8.3.3 知识库中序参量的确定
8.3.3.1 序参量选择的方法
通过研究发现，在描述系统状态的众多变量中，有某一个或几个变量，在系统处于无序状态时，其值为零，随着系统由无序向有序转化，这类变量从零向正有限值变化或由小向大变化，可以用它来描述系统的有序程度，并称其为序参量。序参量与系统状态的其他变量相比，它随时间变化缓慢，所以也称其为慢变量，而其他变量数量多，随时间变化快，称为快变量。
由于系统不同，系统序参量的确定、产生也不同。一些较为简单的系统，在它的各种变量当中即存在一个明显比其他变量变化慢的变量，它就是序参量，例如在研究激光系统中选择的变量有原子磁矩P及电子跃迁所产生的光场E，激光的产生及性质计算可以由P、E描写的状态来表示，而P、E两个变量中E随时间变化慢，P随时间变化快，则E就为序参量。另一类较复杂的系统，在描写其状态的变量中，无法区分出它们随时间变化的快慢程度，但可以通过坐标变换，得到新的状态变量，在新的变量中，可明显地看出序参量。
更复杂的系统，不仅无法区分各个状态变量之间的变化快慢，而且经过坐标变换也无法将它们之间的变化程度加以区分，而需要另外选择更高层次的变量作为系统的序参量，来研究系统演化的情况。例如，一个理想气体热力学系统，每个分子的位置、动量，以及由它们经过变换所得到的能量、角动量等均无法作为序参量，这时选择在宏观层次上的温度T、压强P等才可作为热力学系统的序参量。因此，序参量的确定并不是一件简单的工作，它需要对系统性质作深入的分析。可以说只有确定序参量的原则，而无确定序参量的具体规范方法。
8.3.3.2 黄河流域水资源多维临界调控中的序参量
对于黄河流域水资源系统，由于系统的复杂性和不确定性，无法区分出参量随时间变化的快慢程度，也不可能通过坐标变换来找出序参量，因此只能按照确定序参量的原则，根据其代表的意义“主宰着演化进程，支配着快变量的行为”进行选择。
流域水资源系统是经济—社会—生态的复合系统，临界调控的主要目的之一就是使3个子系统达到协调，而协调的关键在于序参量之间的协同。因此，分别选取3个子系统的序参量，作为系统的序参量，并用来衡量系统的协同性。
1.经济子系统序参量
经济是流域水资源系统可持续发展的基础部分。衡量流域经济发展的指标众多，与水资源利用相关的有：人均GDP，GDP增长率，工业产值模数，人均粮食产量，工业总产值占GDP比重等。但是这些值都不能作为序参量，因为其中任何一个值的变化都不能同时确定其他指标的变化趋势，也就是不能支配其他指标的行为，因此不能作为序参量。流域水资源经济子系统序参量的选择需要从分析经济效益入手。
黄河流域水资源开发利用现状表明，水资源系统的经济效益主要有两方面：对国民经济各部门的供水效益和水力发电用水效益。其中供水效益又包括：农业灌溉用水效益和工业、生活供水效益；水力发电效益包括容量效益和电量效益。
（1）供水效益。设流域第i个分区有工业、农业和生活用水部门，各部门用水量分别为W工、W农和W生，则与效益的关系可用下式表示：
式中：Bi工、Bi农、Bi生分别为i子区工业用水量W工、农业用水量W农和生活用水量W生获得的净效益；fi1为i子区工业用水效益函数，与该区内各行业的利润率、产值及万元产值用水量有关；fi2为i子区农业灌溉用水效益函数，与该区内作物组成、灌水定额、灌溉制度、灌溉前后的单产及耕地面积、渠系水利用系数等有关；fi3为i子区生活供水效益函数。
由上式可看出，供水效益是供水量的函数，因此可以把供水量作为序参量。供水量的增加会促进效益的增加，同时，其他经济指标也会相应变化。如：《中国可持续发展水资源战略研究综合报告》指出，人均GNP与人均水资源的供给量成正比关系。
