摘要：随着经济的发展、科技的进步，城市化进程的加快，通讯技术、计算机技术、自动化技术、人工智能技术也发展迅速。大系统优化理论在实际生活中的应用越来越广泛。本文主要介绍了大系统优化理论和有关水资源系统规划和管理的相关理论，大系统优化理论中主要介绍了包括三个大系统优化中的策略：分散控制理论、递阶优化理论以及主从方法理论。另外也系统论述了两个大系统优化理论中的方法，即直接方法和分散方法这两类方法。水资源系统规划和管理理论中主要是介绍了水资源合理配置理论以及水资源合理配置的原则。最后根据论述的大系统优化理论分析了其在水资源系统规划和管理中的应用研究。
关键词：大系统优化理论；水资源；规划；管理
0引言
随着现代社会的发展、人口的增多，水资源系统逐渐扩大，整个水资源系统的扩大化决定了对于水资源系统的规划和管理需要采用更加科学合理的方式以使水资源系统能够为社会所需，更加高效的为整个社会发展服务。从二十世纪六十年代末开始，国内就出现了很多专家学者从原来的研究领域转向对大系统理论的研究，这使得大系统理论在二十世纪六十年代末到二十世纪七十年代初发生了井喷式的发展，取得了许多重要的研究成果。主要采用了与其他学科结合研究的方法获取了许多主要的研究成果，包括运用控制理论中的稳定性理论研究了大系统稳定性、运用了最优控制理论研究了大系统的最优化、与运筹学，相结合运用线性规划和非线性规划等理论研究了大系统结构的分析与综合、以及通过分解-集结或分解-协调方法研究出了大系统中的分散控制理论等。
1 大系统的共性
自二十世纪七十年代以来有关大系统的理论研究成为了一个专门的领域，关于大系统的定义还没有做出具体的阐述，但是一般来说从几方面解释大系统：
1.1 研究对象复杂
从研究对象来说，大系统的研究对象是复杂的工程技术系统，现在随着理论研究的深入有关大系统的研究对象还扩展到了社会的经济系统和生态环境系统之中，这也是大系统研究理论的进步和发展，在现实生活中的应用日渐广泛。
1.2 大系统的两大共性特征
从大系统的共性特征来说，大系统一般有两大共性特征，主要是结构复杂和规模庞大。结构复杂主要是指大系统中存在各子系统、部件、元件之间复杂的相互关系。一般情况下，大系统中个子系统不仅要包括人还有物以及相应的人与人、人与物、物与物之间的复杂的相互关系。规模庞大是指大系统中存在许多的子系统以及其他的部件和相应的元件等而且通常情况下这些元件、部件和子系统能够占用极大的空间从而使得整个大系统具有相当大的规模，各个部件和元件以及更个子系统中又存在着分散关系，并且由于第一个结构复杂的共性特征，两个特征的交叉结合形成了具有复杂的内部结构的规模庞大的系统内部关系。
2 大系统理论存在的问题
虽然近年来有关大系统的理论发展迅速，但是在发展的同时，大系统优化理论也存在着一些问题。
2.1主动性
由于大系统通常是主动系统，也就是说大系统中包含的主要因素是人的因素，而又由于在系统中存在的例如有关系统的操作人员或者是系统的控制人员和管理人员等，这些都是由人作用的因素。由人作用的因素通常会出现主动性强的问题，在系统模型的建立和检验模型时对人的因素的设定会有偏差。
2.2不确定性
大系统由于本身研究对象和各个系统之间的复杂关系，系统内部会存在许多不确定的因素。例如存在着许多很难用建立数学模型这种形式进行描述和控制的随机性、和模糊性或者其他参数的变化和对象的变化这些问题。
2.3不确知性
由于系统中存在着不完整的信息或者存在知识的缺角或者数据达不到精确性的要求，这时对于大系统的数学模型的建立来说就存在着巨大的问题，而无法建立准确的数学模型，整个大系统的相互协调和整个运转就存在着很大的问题。
2.4维数灾
由于大系统复杂的内部关系以及大系统中存在着相互关联的复杂的变量，而数学模型的建立中存在着高维模型，这样一来有关大系统的分析和设计的难度就会加大从而导致了“维数灾”。
2.5发展中系统
通常情况下，对大系统的控制是一个缓慢的过程，需要很长的时间，而且在对大系统的控制期间，大系统之中的各个子系统包括其中的元件和部件都会存在一定的变化，这种变化对于模型来说就是存在偏差的变量。由于这种变量的变化状态也不好把控因此对于大系统的分析和设计也存在许多的问题。难以实现对大系统变化情况的实时把控。
2.6分散化
