柴达木盆地位于青藏高原东北部，东西长 800km，南北宽 300km，总面积
25.78×104km²，是大型的、封闭式的内陆盆地。盆地的自然条件非常恶劣，但各种自然资源丰富，开发潜力很大。随着我国经济建设重点向中西部转移，柴达木盆地面临着极好的发展机遇。干旱的自然环境决定了水资源在促进整个盆地社会经济发展和生态环境保护方面起到十分重要的作用，水资源既是社会经济发展必需的宝贵资源，也是维持绿洲生态环境的重要因素。

　　柴达木盆地水资源总体上十分贫乏，但局部相对较丰富，而且开发利用程度还较低。柴达木盆地在水资源的开发利用过程中已经出现了许多不容忽视的问题，具体表现在：现有水利工程利用效率低；工业和生活污水排放系数较高；农田灌溉排水措施不力，导致地下水位抬升和土壤次生盐碱化和农田弃耕；灌溉定额偏高；用水结构不尽合理。水资源的另一个不利条件是水土资源空间匹配不好^[1、2]。可以说在今后一定时期内，柴达木盆地在水资源方面解决好用水的问题要比解决缺水的问题更显迫切。因此，探索适合于柴达木盆地的水资源可持续开发利用模式，确保水资源开发利用的最佳社会效益、经济效益和环境效益，这是水资源规划决策所面临的重大课题。

　　水资源规划决策过程异常复杂，在空间上需要协调地区与地区之间的矛盾，在时间上需要考虑近期与长期利益冲突，此外，还要权衡部门之间的关系等，它纵贯社会、经济、环境和水文学等的诸多领域，涉及不同层次不同部门的决策者，是一个典型的半结构化的多层次、多决策者和多目标的决策问题。单学科、单决策者和单目标的决策模式对解决此类问题具有比较明显的局限性，而水资源决策支持系统的设计开发应用在此具有必要性和优越性。

1 水资源决策支持系统的结构与设计原则

1.1 决策支持系统的基本结构框架

　　面向问题的决策支持系统通常以提供及时的信息为各层次决策服务为宗旨。柴达木盆地水资源决策支持系统服务于该地区的水资源规划，辅助决策者解决水资源规划的决策问题。该系统包括：收集社会、经济、环境、生态和水资源方面基础信息的软件系统；根据一定的原理或规律制作的概化模型对基本信息进行加工和整理，进而提出各种政策策略下的推荐方案和发展模式；灵活方便的人机交互系统将这些方案提供给决策者，帮助决策者对方案的优劣进行比较，作出正确判断。根据问题的性质和需要，柴达木水资源决策支持系统采用了两库结构，即由数据库、模型库及相应的管理系统和人机交互界面等基本部分构成（图 1）^[3、4]。系统的数据库除向模型库提供有关信息外，还具自身独立的功能，因此也称水资源数据库。

1.2 研究系统的描述层次

　　柴达木盆地面积辽阔，横跨若干县市，不同的地区经济结构差异很大，而且发展极不平衡，水资源时空分布特点也不一样，因此，在从经济、社会、环境及水资源的不同角度对它进行研究和分析的时候，必须按层次进行。

　　总体上，柴达木盆地是最高层次的规划管理区域，根据水资源的时空分布特点和社会经济统计资料口径，把柴达木盆地进一步细分为 7 个规划子区（与水资源利用分区一致），它们依次为：茫崖冷湖荒漠区、鱼卡河大小柴旦区、巴音河德令哈区、都兰河希赛区、那陵格勒乌图美仁区、格尔木区和柴达木河都兰区。各子区之间至少在相当长时期内不存在跨区调水问题，因此，从供水角度讲，子区之间是相互独立的。但是从柴达木盆地这个层次来看，总体社会经济发展目标对各子区产业结构、产业布局，发展先后及其调入调出、积累和消费关系等产生约束和影响、各子区之间存在对资金占有的竞争，从这个意义上讲，它们之间是相互影响、相互制约的。

2 水资源数据库设计及其功能

　　决策支持系统的服务宗旨是向决策者提供及时的决策信息，决策信息可分为两类，一是决策的背景信息，二是模型分析的结果，模型分析也依赖基础信息，因此决策支持系统必须外挂功能强大的基础数据库。

