前言
水资源是人类生存不可替代的自然资源。从1972年联合国第一次人类环境会议发出“水将导致严重的社会危机”的呼吁以来，水资源问题已得到各国政府和相关部门的高度重视，成为科技工作者研究的热点。21世纪，我国的发展面临着严峻的水资源形势。首先，是水资源供需矛盾突出，中国目前有近7亿人得不到安全饮用水，缺水城市达400多座，其中严重缺水的约108座，每年因缺水造成上千亿元人民币的经济损失，据预测，2010年全国缺水量将达1000亿m3。在缺水的同时，水灾害加剧，1998年长江等地发生的大洪水，直接经济损失约2551亿元。其次，水资源短缺和不合理开发利用还引发了一系列其他的生态环境恶化问题，如草原退化、沙漠面积不断扩展、天然湖泊萎缩、河道断流和淤积、湿地消失、水土流失加剧等。
为此，许多专家学者都进行了深入研究，认为对水资源进行合理调控是解决水问题的有效措施之一，水资源调控的重要性也逐步得到大家的高度共识。所谓“调控”与“以需定供”、“以供定需”以及基于宏观经济的水资源利用方式不同，它需要综合考虑系统内社会—经济—生态复合系统的需求，通过调控社会、经济系统对水资源的需求和生态环境需水，以及社会、经济内部的供水过程和用水过程，以解决它们之间的竞争用水问题，协调社会、经济和生态环境的动态关系，提高水资源的利用效率和分配效率。在第二届世界水资源论坛会上，110多位部长认为人类水安全面临七大挑战，其中包括“通过可持续管理确保和谐的生态环境”及“以更加明智的方式管理水资源”。可以看出，水资源合理调控的一个鲜明特征是可持续发展，追求经济、社会与资源、环境的协调，即经济发展必须限定在资源和环境的承载能力之内。中国可持续发展水资源战略研究报告提出，我国水资源的总战略必须以水资源的可持续利用来支持经济的可持续发展，建议从防洪减灾、农业用水、城市和工业用水、生态环境建设等8个方面实行战略性调控。由此可见开展水资源多维调控的重要性和迫切性。
多年来，我们一直从事水资源系统分析方面的研究工作，先后承担了国家“九五”科技攻关项目“黄河干流非汛期水量调度研究”、国家重点基础研究发展规划973项目“黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理”、国家自然科学基金项目“自然—人工二元模式下的河川径流变化规律及合理描述方法研究”和“河川径流演变规律对人类活动和全球变化的响应”、中国电力教育基金项目“水电站厂内经济运行研究”、青海省科技厅项目“黄河干流水电站补偿效益分配方案与实施对策初步研究”等60多项纵横向科研项目，已获国家级奖1项，省部级奖8项。培养45位博士和60多位硕士研究生。本书是在总结上述研究成果的基础上完成的，主要从以下几方面对这些成果进行了总结。
（1）以往的水资源系统研究中，认为水资源系统是以流域分水岭所组成的区域而形成的自然系统。在这个系统中，社会系统、经济系统和生态环境系统相互交织、容错，越发显得水资源系统庞大而复杂；同时，由于对系统周界的识别及维护、交换作用缺乏足够的认识，增加了对水资源系统研究的复杂性。本书采用界壳理论描述水资源系统，提出了水资源系统界壳的要素和作用，并从水资源保护、开发、利用和优化配置方面分析了水资源界壳理论的应用前景。
（2）需水量预测是水资源配置与调控的前提，本书针对水资源系统不同性质的预测问题，深入探讨了时间序列法、结构分析法及一些系统工程方法在需水量预测中的原理与应用。
（3）分析总结了水资源系统配置的原则、指标、理论及模型；对水库调度的理论、方法及模型进行了详细论述，对几种常用的方法如动态规划、逐步优化算法、遗传算法、大系统分解协调等方法进行了介绍；对系统工程新方法，如蚁群优化算法和粒子群优化算法在水库调度中的应用进行了探讨。以发电调度为例，给出了短期和中长期发电优化调度的模型及求解方法，并给出某梯级水库群发电优化调度的计算实例。
（4）在分析水资源多维临界调控的机理和含义的基础上，将临界控制理论、协同学理论和耗散结构理论等理论结合，考虑可持续发展、和谐、节水、协调（协同）等作用，建立了水资源系统有序度熵、良性循环等诸多概念、模型和算法，提出了水资源多维临界调控的理论与方法。
（5）依据多维临界调控理论，在传统调控模型的基础上，建立了控制者模型与被控制对象模型相结合的水资源多维临界调控模型。该模型能够充分考虑水资源复合系统的生态、社会和经济子系统之间的协调关系，以及水资源系统的有序程度和演化趋势，并且能够把管理人员的知识经验融入系统模型，能够把定量计算和定性分析相结合，快速、准确地对方案实施调控。
（6）从协同和系统演化的观点，应用调控层次、调控措施以及调控理论，提出了水资源多维调控程序。
（7）针对黄河流域水资源开发利用目标，以及可实施的调控手段和措施，如工农业节水、增加调控工程和西线南水北调等，设置了2010年、2020年、2030年和2050年四个水平年的83个调控方案，在水资源多维临界调控理论的指导下，分别对83个方案进行了调控计算，得出了四个水平年的最佳调控方案。
（8）介绍了水资源系统调控风险因子的识别和主要风险因子的筛选方法，以及基于概率论和数理统计方法、重现期法、蒙特卡洛模拟法、JC法、灰色系统理论和模糊风险分析法的风险计算模型，给出了单目标和多目标风险决策的理论方法，并对2010水平年黄河干流梯级水库电站补偿调节方案进行了实例应用。
本书由黄强、畅建霞统稿编著；第1、第6、第7、第8章由畅建霞编写；第2章由佟春生、黄强编写；第3章由张洪波、黄强编写；第4章由刘涵、畅建霞、陈南祥编写；第5章由畅建霞、刘涵编写；第9章由王煜、黄强编写；第10章由彭少明、黄强编写；第11章由席秋义、黄强编写。
在本书编写过程中，得到了刘昌明、王浩、李佩成院士，以及原黄河水利委员会（总工程师）陈效国先生、黄河水利委员会石春先副主任的指导与关怀；得到张会言、侯传河等教授级高工以及吴泽宁、徐建新、邱林、梅亚东等教授以及蒋晓辉、薛小杰、刘俊萍、王增发、李会安、赵麦换、徐晨光、王义民、赵雪花、夏忠、畅明琦、吴新等博士的帮助；同时，还得到了乔西观、谢小平、李梅、郑振宇、刘晓黎、李群等在读博士的帮助；此外中国水利水电出版社马爱梅副编审也给予了大力支持，使本书得以顺利出版，在此深表谢意。
由于作者水平有限，书中谬误难免，望广大读者给予批评指正。
作者
2006年11月
于西安