托坎廷斯-阿拉瓜亚水文区域的水资源治理：采用参与式系统方法评估其可行性

《PLOS Water》：Water governance in the Tocantins-Araguaia Hydrographic Region: Assessing viability using a participatory systemic approach

　　摘要
气候变化模式，包括长期干旱和不断增长的水资源需求，给水资源管理和相关治理体系带来了日益增加的压力。本研究采用了一种新的方法论框架，通过结合水流动图（WFD）和可行系统模型（VSM），共同评估帕尔马斯湖河流域水资源使用的物理维度及水治理的监管能力。水流动图用于可视化季节性的水量平衡和流动情况，并突出不同部门的水资源消耗情况。数据来源于报告、公用事业管理者以及土壤和水资源评估工具Plus（SWAT+）水文模型。可行系统模型基于组织控制论，为诊断不同组织层级和部门之间的治理缺口提供了结构和功能框架。VSM的数据通过文献回顾、与参与水资源管理的政府机构代表、不同部门的水资源使用者、水资源专家及民间社会组织的访谈收集而来。在水流动图的结果和VSM的初步结果的基础上，我们组织了一次参与式共创工作坊，邀请了同一领域的利益相关者参与讨论。这两种工具的联合应用表明，该方法有助于促进关于水资源使用冲突及其潜在缓解措施的对话。研究揭示了规定用水量与实际取水量之间的显著差距，指出了地方管理能力和机构间协调方面的关键结构性缺陷，并暴露出治理层级中反馈和监测机制的薄弱环节。研究表明，VSM和水流动图在结构上是互补的：水流动图描绘了系统的物理环境，而可行系统模型则勾勒了其监管架构，二者结合使用可以实现综合性的诊断与重新设计。对于实践者而言，这种结合方法提供了一种可复制的、参与式的手段，用于识别复杂水系统中的治理缺陷。

1. 引言
气候危机正在对全球水循环造成重大干扰，但水问题在全球气候政策框架中仍未能得到充分重视[1,2]。其中最严重的后果包括植被带中储水的枯竭、化石地下水的过度开采，以及由于城市化、农业集约化和干旱蔓延导致的高强度降雨渗透减少[3,4]。这些现象加剧了大气中的水蒸气含量，放大了极端天气现象，对生态系统、经济和人类福祉产生了严重影响[5,6]。与此同时，人口快速增长和工业化给水资源带来了前所未有的压力[7–10]。应对这些挑战需要多层面的行动。在全球范围内，水已被视为一种公共利益[11]，但有效的治理需要将这些全球原则转化为具体地区的制度安排，以适应各地区的社会、生态和政治条件[12–14]。良好的水治理需要三个相互关联的要素：a) 清晰了解当前的水资源可用性和分布情况；b) 认识到人类消费、工业、农业和生态系统服务之间多样且常常相互冲突的需求；c) 有机制来平衡这些利益并协商折中方案[15,16]。过去几十年中，水资源治理的复杂性不断增加，暴露出政策在各行业和决策层级之间制定和协调方面的关键缺陷[17–20]。虽然综合水资源管理（IWRM）已成为应对这些缺陷的主要制度回应方式，但其实施情况仍不平衡，特别是在制度碎片化、数据稀缺和多部门水资源分配冲突明显的地区[17,18]。越来越多的研究将系统思维和控制论模型应用于复杂管理系统的诊断与设计中。由斯塔福德·比尔（Stafford Beer）在组织控制论领域开发的可行系统模型（VSM）已被广泛应用于管理和公共部门，用于诊断治理缺陷、重新设计监管结构，并综合系统响应[25–41]。在环境和管理资源领域，已有大量应用实例，例如城市废物管理系统[42]、亚马逊原住民领土的多尺度治理[43]，以及气候变化压力下的社会生态系统治理[44]。在水资源管理领域，先前有研究在托坎廷斯-阿拉瓜亚水文区（RHTA）应用VSM来诊断河流流域组织（RBOs）并评估水产养殖政策治理[45–47]。这些研究表明，该模型能够揭示结构性功能障碍，并为传统评估所忽视的治理安排提供改进建议。参与式方法在水资源治理中也日益受到重视，有助于弥合技术分析与利益相关者合法性之间的差距[17,48–53]。然而，大多数IWRM框架要么侧重于利益相关者参与过程，要么侧重于技术建模，很少将两者结合在综合性诊断方法中。本研究的目的是评估两种工具——水流动图（WFD）和可行系统模型（VSM）的创新组合方法的应用可行性。水流动图是一种近期开发的沟通和规划工具，可可视化不同部门、季节和空间尺度上的水量平衡和流动情况，支持围绕水资源使用冲突和污染风险展开的参与式讨论[54]。VSM和水流动图的结合应用基于结构互补性：水流动图描述了系统的物理环境（即VSM所称的“运作部分”），而VSM则描绘了对其进行监管的架构（即“管理部分”）。这种组合方法不仅有助于诊断影响水循环的压力，还能识别限制有效制度响应的系统性缺陷，从而更有效地识别挑战和缓解措施。本研究在巴西托坎廷斯-阿拉瓜亚水文区的帕尔马斯湖河流域（BHLP）应用了这一框架，该地区以农业用水强度高、治理体系碎片化和水文气候压力增大为特征[55]。该案例深入展示了这一概念方法论框架的应用，并将其发现推广到类似的水系统环境中。

