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2.3 研究方法 流域系统是由行洪输沙、生态环境、社会经济等众多元素组成，组成元素数量大、种
类多，它们之间既相互促进又相互制约，关联关系复杂多变，具有多重宏观、微观层次结构。因此，
流域系统科学研究针对的是一个复杂的巨系统，不能通过传统的方法进行研究，需采用定性与定量结
合的综合集成方法 ［27］ ，将各支撑学科理论方法、数据信息、专家经验、计算机技术集成起来，结合新
一轮科技革命引发的人工智能、大数据、物联网、云计算等技术，构建模拟体系、专家体系和知识体
系综合集成的“流域系统治理集成研讨厅”。
“流域系统治理集成研讨厅”的模拟体系用于模拟流域内水利工程运用、河道整治、水沙资源配
置、水文循环、生态环境演化、社会经济活动等过程的物理试验与数值模拟模型，包括大型河工物理
模型、水库调度模型、水库泥沙淤积模型、河道演变模型、水量平衡模型、降雨径流模型、土地利用
模型、生态水文模型、水质模型、水生态模型、水资源配置模型、系统动力学模型、投入产出模型等
等；专家体系由水力学、生态学、社会学等多个领域和学科的专家共同组成，专家之间密切合作、相
互补充，形成一个兼具顶层宏观战略-中层专业技术-基层实践经验的高效运作团队，为流域系统治理
提供科学、准确、全面的决策支持和咨询服务；知识体系集成历史时期流域治理保护的经验和知识，
包括历史水库调度方案、预警规则、调度预案、河道治理、河道演变、生态治理、社会经济、国家政
策调整等方面的治理思想、治水方略、总体布局、实际成效等，内容形式涵盖技术报告、历史文献、
图集等。此外，人工智能、大数据等新一代信息技术，可极大促进数据存储、数据处理、模型算法和
人机融合智能等能力的提升，其也是“流域系统治理集成研讨厅”的重要组成部分。

3 流域系统科学在黄河流域的应用方法解析

流域治理保护具有复杂性、多元性和动态性，需要进行系统谋划、整体布局，使各层级、各类型
治理活动处于一个顶层设计的框架指导下，实现流域系统的总体优化和综合效益最大。根据流域系统
科学理论，将流域系统治理的总体框架定义为：一定时空条件下流域行洪输沙、生态环境和社会经济
三个子系统及彼此间协调发展状态达到最优，同时受制于流域系统和各子系统的边界条件和约束条
件，表示为：
H = {F，D，L} （1）

式中：F = ( F W ，F E ，F S) ，F 、F 、F 分别为行洪输沙、生态环境和社会经济三个子系统的分目标函
W E S
数，通常由多个指标组成，需根据治理需求进行科学界定、动态调整；D 为三个子系统的协调发展水
平，可利用耦合协调度模型等方法进行测算；L = ( L W ，L E ，L S ，L') ，L 、L 、L 分别为三个子系统的
W E S
边界条件和约束条件，L′为子系统间的容斥关系。该式是流域系统治理总体框架的数学表达，在流域
治理保护实践中，针对不同层级、不同类型的问题，还需借助不同学科领域的技术方法予以解决，但
这些方法必须能很好地嵌入到总体框架中，确保不同模型间有效协同配套。
不同领域面临的问题不同，治理需求也不相同。本文聚焦当前黄河流域治理的突出问题，以水
资源配置、水沙联合调控、三角洲地区综合治理为例，构建各领域系统治理的总体框架，探讨流域
系统科学在黄河流域治理保护中的应用方法。需要注意的是，这些研究旨在提供一个流域系统治理
的思维方法，建立的目标函数和约束条件难以实现对研究需求的全面覆盖，未来需要进一步完善和
优化。
3.1 黄河流域水资源配置 黄河年径流量仅占全国年径流量的 2%，却承担着全国 15% 耕地面积和
12% 人口的供水任务，属于资源性缺水河流。水资源严重短缺，供需矛盾十分尖锐，是长期制约黄
河流域生态保护和社会经济发展的重要因素 ［28］ 。在水资源约束趋紧的形势下，迫切需要以流域系统
科学理论与方法为引领，以整体性、系统性、协调性为基本准则，统筹行洪输沙-生态环境-社会经
济多维功能的协同发挥，加强流域上中下游及不同省区的配合调度，优化流域水资源空间配置格
局，实现黄河流域水资源保障能力与整体效能提升的目标。本文以黄河流域为例，构建黄河流域水

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