水利工程投资管理界壳的组成

第二节　水利工程投资管理界壳的组成

界壳论是我国学者曹鸿兴研究员提出并创建的一门新兴的系统工程理论。界壳论的产生，在系统科学中开辟了一个特殊的崭新领域。

1、界壳论基本概念概述

众所周知，整个世界充满着形形色色的系统，系统虽然是一个可以描述却难以精确定义的概念，但是在研究某一问题时，将特定对象从环境中分离出来，这一特定对象就被称为一个系统。在对系统的长期研究过程中，虽然对系统三要素，即系统结构、系统功能和系统行为有着深入的认识，但对于分隔系统和与系统相邻并与其依存的环境系统周界却研究甚少。系统以它的周界（系统边界）与环境相分离，无论从系统向环境，或是从环境向系统的物质、能量、信息的传输，都必须经过这一周界，这样，系统周界对系统的形成与发展，对系统状态的变化都起着重要作用，乃至决定性的作用。为简便，把物质、能量和信息三者统称为物量。

概括而言，界壳论是关于系统周界的一般理论，是专门研究称为界壳的系统周界。根据界壳论的基本观点，将系统（S）划分为周界（B）和系里（I）两部分，这里周界具有双重性，一方面它是系统的一部分，另一方面它又是系统和环境间的中介体，或者说是一个界面。系统通常由若干个子系统组成，按界壳论的观点，系统一般由两个子系统：周界和系里组成，即

S＝S＋1（10-1）

（1）概念及总体特征

如果系统的周界具有卫护系统生存和发展，并司行系统与环境间的物质、能量和信息交换作用，则称这样的系统周界为界壳（Jieke,J）。在一个系统中，界壳处于系统的外围，由界壁（Wall,W）和界门（Gate,G）组成，界壁是“绝缘”的，不容许物质、能量和信息通过，对系统起卫护作用；界门则是系统与环境的交换通道，起交换作用。

界壳有以下几个总体特征：

●界壳的普遍性：界壳作为系统的不可缺少的组成部分，它到处存在，可以说无处不在。因为一个系统总以周界与环境分开，总要与环境进行交换，因而作为系统的一个子系统是必然存在的。

●空间特殊性：界壳位于系统的周界，处在一种特殊的位置上，这种位置形成了它的独特功能：卫护系统的生存和发展并与环境进行物量的交换。

●对输、输出的约束性：由于界壳的存在,使得无论由环境到系统,或是由系统到环境的物量都不能任意出入,即对系统输入、输出的构成一种约束。界壳形成的原因之一就是它有这种约束特征，使得系统按其生存需要来进行交换。

●中介性：界壳处在环境和系统之间，是两者间的中介体。这种中介性是由界壳的空间特殊性决定的。物量通过界门进入系统，系里所得到的是已有所变化的物量；反过来，系里输出的物量通过界门，界门也对其进行了加工。作为中介体，界壳起着沟通环境与系统的作用。

●依附性：界壳总依附着系统的主体——系里，系里不存在了，界壳也随之消亡。就此意义而言，界壳总是伴随系里而存在。

●非任意性：界壳的外形、结构，界门的排列、结构和功能等都受制于系里，也就是说，界壳是由系统所确定的。另一方面，界壳也受到环境的制约，或者可以说，界壳是系统与环境相互作用而最终妥协的产物。也即界壳实际上是环境和系统所共有的，因为环境也是一个系统。

（2）界壳的基本要素

▲界壳开放度λ：系统界门所占面积η与周界和环境接触的表面积μ之比称为界壳开放度λ，即

λ＝η/μ（10-2）

显然λ越大，界壳越容易变形的被击破。界壳开放度λ不能等于1，因为这样也就没有界壁，界壳也就不存在了。开放度λ也不能等于0，若这样也就没有界门，系统不开放，也就不能交接，也就不是界壳了。要保持系统的固有属性，不被流入的物量流同化，开放度λ必须小于某个阈值λ_max，要不然，开放度太大，物量流太强，会导致系统变性，即系统的原有主导属性将为新的所替代。同时要系统发展，就应有交流，开放度λ必须大于某个阈值λ_min，要不然，开放度太小，物量流太弱，限制了系统的发展。即

λ_min≤λ≤λ_max

（10-3）

▲界壳交换率δ：指的是通过界门的实际交换量（Es）与环境和系统的可交换量（Ee）之比，即

δ＝Es/Eε（10-4）

δ反映的是系统与环境交换的总体特征。界壳交换率与界壳开放度之间具有反比关系，即λ∝1/δ，开放度愈大，系统愈开放，这时只要有较小的交换率，系统就能发展；反之，开放度愈小，系统开放性愈弱，这时只有增大交换率，系统才能发展。