1.1 托坎廷斯-阿拉瓜亚水文区水资源管理的问题
托坎廷斯-阿拉瓜亚水文区（TAHR）面积约为967,059平方公里，占巴西国土面积的11%。该地区以塞拉多（Cerrado）生物群落为主，对生物多样性和水资源储存起着至关重要的作用，也是该地区多条重要河流的源头。近几十年来，农业企业的扩张导致通过砍伐森林和自然栖息地大量扩展了农业用地[56]。灌溉用水需求的增加引发了水资源分配纠纷，凸显了有效管理安排的紧迫性[57]。集约化农业的影响，加上森林砍伐和土壤退化，对该地区的环境可持续性构成了严重威胁。RHTA的水资源治理遵循巴西《国家水资源政策》（法律第9,433/1997号）的规定，该政策建立了基于河流流域组织（RBOs）、用水许可、水价和综合水资源管理计划的去中心化、参与式框架。在州一级，托坎廷斯州根据州法律第1,307/2002号建立了综合水资源管理系统，涉及州环境和水资源秘书处（Semarh）、环境机构（Naturatins）、州水资源委员会（CERH）以及七个河流流域委员会。通过参与《国家水资源管理协议》（PROGEST?O），该州制定了正式的水资源治理行政结构。然而，关键管理措施并未得到全面实施，表明正式制度体系与在流域层面管理和协商冲突的能力之间存在差距[45–47]。帕尔马斯湖河流域（BHLP）面积达18,972平方公里，涵盖24个市镇，占该州总面积的6.6%（图1）。该水库形成于路易斯·爱德华多·马加良斯（Luís Eduardo Magalh?es）水电站建设之后，已成为区域规划和综合水资源管理的重点，包括灌溉和水产养殖。多个部门不断增长的水资源需求，加上降水模式的变化和气候变异性加剧，加剧了水资源使用者之间的竞争，凸显了适应性治理措施的迫切性。

2. 方法论
本研究采用单一案例研究方法，结合定性和定量方法，基于水流动图（WFD）和可行系统模型（VSM）的新应用，评估托坎廷斯-阿拉瓜亚水文区（TAHR）内帕尔马斯湖河流域（BHLP）作为复杂水系统的可行性。选择该案例的原因在于该地区面临重大的环境压力和治理挑战，这些挑战共同威胁着该地区水服务的长期可行性和生态系统功能，使其成为应用所提出方法论框架的理想背景。研究设计允许使用参与式方法对流域内的水资源治理进行详细的系统性评估。数据收集时间为2024年1月至10月。

2.1 道德声明
本研究经过了巴西国家研究伦理委员会（Conep/Brazil）、Unitins大学研究伦理委员会（CEP-Unitins）和瑞士联邦水科学与技术研究所（Eawag）伦理审查委员会的审查和批准。

2.2 帕尔马斯湖河流域委员会：参与式过程的焦点
帕尔马斯湖河流域委员会（CBHLP）是我们研究的重点。该委员会也被称为“水资源议会”，为包括政府代表、水资源使用者（如农业、工业和市政部门）、非政府组织及当地社区在内的利益相关者提供了谈判、共识构建和冲突解决的场所。CBHLP成立于2011年，根据巴西联邦《水资源政策法》第9,433/1997号赋予其规范、审议和咨询职责。其组建遵循了该法律确立的原则，作为国家水资源管理体系（SINGREH）的一部分，由政府机构、水资源使用者和民间社会的代表组成。本研究涉及CBHLP的36名正式成员及其相应的36名副代表（图2）。图2列出了2023–2024年任期内的关键利益相关者。更多详细信息请参阅S1文本中的组织与机构词汇表。

2.3 水流动图（WFDs）
水流动图用于可视化特定系统（例如城市区域或大型河流流域）的水储量和水流量。它能够映射特定时间段内的水量平衡[54]。通过准备多个时间段的水流动图序列，可以观察随时间的变化。该方法有助于识别与水量分配和污染风险相关的机遇与挑战，包括来源、储存（包括土地利用、蒸发、蒸散、渗透和径流）、饮用水处理、不同利用方式（家庭、公共、工业和农业）、水损失、废水处理和排放、补给以及再生利用等环节。根据[54]中的方法，为帕尔马斯湖河流域绘制了水流动图。流动图使用桑基图（Sankey diagram）表示水流及其连接节点。节点代表系统中分析的功能组（表1），箭头表示两个连续过程之间的连接，例如通过管道将水从源头输送到处理过程。箭头粗细与所代表的水量成正比。

