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柴达木盆地水资源决策支持系统的设计与开发研究

来源:中国环境资源网  作者:中国自然资源学会  更新时间:2005-11-21 10:32:48   

提 要 柴达木盆地水资源规划管理决策属典型的半结构化、多层次、多决策者和多目标的决策问题,为此设计开发了柴达木盆地水资源决策支持系统。文章系统地介绍了柴达木盆地水资源决策支持系统结构框架、设计原则、开发思路、决策模式和基本功能。系统由数据库、模型库及其管理系统三部分组成,模型库包括人口动态模型、宏观经济模型、水资源模拟模型、绿洲生态需水模型和水资源多目标优化分析模型等 5 个基本模型。在求解水资源多目标优化分析模型时,使用了逐步法 (STEM),把多目标化为单目标进行求解,决策者在迭代权衡过程中输入经验与偏好信息来获取满意的决策信息。

关键词 柴达木盆地;水资源;决策支持系统

中图分类号 TV213.9

文献标识码 A

文章编号 1000-3037(2000)01-0080-06

  柴达木盆地位于青藏高原东北部,东西长 800km,南北宽 300km,总面积
25.78×104km2,是大型的、封闭式的内陆盆地。盆地的自然条件非常恶劣,但各种自然资源丰富,开发潜力很大。随着我国经济建设重点向中西部转移,柴达木盆地面临着极好的发展机遇。干旱的自然环境决定了水资源在促进整个盆地社会经济发展和生态环境保护方面起到十分重要的作用,水资源既是社会经济发展必需的宝贵资源,也是维持绿洲生态环境的重要因素。

  柴达木盆地水资源总体上十分贫乏,但局部相对较丰富,而且开发利用程度还较低。柴达木盆地在水资源的开发利用过程中已经出现了许多不容忽视的问题,具体表现在:现有水利工程利用效率低;工业和生活污水排放系数较高;农田灌溉排水措施不力,导致地下水位抬升和土壤次生盐碱化和农田弃耕;灌溉定额偏高;用水结构不尽合理。水资源的另一个不利条件是水土资源空间匹配不好[1、2]。可以说在今后一定时期内,柴达木盆地在水资源方面解决好用水的问题要比解决缺水的问题更显迫切。因此,探索适合于柴达木盆地的水资源可持续开发利用模式,确保水资源开发利用的最佳社会效益、经济效益和环境效益,这是水资源规划决策所面临的重大课题。

  水资源规划决策过程异常复杂,在空间上需要协调地区与地区之间的矛盾,在时间上需要考虑近期与长期利益冲突,此外,还要权衡部门之间的关系等,它纵贯社会、经济、环境和水文学等的诸多领域,涉及不同层次不同部门的决策者,是一个典型的半结构化的多层次、多决策者和多目标的决策问题。单学科、单决策者和单目标的决策模式对解决此类问题具有比较明显的局限性,而水资源决策支持系统的设计开发应用在此具有必要性和优越性。

1 水资源决策支持系统的结构与设计原则

1.1 决策支持系统的基本结构框架

  面向问题的决策支持系统通常以提供及时的信息为各层次决策服务为宗旨。柴达木盆地水资源决策支持系统服务于该地区的水资源规划,辅助决策者解决水资源规划的决策问题。该系统包括:收集社会、经济、环境、生态和水资源方面基础信息的软件系统;根据一定的原理或规律制作的概化模型对基本信息进行加工和整理,进而提出各种政策策略下的推荐方案和发展模式;灵活方便的人机交互系统将这些方案提供给决策者,帮助决策者对方案的优劣进行比较,作出正确判断。根据问题的性质和需要,柴达木水资源决策支持系统采用了两库结构,即由数据库、模型库及相应的管理系统和人机交互界面等基本部分构成(图 1)[3、4]。系统的数据库除向模型库提供有关信息外,还具自身独立的功能,因此也称水资源数据库。

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图 1 决策支持系统的组织结构示意图
Fig.1 Decision-support system architecture

1.2 研究系统的描述层次

  柴达木盆地面积辽阔,横跨若干县市,不同的地区经济结构差异很大,而且发展极不平衡,水资源时空分布特点也不一样,因此,在从经济、社会、环境及水资源的不同角度对它进行研究和分析的时候,必须按层次进行。

  总体上,柴达木盆地是最高层次的规划管理区域,根据水资源的时空分布特点和社会经济统计资料口径,把柴达木盆地进一步细分为 7 个规划子区(与水资源利用分区一致),它们依次为:茫崖冷湖荒漠区、鱼卡河大小柴旦区、巴音河德令哈区、都兰河希赛区、那陵格勒乌图美仁区、格尔木区和柴达木河都兰区。各子区之间至少在相当长时期内不存在跨区调水问题,因此,从供水角度讲,子区之间是相互独立的。但是从柴达木盆地这个层次来看,总体社会经济发展目标对各子区产业结构、产业布局,发展先后及其调入调出、积累和消费关系等产生约束和影响、各子区之间存在对资金占有的竞争,从这个意义上讲,它们之间是相互影响、相互制约的。

2 水资源数据库设计及其功能

  决策支持系统的服务宗旨是向决策者提供及时的决策信息,决策信息可分为两类,一是决策的背景信息,二是模型分析的结果,模型分析也依赖基础信息,因此决策支持系统必须外挂功能强大的基础数据库。

2.1 水资源数据库的概念模型

  以数据结构为核心的数据模型,即是数据库概念模型。在数据库中使用了 E-R 模型。E-R 模型又称实体联系模型,它将现实世界的要求转化成实体、联系、属性等几个基本概念以及它们之间的两种基本关系。通过由实体、属性与联系组成的 E-R 模型和具体分析应用背景,可以设计出数据库的概念模型。

2.2 水资源数据库的界面设计

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