2.1 水资源数据库的概念模型

　　以数据结构为核心的数据模型，即是数据库概念模型。在数据库中使用了 E－R 模型。E－R 模型又称实体联系模型，它将现实世界的要求转化成实体、联系、属性等几个基本概念以及它们之间的两种基本关系。通过由实体、属性与联系组成的 E－R 模型和具体分析应用背景，可以设计出数据库的概念模型。

2.2 水资源数据库的界面设计

　　为方便用户，设计了一系列面向用户的、友好的、易学习和掌握的“高级傻瓜”式的交互界面。界面系统使用 Visual Foxpro 5.0 开发。根据数据库系统的功能设计不同性质界面，具体包括主界面、浏览界面、编辑界面、查询界面、输出界面和帮助系统界面等。不同的界面功能和性质不同，因而使用不同的对象和方法，但设计的基本原则和出发点是方便用户。

2.3 水资源数据库的处理功能

　　水资源数据库的概念模型可以详细地解释该系统所涵盖的信息，但不可能描述这个系统是干什么的、用户如何去用。如要做到这一点，就必须开发系统的处理功能。数据库具有浏览、编辑、查询、输出和帮助等基本功能。

3 模型库系统的设计

　　模型库系统是水资源决策支持系统三大组成部分之一，由模型数据库及其管理系统和模型库及其管理系统等部分构成。

3.1 模型数据库系统

　　模型数据库是联系基础数据库与模型的桥梁，它储存模型所必需的输入输出数据，其功能是根据模型的需要从基础数据库中析取数据并转换成模型所需要的数据格式，最后将模型的输入作为中间结果存入一定的库结构中以备查询、检索和调用，因此它分为模型输入库和输出库。模型数据库用 Ms－access 97来建库，用 VB4.0 来编写库管理系统。

3.2 模型库

　　模型库管理系统对模型库中的模型实施管理。本决策支持系统的模型库管理系统主要具备模型调用、组织、完成模型之间和用户与模型之间信息交流等基本功能，这些功能通过数据流和操作流实现。

　　模型库具体由水资源多目标优化分析模型、宏观经济模型、人口动态模型、绿洲生态模型和水资源系统模拟模型等 5 个基本模型构成。

3.2.1 水资源多目标优化分析模型

　　作为区域水资源决策支持系统的核心优化模块，要求综合考虑社会、经济、环境等方面的因素，因此优化模型就应该包括地区经济持续发展，环境质量的逐步改善和区内社会稳定等目标。在充分分析柴达木盆地社会、经济和水资源开发利用现状以及征求有关专家意见的基础上，以经济效益、社会效益和环境效益最佳为原则，确定柴木达盆地水资源决策支持系统多目标优化分析模型分别追求国内生产总值 (GDP) 最大、粮食产量最高和污水排放量最小 3 个目标，它们分别代表经济发展程度、对社会稳定的影响及水资源开发利用对环境的破坏程度。这 3 个目标之间是互相联系、互相制约而又不可公度的，显然它们之间是相互竞争的，即一个目标值的增加必然以牺牲其他目标值为代价。

　　在此基础上，进一步设置与此相关的下层局部决策变量，主要包括：各行业产值、农业内部各种作物播种面积、污水排放量、社会需水量等。这些决策变量相互影响，相互作用，构成了模型的各个关键点，决定了整个模型的的行为方式和规划方向。

　　约束条件主要有可供水量约束、可耕地资源约束、各行业协调发展比例约束及决策变量上下界等约束。

3.2.2 宏观经济模型

　　用来描述宏观经济内部运转机制的模型，它主要根据积累与消费关系、投入产出关系、进出口关系和扩大再生产来模拟经济系统的运转，确定经济系统内部最优发展模式，如经济规模、经济结构。模型库中宏观经济模型作为多目标优化分析模型的上一级模型，前者的输出作为后者的输入。宏观经济模型模拟计算出不同年份和条件下的经济规模和结构，以此构成多目标优化分析模型约束条件的一部分。显然，不同的可供水条件下，运行宏观经济模型，可得到不同的经济发展规模和速度；同理，限定不同的经济发展速度上限和下限，运行多目标优化模型可得到不同的水资源开发方案。

