区域可持续发展与水资源优化配置研究——以西北干旱区柴达木盆地为例，本文主要内容关键词为：柴达木盆地论文,干旱论文,为例论文,水资源论文,可持续发展论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：F061.3;TV213
文献标识码：A
文章编号：1000-3037(2001)04-0341-07
在我国西北干旱区的经济和社会发展中，水资源的合理开发利用与优化配置是实现干旱区可持续发展目标的首要前提，水资源的稀缺性、不可替代性和时空分布的不均衡性是制约干旱区经济和社会发展速度与规模的主要限制性因素。必须在水资源自然配置格局的基础上，采取各种水利工程与非水利工程措施进行合理的人工配置，实行开源与节流并重，利用与保护并重；既要协调好各地区各部门用水的利益矛盾，又要协调好各地区水资源在代际间利用的矛盾；既要考虑当前利益和局部利益，又要兼顾长远利益和全局利益，并能实现经济、生态环境和社会三大效益的高效协调统一。可见，水资源优化配置是基于水资源供求矛盾而进行的，在供给方面，通过协调各用水部门矛盾，改变水资源天然配置格局以适应生产力布局；在需求方面，通过调整区域产业结构、用水结构以及空间结构，建立节水型国民经济体系。本文以柴达木盆地为例，依据可持续发展的基本原理，采用水资源优化配置的多目标决策方案优选的密切值模型求解干旱区水资源优化配置的最佳方案。
1 区域可持续发展与水资源优化配置的基本原则及设计思路
1.1 基本原则
柴达木盆地水资源优化配置是针对盆地现状水资源相对丰富、未来水资源短缺和用水竞争性加剧、以及盆地宏观经济发展战略和中长期发展趋势提出的，故水资源优化配置须坚持以下三大原则：
(1)可持续发展原则。这是柴达木盆地水资源优化配置的首要原则，它要求水资源应在盆地内的不同地区之间、不同时段间和不同行业之间进行合理分配，既要考虑远近期经济、社会和生态环境持续协调发展，又要考虑区域之间的协调发展；既要追求以提高水资源总体配置效率为中心的优化配置模式，又要注重效益在全体用水行业之间的公平分配；既要注重水资源的合理开发利用，又要兼顾水资源的保护与治理。这种多元化发展目标决定了为其服务的水资源优化配置是一个典型的多目标决策问题。
(2)优先保证生态与生活用水的原则。区域水资源优化配置按用户大类可在生产用水、生态环境用水和生活用水之间进行，考虑盆地属于西北干旱区生态环境自我恢复能力差的典型脆弱生态区，为确保盆地生态环境的良性循环，在分配水量时应对用以维持生态环境的林草用水给予优先保证，保证林草面积不致减少。同时，随着盆地经济社会的发展，对适度增加的城乡居民生活用水和牲畜用水给予优先保证；在优化配置过程中，生态用水和生活用水可不参加多目标决策方案优选，不同时期的生产用水不能挤占同期生态用水和生活用水。按照这一原则，柴达木盆地水资源优化配置实际上只在生产用水这一大类内部的国民经济各部门之间进行，而生产、生态和生活用水之间的合理配置结构采用水资源优化配置的专家决策支持系统方法确定。
(3)用水效益最大化原则。区域水资源优化配置的最终目标是在保护好生态环境的前提下追求用水效益最大化，即单位用水量所创造的经济效益、生态环境效益和社会效益尽可能达到最大值。为此，在优化配置过程中必须将与需水相联系的宏观经济系统和与供水相联系的水资源系统二者紧密结合起来统盘考虑，力求保持不同时段区域内需水变量、供水变量和水质变量的动态平衡，当盆地经济发展对水的需求过旺时，则由平衡关系可知供水量也要较快增长，而供水的增长又势必刺激加大水利投资份额，从而迫使盆地经济发展速度、结构和总量与水资源开发利用程度和难度相互适应。这种建立在宏观经济系统背景下的水资源供求相互作用过程，通过以多目标决策密切值方法为主的定量方法优化组合而生成的水资源配置方案，就是用水效益最大化的方案。
1.2 总体设计思路
