区域水资源供需的系统动力学仿真

水和经济,第25卷4期0年7月中国科披心朝丑区域水资源供需的系统动力学仿真袁汝华,耿小娟2,平德华3(1.河海大学水利经济研充所江蒸南京21003;2.甘肃农业大学经济管理学院甘肃兰州730070;3广东省水利厅,广东广州510150)[摘要]以广东省北江下游影响区为研究范围基于系统动力学的理论和方法,按服料学发展观的要求,应用系统分析、可持续发展的思路,在系统分析区域水资源供窨系统各要素之同及其与人口、经济、社会、生态环境等发展之问互动影响关系的基础上,建立区城水资源供雷的系统动力学模型并进行了动态仿真模拟,认为GDP增长受到水资源不足的制约,因此,在追求经济效益的同时,必须考虑到水资源的可持续利用,而不是“掉夺式冖利用,注重￠DP增长速度与环境保护的协调发展。[关键词]系统动力学;区域水资源供需系统;流位;流率[中图分类号]ⅣV239[文献标识码]A[文章编号]1003-951(207)04-000-03我国水资源总量28100亿m3,位于世界第6位,增强分析方法的通用性。从实践来看,仅花费有限但人均水资源量仅2200m3,为世界人均量的1/4,的人力物力,即可对区域水资源供需做出全面、系统居世界第10位),是世界公认的贫水国2)。伴随的动态描述。实践证明这是一条可行的技术路线和着工业化和城市化进程的加快,有关管理体制的不方法。完善以及普遍性的生态意识淡薄使得水资源的持笔者采用广东省北江下游影响区相关资料对续利用及水安全受到严重威胁。而农业灌溉用水日水资源供需系统进行了仿真、分析模拟出在不同的益被其他用途挤占和地下水资源的流失枯竭是威胁经济发展水平下,区域水资源供需系统的运行规律中国粮食安全的最主要因素。和发展趋势。水资源的供需矛盾一直是制约区域社会、经济发展的重要因素。在区域水资源供需系统中如何1区域水资源供需系统存在的问题确定适当的GDP增长速度和水利投资力度,以达到北江流域下游影响区主要包括清远、佛山、中区域供水既能满足区域社会经济发展的需求,又不山、广州等4个大中型城市,是广东省社会经济发展造成水资源供应能力及投资的浪费,从而达到最佳的重要区域之一,面积占全省179%,以200年11的经济、环境效益,最终使得总效益最大化,这是研月全国第五次人口普查统计数计算,人口占全省究区域水资源供需系统的重要方面。24.06%,国内生产总值占全省3934%。水利建设水资源供需系统涉及工业生产、生活、经济发展对该区域发展具有举足轻重的作用,水利成为北江等诸多因素各因素之间存在各种复杂的相互作用流域下游影响区经济社会发展的重要影响因素。通关系常用的分析方法很难从整体上对系统结构功过对北江下游影响区相关资料的分析发现,其水资能特性进行充分全面的描述。而运用系统动力源供需系统存在3个问题①水资源总量丰富但可学方法对水资源供需平衡问题进行系统分析,基本利用程度低;②水资源合理配置和有效供给的研究上可以反映所研究地区水资源供需的变化趋势,它和落实工作有待加强;③水生态环境恶化日趋突出。弥补了以往静态分析中自然因素与社会因素相分离的缺陷,克服了不同方案下预测计算的困难。同时,2建立模型通过调整某些外生变量和相关参数,可即时描绘出21建模目的未来的变化趋势,增强系统分析的功能。通过调整H中国煤化工力学模型可以系统边界和初始状态使其适应所研究地区的需要,描述CNMHG统行为。通过作者筒介]震改华(1962一)男江苏兴化人研究员从事水资源技术经挤及管理教学与研究興上粳鸘信霜:园,咖址:阳:∥w, mooned话:025-8378550对这50a内区域水资源供需系统的定性和定量分析,确定区域水资源供需系统的主要影响因素,分析各因素间相互制约、相互促进的反馈关系,最终揭示系统的运行规律。其次,设计不同方案模拟水资源对GDP增长不同制约程度的情况下,区域水资源供需系统的变化趋势,找出较优方案,为区域经济发展提供政策建议。2.2确定流位流率(1)流位。根据建模目的和边界,本模型建立下述6个流位,即:L1(t)为总人口(万人);L2(t)为GDP(亿元);L3(1)为农民人均年纯收入(元);L4(t)为农业单位产值(元/hm2);L(x)为城镇人均可支配日1水资源供系统流图收入(元/人);L6()为水投资净值(亿元)。注:图1符号说明:PPN-农衬人均收人增长量;R-投资(2)流率。由各流位的含义及对建模中有关问比例:Ws=供水能力;AWC-农业节水投资;GB(WSR)-总体平题的考虑,可直接确定对应流率。①L1()的流率:(缺水率):AWS-农业供水能力:CwU-农村用水量;TwU一总R1()为L1(t)的流率,是在综合考虑了出生率和死需水量;UwU-城市用水量;GW-水利总投资;WSB-供水效亡率对总人口增长的影响,以及人口增长可采用流益;PPNR一农村人均收人增长率;AUOI-年单位产值增量;AUoR一年单位产值增长率;TP-人口增长量;TPR-人口增长率乘积形式的情况下给出的合成流率。