大系统存在着许多具有复杂关系的子系统和其中的部件和元件，而且各个子系统中也存在着明显的分散关系，这就导致信息的分布具有明显的分散性。
3 大系统优化策略
现有的大系统优化策略主要有分散控制理论、递阶优化理论以及主从方法理论。从三大策略中也可以看出有关大系统优化理论的两个主要方面就是分解和协调。主要是在分解协调的基础上把大系统进行分解划分，划分后的各个子系统是相互有关联的几个系统结构，然后再将各个分解后的系统结构进行协调从而实现各个子系统之间信息的交互从而使得整个大系统的运转协调有序。
3.1大系统的递阶优化
递阶优化主要是通过对大系统的分解，将分解后的子系统进行协调和相互联系从而形成一个最优的整体系统。递阶的形式主要有多重递阶结构、多层递阶结构和多级递阶结构。多重递阶结构是一个相互叠加的层套结构，多层递阶结构是多层叠加的垂直层级结构如图1：
图1多层递阶结构
多级递阶结构是由许多子系统构成的基底，递阶级是相互协调的子系统单元，如下图2：
图2多级递阶结构
3.2大系统的分散控制
大系统由于其系统内部的复杂性和不确定性，通常在对大系统的分析与设计时要将大系统划分为几个子系统，由于现有的通信条件不足，计算的能力也有限，因此对于整个大系统来说，难以实现系统内部的信息交换和相互处理。这种被称为系统结构的分散化。
3.3大系统的主从方法
主从方法中决策者是存在等级关系的，当存在两个决策者时，就会有一个担当领导的角色而另一个相应的就担任随从的角色。由领导者做出决策然后随从者在领导者的决策环境中做出自己的决策。
4 水资源系统规划和管理研究现状与问题
4.1水资源规划与管理的现状
20世纪20年代到30年代之间出现了有关水资源系统的规划和管理问题的研究，在20世纪50年代以后，在信息科技发展之后，有关水资源的系统分析发展的十分迅速，许多研究方法也被运用到了水资源的规划和管理上，例如运筹学中的线性规划和非线性规划以及其他数学模型的研究方法。从而产生了水资源系统规划和管理的研究雏形。近20年来，虽然水资源系统的规划和管理研究不断的发展，相关理论不断的完善，但是由于污染的出现和不断加重，水资源的质量发生了下降，从而产生了水资源危机。
4.2水资源规划管理研究中的问题
4.2.1水质的监管问题
由于环境污染的日益加剧，水质问题日渐成为了重点关注的问题，水质的监管由于涉及到各个部门和各个环节所以难以实现有效的监管从而出现了水质的监管问题。
4.2.2水资源的合理配置问题
水资源在实际的配置中总是存在供需不匹配的问题。通常情况下，水资源的规划时主要遵照以需定供或者是以供定需两种，但是无论是哪一种规划方式，总是存在供需不匹配的问题。主要原因是因为对于水资源的开发难以实现与经济社会发展的同步，另一个原因就是水资源的浪费严重，水资源丰富的地区不能认识到水资源不足的现状，而水资源不足的现象又在许多地区存在。水资源保护意识的不足导致了水资源浪费、土地沙化等许多现实的缺水问题。
4.2.3水资源规划目标单一
对于水资源合理分配的规划目标一般是比较单一的，而且是不经量化的目标，这就导致了缺少对水资源的宏观控制。水资源的合理规划和管理是一个相对复杂且具有较长的周期性的问题，所以，应该设定多重目标由单一型优化模式向具有多个层次的分散化的并且能够实现系统内部的协调。而且决策的模式也应该是由一策略为导向向以过程为导向转变。
5 结束语
大系统优化理论运用在水资源系统的规划和管理过程中可以实现水资源的合理配置，从而解决水资源当前存在的供需不足问题和水质的问题，但是在大系统优化理论的应用中也要注意规避大系统优化理论存在的问题，由于大系统本身存在的复杂的系统体系等问题使得大系统理论在本就复杂的水资源系统的应用中存在许多无法预知的变化和不协调的过程。运用数学建模的方法将大系统优化理论运用到水资源系统中可以实现有效率的规划和管理，但是要简化模型，不然会为计算过程和控制过程增加许多不必要的步骤。
参考文献
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论文作者:黄山松
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/30
标签：系统论文; 水资源论文; 理论论文; 系统优化论文; 子系统论文; 结构论文; 方法论文; 《电力设备》2017年第24期论文;