基于SD模型城市水資源利用的模擬研究

張興　張遙

摘 要：建立了城市生態(tài)系統(tǒng)水資源利用的SD模型，分析了水資源利用與城市未來(lái)發(fā)展的關(guān)系。以撫順市為例，設(shè)計(jì)了四種模式，預(yù)測(cè)并分析了2011-2020年水資源的利用情況，為城市水資源合理利用提供了一定的理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：城市生態(tài)系統(tǒng)；水資源；SD模型

當(dāng)今社會(huì)，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人口劇增，水資源消耗、污染日益嚴(yán)重，研究水資源的持續(xù)利用和良性循環(huán)對(duì)城市發(fā)展有著重要的意義。研究方法主要有靜態(tài)分析法[1]和動(dòng)態(tài)分析法[2]。不同學(xué)者從城市水資源利用[3]、管理和水需求[4-5]、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[6-7]等單一角度進(jìn)行了分析。而對(duì)于復(fù)雜的城市生態(tài)水資源利用系統(tǒng)，應(yīng)充分考慮人口、工業(yè)、資源等綜合因素的影響，而不宜單一考慮某一因素。基于此，本文耦合水資源、人口、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境，建立城市生態(tài)系統(tǒng)水資源利用的SD模型，并以資源枯竭型城市——撫順市為例，系統(tǒng)分析并預(yù)測(cè)該市水資源利用情況，為水資源合理利用提供一定的理論指導(dǎo)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域及模型建立

2009年底，撫順市地表水資源20.22億立方米，地下水資源4.73億立方米；年均降水量750-850mm；入境水量1.18億立方米，出境水量22.05億立方米。2004年綜合耗水率62%，2009年65.4%，高于全國(guó)綜合耗水率（2009年53%）。SD模型包括資源系統(tǒng)、人口子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)四大系統(tǒng)，如圖1所示。

1.2 方案設(shè)計(jì)

1.2.1 自然發(fā)展模式。以2004-2010年供水增長(zhǎng)量為參照標(biāo)準(zhǔn)，其他不變。

1.2.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。根據(jù)“十二五”規(guī)劃，2020年提高二產(chǎn)GDP增速到18%，城市化率提高到75%，農(nóng)田灌溉面積增長(zhǎng)率提高到1%，其他不變。

1.2.3 資源環(huán)境保護(hù)模式。2020年，廢水達(dá)標(biāo)率提高到95%，二產(chǎn)GDP增速15%，綠地面積覆蓋率42.5%，其他不變。

1.2.4 綜合發(fā)展模式。廢水處理率、廢水回用率等與資源環(huán)境保護(hù)模式相同，提高經(jīng)濟(jì)增速到16.5%，高城鎮(zhèn)化率到70%，其他不變。

2 模擬結(jié)果分析

對(duì)社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)整體效益影響較大指標(biāo)應(yīng)該重點(diǎn)研究，因此選取總?cè)丝凇⒍a(chǎn)GDP產(chǎn)值、COD排放量、水平衡因子作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.1 人口指標(biāo)。由圖2分析可知：四種方案下總?cè)丝诰尸F(xiàn)遞減趨勢(shì)，其中資源環(huán)境保護(hù)模式減幅較小，到2020年總?cè)丝?165150人，分別是自然發(fā)展模式、經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式模式和綜合發(fā)展模式的1.0029倍、1.0024倍和1.0020倍。這是由于撫順市年死亡率大于出生率，又污染因子降低使年死亡人口減少。

2.2 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)指標(biāo)。由圖3分析可知：工業(yè)發(fā)展模式漲幅最大，到2020年產(chǎn)值達(dá)到12346000萬(wàn)元。綜合發(fā)展模式增長(zhǎng)比較平穩(wěn)（2020年產(chǎn)值9027800萬(wàn)元），資源環(huán)境保護(hù)模式和自然發(fā)展模式相對(duì)較小。

2.3 環(huán)境污染指標(biāo)。由圖4可知，經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式COD排放量最大，到2020年COD排放量達(dá)到42815.9噸，是2010年了2.68倍。綜合發(fā)展模式COD排放增長(zhǎng)率遠(yuǎn)低此。而自然發(fā)展模式和資源環(huán)境保護(hù)模式COD排放量分別為23840.3噸、24714.2噸，同比經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式減少了44%、42%。

2.4 資源指標(biāo)。由圖5分析可知：自然發(fā)展模式的水平衡因子1.24，即供大于求。經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式緩慢下降，到2020年達(dá)1.099；綜合發(fā)展模式迅速下降，到2020年達(dá)1.0422，利用效率遠(yuǎn)大于自然發(fā)展模式；資源環(huán)境保護(hù)模式從2011年的1.108下降2020年的0.992，即達(dá)到供需平衡，利用效率最高。

3 結(jié)束語(yǔ)

自然發(fā)展模式水資源利用效率較低，經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式水資源污染和浪費(fèi)較大；資源環(huán)境保護(hù)模式污染較小，但是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值較低；綜合發(fā)展模式水資源可承載的綜合效益達(dá)到最大值，該模式是提高撫順市未來(lái)水資源利用率的最優(yōu)模式。

參考文獻(xiàn)

[1]Michael G.Water，climate，and development issues in the Amu Darya Basin[J].Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change，2005，10（1）：23-50.

[2]王其藩.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1994.

[3]Joardar S.D.Carrying capacities and standards as bases towards urban infrastructure planning in India：A case of urban water supply and sanitation [J].Habitat International，1998，22（3）：327-337.

[4]Winz，I.，Brierley，G.，Trowsdale，S.The use of system dynamics simulation in water resources management[J].Water Resources Management，2009，23（7），1301-1323.

[5]Xiao-jun Wang，Jian-yun Zhang，et al. Water resources planning and management based on system dynamics：a case study of Yulin city[J].Environ Dev Sustain，2011，13（1）：331-351.

[6]Jonathan M Harris，Scott Kennedy. Carrying capacity in agriculture：global and regional issues[J].Ecological Economics，1999，29（3）：443-461.

[7]Amgad Elmahdi，Hector Malano，Teri Etchells. Using system dynamics to model water-reallocation[J].Environmentalist，2007，27（2）：3-12.

作者簡(jiǎn)介：張興（1986-），男，2009年畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)給排水專業(yè)，現(xiàn)主要從事城市、工業(yè)、建筑給排水設(shè)計(jì)。endprint