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基于系统理论的流域水资源
综合管理框架探讨
周申蓓 叶建春 何海
（1.河海大学商学院，江苏 南京 210098； 2.水利部太湖流域管理局，上海 200434； 3.河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098）
摘要：随着“人水和谐”治水理念的提出，以流域为单元的水资源综合管理研究备受关注。以系统理论为基础，提出流域作为一个相对独立的环境系统，是以人为主体的社会经济子系统和以水资源为主体的自然生态子系统在特定区域内通过协同作用而形成的复合系统。流域复合系统的发展存在临界值或阈值区间，流域水资源的综合管理应在流域系统阈值空间范围内进行。在分析社会经济系统中人类能动性对水系统影响的基础上，提出基于流域复合系统阈值的水资源综合管理框架，为构建科学合理的流域综合管理体系提供了有益的思路。 关键词：流域；水资源；复合系统；综合管理 引言
从系统学的角度而言，流域本质上是一个相对独立的环境系统，流域中的水、大气、土壤、生物等则是构成整个环境系统的子系统，它具有自然特征的输入和输出过程。但是自从人类出现以后，人类的许多活动是在流域上进行的，而且人类活动的许多方面是利用了流域的资源和环境才得以实现的，从而直接改变了流域系统的结构与功能。人类活动使得流域系统的输入、输出以及运转机制往往不仅是自然过程，同时也包含了社会经济过程。在人类参与流域系统的运转后，使得流域系统由纯粹的自然系统演变为复合系统。
基于可持续发展理论，以人水和谐为目标的社会经济发展与流域自然生态功能相协调的流域综合管理理念成为共同关注的热点。流域综合管理将流域内自然资源、生态环境和社会经济活动看作是相互作用、相互依存和相互制约的统一体，以综合效益最大为目标，强调对流域水资源、水环境和水生态的综合管理。以持续发展理论为基础的流域综合管理模式逐渐成为世界各国努力探讨的课题的思路。
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。本文将以系统理论为基础，通过分析流域复合系统演
化及其阈值启示，探讨基于系统阈值的流域水资源综合管理框架，为流域综合管理提供有益
1.流域水资源系统及其演化
1.1流域复合系统
流域复合系统是以人为主体的社会经济子系统和以水资源为主体的自然生态子系统在特定区域内通过协同作用而形成的复合系统。它是以水资源开发为主导，以自然环境为依托，以价值流动为命脉，以经济体制与环境政策为调节驱动的有机整体；它具有独立的特征和结构，有其自身运动的规律性，与系统外部存在着千丝万缕的联系，是一个能够经过调控，优化利用流域内各种资源，产生生态经济功能和效益的开放系统[5]。
在流域复合系统中包含的以人为主体的社会经济子系统以及在以水资源为主体的自然生态子系统中，涉及资源、环境、生态、社会、经济等各种组成要素。其中，存在着一种或几种起主导作用的关键要素。组成流域系统的各部分、各要素在空间上的配置和联系，称为
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流域复合生态系统结构，它是描述系统有序性和基本格局的宏观概念。系统在特定环境中发展作用的能力称作系统功能。流域复合系统的功能就是流域复合系统内部各子系统以及各元素结合起来以后达到的共同目的，也是人类社会发展对流域系统提出的要求。
一般意义上，流域复合系统应具有经济和生态两个基本功能，它们之间存在着对立统一的关系。通常，经济功能的充分发挥会导致流域人口、物质、能量的大量集结，容易引起流域各类生态关系的失调，降低系统的生态功能；而强调良好的流域生态功能必然会给经济的发展施加种种限制，从而削弱系统的经济功能，这是二者相对立的一面。另一方面二者又具有相统一的特征，表现在流域复合系统经济功能的良好发挥和经济的高效发展，能为改善流域生态环境奠定物质基础，有利于流域生态功能的健全和改善；而流域生态功能的改善又有利于流域居民的身心健康和自然资源的合理利用，这对完善流域的经济功能也创造了有利的条件。
1.2流域复合系统演化
