基于石羊河流域環(huán)境再修復(fù)動力學(xué)系統(tǒng)研究策略模型

張忠文

（甘肅中醫(yī)藥大學(xué) 甘肅 蘭州 730000）

1 引言

石羊河流域位于我國西部地區(qū)，流域內(nèi)水資源缺乏，而社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展使得水資源供給與使用二者之間矛盾日益突出。并且資源有效開發(fā)利用對于區(qū)域環(huán)境發(fā)展與演進(jìn)有著重要的影響。通過對區(qū)域水資源承載力分析從而實(shí)現(xiàn)對資源合理開發(fā)與利用，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，社會效益，生態(tài)效益目標(biāo)。

2 研究模型構(gòu)建

2.1 區(qū)域概況

石羊河是河西走廊三大水系之一，自東向西其組成包括了大靖河，黃羊河，金塔河?xùn)|大河等河流。河流補(bǔ)給來源主要是高山冰雪融水與大氣降水，年平均徑流量在15億立方米左右。石羊河流域?qū)儆谫Y源型缺水地區(qū)，水資源特點(diǎn)體現(xiàn)在地表徑流分配不均勻，年際變化呈現(xiàn)出周期性，地下水超采嚴(yán)重。受到自然以及人為因素的影響，生態(tài)環(huán)境惡化。從自然環(huán)境條件方面分析，流域?qū)儆诖箨懶詼貛Ц珊禋夂颍邓俣照諘r(shí)間充足，空氣干燥，水資源供求矛盾突出。

受到區(qū)域氣候變化情況影響，石羊河流域地表水量的平均遞減量為1.11×107M3，是河西走廊區(qū)域內(nèi)地表流量變化最大的區(qū)域。自50年代以來，流域內(nèi)灌溉區(qū)地下水位已經(jīng)下降了4到17米左右，區(qū)域水位降落漏斗面積達(dá)1000KM2，其中最為明顯的是武威盆地泉水減少量，56年數(shù)據(jù)為8.6×108M3，78年減少到了2.03×108M3，99年只有0.32×108M3，目前為止70%的泉眼已經(jīng)干涸，進(jìn)水灌溉取代了泉水灌溉。

石羊河流域中游人口變化情況是50年約為49萬人，到了2011年人口達(dá)到了102萬左右，60年時(shí)間人口增加了近53萬。下游人口50年約為21萬人到2011年增加到了27萬人左右。石羊河流域人類活動與農(nóng)業(yè)水資源利用距平變化如表1所示。

表1 石羊河流域不同年代農(nóng)業(yè)水資源利用距平變化

通過上述圖表可以發(fā)現(xiàn)，不同區(qū)域與年石羊河流域農(nóng)業(yè)水資源利用的情況存在差異。

2.2 系統(tǒng)模型構(gòu)成

SD模型是對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，信息反饋，行為空間與功能辯證動態(tài)關(guān)系分析的模型，以控制論、系統(tǒng)論，信息論，計(jì)算機(jī)技術(shù)作為基礎(chǔ)，對實(shí)際系統(tǒng)動態(tài)機(jī)制進(jìn)行反映的機(jī)制。該模型首先需要將大系統(tǒng)分為不同的子系統(tǒng)，整體系統(tǒng)目標(biāo)包括了資源環(huán)境，社會經(jīng)濟(jì)等方面。之后依據(jù)不同的數(shù)量決策變量設(shè)定不同的方案，在考慮到不同系統(tǒng)關(guān)系的情況下，通過模型進(jìn)行模擬，從而得出不同的方案。

2.3 系統(tǒng)模型主要變量

系統(tǒng)模型構(gòu)成部分內(nèi)容包括了多個(gè)一級系統(tǒng)，比如水與生態(tài)環(huán)境、社會資源組成的復(fù)雜系統(tǒng)，水與資源、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)等組成的系統(tǒng)。一級系統(tǒng)又包括了二級系統(tǒng)。模型變量包括了數(shù)量不等的一級系統(tǒng)，速率變量，狀態(tài)變量，表函數(shù)，輔助變量，反饋回路。狀態(tài)變量的內(nèi)容包括了城鎮(zhèn)與農(nóng)村人口，工業(yè)增加值，防護(hù)林的面積，灌溉面積等。與狀態(tài)變量相對對應(yīng)的是速率變量，比如人口增加速度，工業(yè)增加值增加的速度，灌溉面積增加的速度等。表函數(shù)內(nèi)容包括了地表與地下水供水量，農(nóng)村與城鎮(zhèn)用水量，工業(yè)增加值需要用水量，灌溉區(qū)域增加的面積等。模型設(shè)置的輔助變量內(nèi)容包括了需水量與供水量的總額，總?cè)丝冢I(yè)增加值等。