2.4 颜色编码
除了箭头粗细外，还使用颜色代码区分“问题”（红色）、“适当”（绿色）和“未知”（灰色）的水资源管理实践。评估基于专家对微生物或化学污染风险以及是否发生水损失的判断。在专家评估水处理的可靠性以及识别水污染潜在风险的过程中，考虑了以下标准：安装的技术配置和水处理技术类型、运营与维护系统以及水质的定期监测。根据《帕尔马斯湖河流域计划》（PBHLP）[58]的描述，该流域被定义为核心操作单元（也称为“系统区域”）。由于降雨量的季节性变化较大，因此为旱季和雨季分别制定了单独的水资源管理计划（WFDs）。流域内最大的城市是帕尔马斯和波尔图纳西奥纳尔，总人口为370,670人[59]。2.3.1 多源数据收集用于WFD。灌溉和畜牧业用水量数据来源于《帕尔马斯湖河流域计划》[58]，并记录在托坎廷斯州自然研究所（Naturatins）[60]的用水权限数据库中。灌溉需求根据灌溉面积、作物需水量和蒸发蒸腾量计算；而畜牧业用水量则基于牲畜数量[58]。城市供水和卫生数据由当地公用事业部门提供[61]。农村地区的数据不完整；部分数据（2010年的卫生覆盖率和取水方法）来自巴西地理统计研究所（IBGE）[59]和全国水资源与基本卫生署（ANA）[62]。由于缺乏饮用水质量数据，因此根据城市和周边地区采用的水处理技术类型进行了水质估算。农村地区的水损失通过质量平衡计算得出。工业用水量（包括采矿用水）的数据来源于Naturatins [60]和PBHLP [58]。农业用水量则通过SWAT+模型进行量化，该模型基于土壤、地形、土地利用和气象条件来模拟流域水分平衡[63]。使用QSWAT+（QGIS）软件，将流域划分为不同的水文响应单元（HRUs），每个单元根据坡度、土地利用和土壤类型进行划分，并与气象数据进行关联[63–65]。模型输入数据包括：数字高程模型（DEM）（Topodata/INPE）[66]、土地利用数据（Mapbiomas，利用Copernicus卫星图像调整了2024年的火灾影响[67,68]）、土壤数据（FAO）[69]以及帕尔马斯和波尔图纳西奥纳尔的气象站降水/温度数据[70]。其他气象参数（太阳辐射、风速、湿度）通过SWAT模拟[63]。每个HRU的SWAT+月度输出结果（径流、入渗、蒸发蒸腾量）按季节（雨季/旱季）平均后整合到水流图中。生物量中的绿色水分是通过从农业用水量中减去入渗、径流、蒸发蒸腾量来估算的。2.4 可行系统模型（VSM）可行系统模型（VSM）基于阿什比的“必要多样性法则”（Ashby’s Law of Requisite Variety），该法则指出，只有当系统的响应多样性与其面临的干扰多样性相匹配或超过时，调节器才能有效控制系统[71–72]。这意味着可行的系统必须具备足够的内部复杂性，以吸收和应对环境中的各种变化。VSM被用于绘制帕尔马斯湖河流域（BHLP）的治理结构图。该模型已在多种背景下得到应用，并在两组出版物中进行了记录。首先，有多篇关于该模型在系统诊断和重构中应用的论文发表[33–38]；其次，方法论方面的贡献可见于相关参考文献[39–48]以及斯塔福德·比尔（Stafford Beer）的原始著作[21–24]。根据VSM理论，一个社会系统只有在满足一系列必要和充分的前提条件下才被认为是可行的，这些前提条件包括五个调节子系统及其相互关系[24]；详见表2。这里的“调节器”一词具有控制论意义，指代管理职能，包括控制器、管理者等角色。按照比尔的观点[24]，系统1构成了可行系统的核心功能，即系统实际执行的活动，这些活动实现了组织的关键转型并使其存在具有合理性。VSM为复杂系统（包括组织和社会生态系统）的诊断与设计提供了一个强大的概念性和理论框架，适用于各种规模、行业和所有制的背景[43–48]。下载：PNG（大图）| TIFF（原始图）表2. VSM子系统。链接：https://doi.org/10.1371/journal.pwat.0000381.t002 任何一个子系统或其相互关系中的缺陷，如功能缺失、功能能力不足或相互作用缺陷，都会不可避免地影响组织的可行性和可持续性。要使系统可行，不仅核心操作单元（例如流域）必须按照相同的原则进行构建，其子系统（例如集水区）和超系统（例如多个流域的组合）也是如此[45]。系统的可行性要求所有五个功能在各个层级都得到体现，这就是递归原则：可行的系统包含可行的子系统。2.4.1 VSM的多源数据收集在数据收集过程中，我们采用了尹的协议[73]，采用了系统性的文献审查、参与者观察和参与式研讨会的多方面方法。数据收集过程及其分析贡献如下所述：系统性文献审查于2024年1月至12月进行，资料来源于国家水资源信息系统（SNIRH）[74]。SNIRH是根据1997年第9,433号水法[75]建立的，该法律规定了公众获取水资源治理信息的权利。审查的文件包括流域管理计划[58]、用水许可证登记册[60]、PROGEST?O绩效报告[76]、流域委员会会议记录[77]、州级水资源法规[78]以及联邦监管框架[79–80]。所有文件均公开可获取，可通过官方信息门户直接查阅。文件选择基于其对VSM五个子系统的相关性，并进行分析以识别治理模式、制度漏洞以及与访谈和观察结果相互印证或对比的证据。参与者观察活动在2024年期间CBHLP的定期和临时公开会议上进行，研究人员观察了决策过程、利益相关者互动以及治理策略的实际实施情况，并记录了与VSM五个子系统相关的现场笔记。