柴达木盆地水资源优化配置拟解决的主要问题是将盆地宏观经济系统和水资源系统有机结合起来，探讨以区域PRED协调发展为主目标的水资源优化配置策略，定量揭示目标之间、系统之间的相互竞争、相互冲突和相互制约关系；二是以盆地宏观经济各部门的动态投入产出分析和系统动力学仿真模拟为基础，定量揭示经济部门间的投入产出关系和部门用水效益，并对水资源优化配置方案对应的盆地中长期经济社会发展与生态环境保护状况作出预警和评价；三是在不同配置模式和经济发展模式下进行盆地水资源供需平衡分析，采用多目标决策密切值方法及有关数学模型，分析水资源优化配置的各类平衡关系和不同的优化配置方案对盆地内不同地区和不同部门发展的影响，同时将决策者的意愿通过人机对话有机地融入决策过程。为解决上述问题，在优先保证生活与生态用水的前提下，可将盆地水资源优化配置的核心确定为寻求农、林、牧和工业用水之间的合理结构。据此，盆地水资源优化配置的总体设计思路如图1所示。
根据图1的基本思路和目标优选的基本原则，同时考虑区域宏观经济系统和水资源系统，即可选出参与优化的若干目标G[,i]，为了求出G[,i]的具体属性值，先是采用投入产出模型、AHP模型、专家咨询法等以定性为主的决策方法求出多目标决策备选方案1（高方案，记为A[,1]）、方案2（中方案，记为A[,2]）、方案3（低方案，记为A[,3]），而后采用系统动力学模型(SD)、经济计量模型、生产函数模型等以定量为主的决策方法求出多目标决策备选方案4（高方案，记为A[,4]）、方案5（中方案，记为A[,5]）、方案6（低方案，记为A[,6]），从而构成由6种方案组成的水资源优化配置多目标决策备选方案集；以水资源优化配置的目标集｛G[,i]｝和决策方案集｛A[,i]｝为基础，在Excel软件和DSS方法共同支持下，采用多目标决策方案优选的密切值模型从备选方案集｛A[,i]｝中选出最佳方案，构成柴达木盆地水资源优化配置的最满意方案。如果决策结果符合决策者的愿望则输出结果，否则仍须根据决策者的偏好分别返回区域宏观经济系统和水资源系统重新调整，反复进行人机对话，直到决策结果满意为止。
2 区域可持续发展与水资源优化配置的多目标竞争辨识及多方案生成过程
2.1 区域可持续发展与水资源优化配置竞争目标的辨识
区域水资源优化配置竞争目标选择的合理性直接影响水资源配置结果。按照可持续发展原则，柴达木盆地水资源优化配置目标应包括经济发展目标、结构优化目标、资源约束与利用效益目标、生态环境保护目标共四大目标。
图1 柴达木盆地可持续发展中的水资源优化配置总体思路图
Fig.1
The general design trajectory of water resources optimization and sustainable development in Qaidam Basin
(1)经济发展目标。描述经济发展状况的首要指标是国内生产总值(GDP)，它反映了区域积累与消费的总体规摸，而人均GDP则能反映区域内部经济发展的总体实力与发展水平，除此指标外，人们常用人均粮食产量、人均纯收入、人均财政收入等指标衡量经济发展目标。而对经济发展尚处资源开发初期的柴达木盆地来说，除人均GDP(G[,1])外，采用后3种指标均不尽合理。其理由为：一是盆地现有人口总量较少，即便是较低的粮食产量、农民纯收入、地方财政收入按人口平均后，其平均值也相对高于其他地区，在进行地区间横向比较时易给人们形成一种“繁荣”假象；二是近10年来盆地农业开发中耕地面积和粮食产量呈递减趋势，而且种植的粮食因质量差连当地居民都不愿吃，主要用作精饲料，居民粮食供应缺口靠外调解决，故不应将人均粮食产量作为经济发展目标，而用农业人口人均农业产值(G[,2])指标较为合理；三是与种植业生产相反，盆地畜牧业发展呈上升趋势，畜牧业产值已超过种植业产值占主导地位，从当前和长远发展看，可用人均肉类产量(G[,3])作为盆地经济发展目标之一。
(2)结构优化目标。所谓结构优化目标是指从节水的角度在盆地内部尽可能鼓励单位产值耗水小的产业部门发展，抑制单位产值耗水量大的产业部门发展，同时又要兼顾盆地产业部门结构的合理性和生产力布局的合理性，使得在发展过程中经济整体的单位产值耗水率下降，用水效益上升。根据系统分析原理，当盆地水资源优化配置的合理用水结构确定后，就可在取水量不变的情况下求出某一用水结构时的最大产值，再利用各行业用水量之和等于总用水量的平衡条件及用水结构为1的条件，即可求出相应最优产业结构调整目标，反之亦然。
