流域系统科学初探(6)

生态环境子系统的基础研究主要集中在生态学和水文学的交叉领域，由此衍生出的生态水文学[61]在过去20多年飞速发展，在河流治理领域得到广泛而深入的应用[62]，但在大尺度多过程生态水文模型方面还有待进一步突破[63]。

社会经济子系统的基础研究主要集中在经济学、社会学和与水文学的交叉领域，近些年衍生出的宏观经济水资源模型[64-65]、二元水循环理论[66]等跨学科理论，以及逐渐发展形成的社会水文学[67]等新兴学科，都是社会经济子系统的基础支撑学科。

5.2 系统科学理论与方法流域系统科学研究常用的系统科学方法，包括协同学、控制论、博弈论、突变论、非线性科学等。不同层面的研究，这些方法均有各自的适用性。

针对流域子系统内部演化进程的研究，控制论、突变论、非线性科学等在泥沙起动、河床演变等领域已得到一定的应用[68-69]；流域子系统间协同竞争关系的研究，协同学和博弈论的应用前景广阔[70-71]；流域各子系统的协同演化机制研究，协同学也已取得了初步应用成果[71]，展现出未来在流域系统治理研究中的应用潜力。

5.3 流域系统治理集成研讨厅“集成研讨厅”（Hall for Workshop of Metasynthetic Engineering）是钱学森等基于系统理论与方法提出的。其含义是以科学的认识论为指导，充分利用现代信息技术，构成以人为主、人-机结合、人-网结合的智能系统，“把各种学科的科学理论和人的经验知识结合起来”，形成一个巨大的智能系统，解决一般复杂巨系统中定性与定量相结合的科学难题。

流域系统治理不仅涉及行洪输沙-生态环境-社会经济各子系统协同演化的定量研究，还涉及一系列诸如政治、文化、宗教、民族等难以定量的非结构化影响因素。这类难以用定量化数学方程描述的非结构化问题，在宏观层面对流域重大治理工程与非工程措施的实施，往往有重大影响。为此，必须构建“流域系统治理集成研讨厅”，结合新一轮科技革命引发的大数据技术、人工智能技术的高速发展，形成一套综合河流、生态、社会、经济等基础学科及系统科学知识、相关学科专家经验和现代信息科学技术等的智能系统，支撑流域系统治理的科学决策。

6 流域系统科学在黄河流域系统治理中的初步应用与展望

6.1 初步应用效果黄河流域水沙关系复杂，水资源供需矛盾突出，生态系统脆弱，黄河的治理保护必须要突出系统性、整体性、协同性。围绕黄河流域系统治理过程中的不同层面的实际问题，江恩慧等从2000年开始先后在十二五科技支撑计划、国家自然基金重点项目、水利部公益性行业科研专项、十三五国家重点研发计划等项目支持下，运用系统理论方法开展了探索性的研究。其中，“黄河下游游荡性河道河势稳定控制系统理论”研究，应用突变论揭示了有限控制边界作用下河势演变机理，提出了以河势演变为广义函数的游荡性河道河势稳定控制系统模型[72-73]；针对小浪底水库运用后黄河下游宽滩区的治理模式与运用方式这一焦点问题，应用Pareto原理构建了能同时反映河流自然属性与社会属性的“黄河下游宽滩区滞洪沉沙与综合减灾效益二维评价方法”，开展了不同治理模式不同运用方案下宽滩区滞洪沉沙效果的综合效益评价[74]；针对黄河泥沙处理与资源利用良性运行机制和科学的综合效益评价方法缺失问题，应用生态经济学能值理论从经济、社会、生态环境3个维度，提出了黄河泥沙资源利用综合效益评价双层三维评价指标体系，构建了黄河泥沙资源利用综合效益评价模型[75]；从维持河流生态环境健康的治河目标出发，综合考虑下游河道两岸社会经济发展，王远见等[76]基于“可动性-组织性-弹性”理论构建了双层三维的河道生态系统效益能值评价指标体系，定量评价了小浪底水库修建以来对黄河下游河道河流系统产生的生态环境和社会经济影响；江恩慧等正在开展的“黄河干支流骨干枢纽群泥沙动态调控关键技术研究”，应用协同学、博弈论等研究手段，围绕流域内干支流行洪输沙-生态环境-社会经济等河流系统功能多维协同的目标，揭示了水库高效输沙的水-沙-床互馈机理和下游河道河流系统多过程耦合响应机理，研发了多目标协同的泥沙动态调控模拟仿真系统和智慧决策平台，提出了泥沙动态调控潜力及其实现途径，为流域水沙优化调控提供了理论和技术支撑。

6.2 应用前景展望展望未来，黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的实施，迫切需要发展和应用流域系统科学方法，开展顶层设计，明确流域系统治理的目标与“路线图”，以水资源配置为纽带，以水安全保障、水生态修复、流域高质量发展为目标，最终实现流域系统行洪输沙-生态环境-社会经济等功能的多维协同发展。随着流域系统治理理念日渐深入人心，流域系统科学方法将逐渐走向成熟，辅以全流域系统观测网络和大数据平台建设的飞速发展，未来5～10年流域系统科学在黄河流域系统治理研究中可望取得如下突破：

文章来源：《系统科学学报》 网址: http://www.xtkxxb.cn/qikandaodu/2021/0207/332.html