访谈于2024年7月16日至12月20日期间对20位关键信息人士进行，代表四个利益相关者群体：政府机构（联邦和州级）、用水户（农业、工业和城市供水）、水资源专家以及民间社会组织。访谈指南涵盖了七个与VSM子系统结构对齐的主题领域：（i）水文服务提供和水资源可用性（S1）；（ii）协调机制、用水许可和流域计划实施（S2）；（iii）流域委员会运作和绩效监测（S3）；（iv）信息管理、现场检查和审计能力（S3*）；（v）跨政治、环境、社会、经济和法律维度的战略规划（S4）；（vi）规范治理、州和联邦级指导方针以及机构间合作（S5）；（vii）基层单位的自主性和沟通渠道。更多细节请参阅S2文本中的访谈指南。所有受访者均在参与前签署了书面同意书。参与式共创研讨会于2024年10月15日至16日举行，约有100名参与者参与，包括了CBHLP的36名正式成员和36名代表不同利益相关者群体的代表（联邦政府机构、州政府机构、非政府组织及用水户，涵盖农业、水产养殖、城市供水、工业、研究机构和地方社区）。研讨会分为四个部分：第一部分，研究团队介绍了帕尔马斯湖流域的现状和研究目标，并在开场全体会议上获得了口头同意，与会者名单进行了签名确认；第二部分，参与者了解了VSM的核心原则及其在水资源治理中的应用，通过以往VSM应用的案例和干季/雨季的初步水资源管理计划进行了说明；第三部分，参与者被分成六个工作组，每个小组负责诊断一个VSM子系统（运营（S1）、协调（S2）、运营管理（S3）、监测（S3*）、战略情报（S4）和规范治理（S5），并由培训有素的引导者指导。各小组利用初步的VSM图表和WFDs作为参考，识别子系统内的问题、不足之处和优势。小组发现随后在全体会议上分享，有助于发现跨子系统的共同问题和分歧，并将部分诊断结果整合为操作性和整体性视角；第四部分，各小组进行结构化头脑风暴，确定提高水系统可行性的实际措施，随后进行全体讨论并制定下一步行动计划。整个研讨会过程中使用了白板、翻页卡、彩色卡片和多媒体资源等视觉辅助工具，帮助理解VSM。所有四个数据来源的信息通过VSM子系统框架进行三角验证和综合，使WFD中的定量水分平衡数据与访谈、观察和研讨会成果中的定性治理见解相结合。3. 结果与讨论 3.1 水流揭示：WFDs的关键发现图3和图4展示了1993至2023年间帕尔马斯湖流域（BHLP）旱季和雨季的平均水流图（WFDs）。在旱季（图4），降水量为128×10^6立方米，其中42%通过植物蒸腾、37%蒸发、16%径流、4.4%入渗。在15万公顷的农田中，有4000公顷（2.7%）通过中心支轴灌输、微喷灌和滴灌系统得到灌溉。灌溉过程中的损耗较大：运输过程中损失25%、蒸发21%、径流21%、入渗42%；只有12%转化为生物量。畜牧业用水量为31×10^6立方米[58,60]。下载：PNG（大图）| TIFF（原始图）图3. 平均旱季（6个月）的水流图，数据来源于1993–2023年。水流单位为10^6立方米。链接：https://doi.org/10.1371/journal.pwat.0000381.g003下载：PNG（大图）| TIFF（原始图）图4. 平均雨季（6个月）的水流图，数据来源于1993–2023年。水流单位为10^6立方米。链接：https://doi.org/10.1371/journal.pwat.0000381.g004人类用水量（来自地表水和地下水）总计21×10^6立方米，主要发生在帕尔马斯和波尔图纳西奥纳尔，分配过程中的损失为30–39%。根据国际标准，管道输送系统中的水损失超过20%被视为效率低下[81]。城市中心采用了先进的饮用水处理方法，确保了高质量的水分配。水质定期得到监测，官方文件显示饮用水处理效果令人满意。关于湖西岸较小市镇的饮用水处理状况和水质的信息不可用，因此这些市镇的饮用水质量被评定为“未知”。帕尔马斯的卫生设施覆盖率（包括排水系统连接）达到80%，波尔图纳西奥纳尔为60%。农村家庭使用无衬里的池塘储存水源，存在地下水污染风险。工业用水量（包括采矿用水）官方报告为1×10^6立方米[60]。报告的工业用水量非常低，表明该领域可能存在数据低估的情况。旱季WFD显示：（1）2.7%的农田有大量灌溉用水；（2）灌溉和城市供水存在高损耗；（3）农药径流和农村卫生设施可能造成污染；（4）蒸发蒸腾损失显著。在雨季（图4），农业完全依赖降水（2,404×10^6立方米），产量是旱季的38倍。蒸发蒸腾作用向大气中返回1,398×10^6立方米（其中266×10^6立方米通过植物蒸腾、1,113×10^6立方米通过土壤蒸腾），径流量为492×10^6立方米，入渗量为133×10^6立方米[58]。由于缺乏按季节汇总的官方数据，无法确定地表径流中的农药污染风险。人类和工业用水量在两个季节间保持稳定，因为帕尔马斯的这两类用水量的季节性变化不大[61]。WFDs（水资源管理计划）与授予的水权[58,60,61]的比较揭示了巨大的差异：实际灌溉用水量（约1.16×10^6立方米）和牲畜用水量（约31×10^6立方米）远超过授予的水权（分别为12×10^6立方米和0.3×10^6立方米）。工业用水量可能被低估了，而居民用水量与记录的量相符。包括私人水井在内的地下水抽取情况仍然没有得到监测[82]。

