區域水資源供需的系統動(dòng)力學(xué)仿真

水和經(jīng)濟,第25卷4期0年7月中國科披心朝丑區域水資源供需的系統動(dòng)力學(xué)仿真袁汝華,耿小娟2,平德華3(1.河海大學(xué)水利經(jīng)濟研充所江蒸南京21003;2.甘肅農業(yè)大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院甘肅蘭州730070;3廣東省水利廳,廣東廣州510150)[摘要]以廣東省北江下游影響區為研究范圍基于系統動(dòng)力學(xué)的理論和方法,按服料學(xué)發(fā)展觀(guān)的要求,應用系統分析、可持續發(fā)展的思路,在系統分析區域水資源供窨系統各要素之同及其與人口、經(jīng)濟、社會(huì )、生態(tài)環(huán)境等發(fā)展之問(wèn)互動(dòng)影響關(guān)系的基礎上,建立區城水資源供雷的系統動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真模擬,認為GDP增長(cháng)受到水資源不足的制約,因此,在追求經(jīng)濟效益的同時(shí),必須考慮到水資源的可持續利用,而不是“掉奪式冖利用,注重￠DP增長(cháng)速度與環(huán)境保護的協(xié)調發(fā)展。[關(guān)鍵詞]系統動(dòng)力學(xué);區域水資源供需系統;流位;流率[中圖分類(lèi)號]ⅣV239[文獻標識碼]A[文章編號]1003-951(207)04-000-03我國水資源總量28100億m3,位于世界第6位,增強分析方法的通用性。從實(shí)踐來(lái)看,僅花費有限但人均水資源量?jì)H2200m3,為世界人均量的1/4,的人力物力,即可對區域水資源供需做出全面、系統居世界第10位),是世界公認的貧水國2)。伴隨的動(dòng)態(tài)描述。實(shí)踐證明這是一條可行的技術(shù)路線(xiàn)和著(zhù)工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快,有關(guān)管理體制的不方法。完善以及普遍性的生態(tài)意識淡薄使得水資源的持筆者采用廣東省北江下游影響區相關(guān)資料對續利用及水安全受到嚴重威脅。而農業(yè)灌溉用水日水資源供需系統進(jìn)行了仿真、分析模擬出在不同的益被其他用途擠占和地下水資源的流失枯竭是威脅經(jīng)濟發(fā)展水平下,區域水資源供需系統的運行規律中國糧食安全的最主要因素。和發(fā)展趨勢。水資源的供需矛盾一直是制約區域社會(huì )、經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。在區域水資源供需系統中如何1區域水資源供需系統存在的問(wèn)題確定適當的GDP增長(cháng)速度和水利投資力度,以達到北江流域下游影響區主要包括清遠、佛山、中區域供水既能滿(mǎn)足區域社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的需求,又不山、廣州等4個(gè)大中型城市,是廣東省社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展造成水資源供應能力及投資的浪費,從而達到最佳的重要區域之一,面積占全省179%,以200年11的經(jīng)濟、環(huán)境效益,最終使得總效益最大化,這是研月全國第五次人口普查統計數計算,人口占全省究區域水資源供需系統的重要方面。24.06%,國內生產(chǎn)總值占全省3934%。水利建設水資源供需系統涉及工業(yè)生產(chǎn)、生活、經(jīng)濟發(fā)展對該區域發(fā)展具有舉足輕重的作用,水利成為北江等諸多因素各因素之間存在各種復雜的相互作用流域下游影響區經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的重要影響因素。通關(guān)系常用的分析方法很難從整體上對系統結構功過(guò)對北江下游影響區相關(guān)資料的分析發(fā)現,其水資能特性進(jìn)行充分全面的描述。而運用系統動(dòng)力源供需系統存在3個(gè)問(wèn)題①水資源總量豐富但可學(xué)方法對水資源供需平衡問(wèn)題進(jìn)行系統分析,基本利用程度低;②水資源合理配置和有效供給的研究上可以反映所研究地區水資源供需的變化趨勢,它和落實(shí)工作有待加強;③水生態(tài)環(huán)境惡化日趨突出。彌補了以往靜態(tài)分析中自然因素與社會(huì )因素相分離的缺陷,克服了不同方案下預測計算的困難。同時(shí),2建立模型通過(guò)調整某些外生變量和相關(guān)參數,可即時(shí)描繪出21建模目的未來(lái)的變化趨勢,增強系統分析的功能。