流域复合系统是一个人与自然相互依存的复杂系统，其子系统之间、子系统各要素之间，以及系统与环境之间普遍存在着相互联系、相互制约、相互促进、协同发展的规律，也即存在着协同共生机制。它强调系统发展的整体性、以及各个因素之间的发展协调性等问题，强调要处理好人类与技术、自然、经济增长与环境保护的协同发展问题。同时，流域生态系统作为一个开放的系统，它的开放性使其与环境交换物质、能源和信息成为可能，只要能够从外部环境获得足够的物质或能量交换，生态系统将形成耗散结构系统，并朝着进化的方向发展。而当系统外部环境或内部某些环节发生变化时，系统能够感知此种变化并在一定的阈值范围内通过内部各子系统及各要素间的非线性动力学效应加以调整，从而适应这些变化。
由此可以看出，流域系统的发展与演变具有一般意义系统演化的特征，流域系统中同样存在有非线性动力过程和正负反馈机制以及协同机制。人类活动正是流域系统演化的动力驱动，它对流域系统的影响主要体现在水资源系统、水生态系统和水环境系统三个子系统方面，水资源系统、水生态系统以及水环境系统同时对人类活动产生反馈。在人类活动开始初期，水资源对社会经济发展的约束作用较小，充足的资源推动着社会经济发展的步伐。随着人类活动驱动力的增强和系统规模的增大，水资源系统发展的空间不断缩小，资源供给能力下降，水生态系统和水环境系统条件的限制越来越明显地阻碍社会经济的发展，表现为水生态系统脆弱、水环境恶化、水资源短缺以及洪水干旱等自然灾害的增强。如果人类活动的驱动力不断增强，水资源子系统、水生态子系统以及水环境子系统将会发生质的变化，进而破坏现有的流域系统，使之走向无序状态甚至崩溃。
因此，由自然—社会经济子系统组成的流域复合系统具有要素组成的多样性、相互关联的复杂性以及作用过程的动态性，各子系统或各要素之间的相互作用存在着合理的区间或阈值，如果某一子系统或要素超过其阈值，则通过链锁反应影响到整个系统的功能和稳定。对于整个流域复合系统而言，其各个子系统存在临界或阈值区间，不可能是毫无约束地运行。 2.流域水系统的阈值启示及表现
2.1流域水系统的阈值启示
根据系统理论，无论是人类活动的强度，还是水资源、水生态以及水环境系统的响应皆存在某个临界值，也即阈值。流域人类活动与水资源、水生态以及水环境系统的演变之间的相互作用与反馈必须是在各自的阈值范围内。如若超出了阈值范围，流域系统则会发生质的
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变化。为了便于对人类活动阈值进行定量分析，文中将人类活动强度归结到社会经济系统中去，通过分析社会经济系统的发展程度来反映人类活动即流域系统控制变量的驱动强度，也即社会经济系统、水资源系统、水生态系统以及水环境系统的阈值构成了流域水问题的阈值空间[6]。由于社会经济、水资源、水生态以及水环境各个子系统之间并非相互独立，而是相互作用、相互影响的，因此流域的水问题作为一种阈值可以看作是由社会经济、水资源、水生态以及水环境阈值构成的集合，表现为一个阈值集或阈值空间，所有涉水活动必须是在水问题的阈值空间范围内的活动。
因此，流域作为一个复合系统，它所面临的水问题实质上是在流域不同的开发阶段，流域系统内各要素此消彼长而造成的系统结构与功能外在表现的差异。在一定的范围内，流域可以通过自身的调节实现系统的协调发展，使其朝着满足人类社会发展对流域系统提出的要求的方向发展。但是，这种自我调节功能并非是无止境的，而存在一个临界点或临界区间。当系统内某种要素的改变到达临界点时，流域系统则会出现突变现象，系统演化将由有序走向无序，甚至崩溃，进而再达到一个新的平衡。但和原来的系统相比，其结构和功能已大相径庭。因此，受阈值理论的启示，流域水系统问题可以通过阈值的方式来表达。
2.2流域水系统阈值表现
流域作为一个复合系统，它涉及资源、生态、环境、经济、社会等多种子系统，各子系统、各要素之间彼此相互联系、相互制约、相互作用，并随时间和空间的不同而发生变化[7-9]。因此，流域水系统阈值可以看做是由水资源、水生态以及水环境子系统阈值构成的集合，表现为一个阈值集或阈值空间，所有涉水活动必须是在水问题的阈值空间范围内的活动。通过子系统间的协同作用，使得流域复合系统能够更好地向适应环境的方向发展，减轻或缓解流域水问题的压力；同时，人类在流域复合系统中的优势地位与能动作用能够对经济社会子系统实施调控，以保持流域系统内部的协调性。即以人为主导的经济社会系统具有可调控性，因而使得经济社会系统具有与水资源系统、水生态系统以及水环境系统的适应性。