▲界壁W：包括界壳厚度和界壳支撑两个要素。界壳厚度指的是在垂直于界壳表面的方向上，界壳所具有的几何尺度，通常用界壳物量与系里物量之比来表征。界壳厚度的大小，反映了界壳对系统卫护作用的强弱；支持界壳存在的结构元称为界壳支撑，即是什么使得界壳得以存在的。例如城墙要有基础深入地下，使城墙得以站立不倒并有足够的抗倾倒的能力。衡量支撑的大小用支撑度来表征。支撑度大的界壳能更强地抵御外祸。有厚度无支撑度，或无厚度有支撑度均难以卫护系统的安全，只有具有一定厚度和支撑度的界壳才能有效地抵御外祸，卫护系里。例如，一个社会团体依靠它的规章来维系其成员，同时借助法律来抵御外来侵害，卫护社会团体的形成、生存和发展。

▲界门G：界门对系统的形成、生存和发展都有着决定性作用。界门主要通过界门面积（长度）、界门开关速度、界门顺利度和界门复杂性指数来表征的。界门面积是界壳的重要结构要素，如其面积与系统周界面积之比就是界壳的开放度；界门的开关速度是用来衡量界门开启和关闭的快慢的量，对一个慢速系统和慢速环境来说，与之相应，慢速开关的界门即可。反之，高速系统和环境下要求高开关速度的界门，否则界门也就起不到应有的作用；界门顺利度指的是物量通过界门的顺利程度，也就是物量通过界门的快慢，即单个物量通过界门所化费的时间，这是一个速度概念。一个高复杂性的系统，相应的界门复杂程度也高，可用复杂性指数来表征。设系统S共有K个界门，第ki个界门有mi种功能，界门的功能之和为

则系统S的界门复杂性指数为

I=logK_s/log2（10-6）

I越大，系统的界门越复杂。

（3）界壳论的研究范畴

界壳论旨在研究系统周界的一般理论，主要涉及界壳的结构、功能及行为；界壳的数学描述；界壳对系统与环境的保护和交换作用的机理等。其目的在于解决，在什么样的界壳的结构、功能及行为下，如何通过界壳对系统与环境的保护和交换作用，实现系统与环境间的有序交换、协调发展的问题。

2、水利工程管理界壳

存在一个系统，就意味着它有别于环境。一个系统必须以其周界与环境相分离，也就是说，系统与环境的差异是靠周界来维持的。没有这种差异也就无系统而言。如何来维持系统与环境的差异呢？由界壳论可知，靠的是周界的特殊作用。环境对系统生存是十分重要的。一个不利的、甚至恶劣的环境，会使系统的存活能力受到不利的影响。即使是一个对系统来说是有利的环境，也因环境有涨落或环境噪声而影响系统。系统的界壳就能缓冲环境涨落的影响。界壳之所以存在，正如前所述，是为了卫护系统的生存，并通过界门的交换，确保系统不断与环境进行物量交换，使系统成为一个活的系统，亦即不致因物量短缺而消亡。

同样，流域水资源系统、社会经济系统和生态系统（对水资源系统而言，社会经济系统和生态系统通称为环境系统）三者之间因具有差异性，其必有对应的界壳来卫护各自的存在，并通过相应的界门进行彼此间的物量交换，实现自身的发展。三个系统共存和发展的根本原因是三者间的有序交换。只有有序的交换、协调的交换，三者才能得以发展。因此可以说，流域水资源系统、社会经济系统和生态系统三系统之间的协调发展、可持续发展的实质是实现三系统的有序交换，亦即流域水资源系统、社会经济系统和生态系统三系统之间的关系是一种物量的交换关系。对流域水资源系统而言，它至少有二层界壳：自然界壳和管理界壳。

自然界壳是流域水资源系统自然形成的周界，如河流的水源处、渗漏处和入海口等就是界门，实现与环境的物量交换；其天然河道、河床及河水的自净能力等组成了界壁，从而卫护河流的生存和发展。但是，这种自然界壳的作用是一种被动行为，当环境物量要进入系统或环境预从系统取水时，界壁的阻挡能力是有限的，界门对其交换缺乏调控能力。随着人类对水资源的利用和污水排放的增加，这种自然界壳已难以起到有效卫护水资源系统的生存和发展的作用,从而产生了管理界壳。

管理界壳是为了增强流域水资源系统的生存和发展能力而人工构建的，例如水库、人工堤坝、污水处理厂、管理的法规等。管理界壳对系统的卫护和交换作用是一种主动行为，界门是按需而开关的。管理界壳具有可变性，它随着系统和环境的发展变化或扩张或收缩或蜕变更新。