(3)资源约束与利用效益目标。在水资源优化配置中，资源约束目标就是尽可能使国民经济各部门取水总量控制在盆地可利用水资源的承载极限以内，这就要求将需水量尽可能地降低，以便同承载极限保持最佳距离，为此选取需水总量(G[,7])作为水资源优化配置逆向目标，即目标值越小越好。资源利用效益是指每立方米水创造的经济价值，用每立方米水GDP表示，其值越大越好，故用每立方米水GDP(G[,4])作为衡量水资源利用效益的正向目标。
(4)生态环境保护目标。根据优先保证生态环境用水的原则，在盆地水资源优化配置中将用以反映生态良好状况的林地灌溉面积和草场灌溉面积之和近似地作为生态保护目标，记为目标5(G[,5])。考虑目前柴达木盆地环境污染以废水污染为主，废气、废渣污染尚轻，故将废水排放量(G[,6])作为盆地环境污染的逆向目标。
综上所述，柴达木盆地水资源优化配置的竞争目标最后确定为七大目标：即人均GDP(G[,1])、农业人口人均农业产值(G[,2])、人均肉产量(G[,3])、每立方米水GDP(G[,4])、林草面积(G[,5])、废水排放量(G[,6])和需水量(G[,7])，1996年上述七大目标的具体值分别为6224.57元／人、3284元／人、17.49kg／人、3.51元／m[3]、1.76万hm[2]、5707.36万t和7.06亿m[3][1]。这七大目标之间存在着竞争性和冲突性。当人均GDP增大时，必然会导致林草面积减少，废水排放量增多，需水量加大，从而相应地要扩大用于改善生态环境、处理废水和兴建水利工程的投资，又使投资在各行业的分配中产生冲突性。为了缓解这种冲突，除了多方妥协外，只有继续加大GDP的总量，进而又形成新一轮竞争冲突。可见，一个目标值的增加往往以其他目标值的下降为代价，一个目标的变化总是通过各种直接和间接的约束条件影响其他各个目标的变化。正由于如此，在水资源优化配置中就相应出现了希望越大越好的正向目标如G[,1]、G[,2]、G[,3]、G[,4]、G[,5]和希望越小越好的逆向目标如G[,6]、G[,7]，通过正向目标与逆向目标之间力量的相互消长与相互妥协，使特定区域的目标冲突在竞争中趋于协调。从这种意义上说，寻求水资源优化配置方案就是将目标冲突的各方，采用多目标决策密切值方法促使其各方进行“谈判”，经过人机对话的数次磨合，逐渐化解冲突，最终达成协议。真正的水资源优化配置方案应该是目标各方冲突最小化的方案。
2.2 区域可持续发展与水资源优化配置多目标决策基准方案的生成过程
(1)采用投入产出模型、AHP法等以定性为主的决策方法生成基准方案A[,1]～A[,3]。按照总体设计思路，用投入产出模型进行经济预测的前提，是投入产出系数具有稳定性或者当其发生变化时具有较稳定的规律性，而从搜集到的青海省1992年和1996年投入产出数据表来看，1996年各产业的投入产出系数相对于1992年同行业发生了很大变化，很多行业的直接消耗系数的变化率超过了40%，其中非金属矿采选业相对于建材及其他非金属矿制品业、石油天然气开采业相对于第二产业的直接消耗系数变化率分别高达239.22%和844.92%。在投入产出系数如此不稳定和盆地各行业相互关联程度低的双重作用下，采用投入产出模型预测盆地宏观经济发展趋势受到了一定限制。尽管如此，由于盆地投入产出表中许多部门的总中间消耗系数和增加值系数具有相对稳定性，所以，仍可用此模型在已知增加值时预测总产值，或在已知总产值时预测国内生产总值。如盆地第一、二、三产业的总消耗系数分别为0.296、0.645、0.477，增加值系数分别为0.704、0.355、0.523（1996年），据此可推算第一、二、三产业的增加值。由于柴达木盆地经济发展具有强烈的外部推动性，其主要行业投资的80%以上来自青海省和中央，所需生产设备的90%以上要由区外调入，而生产产品的绝大部分又销往区外。