3.2 使用VSM诊断水资源治理情况
图5中的地图提供了帕尔马斯湖河流域（BHLP）当前水资源治理状况的全面视图。该图表展示了参与VSM五个子系统中综合管理系统的各利益相关者的构成，并说明了这些子系统之间的联系。红色文字标出了缺失的组成部分或功能失调的部分。下载链接：PNG（更大图像）/ TIFF（原始图像）图5. 帕尔马斯湖河流域的治理诊断。该图表描绘了帕尔马斯湖河流域水资源治理系统的复杂性，包括重点关注的基本运作单位。
https://doi.org/10.1371/journal.pwat.0000381.g005

3.2.1 主要单位及其与环境的关系（S1Environment）
WFD的研究结果以及关于用水的公众讨论指出了降水模式变化和对水资源需求的增长，尤其是农业部门灌溉需求的影响。农业对水资源需求的增加及其高强度利用生产高价值农产品，给水资源管理者在平衡水资源可用性方面带来了重要挑战。水资源流失以及农药可能导致的地表水和地下水污染风险也被认定为额外的挑战。帕尔马斯湖河流域（BHLP）的水资源管理面临着来自经济、环境和社会压力的复杂威胁，这些威胁需要适应性和创新性的解决方案。同时，1997年巴西水法[75]引入的改革增加了治理的复杂性，这些改革旨在规范和控制水资源利用。BHLP缺乏一个运作正常的河流流域机构（AgB），这是S1中的一个关键结构性缺陷。河流流域机构（AgB）作为河流流域委员会的执行部门，负责其技术和管理工作[75]，依法需执行委员会的决策、管理水资源用户登记、收取使用费、制定计划和技术研究，并监测水资源使用情况以支持决策制定。然而，在巴西，此类机构的建立依赖于水资源使用费的征收，这为其运作提供了资金基础。在该州六个河流流域委员会中，只有福尔莫索河流域委员会（CBHRF）在2015年获得了州水资源委员会（CERH）的授权进行收费研究。该流域的水资源收费条例（第6,604号法令）直到2023年才正式颁布[83]，诸如收费生效日期和指定收费机构等重要操作细节仍未确定。因此，BHLP在没有专门桥梁流域机构的情况下运作，限制了其执行和维持有效水资源治理的能力。这一缺陷影响了从短期水资源服务到长期可持续性的管理能力。帕尔马斯湖河流域委员会（CBHLP）已正式向CERH表达了迫切需要开展水资源使用费征收研究的意见，这一点在CERH的会议记录中有所体现，其主要关切在于AgB的关键职能缺失，包括：维护和更新水资源可用性平衡、用户登记以及水资源信息系统的管理[84]。直到2024年，帕尔马斯湖市政联盟（CI-Lago）根据与托坎廷斯州环境和水资源秘书处（Semarh）的合同，为CBHLP及其他州内委员会提供咨询服务。不过，其所执行的功能并不符合立法规定的要求[75]。在工作坊中观察到，作为“授权机构”的CI-Lago由于决策自主权较弱、资源获取分散以及基础设施和技术能力不足而面临诸多挑战。各利益相关者抱怨在执行法规方面存在困难，如：a) 从用户处收取使用费；b) 确保环境保护，包括遵守河岸缓冲区规定；c) 实施联合修复措施。另一个显著问题是缺乏关于水资源可用性和不同用户用水量的数据和信息。越来越多自流井用于农业和私人用途的地下水抽取也未受到监测。官方报告[58,60]显示，工业用水量相对于其他行业来说相对较低，这可能表明存在未经授权向工业部门分配水资源的情况，或是水资源使用监测失败。

3.2.2 协调（S2）
不同层次水资源管理之间的协调功能对于有效领导至关重要。由于对水文气象、水资源需求与可用性及水质的监测机制薄弱，BHLP的水资源管理服务效率低下。需要加强信息共享和不同管理层次之间的交流。信息交流系统的不足影响了托坎廷斯自然研究所（Naturatins）、托坎廷斯州环境和水资源秘书处（Semarh）、托坎廷斯卫生局（ATS）、BRK-Ambiental公司和国家水资源与基本卫生局（ANA）之间的协调。2014年，ANA推出了CNARH-40平台，作为国家水资源用户登记系统（CNARH）的一部分[63]。该平台旨在提高全国水资源管理和利用的透明度。该登记系统记录了从地表水或地下水来源取水、排放废水或对水系统进行其他直接干预的个人和组织。然而，在托坎廷斯州，数据录入和传输过程仍为手动操作，影响了这一重要登记系统的管理效率[76]。这削弱了水资源管理的效率、响应能力和透明度。为解决这些问题，Naturatins最近与ANA签订了协议，旨在改进其水资源使用许可系统，并加强综合环境管理系统（SIGAM）[85]和联邦使用规范系统（REGLA）[80]的整合。该协议旨在采用水资源分配决策支持系统（SSDO），以简化水资源使用权的授予流程。SSDO将通过整合实时水文气象数据来有效管理利益冲突，实现更精确的分析，并促进BHLP水资源需求的决策。然而，SIGAM和REGLA信息系统之间的互操作性问题以及解读和利用现有数据的技术能力不足，加剧了BHLP水资源使用权授予方面的挑战。Semarh一直在努力扩大水文气象网络，目前仅有80个数据收集平台（PCDs）在正常运行，这些站点的数量不足以覆盖所有区域，影响了获取可靠实时数据的能力，从而导致信息孤岛现象，阻碍了各基层监管中心的职能并妨碍了不同管理层次之间的协调。潜在威胁（如水资源短缺和污染）未能提前被识别，预防或适应性措施的制定也受到阻碍。扩大平台数量的主要挑战在于增加经过适当培训的现场人员来维护这些PCDs[76]。实施改进数据收集和监测系统的措施，以及建立有效的信息传播系统以改善监管机构之间的沟通和协调，对于州水资源信息系统（SEIRH）至关重要。