（2）容量效益。具有调峰能力的水电站可计算其容量效益，在黄河梯级电站中主要是龙羊峡和刘家峡水电站。水电站替代火电站的总投资计算式如下：
式中：K为替代火电站的总投资，万元；Np为水电站的保证出力，万kW；t为水电站月调峰小时数；k为替代火电站单位千瓦投资，元/kW；系数1.1为考虑水、火电站在工作容量、重复容量、厂用电率、输电损失、事故备用等方面差异时的系数。
由上式可知，容量效益与电站保证出力密切相关，因此保证出力可以作为序参量。研究中选取黄河干流梯级出力作为经济子系统的序参量。
（3）电量效益。年电量效益以减少的煤耗计算，计算式如下：
式中：BE为水电站的年电量效益，万元；E为水电站的年发电量，万kW·h；M为单位电量标准煤耗，g/（kW·h）；PM为标准煤价，元/t。系数1.05为考虑水电站与火电站在厂用电、峰荷电能、基荷电站和输电损失不同的电能变换系数。
上式表明，电量效益是和水电站的年发电量成正比例的，因此选择黄河干流电站年发电量作为衡量该效益的序参量。
这样，经济子系统的序参量主要包括：生活、工农业供水量、梯级保证出力和梯级发电量。
2.社会子系统序参量
流域水资源中社会子系统的发展主要体现在社会福利的提高上，而社会福利包括3个方面：①是保证人类生命安全，防止灾害发生，对于黄河流域水资源系统的开发利用而言，就是要减少洪水灾害；②则反映在经济增长上，而经济增长归根结底是要满足人们和社会用水需要，有关这一方面的指标已放在了经济系统中；③社会福利还反映在自然资源的存量上，对于水资源系统就是指水资源量的存量，对于有限的水资源不能吃光花尽，要保持年际之间、代际人之间水资源的公平分配。
因此，社会子系统的序参量包括两类，一类是有关洪水灾害的。黄河流域水资源多维临界调控中，由于暴雨洪水通过水库防洪水位来控制，所以这里需要调控的洪水灾害主要是冰凌洪水。黄河是否发生冰凌洪水主要取决于两个因素：河道过流量和异常气候。河道过流量通过控制兰州和花园口断面的流量，可在一定程度上防止冰凌洪水的发生，是一可控变量；而异常气候为不可抗力的自然因素，是不可控变量，所以确定兰州和花园口断面流量作为多维临界调控的序参量。另一类序参量是有关水资源存量的，对黄河流域，水资源的存量主要反映在具有调节性能的水库库容。龙羊峡水库是多年调节水库，其运用方式不仅要考虑当年用水，而且要兼顾后续几年的供水，刘家峡和小浪底水库虽然是年调节水库，但是实际运行过程中，由于上游龙羊峡水库的调蓄作用，水库并不是每年都放空，其调度期末蓄水量对下一年的兴利同样起着重要作用。因此，选择龙羊峡水库、刘家峡水库、小浪底水库调节期末库容作为反映水资源存量的序参量。
由上述分析可知，社会子系统的序参量由两类组成：凌期兰州、花园口断面流量和龙羊峡水库、刘家峡水库、小浪底水库调节期末库容。
3.生态子系统序参量
有关生态环境的指标也比较多，如森林覆盖率、水土流失面积、河湖水体矿化度、地下水平均矿化度、土壤侵蚀模数等。与黄河流域水资源开发利用相关的主要有两个指标，即汛期冲沙水量和非汛期生态基流，以这两个指标作为生态子系统的序参量。
综上所述，对黄河流域水资源开发利用进行调控选取的序参量包括：经济子系统中的生活、工农业供水量W，梯级出力N，发电量E；社会子系统中的兰州和花园口断面的流量，用Q兰州、Q花园口表示，龙羊峡水库、刘家峡水库、小浪底水库调度期末库容V龙、V刘、V小；生态子系统中非汛期生态基流W非汛期和汛期冲沙水量W汛期，见表8-1。
表8-1 黄河流域水资源多维临界调控序参量