通過(guò)調整H中國煤化工力學(xué)模型可以系統邊界和初始狀態(tài)使其適應所研究地區的需要,描述CNMHG統行為。通過(guò)作者筒介]震改華(1962一)男江蘇興化人研究員從事水資源技術(shù)經(jīng)擠及管理教學(xué)與研究興上粳鸘信霜:園,咖址:陽(yáng):∥w, mooned話(huà):025-8378550對這50a內區域水資源供需系統的定性和定量分析,確定區域水資源供需系統的主要影響因素,分析各因素間相互制約、相互促進(jìn)的反饋關(guān)系,最終揭示系統的運行規律。其次,設計不同方案模擬水資源對GDP增長(cháng)不同制約程度的情況下,區域水資源供需系統的變化趨勢,找出較優(yōu)方案,為區域經(jīng)濟發(fā)展提供政策建議。2.2確定流位流率(1)流位。根據建模目的和邊界,本模型建立下述6個(gè)流位,即:L1(t)為總人口(萬(wàn)人);L2(t)為GDP(億元);L3(1)為農民人均年純收入(元);L4(t)為農業(yè)單位產(chǎn)值(元/hm2);L(x)為城鎮人均可支配日1水資源供系統流圖收入(元/人);L6()為水投資凈值(億元)。注:圖1符號說(shuō)明:PPN-農襯人均收人增長(cháng)量;R-投資(2)流率。由各流位的含義及對建模中有關(guān)問(wèn)比例:Ws=供水能力;AWC-農業(yè)節水投資;GB(WSR)-總體平題的考慮,可直接確定對應流率。①L1()的流率:(缺水率):AWS-農業(yè)供水能力:CwU-農村用水量;TwU一總R1()為L(cháng)1(t)的流率,是在綜合考慮了出生率和死需水量;UwU-城市用水量;GW-水利總投資;WSB-供水效亡率對總人口增長(cháng)的影響,以及人口增長(cháng)可采用流益;PPNR一農村人均收人增長(cháng)率;AUOI-年單位產(chǎn)值增量;AUoR一年單位產(chǎn)值增長(cháng)率;TP-人口增長(cháng)量;TPR-人口增長(cháng)率乘積形式的情況下給出的合成流率。R1()為人辜;Q一cDP一CDP增長(cháng)量;AWCE-農業(yè)節水效率;TB-總效口增長(cháng)量。②L2()的流率與上述L2()的流率確益;AwUB-農業(yè)用水效益;Iw-工業(yè)供水能力;Nvw-水投資定同理也設L2(t)的流率為合成流率R2(t)。R2凈值;R-調整系數CMA-耕地面積:CD-0-城鎖人均可文()為GDP增長(cháng)量。③L2(t)的流率為R3(t);R3(t)配收人2001LWs-生活供水能力;RG-GDP-CDP增長(cháng)率1;LwU-生活用水總量;PN-農民人均年純收入;RG-cDP為農民人均收人增長(cháng)量。④L4(t)的流率為R4(t),GDP增長(cháng)率;CDP-城鎮人均可支配收入增長(cháng)量;cDPR一城鎮即農業(yè)單位產(chǎn)值增量。⑤L5(t)的流率為Rf(t),即人均可支配收人增長(cháng)率;WSRl-供水調整投資1;D-N-水供城鎮人均收人增長(cháng)量。⑥L6(t)的流率為R6(t),即需缺口反饋強度:CRc-cDP-cD增長(cháng)事變化過(guò)程線(xiàn);P-0水利總投資。在以水資源供需系統為子系統的水安總人口200wP=工業(yè)水價(jià);R-水投資比例1;sR-激勵全戰略系統中,水利投資主要投向調水、防洪、非水系數;LWU-生活用水總量;UW一城市生活水價(jià);UR-城市化庫供水工程海水淡化、農業(yè)節水、水土保持、水電、率;CD門(mén)一城鎮人均可支配收人;WR1-水利投資比例1;WSRI水庫以及污水處理等9大方面,國內生產(chǎn)總值是其供水調整投資;GwSR-總供水率N一S-供需缺口;WR一水利投發(fā)比例。主要的資金來(lái)源其投資額度主要取決于國民經(jīng)濟污總量,與研究區同期的實(shí)際情況(見(jiàn)表1)進(jìn)行比總量以及水利投資比例較檢驗發(fā)現,國內生產(chǎn)總值預測誤差最小,農業(yè)用2.3建立流圖水、生活用水誤差較小,工業(yè)用水和用水總量預測值確定了模型的流位就確定了該模型中的子模偏低,指標最小誤差在0.327%(2001年CD),最大型及對應的子系統。水資源供需系統主要包括農村誤差為1674%(200年生活用水),模型總體平均水供需城市水供需、生活水供需3個(gè)子模其系統誤差為389%,考慮到cDP增長(cháng)率影響的綜合性反饋回路見(jiàn)圖1。