里奧 勒馬河流域位于墨西哥中部卡帕拉湖的上游，占地52，000 Km²?？ㄅ晾悄鞲缇硟?nèi)最大的淡水湖泊。勒馬河流域內(nèi)的絕大多數(shù)城市（如Toluca， Querétaro，Leon）都位于流域的上游，缺少足夠的廢水處理設(shè)備。而且許多城市都有重工業(yè)，包括石化、制革以及煉油等。為了減少污染，Nacional del Agua委員會(huì) (CNA)啟動(dòng)了一個(gè)程序，在第一階段建立40個(gè)廢水處理工廠，并在第二階段繼續(xù)建立38個(gè)廢水處理工廠。然而，這還涉及到從河流里取水的水量，特別是對(duì)于灌溉，即使是在短期內(nèi)都是不能維持穩(wěn)定的。因此，在污染控制計(jì)劃實(shí)施前，取水量必須減少到更為合理的數(shù)量。為了這個(gè)目標(biāo)，CNA邀請(qǐng)Thames Water代表他們的利益來(lái)配置WaterWare（流域綜合規(guī)劃決策支持系統(tǒng)），從而建立水量和水質(zhì)的平衡。通過(guò)這種途徑產(chǎn)生一個(gè)代替以往的穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，該狀態(tài)可以用來(lái)確定為了獲得最大受益在廢水處理中應(yīng)該如何努力。本文的介紹中將涉及到這個(gè)程序。 

20世紀(jì)90年代初期，Thames Water為里奧-勒馬河/卡帕拉湖（可能是墨西哥最著名的流域）的總體規(guī)劃作準(zhǔn)備。里奧勒馬河的重要性源于其靠近首都城市墨西哥和墨西哥的第二大城市瓜達(dá)拉哈拉，這兩個(gè)城市都在一定程度上依賴(lài)于其水資源。流域內(nèi)大約有8，500，000的人口，這些人口主要集中在城市地區(qū)。由于基礎(chǔ)設(shè)施的不完善，里奧 勒馬河遭受了很?chē)?yán)重的污染。Thames Water的作用在于對(duì)河流污染控制提出建議，而非直接參與廢水處理基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)。在Thames Water參與之前，第一階段的建設(shè)工作已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行，所以目前的要求是評(píng)估第一階段可能帶來(lái)的改進(jìn)，以助于對(duì)第二階段進(jìn)行規(guī)劃。如果由于某種原因，按照預(yù)期的第二階段的改善措施，不能達(dá)到規(guī)定的河流水質(zhì)，就需要重新考慮第一階段的工作以確定需要對(duì)現(xiàn)有廢水處理廠提高處理等級(jí)。為了這一目的，Thames Water做了一個(gè)稱(chēng)作Tomcat的水質(zhì)模擬模型來(lái)對(duì)第一階段的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)第二階段進(jìn)行規(guī)劃。還有一個(gè)顯著的問(wèn)題就是需要對(duì)水量加以重視。屆時(shí)，將需要一個(gè)獨(dú)立的模型來(lái)計(jì)算出一個(gè)合適的流場(chǎng)，用于Tomcat以替代以往的流動(dòng)數(shù)據(jù)。但是，在1994年，CNA發(fā)現(xiàn)了一個(gè)WaterWare的原型版本，一個(gè)已經(jīng)用于泰晤士河流域綜合規(guī)劃的決策支持系統(tǒng)。盡管如此，WaterWare仍然在發(fā)展，CNA將用于里奧 勒馬河流域。本文將對(duì)其應(yīng)用加以介紹。

里奧 勒馬河流域大約52,000Km²，流經(jīng)墨西哥中部平原地區(qū)的東側(cè)，包括5個(gè)不同省份的部分地區(qū)，這五個(gè)省份分別是Jalisco, Michoacán, Guanajuato, Querétaro 和墨西哥。流域包含Toluca, Querétaro 和León在內(nèi)的幾個(gè)主要城市，所有這些城市的人口都介于500，000到1，000，000之間。更為重要的，里奧 勒馬河 流入的卡帕拉湖，為擁有6，000，0000人口的瓜達(dá)拉哈拉市提供了絕大多數(shù)的用水。與之相似，大量地下水在抽取后被送到擁有超過(guò)20，000，000的人口的墨西哥谷地。然而，勒馬河流域內(nèi)的水的主要用途是灌溉，灌溉用水占到了總需水量的80％。