在这种情况下，对盆地宏观经济发展趋势的预测，必须充分考虑外部条件，采取投入产出模型、情景分析法、AHP决策分析法和专家咨询法、野外调查取证相结合的方法，以国家和青海省对该地区的发展规划、开发政策和投资规模、开发时序为指导进行综合预测，从而决定了这种预测方法具有明显的定性分析性质，这就是为什么把投入产出模型这种典型的定量预测方法列为定性决策方法之列的特殊原因。按此方法生成的柴达木盆地2000年至2050年宏观经济发展规模、国民经济各部门需水量和水资源优化配置多目标值分别见表1中的基准方案A[,1]（高方案）、方案A[,2]（中方案）和方案A[,3]（低方案）对应的各项预测值。
(2)采用系统动力学模型、生产函数模型等以定量为主的决策方法生成基准方案A[,4]～A[,6]。系统动力学模型作为一种因果机理性模型，最适合于分析复杂社会经济系统中的高阶数、多重反馈问题，适合对区域经济社会环境发展的长期趋势作出预测。按照系统动力学建模的基本原理，将参与盆地水资源优化配置的总系统分解成人口、水资源、农业、工业及第三产业、环境污染和GDP共六大子系统，然后将六大子系统按系统分解协调原理分解成人口、水资源、耕地、粮食单产、工业、建筑业、商业、交通运输业、工业废气污染、工业废水污染、工业废渣污染和GDP共12个子模块，他们之间相互联系、相互制约，共同构成了具有多重反馈回路的因果关系流程图。以因果关系流程图为基础，实地调查了1986～1998年连续12年的相关资料[2]，采用生产函数模型、回归分析模型、趋势外推法、表函数法等方法确定参数，然后利用系统动力学专用模拟语言Professional DYNAMO Plus软件建立由12个状态变量、16个速率变量、242个辅助变量和常量方程构成的盆地PRED协调发展暨水资源优化配置SD模型，并将位于主反馈回路和局部反馈回路交叉点上起主导作用的人口迁入系数(EQR)、投资结构、劳动力结构、农灌定额衰减系数(GGL)、林灌定额衰减系数(LML)、草灌定额衰减系数(CCL)、万元工业产值用水定额衰减系数(WJL)、宜农荒地垦殖率(NNDKL)和工业废水排放达标率(FSPDL)共9大参量作为控制参量进行实验调控，最后得出了追求经济发展主目标的发展型方案（高方案）、追求PRED协调发展的协调型方案（中方案）和追求资源与生态环境保护主目标的保护型方案（低方案）[3]，分别作为水资源优化配置基准方案A[,4]、方案A[,5]和方案A[,6]（表1）。
3 区域可持续发展与水资源优化配置多目标决策密切值模型的优选分析
根据多目标决策方案优选的密切值模型（篇幅所限，模型略去），柴达木盆地水资源优化配置的目标矩阵为6×7阶矩阵。在Excel软件支持下，分别求得2000年、2010、和2020年和2050年水资源优化配置多目标决策密切值计算结果及对应的最优方案号如表2所示。各年度最优方案号对应的柴达木盆地宏观经济发展规模及水资源优化配置方案如表3所示。从表1、表2的对比分析中可得出柴达木盆地水资源优化配置的如下结论：
(1)在水资源配置最优方案支持下，盆地经济社会发展将由继续追求经济高速增长转为向区域经济和社会同人口、资源与生态环境保护持续协调的方向发展。自2000年至2010年，盆地最优方案号均为A[,1]（高方案）。这是因为，在2010年以前，盆地将面临资源大规模开发的新一轮高潮，地方决策者和区内外投资者将主要精力用于发展经济上，而对资源与生态环境保护目标的投资偏好度相对较低。从1995年到2010年这15年间，盆地GDP将由24.78亿元增加到78.07亿元，历年平均增长速度将维持在7.95%以上，期间国民经济各部门需水总量亦将由7.22亿m[3]上升到2010年的13.96亿m[3]，需水量历年平均增长速度为4.55%。到2010年以后，水资源优化配置最优方案均为方案5，以示盆地经济发展经历一段较高速增长后，开始注重资源与生态环境的保护，经济增长速度将降为6.89%以下，相应地同期国民经济各部门需水量亦将由2010年的13.96亿m[3]上升到2050年的21.89亿m[3]，需水量历年平均增长速度亦相应降低为1.13%，这是盆地保护资源、节约用水、提高用水效益的结果。这一时期盆地的经济发展总量虽然不是6种决策方案中最高的，但由于该方案同时兼顾了生态环境保护目标、水资源保护目标等多目标，因而是盆地水资源优化配置的期望结果。