（1）水资源管理界壳的组成

依据界壳的非任意性，界壳是环境和系统所共有的，也就是说，界壳的卫护作用是双重的，即它要同时卫护环境和系统的生存和发展，并使环境与系统在物量的交换上实现协调。要卫护就要有界壁，要交换就应有界门，由界壁和界门组成的界壳应具有一定的厚度和支撑度。由功能类比可知，管理系统也是一种界壳，是一种人工界壳,其示意图如图10－2所示。管理是保护、开发和利用资源的过程，这里的开发和利用的实质就是实现资源系统与环境的物量变换。这使我们对管理又有了新的认识，即管理是保护和交换资源的过程。

图10－2　管理界壳示意图

水资源管理界壳亦即水资源管理系统是由水资源管理体制和水资源管理机制组成的，它的作用是对水资源系统进行卫护，并实现水资源系统与环境的物量交换。

水资源管理界壳的界壁主要有：

▲水资源系统的边缘周界,包括自然的和人造的,如湖、海、河岸、堤坝等。

▲某种管道或网络，如给排水管道等。

▲管理的体制、法律法规,如管理的组织结构、运行规章、水法、排污法等。

……

水资源管理界壳的界门主要有：

▲堤、坝的闸门

▲水利枢纽

▲水电站

▲自来水厂

▲污水处理厂

▲管理信息处理中心

……

由上述水资源管理界壳的主要界壁和界门可知，管理界壳是多维的，其界壁和界门不仅仅存在于系统的边缘，而且通过特殊的孔道（或时空）深入到系统和环境的内部。管理界壳的开放度，不仅仅是界门与周界之比，而是一个复杂的拓扑函数，管理界门的多少和大小，是管理功能强弱、管理水平高低、在流域水资源管理中的作用等状况的体现，同时也表征着管理界壳开放度大小和交换率的高低，是衡量管理聚集力和辐射力的重要指标。

（2）水资源管理界壳的基本要素及作用

◆开放度λ：是用于调控水资源系统与环境之间物量交换的重要界壳要素，开放度的大小直接关系到水资源的持续利用。水资源的一个重要特点是可再生性并具有自净能力。若开放度过大，污水进入量超过了水的自净能力，将导致水质下降，甚至使水资源价值消失。所以开放度应适当，不应大于水的自净能力所限制的开放度（λ_f），即λ≤λ_f。另一方面，开放度过大，水资源的流出量也必然增大，虽然这时环境需求量是一种较充分的满足，但从水资源的可循环性看，由于补给量与流出量之间的不协调，将破坏水资源的循环性，加剧了水资源的短缺。这表明开放度不宜太大，以不影响水资源的循环性的开放度λ_c为宜，即λ≤λ_c，也就是说，水资源管理界壳的开放度受到λf和λc两个因素的约束，只有满足这两个约束条件，才能保证水资源的可持续利用。开放度也不能过小，开放度太小，既不利于水资源系统的发展，也不利于环境的发展。从可持续利用的目标出发，水资源系统和环境之间应协调发展，也即要求在满足水资源系统自身发展的前提下，应满足环境发展对水资源的最低要求量（λ_x）即λ≥λ_x。

◆交换率δ：指的是通过界门的实际水量φ_s与环境和水资源系统的可交换水量φ_e之比，即δ=φ_s/φ_e。由于交换率δ与开放度λ之间存在着反比特性，可通过调控交换率和开放度的大小来促进水资源的可持续利用。开放度增大，对流入和流出水资源系统的水量的限制就放宽，取排水的自由度就增大，对可持续利用就将产生不利的影响。这时可通过减小交换率来克服这种影响，保持水资源的可持续利用。正所谓“细嚼慢咽，健脾强身。”开放度减小，取排水的自由度就降低，有利于水资源的保护，但不利于环境的发展，这时可通过适当调大交换率，来克服，正所谓“细水长流，吃穿不愁”。

◆界壁W：水资源管理界壳的界壁是卫护水资源系统的生存和发展的屏障。其支撑要素主要是管理体制和相应的法律法规，支撑度的强弱体现在管理的有效或效率上。由组织结构理论可知，管理结构的复杂程度与管理的效率成反比，法律法规的有效程度与合理效率成正比。这就是说，要提高支撑度，就应降低管理结构的复杂程序，提高法律法规的有效程度，只有这样才能有效的卫护水资源系统的生存和发展。

◆界门G：水资源管理界壳的界门具有数量多、高复杂性的特点，界门的面积（长度）、开关速度、顺利度等又受到多种因素的影响。在这些界门中，强弱不均，其中对较薄弱或最薄弱的界门较易受到冲击，从而影响水资源系统的生存和发展。如在某些法律法规的真空点或薄弱点，就将失去对水资源系统的卫护和有效交换作用。又如，对环境或水资源系统的变化不能及时调整界门的开放度、交换率、开关速度和顺利度，即缺乏适应能力，将影响水资源系统和环境的稳定和发展。