基于系统动力学的上街区水资源供需特性研究

基于系统动力学的上街区水资源供需特性研究

邹傲阳

郑州大学管理学院 450000

摘要：水是生命之源、生产之要、生态之基，随着社会不断发展，水资源供需矛盾逐渐突出。本文利用Vensim 软件建立了上街区水资源模型，建立了人口子系统、经济子系统、水资源子系统、水污染子系统，通过分析模拟为下一阶段上街区水资源管理提供了参考。

关键词：系统动力学，Vensim软件，水资源

0引言

水是生命之源、生产之要、生态之基,水对于生态环境演进、经济社会发展都具有十分重要的意义。[1]霍磊，闫宝伟等采用系统动力学方法对十堰市水资源供需特性研究[2]。王宵君，杨欢萍等以赣州市为例，利用系统动力学针对水资源承载力可持续发展进行了研究。[3]郭维红，黄珺嫦等，运用SD模型，构建了河南省水资源承载力系统动力学模型，对河南省2019—2030年的水资源承载力进行预测分析。[4]本文基于系统动力学原理，综合考虑社会人口、经济发展、水资源等因素，分析上街区水资源供需问题。

1区域概况及数据来源

上街区主要河流汜水河和枯河，境内湖泊主要有冯沟调蓄工程、方顶生态公园、东虢生态公园等。本次研究的主要数据来源为《2016-2020年郑州市水资源公报》［5］《郑州市上街区水资源综合规划（2020）》［6］等。

2上街区水资源系统系统动力学模型构建

2.1 系统边界和模型基准年的确定

本研究水资源承载力模型的对象为上街区。系统的模拟时间边界为2016—2030年，2016—2020年为历史检验时间段，2021—2030为模拟预测时间段，模拟步长为1 a。模型基准年为2016年，模型的各项初始值采用基准年的各项指标值。

2．2系统结构分析

将水资源承载力系统分为4个子系统，见表1

表1 上街区水资源系统指标体系构建图

2.3 模型构建

2.3.1 系统流程图绘制。

通过分析各系统各要素之间的正负反馈关系，构建系统流图(图 1) 。

图1上街区水资源系统流程图

2.3.2 系统主要方程设定

（1）水资源总量=基础量+水资源供给量-水资源需求量

（2）水资源供给量=地表水源+地下水源+非常规水源

（3）地表水源=北调配套工程+其他水源

（4）非常规水源=中水+其他

（5）中水=污水排放量*污水回用率

（6）污水排放量=生活污水排放量+工业污水排放量

（7）水资源需求量=农业用水+生态环境用水+生活用水+工业用水

（8）农业用水=园地用水+林地用水+耕地用水+畜禽用水

（9）生态环境用水=河湖补水+城镇环境用水

（10）河湖补水=冯沟水库补水+方顶湖补水+东虢湖补水

（11）生活用水=居民生活用水+第三产业用水+建筑业用水

（12）居民生活用水=城镇居民用水+农村居民用水

（13）工业用水=工业增加值*万元工业增加值用水量

其中，人口数量单位为万人，水资源量位为万m³，万元工业增加值用水量单位为m³/万元，工业增加值单位为万元。

3 上街区水资源系统动力学模型分析

3.1 模型有效性检验

将2016-2020作为模型有效性检验时间段，将模拟值与实际值进行比较，研究结果见表2

表2 2017-2020上街区水资源系统主要指标检验

表3 2017-2020上街区水资源系统主要指标检验

2019、2020年因新冠疫情影响，导致模拟值与实际值差别较大，其他指标的误差较小，表明模型的可信度较高。

3.2 模型预测分析

在模型检验有效性的基础上，以2016年为模型预测基准年，预测2021—2030年上街区水资源的变化趋势，见图2

图2 上街区水资源预测图

4结论

模型模拟期上街区水资源供需差不断扩大，供需矛盾逐渐突出。今后上街区应不仅要提高生产生活中水的利用效率，还要提高各种污水的处理能力，促进污水的再利用，从而降低需水总量和生产用水量的涨幅，提高供需比例。同时，

还要积极拓展备用水源，确保供水安全。

参考文献：

[1] 谷树忠. 水价值的系统发现和全面实现[J]. 中国水利: 1–6.

[2] 霍磊, 闫宝伟, 喻婷, 肖涵, 袁奥宇. 基于系统动力学的十堰市水资源供需特性研究[J]. 人民珠江, 2019, 40(3): 63–70.

[3] 郭维红, 黄珺嫦, 张二超. 基于SD模型的河南省水资源承载力模拟研究[J]. 河南农业大学学报, 2020, 54(4): 689–697.

[4] 郭维红, 黄珺嫦, 张二超. 基于SD模型的河南省水资源承载力模拟研究[J]. 河南农业大学学报, 2020, 54(4): 689–697.

[5] 郑州市水利局.郑州市水资源公报[Z].2016-2020

[6] 郑州市上街区水资源综合规划[Z].2020