度的宏观合理性及可操作性。

在配置的水资源范围上，“十五”攻关中作了进一步扩展，从常规水源扩展到了非常规水源，包括径流性水资源、地下水资源等被纳入到配置范围，土壤水、大气水通量等也通过植被生长调控、雨水利用等方式得到合理配置，除了一次性的水资源，处理后污水、中水等再生性水资源利用也得到了重视。

（6）“十一五”期间——基于ET的水资源整体配置。流域水循环是流域水资源调配的科学基础，对流域水循环的模拟是水资源调配的前提条件。“九五”攻关中提出了二元水循环的认知模式，“973”项目课题“黄河流域水资源演变规律与二元演化模型”的研究真正实现了二元水循环模拟以及提出基于分布式水文模型的层次化全口径水资源评价方法。通过该研究将流域分布式水文模型和集总式水资源调配模型耦合起来，这是实现二元水循环过程的整体模拟的关键，并在海河GEF项目中对这一思路进行了进一步实践。

从水循环角度分析，考虑水资源利用的供用耗排过程，水资源配置的核心实际是关于流域耗水的分配和平衡。而以往的水资源配置多是在静态评价的水资源数量和质量基础上进行计算分析，所以流域水资源配置必须在动态考虑水循环过程和水量供用耗排关系的基础上进行。在评价不同区域允许耗水量的基础上实现对区域自然ET和人工ET的合理配置，从而真正实现流域水循环基础上的水资源整体合理配置。中国水利水电科学研究院在全国水资源综合规划专题研究“流域及区域通用化水资源供需分析及配置模型分析系统研制”中提出了流域水量平衡和允许耗水量的概念，指出流域水量平衡是指流域某特定时段内总来水量（包括降水量和外调水量）、蒸腾蒸发总量、总排水量之间的平衡关系，水资源配置的核心在于分析给出合理的区域和行业水资源消耗量。而在海河GEF项目中，中国水利水电科学研究院课题组进一步提出了基于流域ET的水资源配置，并通过所构建的二元模型实现了对流域社会经济发展、水循环与水质调控等多重调控因素下实现流域入海水量目标的ET分配，并对自然ET和社会经济产生的ET作了划分，首次定量给出了基于二元水循环结构和ET分配基础上的流域水资源整体配置。

实现基于ET的分配是水资源配置的一个重要进步，将水量配置从取用水量配置推进到耗水量配置，将配置与真实节水相关联，对实现流域水循环调控目标具有重要意义。在ET的监测控制存在困难的情况下，需要借助对取用水量和排水量的管理措施来实现ET分配。

（7）“十二五”期间——水量水质联合配置与调控。目前，我国的水资源配置研究成果都是针对水量进行，较少考虑不同水户对水质的要求。已有的水资源配置集中在水资源量的高效和合理利用方面，形成了以水资源数量为主的优化配置理论和方法，解决了有限水资源量实现最大经济效益的问题。而水资源的数量和质量都是其重要属性，满足水质要求的水资源才能对相应的用水户产生效益。现有的水资源合理配置中，通常比较重视水资源数量的调节与控制，而忽视水资源质量的调控。如果在配置中没有将供水、用水、排水和水资源质量管理有机结合起来，则不符合水质水量统一管理的要求，也难以符合水资源利用的综合要求。可见，研究水质水量统一优化配置具有重要的理论意义和实践价值。

1.2.4　存在的问题、不足与未来研究趋势

我国水资源需求预测与合理配置研究开展了大量工作，取得了丰硕的成果。但随着社会经济的发展和人口的不断增长，新的问题不断出现，水资源需求预测与合理配置在理论和技术上，不断面临新的挑战。

1.2.4.1　水资源需求预测存在的问题及发展趋势

由以上分析可知，当前需水预测研究尚存在一定的问题，比如水资源需求变化机理不明确，需求预测方法亟须改进等。未来需水预测研究应关注以下几个方面。

1.水资源需求机理研究

尽管用水户的真实用水需求是无法准确得知的，目前的需水预测结果只能是尽量接近需水真值，但未来的需水预测研究应从用水户的角度出发，探求水资源需求机理和规律，研究不同环境条件和经济社会发展水平下，用水户的真实用水需求（侯保灯等，2014）。目前，已经在部分作物需水机理方面取得了一些成果（郭冬兰等，2013；朱南华诺娃等，2013；彭世彰等，2014；庄德续等，2014），但仍需进一步研究。