(2)在水资源优化配置最优方案支持下，盆地国民经济各部门用水结构向合理化方向发展。如表3所示。主要表现为：一是工业用水比重将不断提高，由1995年的6.91%升至2020年的16.43%、2050年的26.59%，这是盆地由工业化初期向工业化中期迈进过程中对水资源的合理需求，也是提高盆地用水效益的客观需要，符合用水结构合理化调整方向；二是生活用水比例缓慢增加，由1995年的2.60%增至2020年的3.03%和2050年的3.73%；三是农业用水比重大幅度降低，1995年盆地农业用水比重高达90.49%，而到2020年这一比重已降至79.97%，到2050年进一步降至68.3%。在农业用水结构内部则表现为种植业用水比例降低，由2000年的59.98%降至2050年的41.10%，而林草业用水比例不断提高。由此可见，工业和城乡居民生活用水比例的提高是柴达木盆地产业结构升级换代的助动器，也是盆地提高用水效益的具体反映。
(3)盆地水资源优化配置最优方案相对于次优方案和最劣方案有着较强的合理性及较高的满意度。前已述及，盆地水资源优化配置的最优方案呈现出A[,1]-A[,1]-A[,5]的动态递变规律，即由单纯追求经济高速增长转为追求PRED协调发展，这种递变的合理性正是人们所要追求的发展目标，因而优化结果令人满意。与最优方案相比，盆地水资源优化的次优方案总体递变状况为A[,2]-A[,5]-A[,1]-A[,6]，即先是追求协调发展，后转为追求经济高速增长，最后又转为追求资源与生态环境保护，相互间波动较大，并无规律性可言。再与盆地水资源优化配置的最劣方案（表2）相比，最劣方案自2000年至2050年基本上均是方案3(A[,3])，可见方案3预测的盆地宏观经济发展规模和水资源开发利用规模偏低，是一种过分追求资源与生态环境保护目标的低效益方案，到2050年GDP总量仅达到526.62亿元，历年平均递增速度仅为5.71%，而需水总量亦只达到15.95亿m[3]，历年平均递增速度不到1.45%，这种低效益保守型方案不符合柴达木盆地未来资源大规模合理开发利用和区域可持续发展的要求，因而成为所有备选方案中最差的方案被剔除出去。
表1 柴达木盆地宏观经济发展与水资源优化配置的多方案多目标预测值
Table 1
The forecast values of multiple targets on macroscopic economic development and
water resources optimization in Qaidam Basin
表2 2000～2050年柴达木盆地水资源优化配置多目标决策密切值
Table 2
The closest values of multiple targets decision on water resources optimization and eco-environmental
protection in Qaidam Basin from 2000 to 2050
表3 柴达木盆地水资源优化配置最佳方案支持下的需水量及用水结构
Table 3
The quantity of water required and the structure of water utilization supported by the best plan of water
resources optimization and eco-environmental protection in Qaidam Basin
收稿日期：2001-02-16；修订日期：2001-04-20。
标签：柴达木盆地论文; 资源优化配置论文; 生态环境论文; 可持续发展论文; 经济模型论文; 环境经济论文; 环境保护论文; 经济学论文; 经济论文; 环境污染论文;