因此，流域水系统阈值是在社会经济发展的过程中，面临到资源环境与发展之间的矛盾时而衍生出来的研究课题，归根结底是流域的可持续发展问题。 3.基于水系统阈值的流域综合管理框架
3.1 水系统阈值中管理对象分类
如前所述，在流域复合系统中，从水资源、水生态、水环境三个子系统的角度看，水系统阈值主要是对影响系统稳定的水量和水质一种临界状态的度量。其中，水资源和水生态阈值主要是从水的特定功能出发，对水体的一种关于量的需求限制。这种量的需求，无论是满足人类社会经济发展对水的价值需求（包括社会效益和经济效益的需求），还是满足地球物种维持生态平衡所需要的价值需求，都是由水循环中特定地区的水体所承载。为了满足特定功能性的价值需求，水体需要维持一定的质量水平。受水循环的自然规律（包括特定的水文、地质和其他环境的作用）和水体自然特性的影响，水体最终形成具有一定自净功能的能力。这种能力要求水体的纳污量必须保持在一定界限内，否则水体就在一定的时间内难以恢复到资源或生态的水平。水环境系统阈值所表述的就是与一定的水文、地质和其他环境相关的水体纳污极限。
因此，从水管理的对象来看，基于阈值的水资源系统和水生态系统的管理对象主要是针对水量的管理，这两者由于量的相互制约而形成一种特定的耦合关系；基于阈值的水环境系统的管理对象主要是针对水质的管理，由于其特定功能的实现都是由特定水体所承载，因此
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水环境阈值分别和水资源及水生态阈值形成特定的耦合关系。
这三者的耦合关系，以及它们管理对象之间的供求和竞争关系可以用图1表示。水环境子系统同时为水资源和水生态两个子系统提供一定质和量的水体，以满足它们系统功能的需求。同时，水资源和水生态两个子系统对水量和水质的平衡是通过特定的水环境供求关系来进行。这种由一定供求关系形成的平衡关系，在特定的社会发展阶段，可能是一种放任的自然状态，也可能是一种恶性的竞争关系，也可能是一种和谐的平衡关系。同时，水资源系统作为人类社会经济系统的支撑系统，在水系统中属于上层建筑，同时被水环境和水生态所支撑。
水资源子系统 社会经济用水 供求关系
水环境子系统
水体 竞争关系
水生态子系统 生态用水
图1 水系统管理对象之间的关系
在水资源子系统中，对于水量的管理，管理的目标主要是资源利用的效率和效用的最大化。为使水资源利用效率和效用最大化，管理的主要机制是市场机制，管理的核心是水资源配置规则、水权的配置和水价的调节三个方面。水资源配置规则主要指的是关于水利用的立法和管理体制；水权的配置也在地区、产业、企业和居民之间进行，以决定谁具有水资源的所有权、使用权或污染权；水价管理的目的是水事行为的收益最大化，并提高水资源的利用效率。
在水生态子系统中，对于水量的管理，管理的目标主要是保证水资源的永续利用。一般而言，为保证水生态的平衡和稳定，管理上主要依靠政府的强制力量和投入资源来对水生态的用水量予以保证，具体管理手段包括生态用水调度、水生态服务功能确定、水源保护地划分等等。
在水环境子系统中，对于水质的管理，管理的目标是保证水资源的污染状况控制在一定的范围内。由于水环境子系统是一个耦合系统，因此它不仅仅是一个技术问题，而是一个涉及人一水一生态的复杂系统。由于人类活动对水环境的影响是通过行政区域（涉及国家主权和地区利益）、产业、企业和社群的行为来对水环境产生复杂的影响，所以仅仅通过行政行为或市场行为都无法彻底解决水环境污染的问题。对于水质的管理，需要复合的政治、经济和社会机制来协同解决，是一个协同管理的问题。
3.2 水系统阈值中管理主体分类
基于阈值的水资源子系统管理，主要是针对水资源规模阈和配比阈的管理，具体的管理主体涉及地区政府、产业、社区和企业等。地区政府主要是针对水资源进行初次分配
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