水文年型的隨機性的條件下,仿真模型預測值與實(shí)3模型檢驗際值具有較好的一致性首先,用vsim-PE款件對模型進(jìn)行直觀(guān)與4模擬方案及結果分析運行檢驗發(fā)現模型中變量的設置、因果關(guān)系流圖4,1模擬方案結構以及方程表述都是比較合理的,對方程的量綱根據多次模擬的結果,比較各種方案的優(yōu)劣,以檢驗表明等式方程兩邊的量綱一致模型試運行未確定最佳的方案和控制措施。本系統模擬主要考慮產(chǎn)生病態(tài)結果。水資源供需矛盾是否對GDP有制約作用,即選擇兩其次,對模型進(jìn)行一致性檢驗。運用建立的水個(gè)方資源供需系統SD基本模型仿真計算北江下游影的制中國煤化工不考慮其對CDP響區2001-200年水資源需求、國內生產(chǎn)總值和排CNMHG不,,J.如,水資源供需矛盾網(wǎng)上授信霜:咖,屑址r:∥mia,ag電話(huà):025-8786350豪12001-2004年模型仿真計算結果與實(shí)際指標比較年份比較GDP/億元工業(yè)用水/億面農業(yè)用水/億m生活用水/億m用水總量/億m排污量/億預測4673.3562.3251.662.4L136394658.1421.2637,85156.3965.065】22.891395534.3l2.12152.8預測36367,9151.523.38v9.26預測7,551.421351,628.21注:1能計資料來(lái)源于廣東省統什年鑒廣東省水資源公報;2、廢污水排放量由水利口徑結合環(huán)?？趶酵壤{整計算不作為GDP增長(cháng)的制約因素。即認為即使在水資數量也大。經(jīng)濟一直保持持續穩定的增長(cháng),隨著(zhù)經(jīng)源短缺、供水率不足的情況下,GDP增長(cháng)仍然不會(huì )受濟實(shí)力的增強,經(jīng)濟凈增長(cháng)量逐漸增大。如圖4到制約,區域社會(huì )、經(jīng)濟仍然正常發(fā)展。模擬結果見(jiàn)所示。圖2。圖中橫坐標代表時(shí)間,縱坐標代表各狀態(tài)變4000量的值,供水能力小于1表示區域水資源供不應求。500003000人口15202530354045500.6時(shí)間/8日4總人口、CDP趨勢預測(2)方案1是在水資源供應缺口不影響GDP增長(cháng)的情況下,水資源供需系統的變化趨勢。從模擬51015202530時(shí)間/a結果來(lái)看,生活供水能力工業(yè)供水能力和農業(yè)供水生活供水能力→工業(yè)供水能力亠農業(yè)供水能力水資源利用能力水投資比例一GDP增長(cháng)能力能力發(fā)展趨勢趨同,在2030年后均呈現急促減弱的態(tài)勢,而水資源利用能力卻在CDP增長(cháng)的驅使下不國2方案1模抵梟斷提高;CDP在50a內保持恒定的增長(cháng)速度,水利投方案2:基本方案。CDP增長(cháng)受到水資源供需資力度也相應提高(見(jiàn)圖4),但是由于經(jīng)濟發(fā)展水矛盾制約。在原始數據基礎上,預測區域20002050年需水結構、供水能力、水利投資及相應cDP應cDP平等各方面的限制水利投資不可能無(wú)限度地增加。水資源供需失衡的狀況在方案1中難以避免。方案的變化趨勢。模擬結果見(jiàn)圖3。1表明,只考慮經(jīng)濟發(fā)展而忽視對水資源和環(huán)境的保護,只能取得“短期效應”,經(jīng)濟增長(cháng)最終會(huì )受到資源短缺的制約。水利總投資城市生活用水一農村生活用水量亠工業(yè)用水量一農業(yè)用水量亠總水量+供水能力圖3方霜趴(甚本方案模擬結果田5水利總投資42模擬結果分析址★迎$的壩,GDP增長(cháng)受到(1)總人口和GDP的變化在各種方案中趨勢大水資中國煤化這一條件下系統致相同,總人口隨著(zhù)時(shí)間的推移呈指數增長(cháng)并且增的運有CNMHG提高,工業(yè)用水長(cháng)的速度逐漸減緩但由于人口基數大所以?xún)粼鲩L(cháng)量急劇增加,城市生活用水也逐步(下轉第23頁(yè)上授稿信痛:咖,同址::∥·,i,a電話(huà):05-8786350主要在3個(gè)層面展開(kāi),即:協(xié)商主體的價(jià)值追求、協(xié)[參考文獻]商主體的角色協(xié)商主體的資源和能力。在跨界水[ TUSHAAR S,NM, SAKTHYADI.R. Limits to leap frog資源協(xié)商管理中,任何個(gè)體都因自身價(jià)值和利益目ging: issues in transposing successful river basin managemen in-標而存在,具有獨特的資源和行動(dòng)能力,并在協(xié)商系stitutions in be developing wodd[M]. Loskop: Inter-sectoral統中擔任一定角色。