3.2.3 执行管理（S3）
S3体现了所关注系统的短期至中期视角（“当下情况”）。它体现在流域层面的水资源管理合法权力上，这一权力由帕尔马斯湖河流域委员会（CBHLP）持有。CBHLP被称为“政府的权力”，表明其在S3中拥有就水资源这一公共资源做出决策的权威，并由ANA执行[86]。研究发现表明，CBHLP虽然承担了制度责任，但缺乏实施和监督帕尔马斯湖河流域计划（PBHLP）的资源。PBHLP自2015年以来提供了关于流域水资源需求和可用性的初步、 fragmented诊断和预测[58]，指出了需求与可用性之间的不匹配问题。此外，委员会目前主要专注于开展水质分类研究和实施水资源使用费征收。然而，相关活动的实施严重受到资金和技术资源短缺的阻碍。尽管CBHLP体现了巴西水资源治理的参与式设计，但其表现受到结构性问题的限制。利益相关者的代表性不平衡，较大的经济实体比社区或民间社会团体更有能力参与决策，而公共部门成员的频繁更迭削弱了连续性和制度记忆。许多代表缺乏技术能力，进一步限制了委员会在监管合规之外的行动能力。这些因素削弱了委员会应对全流域性挑战的能力。尽管CBHLP在形式上拥有相应的权限，但由于对其履行监管要求的重视，其在协调系统性挑战方面的作用受到限制。政治周期导致公共部门代表的频繁更迭，降低了制度记忆和决策过程的连续性。为了提高CBHLP的功能性，与其建立与S1（在本例中为河流流域机构）的制度关系至关重要，以减小潜在的竞争和冲突。水法明确规定了双方的权利和责任，二者相辅相成[75]。S1（缺乏AgB）的不足削弱了CBHLP的功能性。CBHLP又缺乏在主要单位遇到问题时提供支持的能力，例如制定定义用水规范、许可标准、应急计划和水质标准等。所有这些规定都必须符合生态保护、可持续用水的目标，以及PBHLP中概述的财务、人力和技术资源。

3.2.4 审计和监测（S3*）
S3*体现在Naturatins执行的监测和审计活动中，该机构运用行政监督权力确保遵守现行法规[68]。在监测和审计方面存在两个主要挑战：首先，Naturatins有效且严格履行法律规定的监督职责的能力受到人员配备不足和基础设施有限的制约。水文气象测量站不足、数据不一致性和自动化程度低限制了信息流通，进一步降低了其监督职能的有效性。其次，持证者对许可证条款的遵守情况令人担忧。用户需要更加意识到不遵守规定的风险以及主动履行规定所能带来的集体利益。为解决这些实施和执行水资源使用许可方面的挑战，鼓励用户通过Naturatins的“绿色热线”报告异常情况至关重要。这些S3*的缺陷直接导致了WFD发现的未经控制的抽取问题。由于缺乏有效的现场检查、实时监测和执法能力，实际用水量（特别是灌溉用水）远超授予的水权，模型预测的抽取量（约1.16×10^6立方米）与记录的水使用权（12×10^6立方米）之间存在明显差异。S3*函数旨在为S3提供独立、非例行的实际运营实践洞察，该函数正是负责检测此类差异并触发纠正措施的子系统。如果它无法履行这一职责，就意味着不受控制的抽取行为会在监管系统中持续存在且未被发现和纠正。3.2.5 战略与组织发展（S4）。S4应负责领导并调整战略设计和长期规划的过程。S4的基本作用是从组织内部发生或可能发生的事件中整合相关信息，并将其用于提升机构智慧。在这方面，托坎廷斯州作为《国家水资源管理公约》[87]的签署方，将其努力与国家水资源治理战略保持一致。托坎廷斯州环境与水资源秘书处（Semarh）在实施该公约的战略中扮演着法律角色。通过巴西水协会（ANA）提供的名为“Progest?o”的财政激励计划，Semarh应促进各级政府与民间社会之间的协调，并为州级水资源管理政策和计划的制定与执行做出贡献。“Progest?o”的目标分为两类：由ANA根据法律规定或信息共享确定的联邦合作目标，以及州级水资源管理目标。其目的是基于明确且可衡量的目标促进共同治理，同时着重于自愿遵守和加强地方水资源管理能力[88]。托坎廷斯州通过2013年第4915号州法令[89]加入了“Progest?o”计划，并于2014年开始执行第一个周期的目标。目前正在进行第三个周期的最终阶段。托坎廷斯州被归类为B类型[76]，意味着该州拥有水资源管理的行政结构，如管理机构及河流流域委员会。然而，该州在实施关键管理措施（如水资源使用收费、水体分类和水权分配）方面存在困难。此外，Semarh还面临以下挑战：采购物资和签订服务合同的官僚程序繁琐、管理系统整合度不足导致实时数据可靠性难以保证，以及战略协调室（Strategy Room）运作不顺畅[76, p.23]。该战略协调室是利用ANA提供的资金建立的，配备有显示屏和监控面板，用于显示安装在河流中的监测设备的数据。尽管潜力巨大，但由于资源利用不足，该协调室作为实时数据分析和决策中心的效能受到了限制。为了最大化其作用，亟需加强S3和S5的参与度，让CBHLP和CERH基于战略协调室的数据参与决策讨论。