在墨西哥的這一地區(qū)，通常只有3、4個(gè)月會(huì)發(fā)生降雨，其他時(shí)間溫暖而干燥。一旦降雨發(fā)生，主要是暴雨，通常發(fā)生洪水。由于該地區(qū)是屬于半干旱地區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依賴(lài)于灌溉，年平均灌溉水量在5500 x 10⁶ m³左右，灌溉用水通過(guò)復(fù)雜的渠網(wǎng)從河流中引水。而地下水也被用于灌溉。但在勒馬河流域，沒(méi)有主含水層，只有湖泊沉積物?？ㄅ晾且粋€(gè)非常大的天然湖尚存的一部分。即使是現(xiàn)在，它仍極可能是墨西哥最大的淡水湖，擁有超過(guò)10,000 x 10⁶ m³的蓄水量。另外，流域內(nèi)還有10個(gè)主要水庫(kù)，提供了1850 x 10⁶ m³的蓄水，主要用于灌溉。

里奧勒馬河/ 卡帕拉湖的總體規(guī)劃被認(rèn)為是一個(gè)污染控制問(wèn)題。勒馬河流域的大多數(shù)城市，如Toluca, Querétaro和León等均位于源頭，擁有不適當(dāng)?shù)氖姓鬯幚碓O(shè)備。此外，多數(shù)城市中擁有重工業(yè)，包括Toluca的石油化工，Leon的制革業(yè)，Salamanca的世界第十五大石油精煉廠。但對(duì)這些工業(yè)沒(méi)有或只有很少的有效控制。另外，勒馬河流域也擁有大量的家畜飼養(yǎng)業(yè)，尤其是養(yǎng)豬業(yè)，這些行業(yè)產(chǎn)生的沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的廢水也被排放到河里。因此，保守地說(shuō)，勒馬河的大部分以及它的支流都被嚴(yán)重的污染了。由此引發(fā)了對(duì)卡帕拉湖的密切關(guān)注，卡帕拉湖不僅被污染，而且已經(jīng)傾向于富營(yíng)養(yǎng)化。

在此背景下，Nacional del Agua委員會(huì)提出通過(guò)改善污水處理來(lái)恢復(fù)勒馬河的計(jì)劃。在第一階段，制定了建造約40個(gè)污水處理廠計(jì)劃，在第二階段又制定了更進(jìn)一步建造38個(gè)污水處理廠的計(jì)劃。除了確定開(kāi)展的工作，里奧勒馬河/ 卡帕拉湖的總體規(guī)劃嘗試著預(yù)測(cè)這些投資對(duì)河流水質(zhì)的影響，為此，計(jì)劃使用TOMCAT水質(zhì)模擬模型。然而，河流、湖泊和地下水的現(xiàn)有取水量很難確定。在卡帕拉湖水面每年平均下降1米，湖水當(dāng)時(shí)只有9米深。由于水流的稀釋作用很小，在TOMCAT模型中使用的水流條件導(dǎo)致了對(duì)處理廠偏低的設(shè)計(jì)。在決定放棄使用兩個(gè)獨(dú)立的質(zhì)量和數(shù)量模型后，所有將來(lái)的規(guī)劃均通過(guò)WaterWare系統(tǒng)來(lái)實(shí)施。

以往工作的一個(gè)缺點(diǎn)在于這兩個(gè)模型在結(jié)構(gòu)上并非完全協(xié)調(diào)，因此必須通過(guò)一些手工調(diào)整措施來(lái)對(duì)少量的起不同作用的地區(qū)進(jìn)行校正。這種情況下雖然有一些細(xì)微變化，但依賴(lài)于對(duì)兩個(gè)模型使用相同的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)便可以避免。根據(jù)節(jié)點(diǎn)和河段使用河流網(wǎng)絡(luò)編輯器產(chǎn)生一個(gè)與模型無(wú)關(guān)的物理系統(tǒng)可以達(dá)到上述目的。從系統(tǒng)的上游端開(kāi)始，通過(guò)選取合適的節(jié)點(diǎn)并通過(guò)河段將之與下一節(jié)點(diǎn)相連，網(wǎng)絡(luò)被逐漸構(gòu)建。盡管與河段有關(guān)的物理數(shù)據(jù)（長(zhǎng)度、交叉部分的輪廓）在網(wǎng)絡(luò)組裝的時(shí)候被輸入，與節(jié)點(diǎn)有關(guān)的數(shù)據(jù)主要是根據(jù)與相應(yīng)流域的關(guān)系從數(shù)據(jù)庫(kù)中得到的。例如一個(gè)代表廢水處理廠的節(jié)點(diǎn)需要模型專(zhuān)門(mén)的關(guān)于排放量和污染負(fù)荷的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得。每一模型都有其自己的但又與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)兼容的解釋。水資源評(píng)價(jià)模型可能綜合了很多節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)小的節(jié)點(diǎn)均代表一個(gè)獨(dú)立的入流。然而，如果廢水特性不同，水污染控制模型可能期望節(jié)點(diǎn)是獨(dú)立的。

