耦合水文预报与经济准则的水资源适应性管理研究

由气候变化和人类活动导致的变化环境使得水文系列的一致性假定受到了巨大的挑战，基于水文一致性假定的传统的水资源系统分析方法迫切需要新的发展以适应变化环境。适应性管理通常可以解释为根据新信息不断更新决策以在变化环境下最大化福利，这要求新的理论方法能够将水文预报及其不确定性与经济学准则紧密耦合，发展跨学科的体系来理解和管理水资源这一"人类-自然耦合"系统。本研究期望从微观用水个体、中观工程调度和宏观制度设计三个层面，将水文预报及其不确定性与经济学原理相结合，解释适应机理、建立分析模型、总结适应准则并提出应对策略。其中，主体模型描述的用水个体行为模式和适应机制，是整体理论体系的基石；基于风险对冲的工程调度和资源储备是适应的核心技术；整合市场机制和行政手段的综合管理体制，是适应性管理的制度保障。以海河流域背景，本课题将从微观、中观和宏观三个层面建立相关理论和模型，并结合实例进行实证分析和应用研究。

变化环境下的适应性管理是当前研究的前沿，其核心思想是根据新信息不断更新决策以适应环境的变化、实现福利最大化。本研究从微观的用水户适应机理、中观的工程调度方法和宏观的适应性制度设计三个不同的层面，将不确定的预报信息与经济学准则结合，建立了微观主体模型方法（Agent-based model, ABM）、中观的水库风险对冲调度模型方法和流域管理案例分析及制度设计建议。主体模型基于用水户的基本经济学特性，结合水资源系统的时空分布特征，从理论上推导了用水户的行为特征及其系统响应；基于这种模型，开发了新的分布式优化算法，该算法不仅能够求解模型，而且可以给出严格的理论证明具有最优性。基于不确定的水文预报和调度目标的经济学特性，水库风险对冲调度模型方法可以用来推导不同调度目标的最优化准则，本研究系统地提出了包括供水、防洪、发电和生态等的风险调度最优准则，为预报-调度理论提供了基础，也开发了高效的优化算法，解决了系统优化中的维数灾问题。另外，基于主体模型和水库风险调度的研究成果，本研究对海河流域、淮河流域和黑河流域等案例进行了实证研究和应用分析，提出了相关的适应性管理政策建议。