R1()为人辜;Q一cDP一CDP增长量;AWCE-农业节水效率;TB-总效口增长量。②L2()的流率与上述L2()的流率确益;AwUB-农业用水效益;Iw-工业供水能力;Nvw-水投资定同理也设L2(t)的流率为合成流率R2(t)。R2净值;R-调整系数CMA-耕地面积:CD-0-城锁人均可文()为GDP增长量。③L2(t)的流率为R3(t);R3(t)配收人2001LWs-生活供水能力;RG-GDP-CDP增长率1;LwU-生活用水总量;PN-农民人均年纯收入;RG-cDP为农民人均收人增长量。④L4(t)的流率为R4(t),GDP增长率;CDP-城镇人均可支配收入增长量;cDPR一城镇即农业单位产值增量。⑤L5(t)的流率为Rf(t),即人均可支配收人增长率;WSRl-供水调整投资1;D-N-水供城镇人均收人增长量。⑥L6(t)的流率为R6(t),即需缺口反馈强度:CRc-cDP-cD增长事变化过程线;P-0水利总投资。在以水资源供需系统为子系统的水安总人口200wP=工业水价;R-水投资比例1;sR-激励全战略系统中,水利投资主要投向调水、防洪、非水系数;LWU-生活用水总量;UW一城市生活水价;UR-城市化库供水工程海水淡化、农业节水、水土保持、水电、率;CD門一城镇人均可支配收人;WR1-水利投资比例1;WSRI水库以及污水处理等9大方面,国内生产总值是其供水调整投资;GwSR-总供水率N一S-供需缺口;WR一水利投發比例。主要的资金来源其投资额度主要取决于国民经济污总量,与研究区同期的实际情况(见表1)进行比总量以及水利投资比例较检验发现,国内生产总值预测误差最小,农业用2.3建立流图水、生活用水误差较小,工业用水和用水总量预测值确定了模型的流位就确定了该模型中的子模偏低,指标最小误差在0.327%(2001年CD),最大型及对应的子系统。水资源供需系统主要包括农村误差为1674%(200年生活用水),模型总体平均水供需城市水供需、生活水供需3个子模其系统误差为389%,考虑到cDP增长率影响的综合性反馈回路见图1。水文年型的随机性的条件下,仿真模型预测值与实3模型检验际值具有较好的一致性首先,用vsim-PE款件对模型进行直观与4模拟方案及结果分析运行检验发现模型中变量的设置、因果关系流图4,1模拟方案结构以及方程表述都是比较合理的,对方程的量纲根据多次模拟的结果,比较各种方案的优劣,以检验表明等式方程两边的量纲一致模型试运行未确定最佳的方案和控制措施。本系统模拟主要考虑产生病态结果。水资源供需矛盾是否对GDP有制约作用,即选择两其次,对模型进行一致性检验。运用建立的水个方资源供需系统SD基本模型仿真计算北江下游影的制中国煤化工不考虑其对CDP响区2001-200年水资源需求、国内生产总值和排CNMHG不,,J.如,水资源供需矛盾网上授信霜:咖,屑址r:∥mia,ag电话:025-8786350豪12001-2004年模型仿真计算结果与实际指标比较年份比较GDP/亿元工业用水/亿面农业用水/亿m生活用水/亿m用水总量/亿m排污量/亿预测4673.3562.3251.662.4L136394658.1421.2637,85156.3965.065】22.891395534.3l2.12152.8预测36367,9151.523.38v9.26预测7,551.421351,628.21注:1能计资料来源于广东省统什年鉴广东省水资源公报;2、废污水排放量由水利口径结合环保口径同比例调整计算不作为GDP增长的制约因素。即认为即使在水资数量也大。经济一直保持持续稳定的增长,随着经源短缺、供水率不足的情况下,GDP增长仍然不会受济实力的增强,经济净增长量逐渐增大。如图4到制约,区域社会、经济仍然正常发展。模拟结果见所示。图2。图中横坐标代表时间,纵坐标代表各状态变4000量的值,供水能力小于1表示区域水资源供不应求。500003000人口15202530354045500.6时间/8日4总人口、CDP趋势预测(2)方案1是在水资源供应缺口不影响GDP增长的情况下,水资源供需系统的变化趋势。从模拟51015202530时间/a结果来看,生活供水能力工业供水能力和农业供水生活供水能力→工业供水能力亠农业供水能力水资源利用能力水投资比例一GDP增长能力能力发展趋势趋同,在2030年后均呈现急促减弱的态势,而水资源利用能力却在CDP增长的驱使下不国2方案1模抵梟断提高;CDP在50a内保持恒定的增长速度,水利投方案2:基本方案。CDP增长受到水资源供需资力度也相应提高(见图4),但是由于经济发展水矛盾制约。在原始数据基础上,预测区域20002050年需水结构、供水能力、水利投资及相应cDP应cDP平等各方面的限制水利投资不可能无限度地增加。水资源供需失衡的状况在方案1中难以避免。方案的变化趋势。模拟结果见图3。1表明,只考虑经济发展而忽视对水资源和环境的保护,只能取得“短期效应”,经济增长最终会受到资源短缺的制约。