基于情景模拟的湖泊流域环境适应性管理研究

Environmental management of lake watershed is a large-scale complex scientific management problem which has deep uncertainty. This study combines the complexity system theory, the basic principle of management and the interdisciplinary research method, on the basis of the status survey and system analysis of social, economic and environmental of typical lake watershed in China, theoretically and methodologically explores the new theory of environmental management of lake watershed-Adaptive Management. This study mainly discusses the key problems such as organization system, decision-making mechanism and coordination mechanism; carries on an integrated research on various uncertainties in environmental management of lake watershed based on data fusion and intelligent computing; taking scenario robustness which based on scenario simulation as measurement index , constructs an index system which can measure the scenario adaptability of the environmental adaptive management decision-making plan in the future; further, integrates the results of above research and applies to the management of water pollution problem in Taihu watershed, constructs an environmental adaptive management prototype system of lake watershed, carries on virtual and real interaction research to test the effectiveness of the prototype system, and then improves the basic theory of adaptive management .It has important theoretical value and practical significance to facilitate interdisciplinary research of adaptive management of lake watershed environment, enhance the sustainable development and enrich the research of large-scale complex systems management problems.

湖泊流域环境管理是一类具有深度不确定性特征的大尺度复杂管理科学问题。拟在对我国典型湖泊流域社会、经济以及环境现状调研和系统分析的基础上，运用复杂系统科学思想、管理学基本原理和跨学科研究方法，探讨和研究湖泊流域环境管理的新模式--适应性管理。重点对湖泊流域环境适应性管理的组织执行体系、决策、协调机制等关键问题进行深入探讨；运用数据融合及智能计算等方法，对湖泊流域环境适应性管理应对各类不确定性的关键技术进行研究；运用情景模拟方法，初步构建能实现度量湖泊流域环境适应性管理决策方案的未来情景适应性的指标体系；进一步融合以上研究成果并应用于太湖流域水污染的管理中，构建湖泊流域环境适应性管理原型系统，并通过虚实互动对其进行有效性检验，从而进一步完善适应性管理基本理论。本项目对促进湖泊流域环境管理跨学科研究、丰富湖泊流域环境可持续发展乃至大尺度复杂系统问题管理的理论与方法具有重要的理论意义和现实价值。

随着社会文明的演进和工业经济的发展，我国湖泊流域的社会经济承载能力在不断的下降，其可持续发展能力乃至区域生存能力面临着严峻的挑战。近年来，虽然各级投入了大量精力实施湖泊流域生态环境治理，但太湖、巢湖、滇池等众多湖泊的富营养化状态仍未根本扭转，湖泊污染反弹甚至恶化时常发生，这些现象引起了理论界和实践界的普遍关注。基于“湖泊流域环境管理是一类具有深度不确定性特征的大尺度复杂管理科学问题”这一基本认识，本项目对我国湖泊流域水环境保护研究现状及展望进行了分析，充分认识和分析湖泊流域水环境问题的物理复杂性、系统复杂性以及由此带来的治理复杂性，特别是导致这些复杂性的“人”性因素,分析了其水环境治理存在的核的基本特征、结构及其演变内涵；同时，结合空间分析方法，对区域经济、环境、资源耦合系统协调和空间集聚现象进行分析和研究；其次，运用复杂系统科学思想、管理学基本原理和跨学科研究方法，提出了“复杂性系统分析——全域建模与情景耕耘——综合集成管理”路径的适用性管理基本理论体系，重点对湖泊流域环境适应性管理的组织执行体系、决策、协调机制等关键问题进行深入探讨；特别的，运用数据融合、挖掘和智能算法，对基于计算机情景模拟的湖泊流域自然-社会复合系统情景模拟系统的关键技术进行了研究；最后，基于太湖流域的现实，构建了湖泊流域自然-社会复合系统情景可计算性的三层结构模型并构建从实际情景到概念情景、从概念情景到结构化情景、从结构化情景到计算机实现的社会系统多元情景近似可计算模式，引入基于“个体-组织-社会/自然”的全域建模与计算机情景耕耘等跨学科研究方法，实现了湖泊流域水环境适应性管理的原型系统，并对太湖流域大时间尺度和广空间范围的演化情景进行了再现、重构、模拟和预测。项目研究为促进湖泊流域环境管理跨学科研究、丰富湖泊流域环境可持续发展乃至大尺度复杂系统问题管理的理论与方法具有重要的理论意义和现实价值。