2.4 模型方程與參數(shù)檢驗(yàn)

模型的方程包括了狀態(tài)方程，速率方程、表函數(shù)，輔助方程，常數(shù)方程等。模型是否適用于目標(biāo)需要進(jìn)行方案分析與或者是仿真，從而檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行耘c正確性，將得到的結(jié)果與已有的歷史記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而對二者的吻合程度進(jìn)行驗(yàn)證。將相關(guān)參數(shù)輸入模型進(jìn)行仿真運(yùn)行，考慮到模型涉及到的參數(shù)過多，因此可以有選擇性的開展實(shí)驗(yàn)。

3 基于研究模型的模擬分析

3.1 方案設(shè)計(jì)工作

通過對區(qū)域相關(guān)資料分析可以知道，區(qū)域內(nèi)總體用水量為22.5億立方米，其中農(nóng)業(yè)用水量為18.7億立方米，比值較大。方案在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到的內(nèi)容包括了生活，生態(tài)，工業(yè)與建筑業(yè)，林牧業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)等，并且其中內(nèi)容需要與發(fā)展規(guī)劃相吻合。結(jié)合到實(shí)際工作情況設(shè)計(jì)不同的工作方案。

方案一，減少灌溉面積，對井灌區(qū)與渠灌區(qū)進(jìn)行調(diào)整，并且將灌溉地區(qū)面積年遞減率控制在2%左右。

方案二，對農(nóng)業(yè)節(jié)水力度進(jìn)行控制，降低水澆地等灌溉定額，提升水利用系數(shù)，并且參考區(qū)域重點(diǎn)治理規(guī)劃，擬定后期灌溉農(nóng)業(yè)節(jié)水情況。

3.2 方案分析與模擬

考慮到不同方案中供水量變化非常小，需求量受到農(nóng)業(yè)用水變化量影響比較顯著，灌溉用水量會對農(nóng)業(yè)用水需求量、總體需水量造成較大影響。通過對模擬的結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，不同水平年，不同方案下供需差額是逐年縮小的，并且解決供需問題的效果也存在差異。隨著時(shí)間變化水資源供需之間的矛盾得到了逐步緩解，之后水量余量逐年增加。

3.3 計(jì)算與分析水資源承載力

假設(shè)以農(nóng)業(yè)節(jié)水力度，年供水量為約束條件，通過模型計(jì)算可以得到各規(guī)劃時(shí)間內(nèi)可承載的灌溉地面積以及生態(tài)規(guī)模。研究區(qū)域內(nèi)某年度可承載總?cè)丝跀?shù)量為18418萬人，工業(yè)增加值為40900億元，灌溉面積是10200ha，防護(hù)林面積是10800萬ha。通過模型進(jìn)行模擬分析，10年后該區(qū)域各項(xiàng)指標(biāo)均發(fā)生了較大變化，區(qū)域內(nèi)環(huán)境可承載力明顯上升，水資源承載力也明顯提升。水資源供需之間的矛盾能夠得到有效緩解，地下水位同時(shí)有明顯的回升，生態(tài)用水能夠滿足要求并且獲得補(bǔ)充，生態(tài)環(huán)境也獲得了一定改善。

4 結(jié)語

水資源對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要作用，甚至能夠制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此需要對區(qū)域內(nèi)資源情況作詳細(xì)了解，基于此對資源合理利用。衡量資源利用的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)就是區(qū)域水資源可承載力，對此指標(biāo)研究可通過建立相應(yīng)的模型對當(dāng)下甚至是未來一段時(shí)間內(nèi)區(qū)域變化情況進(jìn)行模擬，從而獲得區(qū)域發(fā)展與水資源二者之間的關(guān)系，并通過相關(guān)措施的應(yīng)用從而使資源能夠合理有效利用，獲得經(jīng)濟(jì)社會效益的同時(shí)也獲得生態(tài)環(huán)境效益。

[1]劉士霞張志斌鐘卓.基于SD模型的本溪市細(xì)河流域水資源承載力研究[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2014(2).

[2]李霞李振林宋閣慶.石羊河流域相對水資源承載力研究[J].甘肅科技，2012(28).