3.2.3 水资源系统模拟模型

　　根据流域水资源特点，地表、地下径流形成、分布及变化规律与水量平衡原理，建立水资源系统模拟模型，模拟天然和水利工程控制条件下来水过程，提供水资源量和不同预测年份、不同频率水平年的可供水量信息。在模型库中，水资源系统模拟模型属多目标优化分析模型的上级模型，其输出构成多目标优化模型可供水量约束的上界。需水模拟则根据优化模型输出的各部门发展规模来进行，各部门不同时段用水定额确定了需水的时程变化。

3.2.4 人口动态模型

　　人口既是生产者又是消费者，人口因素在区域经济发展和资源开发中占有十分重要的地位。人口的增加，客观上要求经济的发展来满足人的物质和文化需要，经济的发展必然增加对资源的开发和消耗，从而产生了对生态环境的影响。在水资源规划管理决策研究中，人口既是水资源的直接消耗者，也是宏观经济系统的劳动力要素，因此，必须对柴达木盆地的人口现状和增长趋势进行分析研究，才能提出合理的水资源规划决策方案。

　　柴达木盆地人口变动的主控因素有两个，即自然增长和机械变动，后者对人口变动的影响非常强，如 1995 年机械变动人口增加占总人口增加的 37.8%。因此，用简单的人口预测模型难以准确预测出柴达木盆地的人口发展趋势。在预测中采用了分步骤加和法，既考虑人口的趋势变化，又考虑政策、经济等因素对机械变动的影响。

3.2.5 绿洲生态需水模型

　　绿洲农业的稳定和持续发展必须有良好的生态环境作基础。柴达木盆地干旱多风及封闭式的自然环境使绿洲农业易遭多风沙和盐碱的威胁。因此，绿洲生态需水模型主要从这两方面考虑，通过调节系统的水分平衡，维持生态系统内部与周围环境的相对稳定，生态用水是用来实现这一目标的需水量。根据柴达木盆地的生态条件，生态用水主要由维持植被稳定和地下水均衡稳定的生态用水组成，植被生态需水量 V 和维持湖面稳定需水量 GWD 可用以下模型计算：

V=Eu×PCA　(1)

GWD=LA×E (2)

　　式中，Eu 为单位面积植被需水量（蒸散发能力），PCA 为植被覆盖面积，LA 为湖泊面积，E 为水面蒸发能力。

　　该模型的输出分别作为水资源模拟模型和多目标优化模型的输入，也是水资源规划决策必需的环境信息，它告诉决策者在维持生态环境前提下水资源开发的潜力有多大，超量开发水资源会牺牲多少环境利益为代价。

3.3 人机交互界面

　　系统的运行效果通过界面体现出来。界面是分层次的，模型数据库和模型库管理系统都有相应的界面，决策者通过系统界面控制系统运行，获取所需要的决策信息。系统以屏幕显示和报表的方式提供信息。在界面设计过程中，始终遵循用户尽量少输入、容错性好和结果表达直观等友好性原则。模型库系统用 VB4.0 开发。

4 决策模式

　　水资源规划管理决策是一个半结构化的多层次、多目标、多决策者的决策问题，现结合多目标优化模型求解过程进一步阐述该类问题的决策模式。

　　在柴达木盆地水资源决策支持系统中采用了逐步法 (STEM) 来求解多目标线性规划问题。逐步法是一种迭代法，在求解过程中，每进行一步，决策者对计算结果做出评价。若认为满意，则迭代停止；否则再进行修改和再计算，如此直到决策者认为满意的解为止。在水资源决策支持系统中，该过程由决策者与模型库管理系统进行交互对话而实现。决策人员依据决策原则、自己的知识和经验，通过系统的人机交换界面，修改模型参数，输入偏好信息，不断进行迭代计算，找到合理的水资源开发利用方案和模式。此外，还可通过模型数据库的分析功能对这些方案进行比较评判，辅助决策。