在構(gòu)建了既與模型相容又與GIS和數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)相符合河道網(wǎng)絡(luò)以后，下一步就是應(yīng)用水資源評(píng)價(jià)模型，這是水資源規(guī)劃的一部分。在 ‘super-set’中將模型和適當(dāng)節(jié)點(diǎn)相連。某些節(jié)點(diǎn)代表著沒(méi)有流動(dòng)數(shù)據(jù)的支流。在實(shí)例分析中，需通過(guò)調(diào)用水文過(guò)程的空間綜合日降雨/徑流模型從現(xiàn)有降雨記錄中擬合出歷史水流數(shù)據(jù)。許多要求用以驗(yàn)證此模型的信息直接取自于GIS，包括地區(qū)、土地利用和海拔高度等集水特征。降雨數(shù)據(jù)取自于數(shù)據(jù)庫(kù)。

水資源評(píng)價(jià)模型本質(zhì)上是一個(gè)試圖滿足所有市政、農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水需求的計(jì)算程序。既然如此，它不怎么需要校準(zhǔn)，需有一年內(nèi)三個(gè)獨(dú)立的每日實(shí)測(cè)值，可以覆蓋較大范圍的可能值，通過(guò)預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的比較進(jìn)行模型驗(yàn)證?？偟膩?lái)說(shuō)比較驗(yàn)證是合理的，但在有些情況下，需識(shí)別局部區(qū)域歷史記錄的矛盾。模型的實(shí)際應(yīng)用已交由Comision Nacional del Agua去實(shí)施，在公平的基礎(chǔ)上削減灌溉用水量，這樣不僅穩(wěn)定卡帕拉湖中的水量而且滿足用水的增長(zhǎng)。目標(biāo)是在不影響農(nóng)民收入的情況下減少農(nóng)業(yè)需水量，這需要通過(guò)提高灌溉效率或?qū)r(nóng)作物種類(lèi)的選擇來(lái)達(dá)到。盡管由于市場(chǎng)條件、作物種類(lèi)等信息的缺乏，這一特定研究還沒(méi)有展開(kāi)，灌溉用水需求模型已成為需水預(yù)測(cè)的一部分，已經(jīng)被用于上述目標(biāo)。

構(gòu)筑基于TOMCAT的河流水質(zhì)模擬模型，簡(jiǎn)單來(lái)講就是要將其連接到super-set上適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)，所有其他與GIS、數(shù)據(jù)庫(kù)等的聯(lián)接均自動(dòng)執(zhí)行。為了驗(yàn)證，將利用現(xiàn)有的流動(dòng)和水質(zhì)數(shù)據(jù)，任何因?yàn)楣喔葴p少導(dǎo)致的現(xiàn)有水流狀態(tài)的變化將在稍后加以介紹。高度易變的季節(jié)性取水量和明顯不同的雨旱季引發(fā)了一個(gè)極易變化的流動(dòng)狀態(tài)，但可以被此模型很好地模擬。類(lèi)似地，生化耗氧量的模型預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值吻合良好，而溶解氧、大腸桿菌、氨氮的預(yù)測(cè)值也是合理的。然而，由于數(shù)據(jù)的缺乏以及輸入假設(shè)，懸浮物和磷的驗(yàn)證明顯不夠合理，尤其對(duì)于磷的驗(yàn)證，預(yù)測(cè)值甚至和有限的觀測(cè)值不在同一量級(jí)。

