结构水资源学概论

水资源系统是地球表层五大圈层中的大气过程、生态过程、地球化学过程、人类活动和水文过程通过水循环相互连结起来的一类开放、高维、动态的典型复杂系统,水资源系统结构反映水资源-经济社会-生态环境复杂系统的互馈作用机理、决定水资源系统的主要复杂性和水资源系统功能,一直是水资源学领域的研究难点和热点。根据水资源学发展趋势和系统结构决定系统功能的原理,提出了以水资源系统结构的基本特征、演变规律、优化调控及其应用为研究对象的一门面向水资源系统知行关系的水资源学新分支学科,即结构水资源学。结构水资源学属于技术科学层次,它将各种水资源系统结构的识别模拟、评估预测、优化调控问题作为主要研究内容,可用系统科学中的系统识别、系统建模、系统模拟进行水资源系统结构识别模拟,用系统评价、系统预测进行水资源系统结构评估预测,用系统优化、系统决策分析、系统调控进行水资源系统结构优化调控,它们构成结构水资源学研究内容体系框架,结构水资源学与水资源系统工程之间具有明显的对偶性;面向水资源系统结构的复杂性,论述了面向概率分布结构的随机分析、面向模糊关系结构的模糊集分析、面向集对关系结构的集对分析、面向神经元输入输出关系结构的神经智能分析、面向个体适应关系结构的遗传优化分析的结构水资源学五类智能研究方法,为进一步创建结构水资源学、揭示和利用水资源系统结构的演变特征奠定了初步基础。

基于半偏联系数和动态减法集对势的区域水资源承载力评价方法

为准确和客观地评价区域水资源承载力,从水资源承载力评价样本与评价等级标准这一集对的复杂系统结构角度,应用集对分析半偏联系数和减法集对势方法,构造了定量反映和刻画集对联系数系统结构中联系数分量间微观运动的迁移率矩阵,提出了一种联系数分量值的修正方法,同时基于减法集对势和三角模糊数方法动态确定了差异度系数,构建了区域水资源承载力定量评价方法.该方法在安徽省淮北市的应用结果表明:2011-2019年水资源承载力介于2~3级之间,承载力较差,系统态势总体上由偏反势向均势过渡,逐渐向好发展;在判别系统态势发展方面,基于普通减法集对势的联系数值由2011年的-0.279变化到2018年的-0.037,再到2019年的-0.218,基于半偏减法集对势的联系数值由2011年的-0.267变化到2018年的-0.035,再到2019年的的-0.207,说明两种方法均适用,但在确定评价等级值方面,评价效果后者更优,相对误差在1%以内,这与半偏减法集对势的物理解释意义更为深刻有关.联系数系统结构中联系数分量间的微观运动结果表明,原联系数中最大分量的值会减小,其他两个分量的变化情况与该分量本身的大小、半偏联系数表示的增量与原联系分量的比例、被迁移的原联系分量的大小有关.基于半偏联系数和动态减法集对势法可实现联系数的修正更新和差异度系数的动态确定,方法物理解释性强、评价结果准确可靠,为从系统结构成因机理角度准确判别水资源复杂系统所处状态及总体发展趋势提供了新的有效途径.

基于三元链式传递结构的区域旱灾实际风险综合防范机制分析

区域旱灾风险防范对保障粮食安全、推动经济社会和生态环境可持续发展具有重要意义。针对旱灾风险防范的复杂性,为分析区域旱灾风险综合防范机制,采用自然灾害系统理论和结构水资源学方法相结合的研究途径,分析了区域旱灾风险形成的物理过程,提出了由六要素组成的区域旱灾风险系统,揭示了以致灾因子危险性、承灾体脆弱性和损失风险这三种关系(简称三元)链式传递为灾害风险系统基本结构特征的区域旱灾实际风险三元链式传递机理,以及相应的旱灾风险调控三元链式传递机理,进而从功能调控、准则调控、要素调控、空间调控、过程调控、综合调控等方面探讨了这些动态优化防范实施策略的区域旱灾风险防范机制及其可行性,认为区域旱灾风险综合防范迫切需要深入开展水科学、自然灾害学、系统科学和智能科学等多学科交叉融合的相应研究。