3.2.6 规范化管理——组织身份与理念（S5）。S5是该系统的最高权威机构，唯一有权调节S3与S4之间互动的部门。它代表了一种极为长远甚至可以说是“永恒”的视角。托坎廷斯州水资源委员会（CERH）是该州综合水资源管理（IWRM）的最高政治决策机构。CERH的使命、价值观和核心目标深深植根于巴西民主与主权的宪法原则之中。CERH负责制定并执行州级水资源政策，确保这些政策与国家指南保持一致，并根据地方实际情况进行调整[78]。因此，除了平衡系统内在控制的稳定性及其对环境变化的持续适应能力外，CERH还需确保系统始终服务于水资源服务的可持续性目标。然而，CERH的决策过程往往流于形式化。上一轮“Progest?o”项目的报告指出，CERH在水资源治理过程中的参与度有待提高[76, p.23]。在我们的观察中发现，定期会议上发布的Progest?o计划和问责报告通常只是经过CERH的简单审核，而未对流域内的实际需求和问题进行深入讨论。缺乏批判性辩论限制了决策的有效性。CERH的积极参与对于确保透明度和促进交流合作、共同解决问题的环境至关重要。如果缺乏深入对话，制定的计划可能无法反映当地现实和需求，从而阻碍针对具体挑战的适应性措施的落实。

3.3 帕尔马斯湖流域水资源服务的可行性。我们通过WFD和VSM进行的水资源平衡评估发现，受监管的水资源分配与未经控制的抽取之间存在显著差距。近年来，由于长期干旱，这种不平衡状况加剧。在一个平衡良好的系统中，水资源使用权的分配应与集水区的可用水量相匹配。图6显示，受监管的水资源使用与未经控制的抽取之间的不匹配表明，该系统的运营能力低于有效应对环境复杂性的要求。当地管理机构（AgB）缺乏有效维护水资源服务所需的日常运营能力，受基础设施不足和技术能力有限的限制。数据生成与监控系统薄弱，限制了基层单位与上级管理之间的信息交流。由于缺乏必要的数据支持，系统3无法在法律要求、监督与执行之间建立有效联系。相关条件的缺失削弱了CBHLP的能力，其职能、知识和资源也因环境复杂性的增加而受到削弱。此外，如图7所示，该流域的操作子系统缺乏有效的协调和管理平台。联邦（REGLA和CNARH）与州级（SIGAM）监管系统之间的互操作性缺陷进一步加剧了这一问题。协调与管理机制存在多重缺陷，包括历史数据处理的不足、决策支持系统的自动化程度低、培训能力不足、监督和合规审计力度不够，以及缺乏针对用水户的技术许可指南。值得注意的是，在一个运行良好的VSM中，所谓的“algedonic通道”本应作为紧急信号通道，在系统遇到严重压力时直接通知CERH，但在BHLP中这一机制并未正常发挥作用：即使操作层面触发了危机信号，也无法及时传递给更高层决策机构[45]。在未经控制的抽取情况下，这种失效尤为致命，因为它直接威胁到水系统的可持续性，而规范管理机构（S5/CERH）对此却视而不见。结果是双重结构失效：S3*未能检测并报告抽取缺口，而“algedonic通道”也未将问题上报至规范层面，导致系统无法针对最紧迫的威胁进行自我调整。

3.4 关于帕尔马斯湖流域水资源服务可行性的反思。根据VSM定义的五个可行性前提条件[10–14]，我们发现该流域存在重大缺陷，这些缺陷严重威胁到了水资源服务的可持续性。主要问题包括：（1）需求与可用性之间的不平衡；（2）缺乏监控系统；（3）缺乏数据管理系统及其维护能力；（4）缺乏有效管控机制。为解决这些问题，需要建立一个能够协调环境、运营和管理需求的管理系统，特别是在经济活跃区域（如集约化农业区）。我们的分析指出，关键挑战在于协调水资源需求与流域生态承载能力。这需要加强水文气象和用水情况的监控机制，并严格执行考虑水资源可用性的分配法规。改进水资源治理的措施应包括控制耕作面积扩张，防止不可持续和掠夺性用水行为。具体建议包括：扩大远程、数字化及现场监测系统的覆盖范围，包括水文、气象、水资源利用和水质监测，并运用人工智能识别关键干预区域；实施独立且公开透明的审计机制；引入公平可持续的水资源分配决策支持工具；加强联邦（REGLA、CNARH）与州级（SIGAM）监管信息系统之间的协调。此外，扩展的监测设施应与水危机警报系统相连，以便在出现潜在威胁时及时通知战略管理层（S5），并协调运营层（S3）和长期规划层（S4）的应对措施。由于缺乏可靠的监测系统，运营单位（S1）与上级管理层之间的沟通和协调渠道受到阻碍。为解决这一问题，利益相关者建议建立公共数字平台和信息交流机制，以便各组织和不同管理层之间分享信息、探讨挑战并加强合作。 Catchment areas层面的人员和技术能力不足，加上S3的监督和支持力度薄弱，导致许可证管理不善、会计不透明以及水资源保护法规执行不力。因此，需要建立独立且公开透明的审计机制来确保合规性。决策支持工具和额外监管措施的引入有助于公平、可持续地分配水资源。现有战略管理上的不足源于短期经济生产目标与长期可持续战略之间的不平衡，后者需要兼顾资源保护。应加强S4在风险分析、情景制定及制定水资源利用政策方面的能力。建议设立战略协调室，通过参与式讨论和反思 process 来协调这些目标。与会者指出，各委员会中的利益相关者代表权不均衡，需要在战略协调室中实现平等的社会参与。这有助于防止S4忽视执行策略或推进创新所需的关键运营信息。分析表明，CERH应加强治理，不仅通过加强监控和协调S3与S4的互动来维持现状，还应制定应对未来可能破坏系统稳定性的措施。建议采用多年规划机制（如PPAs），将地方需求纳入更高层战略，促进公平用水和长期可持续性。应确立以可持续性和社会责任为核心的治理理念，为各级管理决策提供指导标准。

