Page 107 - 2024年第55卷第12期

水 利 学 报

２０２４年 １２月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 １２期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）１２ － １５１９ － ０９

基于可控破坏的供用水系统极限调控理论框架

吕翠美，宗文钊，凌敏华，吴泽宁，王森森，胡玉光

（郑州大学 水利与交通学院，河南 郑州 ４５０００１）

摘要：特大干旱作为一种极端气候现象，会导致严重的水资源短缺、经济社会损失和生态环境破坏。为抗旱减
灾，应该在供水侧尽可能挖潜增供，在用水侧尽可能压缩减用，即供用水系统的极限调控。为了供用水系统的可
持续，特大干旱条件下供用水系统的调控，既要挑战极限又要确保破坏可控。本研究在 “概念内涵—理论框架—
调控策略” 的总体思路下，引入耗散结构理论和熵理论，分析了特大干旱条件下供用水系统特点，探讨可控破坏
的概念、内涵及判别方法，创建特大干旱条件下基于可控破坏的供用水系统极限调控的理论框架，提出特大干旱
条件下供用水系统的极限调控策略，为特大干旱应对提供理论指导和方法支持。
关键词：特大干旱；供用水系统；可控破坏；极限调控；耗散结构；熵理论
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０１０４
中图分类号：ＴＶ２１３

１ 研究背景

干旱是全球最常见和最严重的自然灾害之一，也是我国最主要的自然灾害 ［１］ 。受气候变化影响，
全球干旱将呈严重加剧趋势，持续时间长、影响范围广和强度高的极端干旱发生频率显著增加 ［２］ ，局
部地区可能遭遇百年一遇甚至打破历史纪录的特大干旱 ［３］ 。特大干旱条件下，需求远大于供给，供水
严重不足，导致城乡居民生活、工农业生产用水困难，供需矛盾加剧 ［４］ 。为缓解干旱危机，供水侧需
尽可能挖潜增供，用水侧要尽可能压额减用，即供用水系统极限调控。极限调控突破了常规的供用水
调控规则，通过最大限度提高系统的供水能力和减少用水需求，虽然可缓解干旱危机，但是极限调控
措施也难免会给供用水系统本身带来破坏。如动用水库死库容，一方面增供的水量可用于生产和生
活，维持居民生命健康和社会经济稳定；另一方面也会因水位过低，出现库底裸露、防渗铺盖暴晒而
导致坝体裂缝，并会对大坝的渗流形态以及坝坡的渗漏产生一定的影响 ［５ － ６］ 。再如农业用水压缩，将
有可能不能满足作物关键生育期的用水需求，造成农业减产甚至绝产 ［７ － ８］ 。因此，特大干旱条件下供
用水系统的调控需要科学谨慎地进行设计、实施和评估，既要确保发挥最大的调控效果，又要保证调
控给供用水系统带来的破坏在可控可恢复范围内，故称其为特大干旱条件下基于可控破坏的供用水系
统极限调控。研究供用水系统可控破坏的概念及内涵，解析极限调控的理论框架，可为特大干旱条件
下开展科学合理的供用水调控提供理论支撑，有助于提高区域的干旱应对能力，将旱灾损失降低在可
控可恢复范围内。

２ 基于耗散结构的特大干旱条件下供用水系统可控破坏

特大干旱条件下供用水系统是开放的系统，它可以和外界交换物质和能量，并不是一成不变的，

收稿日期：２０２４ － ０２ － ２９；网络首发日期：２０２４ － １２ － １９
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｄｏｉ．ｏｒｇ?１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０１０４
基金项目：国家重点研发计划课题（２０２１ＹＦＣ３０００２０４）
作者简介：吕翠美（ １９８２ － ），教授，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｌｖｃｕｉｍｅｉ３０５＠１６３．ｃｏｍ
通信作者：凌敏华（１９８０ － ），副教授，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：３６６３５７３９８＠ｑｑ．ｃｏｍ
５
— １ １ ９ —