基于系统动力学的水资源可持续利用研究.doc

基于系统动力学的区域水资源可持续利用研究范佳君09096111摘要：将系统动力学方法应用于区域水资源可持续利用研究,结合实际情况,在宏观调控的基础上,建立了水资源的系统动力学模型,涉及到整个区域的经济、社会、人口、环境等诸多因素,通过计算机仿真模拟,分析水资源的需求状况,改善水环境的严峻形式,提出了较为合理的水资源配置方案。关键词：水资源；系统动力学；反馈回路；可持续利用1引言随着社会的快速发展，人们在水资源上的需求进一步提高，水资源相对稀缺。水资源分布不均的特性与地区经济发展的用水量不协调,地表径流少,保证程度差,主要靠开采地下水供水,导致浅层地下水开发利用率很高。现状一部分地区供水不能满足需水的要求,地表水水源工程供水量有限,为保证城市用水和工业用水,只有挤占农业用水、超采地下水和牺牲环境用水,导致城乡供水矛盾加大、地下水超量开采、水体污染严重等一系列问题,加之水资源浪费严重,节水投入不足,节水效率不高等,水资源问题已经成为制约区域经济发展的重要因素。水资源可持续利用其基本思路是在自然资源的开发中，注意因开发所致的不利于环境的副作用和预期取得的社会效益相平衡。保证为社会和经济可持续发展合理供应所需的水资源，满足各行各业用水要求并持续供水。此外，水在自然界循环过程中会受到干扰，应注意研究对策，使这种干扰不致影响水资源可持续利用。研究水资源可持续利用的相关影响因素，给出可行的规划方案有其重要意义。2.1“可持续利用水资源系统”模型结构分析水资源系统是一个具有动态复杂性的开放系统,在建立水资源的系统动力学模型时,不仅要考虑水资源系统本身的各个组成因素,还必须要考虑社会、经济、科学与技术、资源与环境等系统的交叉反馈作用。针对研究问题的需要,建立水资源系统模型的基本原则是将对水资源因子有直接影响关系的因素划分在边界之内。水资源可持续利用模型是一个高阶、非线性和多回路的反馈系统,运用美国公司开发的专用系统动力学软件建立系统模型,可以对系统动力学模型进行构思、模拟、分析和优化。区域水资源系统的输入输出相对稳定。通过降水，河流湖泊补充水资源，而地下水的输出在一定时间内保持相对稳定。通过查询资料和分析，得出“可持续利用水资源”模型主要问题是供需不平衡所致,主要包括人口、农业、工业、政府制度、生态环境、水资源等6个子系统。由于影响因素较多及因素间的关系较复杂,多数的社会经济系统具有对系统内部参数变动不敏感性及对政策变更的抵制性等特性,所以表现为相对的稳定性。按问题的主要矛盾将系统分为可持续利用水资源量，居民数量，农业用地量，工厂数量，政府执行污染管制力度，区域湿地水土保持程度（注：湿地指陆地与水域之间的过渡地带，广义上包括沼泽、滩涂、低潮时水深不超过6米的浅海区、河流、湖泊、水库、稻田等）6个子系统的流位流率对。子系统的流位流率对如下（其中，（Li）(i=1,2,--6)表示流位变量，（Ri）(i=1,2,--6)）表示流率变量）：L1(t),R1(t)——可持续利用水资源量（无纲量）及其改变量（无纲量）；L2(t),R2(t)——居民数量（人）及其改变量（人/年）；L3(t),R3(t)——农业用地量（公顷）及其改变量（公顷/年）；L4(t),R4(t)——工厂数量（个）及其改变量（个/年）；L5(t)，R5(t)——政府执行污染管制力度（无纲量）及其改变量（无纲量）；L6(t),R6(t)——区域湿地水土保持程度（无纲量）及其改变量（无纲量）；从而得到整个“可持续利用水资源”模型的流位流率系：{[L1(t),R1(t)],[L2(t),R2(t)],[L3(t),R3(t)],[L4(t）,R4(t)],[L5(t)，R5(t)],[L6(t),R6(t)]}。针对已经建立的流位流率系，根据系统动力学的反馈思想，可以建立“可持续利用水资源”模型的系统流图，从而得到系统反馈结构。2.2“可持续利用水资源”模型的整体反馈结构根据系统动力学流率基本入树建模法建立模型的流率基本入树。2.2.1建立流位控制流率的定性分析二部分图根据流位控制流率变量的系统动力学建模思想，对所有流位变量和流率变量的内在关系进行定性分析，得到流位控制流率的定性分析二部分图。1）居民数量影响人均使用水资源量，农业用地、工厂数量都会占用可利用水资源量。政府执行污染管制力度、区域湿地水土保持程度都会控制可用水资源量，所以流位L2(t)，L3(t)，L4(t)，L5(t)，L6(t)共同控制可持续利用水资源变化量R1(t)流率的变化。2）可持续利用水资源量，工厂数量，政府执行污染管制力度都影响着环境的变化，从而可知L1(t)，L4(t)，L5(t)共同控制居民数量变化量R2(t)流率的变化