流域水文水资源与社会耦合系统研究进展与评价

王秋媛

(黑龙江省黑河水文局，黑龙江 黑河 164300)

决策思考

流域水文水资源与社会耦合系统研究进展与评价

王秋媛

(黑龙江省黑河水文局，黑龙江 黑河 164300)

资源对社会经济发展有关重要的影响，某些关键性资源甚至会对社会发展形成制约。人类社会在发展过程中对自然环境造成了严重影响，水环境存在的主要问题是浪费与污染。我国水资源时空分布不均，基于社会可持续发展的角度来看，需要通过一定措施对资源利用进行干预，从而提升资源利用效率，为人类社会发展提供支撑。文章就流域水文水资源与社会耦合系统研究进展与评价作简要阐述。

流域水文水资源；社会耦合系统；研究进展与评价

1 环境变化情况下水文分析和模拟

自然条件会随着时间变化而产生变化，环境各项要素之间是彼此相互联系的，其中某一项要素出现变化时就会对另外的要素造成影响，从而引发一系列变化，并通过环境的某一方面或者是整体环境表现出来。除自然环境变化，人类活动也会对水文状况造成影响，如水利工程修建，林木资源开发，采砂工程，矿业开发等。相关人员经过观测发现，我国六大河流在半个世纪时间内，径流量都体现出了下降趋势，水文特征也发生了明显改变。其中海河流域的降幅是最大的，无论是年内分配或者是流域组成都体现了一定变化。

通过对流域降雨径流关系的确立，从而对径流进行模拟，以此对径流降雨对水文预测进行预报，而这也是水文预报工作中非常重要的一个方面。该项工作中常用的分析方法包括了流域内水文模型建立与统计学方法两种。后者所包含方法内容比较的广泛，其原理是假设研究变量是随机变量，通过对样本的平均值，方差，标准差，径流系数，显著性，变异各系数等进行计算，并结合到年径流量等相关指标对径流与降雨二者间的关系进行描述。造成径流减少的一个主要原因就是人类活动影响，如水利工程修建拦截，人类社会发展对水资源的利用量增加，同时也存在水资源浪费的原因。

流域水文模型的重要作用体现在实际问题解决与水文预报工作，如对水资源的可持续利用，水环境及其生态系统的保护工作开展，防洪减灾工作的开展。通过对模型的分析与研究，可以了解人类活动与气候变化对水资源，以及灾害的影响作用，从而采取相应的措施来解决发展过程中遇到的问题。该方法在应用时利用人类活动对水资源与水环境产生影响的资料确定研究分析工作的模型，再利用确定后的模型对人类活动对环境造成的影响进行分析，并将环境实际变化相关资料与预测数据进行对比。结果表明，土壤渗透能力，土地利用类型，降雨强度是对降雨与径流造成严重影响的重要因素。

2 环境变化过程中模型结构与参数随着时空变化转移

在降雨径流与水文序列二者关系稳定情况下建立模型，并将其用于气候变化模拟与土地利用状况变化。一般情况下其步骤是，运用历史资料数据确定要模型参数，通过不同方法与模型的应用对气候变化与土地资源利用进行模拟，将模拟的结果作为模型的数据与资料，对处于变化的环境下对径流以及其它量进行模拟。该方法在应用过程需要关注的问题是，模型的各项参数与结构对于变化的环境是否具备转移应用的能力。而实际工作则证明了相当一部分模型并不具备该功能。

为了在变化的环境中得到较为客观的结果，可以利用多个模型开展工作，最后对其结果作平均处理，该方法能够在一定程度上解决由于单一模型带来的不确定性问题。但是由于不同模型间的优劣难以确定，平均值仍然具不确定性，并且不确定的程度是未知的。

3 水文耦合与气候模型耦合问题

研究人员将天气预报模型与水文模式二者进行耦合，以期望达到水文预报预见期延长的目的，依据模型输出结果能否对预报模式反馈可以对其进行分类，双向耦合与单向耦合。相关研究人员通过双向或者是单向耦合的方式进行不同实验。如利用双向耦合系统重现暴雨洪水过程，体现了耦合模式下对洪水与暴雨预报的能力，并且其提供的预见期较长。将水文模型与天气预报系统进行双向的耦合，克服了某结方面的不足，从而实现了在同一交互界面双模式在线耦合，从而使预报能力得到了提升。

4 水资源优化配置与水文模型的耦合

为了有效的开展水资源开发与规划工作，一系列模拟软件相继得以开发，通过相应的模型建立从而提出了问题求解的方法，从而使有限的水量在不同部门之间能够有效的分配。或者是将协调理论作为技术支撑，通过递阶分析法与宽容约束的方法，建立流域内资源调配优化实用模型，结合到流域内往年水资源相关资料与数据建立模型，对资源供给与平衡进行预测，优化配置。

水资源配置研究工作主要体现在水源范围，从最开始的地表水到后期的地表水与地下水联合调度与配置，并进一步发展到对常规与非常规水资源进行调度与配置。而在配置目标方面，从对供水量进行配置发展到对耗水与用水进行统一配置，从单一的水量分配考虑到水质问题。在工作开展的指导思想方面经历了从供需关系进行配置到以及宏观经济基本前提进行配置，到后期基于可持续发展的思想对资源进行配置。在模型求解方面，结合到模型的特点利用智能化的算法，如遗传算法、声算法、人工免疫算法和粒子群算法等。

5 技术方面主要存在的问题

5.1 降雨径流非稳定性关系

模型大多是建立在稳定的降雨与径流关系上的，针对非稳定的关系建立的模型研究还不够深入，在解决非稳定性方面的问题，针对的只是其中某些方面，没有系统性的理论与技术方法。而环境是处于持续变化过程中的，由此研究工作的开展会面对多方面的问题，如模型参数与时空转移二者间的关系。

5.2 模型参数折时空转化问题

变化环境中模型参数转移问题并未得到有效的解决，其表现为研究工作存有差异从而导致了研究工作结果也在某些方面存有差异，甚至在某些时候其得到结果是相反的，其背后的原因是研究流域类型不同，应用的模型不同。

5.3 气候与水文模型二者间的耦合

传统的水文模型基础是水量平衡，其核心是土壤水量时空变化，其模拟精度较高。但是传统的模型由于其结构，无量平衡模块，时空尺度方面导致无法与气候模型进行双向的耦合，模型结构以及参数演绎需要进一步研究。

5.4 水资源优化与水文模型耦合

鉴于水文环境的复杂性，资料限制，流域多样性等问题，在模型研究与资源配置耦合方面仍然有许多问题未能得到解决。水资源系统内部之间存有的联系与系统动态演化二者间未能进行有效耦合。

6 结 语

水资源与耦合系统以水资源管理流域作为研究工作开展的对象，对于水资源优化配置与模型预测工作相关问题进行研究，为防灾与减灾工作的开展，社会经济可持续发展提供一定支持。工作的目标包括了降雨与径流二者间非稳定性关系的识别，分析模型随时空变化的规律，地下水运动的特性与机理，土壤，植被，大气三者间物理交换过程水文模型，社会经济发展过程中，资源优化配置的模型，从而实现对水资源科学管理与合理配置。

[1]张凤太，苏维词.水资源与经济社会系统耦合协调时空分异研究——以贵州省为例[J].人民长江,2016(10)：25-30.

1007-7596(2017)10-0165-02

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2017-09-28

王秋媛(1984-)，女，黑龙江黑河人，工程师。