為了預(yù)測(cè)里奧 勒馬河/卡帕拉湖總體規(guī)劃的效果，必須對(duì)兩個(gè)發(fā)展階段中各種類(lèi)型污水處理方法可能達(dá)到的污水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)做出一些假設(shè)。盡管這些預(yù)測(cè)證實(shí)了與目前情形相比將有一個(gè)比較大的改進(jìn)，同樣需要進(jìn)一步投資。然而在終止第二階段設(shè)計(jì)之前，一個(gè)重要的事情就是要證實(shí)減少灌溉取水量的影響。這可能就將涉及到用水資源評(píng)價(jià)模型中模擬的流動(dòng)狀態(tài)代替現(xiàn)有的流動(dòng)狀態(tài)。雖然這將是使用獨(dú)立模型的主要任務(wù)，使用WaterWare系統(tǒng)將使之快速而高效。由于在早期的報(bào)告中所描述的河流污染決策支持模型沒(méi)有被明確地構(gòu)建，所以這將是一個(gè)在反復(fù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上利用水質(zhì)模擬模型決定第二個(gè)發(fā)展階段中的排放條件。如果沒(méi)有可行的解決措施，可能必須對(duì)第一階段中的一些治理廠提高污水處理級(jí)別。另外， Comision Nacional del Agua現(xiàn)在已經(jīng)有了相應(yīng)的分析工具。

    和原先基于使用兩個(gè)獨(dú)立模型的研究相比，使用象WaterWare這樣的決策支持系統(tǒng)具有許多明顯的好處。在最有利的情況下，模擬預(yù)測(cè)是一個(gè)麻煩的過(guò)程，需要大量的輸入數(shù)據(jù)。在使用WaterWare的實(shí)例中需要的數(shù)據(jù)只裝配了一次，而不是分別為某一模型單獨(dú)裝配。類(lèi)似地，利用一個(gè)模型輸出作為對(duì)下一個(gè)模型的輸入通常也是一個(gè)令人厭煩的過(guò)程，因?yàn)楸仨氁趦商讛?shù)據(jù)間作一些調(diào)整以適應(yīng)小的變化和不連續(xù)等。從這個(gè)方面考慮，用河流網(wǎng)絡(luò)編輯器構(gòu)建對(duì)流域的描述是個(gè)主要的改進(jìn)。這里，河流海洋對(duì)象代表的所有特征，無(wú)論其是否被特定的模型所要求都被納入考慮。

其后，被要求的模型被連接到超集中的適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)，結(jié)果被自動(dòng)存儲(chǔ)而作為對(duì)下一個(gè)可能有一些細(xì)微結(jié)構(gòu)差別的模型的輸入。這樣不僅節(jié)約了時(shí)間，還保留了在將來(lái)可以包含其他模型而不需要重新構(gòu)建整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的選擇權(quán)。

本報(bào)告的目的在于整體上對(duì)決策支持系統(tǒng)的可能用途做出提示，并以WaterWare作為一個(gè)案例。并沒(méi)有說(shuō)WaterWare現(xiàn)有的能力可以足夠論述在計(jì)劃新的投資和最大效率地使用現(xiàn)有資源中所有需要納入考慮的問(wèn)題，毫無(wú)疑問(wèn)，足夠的時(shí)間將對(duì)這些加以調(diào)整。目前對(duì)一說(shuō)法達(dá)成共識(shí)更加重要，這一說(shuō)法便是，那些可以賴(lài)以計(jì)劃決策的模型，有能力對(duì)決策支持系統(tǒng)加以合理利用而無(wú)需具備過(guò)多的數(shù)學(xué)模型技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)。

一個(gè)典型的實(shí)例便是勒馬河工程，要求其提供一套能使委員會(huì)規(guī)劃其基礎(chǔ)設(shè)施而非持續(xù)依賴(lài)外部咨詢的分析工具。顯然，外部支持在構(gòu)建服務(wù)于某一特定應(yīng)用的系統(tǒng)和建立可靠的應(yīng)用模型時(shí)都是需要的。內(nèi)部職員也同樣需要培訓(xùn)，但培訓(xùn)后，希望內(nèi)部職員在得到必要的使用經(jīng)驗(yàn)后能夠獨(dú)立的操作，只在必要時(shí)依賴(lài)于正在運(yùn)行的支持和維護(hù)。