2.3.1 水资源系统界壳理论的相关概念
2.3.1.1 水资源系统界壳
水资源系统，因其有别于环境，其必有对应的界壳来卫护系统的存在，并通过与环境的交换实现系统的发展。如果一个水资源系统的周界具有卫护系统和环境的生存与发展，并在系统与环境间起物量交换作用，则称该周界为水资源系统界壳。水资源系统界壳处在水资源系统、环境的外围交界处，由界壁和界门组成。界壁是用来卫护水资源系统和环境的生存与发展的；界门则是水资源系统与环境的交换通道，起交换作用。可将水资源系统界壳（图2-2）描述为：
对水资源系统而言，它至少有2层界壳：自然界壳和人工界壳。
图2-2 水资源系统界壳示意图
自然界壳是流域水资源系统自然形成的周界，如河流的水源处、渗漏处和入海口等就是界门；其天然河道、河床及河水的自净能力等组成了界壁，从而卫护河流的生存和发展。但是，这种自然界壳的作用是一种被动行为，当环境物量要进入系统或环境预从系统取水时，界壁的阻挡能力是有限的，界门对其交换缺乏调控能力。随着人类对水资源的利用和污水排放的增加，这种自然界壳已难以起到有效卫护水资源系统的生存和发展的作用，从而产生了人工界壳。
人工界壳是为了增强流域水资源系统的生存和发展能力而人工构建的，例如水库、人工堤坝、污水处理厂、管理的法规等。人工界壳对系统的卫护和交换作用是一种主动行为，界门是按需开关的。人工界壳具有可变性，它随着系统和环境的发展变化或扩张或收缩或脱变更新。
水资源系统界壳是环境和系统所共有的，也就是说，界壳的卫护作用是双重的，即它要同时卫护环境和系统的生存和发展，又要使环境与系统在物量的交换上实现协调。要卫护就要有界壁，要交换就应有界门，由界壁和界门组成的界壳应具有一定的厚度和支撑度。
2.3.1.2 水资源系统界壳的基本要素及作用
1.水资源系统界壳的组成
依据界壳的非任意性，界壳是环境和系统所共有的，也就是说，界壳的卫护作用是双重的，即它要同时卫护环境和系统的生存和发展，并使环境与系统在物量的交换上实现协调。要卫护就要有界壁，要交换就应有界门，由界壁和界门组成的界壳应具有一定的厚度和支撑度。由功能类比可知，水资源管理也是一种界壳，是一种人工界壳。管理是保护、开发和利用资源的过程，这里的开发和利用的实质就是实现资源系统与环境的物量交换。这使我们对管理又有了新的认识，即管理是保护和交换资源的过程。
水资源系统界壳的界壁主要有以下几种。
（1）水资源系统的边缘周界，包括自然的和人造的，如湖、海、河岸、堤坝等。
（2）某种管道或网络，如给排水管道等。
（3）管理的体制、法律法规，如管理的组织结构、运行规章、水法、排污法等。
水资源系统界壳的界门主要有以下几种。
（1）堤、坝的闸门。
（2）水利枢纽。
（3）水电站。
（4）自来水厂。
（5）污水处理厂。
（6）管理信息处理中心等。
由上述水资源系统界壳的主要界壁和界门可知，水资源系统界壳是多维的，其界壁和界门不仅仅存在于系统的边缘，而且通过特殊的孔道（或时空）深入到系统和环境的内部。水资源系统界壳的开放度，不仅仅是界门与周界之比，而是一个复杂的拓扑函数，界门的多少和大小，是水资源系统功能强弱和水资源系统状况的体现。
2.水资源系统界壳的基本要素及作用
（1）开放度λ。是用于调控水资源系统与环境之间物量交换的重要界壳要素，开放度的大小直接关系到水资源的持续利用。水资源的一个重要特点是可再生性并具有自净能力。若开放度过大，污水进入量超过了水的自净能力，将导致水质下降，甚至使水资源价值消失。所以开放度应适当，不应大于水的自净能力所限制的开放度（λf），即λ≤λf。另一方面，开放度过大，水资源的流出量也必然增大，虽然这时环境需求量是一种较充分的满足，但从水资源的可循环性看，由于补给量与流出量之间的不协调，将破坏水资源的循环性，加剧了水资源的短缺。这表明开放度不宜太大，以不影响水资源的循环性的开放度λc为宜，即λ≤λc，也就是说，水资源系统界壳的开放度受到λf和λc两个因素的约束，只有满足这两个约束条件，才能保证水资源的可持续利用。开放度也不能过小，开放度太小，既不利于水资源系统的发展，也不利于环境的发展。从可持续利用的目标出发，水资源系统和环境之间应协调发展，即要求在满足水资源系统自身发展的前提下，应满足环境发展对水资源的最低要求量（λX），即λ≥λX。
（2）交换率δ。指的是通过界门的实际水量φs与环境和水资源系统的可交换水量φe之比，即δ=φs/φe。由于交换率δ与开放度λ之间存在着反比特性，可通过调控交换率和开放度的大小来促进水资源的可持续利用。开放度增大，对流入和流出水资源系统的水量的限制就放宽，取排水的自由度就增大，对可持续利用就将产生不利的影响，这时可通过减小交换率来克服这种影响，保持水资源的可持续利用。正所谓“细嚼慢咽，健脾强身”。开放度减小，取排水的自由度就降低，有利于水资源的保护，但不利于环境的发展，这时可通过适当调大交换率来克服，正所谓“细水长流，吃穿不愁”。
（3）界壁W。水资源系统界壳的界壁的作用是卫护水资源系统的生存和发展。其主要支撑要素之一是管理体制和相应的法律法规，支撑度的强弱体现在管理的有效或效率上。由组织结构理论可知，管理结构的复杂程度与管理的效率成反比，法律法规的有效程度与合理效率成正比。这就是说，要提高支撑度，就应降低管理结构的复杂程序，提高法律法规的有效程度，只有这样才能有效地卫护水资源系统的生存和发展。
（4）界门G。水资源系统界壳的界门具有数量多、高复杂性的特点，界门的面积（长度）、开关速度、顺利度等又受到多种因素的影响。这些界门强弱不均，其中较薄弱或最薄弱的界门较易受到冲击，从而影响水资源系统的生存和发展。如在某些法律法规的真空点或薄弱点，就将失去对水资源系统的卫护和有效交换作用。又如，对环境或水资源系统的变化不能及时调整界门的开放度、交换率、开关速度和顺利度，即缺乏适应能力，将影响水资源系统和环境的稳定和发展。