水利总投资城市生活用水一农村生活用水量亠工业用水量一农业用水量亠总水量+供水能力图3方霜趴(甚本方案模拟结果田5水利总投资42模拟结果分析址★迎$的坝,GDP增长受到(1)总人口和GDP的变化在各种方案中趋势大水资中国煤化这一条件下系统致相同,总人口随着时间的推移呈指数增长并且增的运有CNMHG提高,工业用水长的速度逐渐减缓但由于人口基数大所以净增长量急剧增加,城市生活用水也逐步(下转第23页上授稿信痛:咖,同址::∥·,i,a电话:05-8786350主要在3个层面展开,即:协商主体的价值追求、协[参考文献]商主体的角色协商主体的资源和能力。在跨界水[ TUSHAAR S,NM, SAKTHYADI.R. Limits to leap frog资源协商管理中,任何个体都因自身价值和利益目ging: issues in transposing successful river basin managemen in-标而存在,具有独特的资源和行动能力,并在协商系stitutions in be developing wodd[M]. Loskop: Inter-sectoral统中担任一定角色。因此,协商主体行为是制度安Management of River Basins, 2000: 89-114排的一种体现,是主体根据协商的收益和成本做出2]陈啊勇协商民主理论与中国[浙江社会科学,200的理性选择。(1):36[3]王先甲,陈廷协商理论方法的综述(上)[刀管理科学学3结语报,198,1(1):8085[4] DAVIS R, SMITH R G. Negotiation as a metaphor for distribut-本文探讨了跨界水资源协商管理的概念、内od pmblem solving[JJ. Artificial Intelligence, 1983(20): 63及其外延;分析了协商在3个层面的涵义:即精神和文化层面的协商、体制和组织层面的协商行为和决[5]汪忽诚水权和水市场:谈实现水资源优化配量的经济策层面的协商;界定了跨界水资源协商管理的概念手段[水电能源科学,2001,19(1):15即跨界水资源协商管理是指平等、自由的冲突各方6]胡鞍钢王亚华转型期水资源配置的公共政策准市场在水资源管理公共商讨过程中提出各种相关理由,和政治民主协商[刀经济参考研究,2002(20):1220说服他人,或者转换自身的偏好在广泛考虑公共利7妍勇合理制定水资源配量方案强化水资漂科学管覆益的基础上,在公开审议过程中的理性指导下,对跨[刀]水利规划与设计,2004(增刊):58[8]克里斯蒂安·亨借德法团主义、多元主义与民主,协商界水资源管理的制度安排、战略制定和策略选择进民主[M]上海:上海三联书店,2004:297-312行公共管理的活动。在上述研究的基础上,从协商AsB.cy, pluralism,s幽如nial目标协商结构和协商行为3个方面系统地概括了on babermas's faktiritat and geltung[J]. Law and Society Re-跨界水资源协商管理的主体分析框架。(4):914.收稿日期:2007-03-10编辑:彭桃英)(上接第9页)增加,2005~2013年期间,水资源出现益。即在追求经济效益的同时,考虑到水资源的可短缺,GDP增长相应的受到惩罚,其增长从2005年持续利用,而不是“掠夺式”发展;不仅追求GDP的开始出现一段幅度较小的“倒U型”趋势。与此同增长速度,而且考虑到与环境的友好协调发展。这时,一方面农业节水投资力度的增加提高了农业本样,才能达到资源的可持续利用也才能达到经济的身的生产效益,农村用水量和农业用水量均呈现下持续、稳定、健康发展。降趋势,同时也缓解了城市及工业发展中的水资源[参考文献]危机;另一方面,供水配置效率的优化,促使水资源的利用日趋科学、合理,水资源浪费和不合理利用现1冯起程国栋中国水资源的问题和对策[J] Ambio:中文象得到遇制。这两方面同时作用,改善了水资源供需系统的状况,为解决水资源供需矛盾促进经济可[2]施祖瞬许丽芬水资源:社会可持续发展的重要支撑持续发展提供了有力保障。从运行结果可以看出,[打中国人口资源与环境19,7(2):8587在这种条件下,到2015年水资源供应已能基本满3]莱斯特布朗,布瑞恩哈看维中国的粮食短缺将影响足需求,水资源供需缺口在预定范围内变动,表明供世界粮食安全[]中国农村经济,1998(7):2229[4]于书霞尚金城城市水资源供需系统优化分析[].自需已基本能满足经济发展的需要。故此认为,可以然资源学报,202(3):29233用方案2来指导区域水资源供需系统的运行与管5耿小水战略探析及其系统仿真模型研究[D]南京理。需要说明的是,方案2只是一种现状维持方案,并不代表最优解。从以上两种方案的模拟可以看出,方案2具有较高的环境效益、经济效益和社会效TH中国煤化工01-12的:你广生)CNMHG网上教鸛信桶:F幽,a胃址:阳;∥如,wm,电话:025-83786150