水資源利用和水污染防治投入產出最優控制模型構建

劉景春陳崢孫建新（.唐山市曹妃甸區環境保護局，河北唐山 0630；.唐山市曹妃甸鋼鐵電力園區管理委員會，河北唐山 0630；）

水資源利用和水污染防治投入產出最優控制模型構建

劉景春1陳崢2孫建新1
（1.唐山市曹妃甸區環境保護局，河北唐山 063210；2.唐山市曹妃甸鋼鐵電力園區管理委員會，河北唐山 063210；）

水作為自然資源的一種，在生態環境平衡重發揮著重要的作用。區域水資源利用、水污染防治和國家經濟發展具有密切的相關性。為了促使我國國民經濟的發展和優化，實現科學可持續發展，必須高度重視對水資源的利用，并且結合實際采取有效的措施，不斷提升水污染治理水平，強化對水污染的控制。本文主要通過構建最優控制模型對水資源利用與水污染防治的投入與產出進行分析。

水資源利用 水污染防治 投入產出模型 構建最優模型

隨著新世紀的到來，資源的耗竭、環境的惡化已經成為世界關注的焦點，資源和環境促進國家經濟發展的作用日益受到人們的關注。然而，隨著人類對資源的消耗不斷增大，水資源供需矛盾愈加強烈，水環境也處于消極的變化之中，對國家經濟的發展造成嚴重的干擾。通過對投入產出進行分析，從而定量分析資源與國家經濟發展之間的相關性，具有科學可行性。然而，因為投入產出分析缺乏自主擇優功能，因此必須把其和優化技術進行緊密結合，從而構建投入產出的最優模型，提高投入產出分析的有效性和科學性。本文通過對水資源利用、水污染防治投入產出最優控制模型構建進行探討，從而為國民經濟產業結構邁向水資源與水環境可持續利用的健康發展提供有力的依據。

1 投入產出最優模型的構建

1.1 控制目標和方法的確定

在構建最優控制模型之前必須先選擇科學可行的控制目標與控制方法，這具有重要的實際性意義。在國家經濟發展的進程中，不同地區應當根據自身的實際經濟情況選擇有效的控制方法，同時根據社會、經濟、環境等各個方面的要求對國民經濟發展的現狀和趨勢進行分析與預測，從而確定一定期限內的經濟發展目標，并且制定相關的計劃予以有效的落實。通過預期目標的確定，不但能夠明確決策者對經濟發展的要求，而且通過目標的定量控制能夠切實有效的反應國民經濟發展的真實情況。水資源可持續利用是保證區域經濟發展的重要基礎，必須對水環境對經濟發展的應用進行考慮。在對經濟發展和人口增長等因素進行分析的過程中，可將規劃期內各部門水資源使用量Sw和COD去除量SCOD作為控制目標，同時給出水資源使用量的理想值Dw和水污染治理量的理想值DCOD。該目標的設置要求區域國民經濟實際水資源使用量Sw相當于或者接近控制量Dw，同時實際水污染治理量SCOD相當于或者接近控制量DCOD，這是確保人民對水資源的需求和水污染控制要求得以滿足的前提所在。因此，根據上述指標的設置，可以通過國民經濟生產部門的產出水平改變速度Xp（t+1）-Xp（t）、水資源使用量改變速度Xw（t+1）-Xw（t）和COD去除量改變速度XCOD（t+1）-XCOD（t）進行水資源利用和水污染控制。

1.2 建立模型

最優模型的公式如下所示：

minJ=12Σt=0N［YT（t）QY（t）+UT（t）RU（t）］

實際上，經濟學供需平衡的基本原理難以真正實現，也就是供給和需求之間始終存在一定程度的差異。假設區域經濟發展處于理想的情況下，規劃期內每年實際最終消費產品Sp、實際水資源使用量Sw和實際COD去除量SCOD與最終消費產品的理想值Dp、水資源使用量的理想值Dw和COD去除量的理想值DCOD相等時，系統的運行狀況最優。

然而，實際情況下，水資源水環境和社會經濟所處的系統具有復雜性，因此，Sp與Dp、Sw與Dw以及SCOD與DCOD并不等同。所以，根據最優控制模型的基本理論，只要實現上述3個控制目標在規劃期內的實際值與決策者的理想值的最小值便可達到最優狀態。

2 投入產出最優模型的應用

采用某省份水資源利用、水污染控制投入產出的模型作為例子，基于該省份2005年水資源利用、水污染防治投入產出的數據表，構建投入產出最優控制模型。

2.1 控制目標的確定

根據國家統計數據為依據，主要考慮“十一五”規劃期內生產總值的預期增長速度、GDP耗水量、COD排放量、COD排放限制值，從而確定基準年和規劃年間的最終消費產品的理想值Dp（t）、水資源使用量的理想值Dw（t）和COD去除量的理想值DCOD（t）。

2.2 結果分析

根據十一五對該省份的水環境要求，需要把COD的排放量控制在所規定的范圍之內，并且降低水資源使用量，致力于水資源可持續利用。對于相關的制造業（包括紡織業、服裝制造業、木材制造業、化學工業、金屬加工業等等也必須進行嚴格的控制，要求控制目標不能超過規定范圍的10%，對于耗水量和排污量嚴重的生產企業要求控制目標控制不超過范圍的5%。通過該省份水資源利用和水污染防治投入最優控制模型的應用與計算，可見在規劃期間，其水資源使用量增長范圍必須在5%-7%之間，方可實現該省份水資源可持續利用的目標。與此同時，COD去除量的增長速度應當超過水資源使用量的增長速度，方可實現COD年排放量達到水污染控制的目標。

綜上所述，通過結合水資源利用和水污染防治投入產出分析和最優化技術，能夠有效地對區域水資源利用與水污染防治的經濟成本效益進行科學的分析，有利于對區域經濟產業結構進行優化，有利于提高區域水資源利用率，提高水污染防治水平，從而實現區域水資源、水環境、國民經濟共同協調發展的目標。因此，在區域水資源利用和水污染防治投入產出的分析管理過程中，可以通過優化技術的利用構建最優控制模型，從而提高水資源利用和水污染防治投入產出的效率和效益，更好地推進區域國民經濟的長遠可持續發展。

［1］李智慧，楊金海，薛鳳海.投入產出方法在研究山西國民經濟用水中的應用［J］.水利學報，1997（5）:66-69.

［2］徐麗娜，方國華.江蘇省水資源宏觀經濟模型研究［J］.江蘇水利，2004（3）:35-38.

［3］李林紅.滇池流域可持續發展投入產出系統動力學模型［J］.系統工程理論與實踐，2002（8）:89-94.

［4］黃學良.環境經濟投入產出模型的最優控制［J］.中國管理科學，1997（6）:60-64.

［5］孫翠清.區域水資源優化配置的控制論模型研究［D］.南京:河海大學，2005.