5 系统功能与应用

　　该系统主要用来进行重大产业政策及水资源政策实施和调整的评估。因为，系统从宏观层次上阐述了区域经济发展、环境质量、农业生产与水资源开发建设的相互依存、相互制约关系。为经济、环境和水资源规划提供了定量的数据。提供实施某一政策的结果对比，可清楚地看出实施政策的影响。为完成以上任务，系统提供了预测、模拟、优化、分析和管理等五大功能。

5.1 预测功能

　　(1) 执行人口动态模型可预测出未来 50 年柴达木盆地各水资源分区人口变化趋势；

　　(2) 运行宏观经济模型可预测出柴达木盆地经济发展速度、规模、产业结构等；

　　(3) 执行水资源系统模拟模型可预测出柴达木盆地各水资源分区不同频率年和未来 50 年内的可供水量。

5.2 模拟功能

　　(1) 执行水资源模拟模型可模拟计算出各水资源分区不同水平年水资源量；

　　(2) 执行绿洲生态需水模型可模拟计算出各水资源分区不同生态环境条件下的生态需水量。

5.3 优化功能

　　执行柴达木盆地水资源优化分析模型可得出柴达木盆地各水资源分区不同社会、经济、环境参数组合条件下的水资源优化配置方案。

5.4 分析功能

　　执行优化分析模型的结果管理系统可用图形、表格和计算工具来进行结果分析比较，辅助方案选择。

5.5 管理功能

　　(1) 各模型系统均提供了组织数据输入、结果查询、检索、输出、更新、报表、图形显示等功能；

　　(2) 各模型系统提供了模型结构参数管理、参数值优选等模型管理功能。

5.6 系统应用

　　系统的应用是开发的主要目的。柴达木盆地水资源决策支持系统是交互式的、支持滚动规划的决策系统，因此，系统使用是长期的，提供的信息也十分广泛。现将利用系统进行 2000 年的水资源规划的分析情况（无当地决策者参与）作简单的验证说明。

　　经优化分析，2000 年柴达木盆地工业产值达 224692 万元，种植业和林牧渔业达 20195 万元（粮食产量 8.65万t），第三产业达 218394 万元，GDP 为 214858 万元。第三产业耗水较少，污染较小，所以增长较快，由于受产业结构约束的制约，其发展规模未脱离实际，优化结果较可靠。与产业结构和发展速度相对应的用水优化配置结果是：工业 6553万m³，农业 50715万m³，林牧渔业 20677万m³，市政生活 2795万m³，共 80741万m³。1993 年实际用水 70550万m³，2000 年可供水量
82763万m³。农业和林牧渔业用水量较大，占总用水量 88%。可供水量大于需水量。2000 年污水排放量为 8117万m³。生态用水量为 277960万m³。

6 结语

　　在以上的论述中系统地介绍了柴达木盆地水资源决策支持系统的结构框架、设计原则和基本功能，概括起来该系统具有如下特点：

　　(1) 系统设计体现了面向问题的原则。系统以解决柴达木盆地水资源规划管理问题为核心，服务决策为宗旨，依照多层次、多决策者和多目标的决策思路，考虑了社会、经济和环境效益与水资源开发利用相互影响与制约关系的协调，设置了地区之间、部门之间和不同决策者之间的利益冲突和水资源中长期规划决策风险的解决机制，从而确保了系统的适用性和可靠性。

　　(2) 具有一定的适用范围。可以用来进行有关水资源开发利用重大产业政策及环境政策调整的评估，为政策实施和调整可能产生的社会、经济和环境效益提供定量的决策和预警信息。

　　(3) 决策支持系统功能较完备。即具备模拟、预测、优化、分析和管理功能。

　　(4) 系统的组织结构比较合理。系统由模型库、数据库和交互界面构成。采用了模型驱动的运行方式。模型之间的数据传递通过数据库完成。人机交互界面以电子表格、图形和文件向决策者提供信息，决策者可以通过下拉式菜单对数据、模型及模型参数等进行调用、设置和修改。

　　(5) 在时间上系统支持滚动规划的能力。系统分析开发人员从现状条件出发，设置了模型参数，随时间推移某些参数可能发生变化，决策者可通过系统界面进