Page 81 - 2024年第55卷第2期

馈机制，在澳大利亚 ［１６］ 、美国 ［１７］ 、中国 ［１８ － １９］ 、澜湄流域 ［２０］ 等地区得到了广泛应用；国际水文科学协
会 １０年科学计划（２０１３—２０２２年）提出 “万物皆流” （ＰａｎｔａＲｈｅｉ － ＥｖｅｒｙｔｈｉｎｇＦｌｏｗｓ）为 研究 计 划的主
题 ［２１］ ；左其亭 ［２２］ 提出人水系统、人水关系等概念，加深了对水系统理论的认识。与此同时，为了定
量分析研究水系统，国内外开发了许多相关模型，如以自然水循环过程为基础，通过耦合人类活动进
行水系统分析，包括在 ＳＷＡＴ模型中加入人类活动影响模块 ［２３］ 、嵌合水资源配置模块 ［２４］ ，在 ＷＥＡＰ
［７］
模型中增加自然水循环过程 ［２５］ ，直接开发自然 － 社会二元水循环模拟模型（ＮＡＤＵＷＡ３Ｅ ［２６］ 、ＷＡＳ 、
ＷＡＣＭ ［２７］ ）、长江模拟器 ［２８］ 等，此外，还有通过社会学理念方法进行研究，如采用系统动力学 ［２９］ 、
主体模型 ［３０］ 、水经济模型 ［３１］ 等。
上述研究大多聚焦于人工取用水对自然水循环过程的影响，而水系统往往伴随有生 态、环 境、
经济社会等要素演进机制和状态特征。特别是在水资源短缺地区，水系统将面临多方面的问题，如
在黄河流域和海河流域，由于水土资源不匹配 ［３２］ ，该地区 生活、生 产以 及 生 态需 水往 往受 限或受
阻 ［３３ － ３６］ ，而不同用水部门间也呈现相互竞争关系 ［３７ － ３８］ ；与此同时，缺水地区往往依赖超采地下水、
超量使用地表水来支撑经济社会发展，但由此引发的地下水位下降、地面沉降、河道断流等都将加
剧生态问题，并伴随湿地退化、水生 生物 减少等生 态健康 破 坏 等现 象 ［３９ － ４２］ ，此外 受 水 体污染带来
的水质型缺水也进一步恶化了缺水地区的供水安全 ［４３］ ；因此在供水短缺 和生 态破 坏等 多重因素影
响下，随着人（经济社会系统）、水（自然水系统）、生态（生态与环境系统）深度耦合，缺水地区的
经济社会发展和生态环境健康将受到严重的缺水胁迫影响。本文以京津冀地区作为典型的缺水胁迫
区研究案例，解析缺水胁迫区水系统耦合和竞争特征，诊断水系统健康状态及其演变成因，探讨水
系统优化调控模式和目标路径，以期构 建缺水 胁迫区水 系 统 优化 调 控 理论 模式，促 进实 现人 － 水 －
生态和谐可持续发展。

２ 缺水胁迫区水系统内涵与特点

２．１ 水系统内涵解析 水系统是以水循环为纽带由自然水系统与社会水系统共同构成的人 － 水 － 生态
耦合系统，在水系统内部，生态环境、经济社会、自然水循环、社会水循环四大子系统之间存在复杂
的多维交互效应和正负互馈机制；在水系统外部，受到人类活动和气候变化双重影响。水系统内涵框
架如图 １所示。图中，自然水系统由自然水循环及其伴生的生态环境子系统构成。生态环境包含生态
系统中的生物部分，也包含非生物物质。其中生物部分包括生物的形态、生理和分布等，稳定性、活
力、可恢复性是表征自然水系统健康的重要指标；非生物物质则以水循环为纽带，随着水的循环转化

图 １ 水系统内涵框架

— ２ ０ ３ —