3.5 参与式方法的应用优势与不足。本研究采用了一种创新的方法组合——WFD和VSM——来评估帕尔马斯湖流域的治理状况，并通过广泛利益相关者的参与式过程对评估结果进行审议。本研究采用的方法论结合了演绎逻辑和归纳推理，基于一种经过验证的分析工具（WFD）以及一个用于诊断和设计复杂系统的强大理论框架（VSM）。此外，研究还包含了归纳成分：即利益相关者的参与，以验证研究人员基于文献回顾得出的结论。这些发现一方面得到了专家的认可，另一方面也得到了利益相关者的共识。WFD通过直观易懂的图表展示了水资源利用的季节性平衡及其在水资源管理中面临的挑战。这些图表的可视化呈现有效地促进了参与式诊断和重新设计水资源治理的过程，并有助于根据VSM分析水服务的可行性。然而，图表的准确性部分受到冲突数据或缺失数据的影响。为了补充某些缺失的数据，我们使用了从SWAT+模型中获取的流域信息。在缺乏水质数据的情况下，专家根据帕尔马斯市及其周边地区的水处理系统技术配置来估算水质。这种假设或专家判断可能是建立模型的必要条件。模型总是对现实的简化表示，而做出假设使我们能够降低帕尔马斯湖流域水资源管理的复杂性，从而生成易于理解和分析的可视化结果。

在研讨会期间，参与者了解了WFD的局限性，包括无法反映某些缺失数据的水流量（如地下水抽取量），以及工业用水量数据的不完整（这反映了国家水资源管理局（CNARH）相关数据的缺乏）。VSM的应用是生成系统特定信息并在利益相关者参与过程中验证这些信息的关键。作为一种方法论手段，参与式过程要求与受问题直接影响的人直接合作进行系统性的调查，旨在促进行动或推动变革[49]。参与式过程的设计，包括数据的开发和验证，对于实现预期结果至关重要[53]。这是一个共同构建的过程。尽管参与式过程常常面临挑战，尤其是在确保公平代表性方面——尤其是在本项目 中，由于依赖于自愿参与，可能会产生权力不平衡。为了解决这些问题，我们在研讨会中仔细引导了小组间的互动，以增强参与者通过结构化对话有效协作和管理层级动态的能力。为了平衡地呈现五个不同管理子系统的观点，来自各个领域的广泛利益相关者，包括基层组织以及负责S4和S5任务的高层政府官员，都参与了分析过程。本项目实施的参与式过程遵循了四个核心原则：让具有“直接经验”的参与者参与、生成“行动中的知识”、将研究视为“变革过程”，以及通过“对话促进合作”[48]。这种方法加深了利益相关者对水资源管理挑战的认识。由于参与者代表了不同的群体，因此他们从不同管理层面提出了不同的观点。多个具有潜在冲突利益的利益相关者的参与支持了水资源治理的分析，尤其是在考虑到社会、经济和环境维度的复杂性时。所实施的参与式过程通过整合多元利益相关者的集体知识、经验和观点，显著提升了数据生成的质量。

4. 结论

我们的研究在综合水资源服务管理和治理领域做出了两项贡献。从理论上讲，它证明了VSM和WFD是结构互补的工具，它们的联合应用能够比单独使用任一工具提供更全面的水利系统可行性评估。从实践角度来看，它提供了一种可复制的参与式方法，适用于数据稀缺的河流流域的可行性评估。通过这种参与式过程结合使用WFD和VSM，有效识别了帕尔马斯湖流域水资源管理服务管理中的挑战和潜在缓解措施。WFD提供的水资源平衡可视化结果，包括分配问题、损失情况及潜在污染风险，为VSM的诊断和重新设计过程中的参与式讨论提供了宝贵依据，其中分析结果得到了研究项目中合格参与者的验证。这两种工具的结合有助于不同利益相关者之间形成共识，更好地了解当地水资源的现状和利用模式。此外，该研究还开辟了新的视角，加深了对需要采取的关键措施的理解。分析过程揭示了水资源治理问题，并指出了环境条件、运营需求与政策需求之间的战略不对齐之处。研究结果强调了加强各级组织间协调能力的必要性，包括改善其信息获取途径，以及采取措施解决水资源分配和使用权实施中的不平衡、过度利用、无节制抽取水资源和潜在污染风险等问题。应通过建立和加强信息共享平台及信息交流机制来提升信息获取能力，例如扩大水文气象数据、用水量和可用水资源的实时数据供应。管理单位还需要技术支持和财务支持以提升其能力。我们的案例研究展示了结合WFD和VSM在改进水资源管理服务方面的益处。我们建议开展更多研究以推广这些研究成果的普遍适用性。

参考文献