2.变化环境背景下的需水预测研究

近年来，气候变化和人类剧烈活动正深刻影响着水资源供需系统，给水资源管理部门带来特殊的挑战。尽管气候变化对水资源系统影响一直是国内外重点关注的研究领域（F，2000；K.B.Khatri，2009；张建云等，2009），气候因素与部门需水量之间的关系也已经被证实（Bates等，2008），然而经济社会变化背景下气候变化给用水带来的影响的量化问题近些年才逐渐受到关注并加以研究（Doll等，2002；IPCC，2007；Roy等，2010；Howe等，2005；罗玉峰等，2009；丛振涛等，2011）。通过经济社会发展及气候变化对水资源需求影响研究及相关管理措施对用水行为进行动态调控，预测未来需求变化趋势，可为需水管理长期实施奠定一定的科学基础。

3.需水预测的不确定性问题

需水预测涉及气候、经济和社会多个因素，一方面受降雨、径流等随机气候因素的影响，需水会不同程度地存在许多不确定性因素；另一方面它又常是关系到大面积地区、长时间范围和多重利益相关者，使得供需水系统管理规划更加复杂，也增加了预测结果的不确定性。需水预测的不确定性来源分析及其结果的风险决策问题，一直是众多学者关注的问题（段衍衍等，2015）。近来概率论、模糊集合论、可能性理论和证据论等新理论新方法的研究，为需水预测中不确定性的研究和发展提供了发展方向（Yoo等，2008；B K，2009）。

4.生态需水的广泛关注

为了实现水资源有效开发利用、经济高速增长与良好生态环境的协调发展，当前对生态保护日益关注，尤其是在当前大力推进生态文明建设的背景下，在规划用水时开始考虑一些娱乐的、生态或景观目的的非耗损性用水（王西琴等，2002）。但当前对生态需水的机理、过程与效应问题的研究比较欠缺（郑红星等，2004），观点也不完全一致，需要进一步深入研究，为生态需水的合理量化以及生产用水与生活、生态用水比例的合理调控提供科技支撑（康绍忠，2005；严登华等，2007；金鑫等，2011）。

1.2.4.2　水资源配置存在的问题及发展趋势

尽管我国水资源配置取得了突出的研究进展，但在水资源配置理论研究的广度和深度方面还有待进一步加强，水资源配置体系尚不全面，配置方法有待进一步革新，配置机制上缺乏系统的后效性评价。国内外水资源配置研究实践经验表明，要适应水资源开发、利用与管理的发展变化，关键是要更新观念，突破原有思维模式，以更加广阔的眼界来考察水资源配置问题，未来主要发展趋势如下所述。

1.以全口径水资源为配置对象

水资源高效利用是缓解水资源短缺的有效手段，从资源有效性出发拓宽水资源配置对象，将人工系统和生态系统利用的水分纳入水资源配置体系中，并在配置行为中考虑如何将无效降水转化为有效降水，对水资源合理配置、雨水资源化、资源节水和制定缺水标准研究具有重要的理论和实际意义。

2.以天然—人工复合系统为配置内容

水资源是维持区域经济社会发展和生态环境稳定的纽带，以往水资源配置研究注重于人工系统的水资源配置过程，而忽略了人工系统水资源配置对天然系统水资源消耗时空分布的影响。以天然—人工复合系统为配置内容，同时考虑天然系统和人工系统的供用耗排关系，并保持两者的协调统一，是水资源合理配置的又一趋势。

3.以流域/区域水循环精细化模拟为基础

水资源合理配置的本质是按照自然规律和经济规律，对流域/区域水循环和影响水循环的自然与社会因素进行多维整体调控。水循环模拟为水资源合理配置提供客观真实的物理参数，还可以充分利用空间信息，模拟人类活动改变下垫面和人工取用耗排水对区域水资源、水循环演变的影响，是水资源合理配置过程及其后效评价的基础。

4.以水资源配置后效性评价为依据

水资源配置是一个基于期望目标的决策过程，尽管在决策过程中采取局部和整体优化方法来保证决策过程的合理性，或是基于一定的准则来实现合理配置，但配置后效应的模拟与评价仍然是配置过程不可或缺的环节，是水资源配置方案调整的基本依据。内容主要包括社会后效性评价、生态环境后效性评价、经济后效性评价和效率后效性评价等。

5.以水资源实时调度配置为实现手段

水资源合理配置是水资源宏观管理与规划层面内容，在配置时间上的跨度甚至超越30～50年，空间上也通常以整个流域或区域为配置范围。水资源配置与紧密联系生产实际的水资源实时调度尚存在一定脱节，导致水资源配置规划难以落实到水资源日常管理调度中，因此实现水资源配置与水资源调度的紧密耦合是今后水资源调配工作的主要趋势之一。

6.强化水资源配置机制研究与创新

研究有效的初始水权分配机制、有机的补偿与激励机制以及广泛的社会参与机制等水资源配置机制，并在深入研究水资源宏观调控（政府机制）和市场配置（市场机制）理论与方法的基础上，运用系统工程理论，探索面向经济系统和生态系统的水资源合理配置多种机制结合的最佳形式。