因此,協(xié)商主體行為是制度安Management of River Basins, 2000: 89-114排的一種體現,是主體根據協(xié)商的收益和成本做出2]陳啊勇協(xié)商民主理論與中國[浙江社會(huì )科學(xué),200的理性選擇。(1):36[3]王先甲,陳廷協(xié)商理論方法的綜述(上)[刀管理科學(xué)學(xué)3結語(yǔ)報,198,1(1):8085[4] DAVIS R, SMITH R G. Negotiation as a metaphor for distribut-本文探討了跨界水資源協(xié)商管理的概念、內od pmblem solving[JJ. Artificial Intelligence, 1983(20): 63及其外延;分析了協(xié)商在3個(gè)層面的涵義:即精神和文化層面的協(xié)商、體制和組織層面的協(xié)商行為和決[5]汪忽誠水權和水市場(chǎng):談實(shí)現水資源優(yōu)化配量的經(jīng)濟策層面的協(xié)商;界定了跨界水資源協(xié)商管理的概念手段[水電能源科學(xué),2001,19(1):15即跨界水資源協(xié)商管理是指平等、自由的沖突各方6]胡鞍鋼王亞華轉型期水資源配置的公共政策準市場(chǎng)在水資源管理公共商討過(guò)程中提出各種相關(guān)理由,和政治民主協(xié)商[刀經(jīng)濟參考研究,2002(20):1220說(shuō)服他人,或者轉換自身的偏好在廣泛考慮公共利7妍勇合理制定水資源配量方案強化水資漂科學(xué)管覆益的基礎上,在公開(kāi)審議過(guò)程中的理性指導下,對跨[刀]水利規劃與設計,2004(增刊):58[8]克里斯蒂安·亨借德法團主義、多元主義與民主,協(xié)商界水資源管理的制度安排、戰略制定和策略選擇進(jìn)民主[M]上海:上海三聯(lián)書(shū)店,2004:297-312行公共管理的活動(dòng)。在上述研究的基礎上,從協(xié)商AsB.cy, pluralism,s幽如nial目標協(xié)商結構和協(xié)商行為3個(gè)方面系統地概括了on babermas's faktiritat and geltung[J]. Law and Society Re-跨界水資源協(xié)商管理的主體分析框架。(4):914.收稿日期:2007-03-10編輯:彭桃英)(上接第9頁(yè))增加,2005~2013年期間,水資源出現益。即在追求經(jīng)濟效益的同時(shí),考慮到水資源的可短缺,GDP增長(cháng)相應的受到懲罰,其增長(cháng)從2005年持續利用,而不是“掠奪式”發(fā)展;不僅追求GDP的開(kāi)始出現一段幅度較小的“倒U型”趨勢。與此同增長(cháng)速度,而且考慮到與環(huán)境的友好協(xié)調發(fā)展。這時(shí),一方面農業(yè)節水投資力度的增加提高了農業(yè)本樣,才能達到資源的可持續利用也才能達到經(jīng)濟的身的生產(chǎn)效益,農村用水量和農業(yè)用水量均呈現下持續、穩定、健康發(fā)展。降趨勢,同時(shí)也緩解了城市及工業(yè)發(fā)展中的水資源[參考文獻]危機;另一方面,供水配置效率的優(yōu)化,促使水資源的利用日趨科學(xué)、合理,水資源浪費和不合理利用現1馮起程國棟中國水資源的問(wèn)題和對策[J] Ambio:中文象得到遇制。這兩方面同時(shí)作用,改善了水資源供需系統的狀況,為解決水資源供需矛盾促進(jìn)經(jīng)濟可[2]施祖瞬許麗芬水資源:社會(huì )可持續發(fā)展的重要支撐持續發(fā)展提供了有力保障。從運行結果可以看出,[打中國人口資源與環(huán)境19,7(2):8587在這種條件下,到2015年水資源供應已能基本滿(mǎn)3]萊斯特布朗,布瑞恩哈看維中國的糧食短缺將影響足需求,水資源供需缺口在預定范圍內變動(dòng),表明供世界糧食安全[]中國農村經(jīng)濟,1998(7):2229[4]于書(shū)霞尚金城城市水資源供需系統優(yōu)化分析[].自需已基本能滿(mǎn)足經(jīng)濟發(fā)展的需要。故此認為,可以然資源學(xué)報,202(3):29233用方案2來(lái)指導區域水資源供需系統的運行與管5耿小水戰略探析及其系統仿真模型研究[D]南京理。需要說(shuō)明的是,方案2只是一種現狀維持方案,并不代表最優(yōu)解。從以上兩種方案的模擬可以看出,方案2具有較高的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會(huì )效TH中國煤化工01-12的:你廣生)CNMHG網(wǎng)上教鸛信桶:F幽,a胃址:陽(yáng);∥如,wm,電話(huà):025-83786150