基于SD模型下的流域水资源_社会_省略_空协同分析_以渭河流域关中段为例_李同升
基于多目标遗传算法的石羊河流域水资源优化配置模型
基于多目标遗传算法的石羊河流域水资源优化配置模型李宗礼;李新攀;赵文举;孙伟【摘要】According to the existing problems of water resources of Shiyang River basin and taking the maximal comprehensive benefit from industry, living, ecological and agricultural water utilization as the optimization objective a multi-objective optimization allocation model of water resources was established based on comprehensive consideration of the economic, social and ecological objectives. The multi-objective genetic algorithm was used to get a set of optimal solutions with this model and seven options with greater benefit were selected from it for further their appraisal with TOPSIS model. Finally, the best one was selected as follows: the total water consumption was 1. 901 4 billion cubic meters, the industrial water consumption was 0. 334 2 billion cubic meters, the living water consumption was 0.104 6 billion cubic meters, ecological water demand was 0. 12 billion cubic meters, and agricultural water consumption was 1. 342 6 billion cubic meters, This was consistent with the practical demand of the Shiyang River basin as well as with the principle of river basin comprehensive planning.%针对石羊河流域水资源存在的问题,在综合考虑经济、社会、生态等多目标的基础上,以工业、生活、生态环境和农业用水的综合效益最大为优化目标,建立多目标的水资源优化配置模型.采用多目标遗传算法求解得到一组最优解集,选出效益值较大的7种不同优化配置方案,应用TOPSIS模型对优化方案进行评价.选出的方案总用水量为19.014亿m3,工业用水量为3.342亿m3,生活用水量为1.046亿m3,生态环境用水量为1.2亿m3,农业用水量为13.426亿m3,这与石羊河流域目前的现实需求是吻合的,也符合流域综合规划的原则.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2013(039)002【总页数】4页(P52-55)【关键词】水资源优化配置;多目标遗传算法;TOPSIS模型;石羊河流域【作者】李宗礼;李新攀;赵文举;孙伟【作者单位】兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TV212.4石羊河流域是甘肃省河西走廊三大内陆河流域中水资源短缺和生态环境恶化最严重的流域，流域水资源已严重超载，致使流域的生态环境日益恶化，其危害程度和范围日益扩大［1］.水是控制生态系统演变和限制社会经济持续发展的关键因子，水资源的合理配置是解决水资源短缺和生态环境恶化的有效途径之一［2］.近年来许多学者对石羊河流域的水资源配置问题展开了大量研究［3-6］，粟晓玲等［7］通过计算单元优化配置模型和水资源转化模拟模型的耦合模型，得到优化配置结果，由多目标评价函数评价各方案的优劣；胡立堂等［8］建立了该流域的水资源管理模型，用于地区地表水和地下水联合利用的水资源模拟分析，主要实现供水、需水、水质和生态保护的水资源系统模拟，但评价水资源合理配置的可靠性等问题尚待深入研究.为此，本文建立基于工业、生活、生态环境和农业用水效益多目标水资源优化配置模型，采用多目标遗传算法求解并应用TOPSIS模型评价选出最优方案，以期为石羊河流域水资源优化配置提供理论依据.1 多目标优化的水资源配置模型流域水源包括地表水、地下水和中水，以水资源高效持续利用为原则，采用多目标水资源优化配置，对该流域工业、生活、生态环境和农业各用水部门用水进行分配，寻求水量在各用水部门之间的最优分配，实现水资源的可持续利用和综合效益最大化.1.1 决策变量根据石羊河流域的水资源情况及当地的供水情况，将供水水源分为地表水、地下水和中水，用水户分为工业、生活、生态环境和农业4类，由不同的水源和用水户确定的决策变量情况见表1.表1 决策变量表Tab.1 Variables table of decision making水源工业用水量生活用水量生态环境用水量农业用水量地表水 x11 x12 x13 x14地下水 x21 x22x23 x24中水 x31 x32 x33 x341.2 建立模型以工业、生活、生态环境和农业这4类用水部门的综合效益最大为优化目标，在保持流域协调发展的基础上，使流域的经济、环境、社会的综合效益最大，建立模型为式中：xij为决策变量，即为分配给i水源j用户的水量（i=1，2，3，分别表示地表水、地下水和中水，j=1，2，3，4，分别表示工业、生活、生态环境和农业用户），非负；f1（x）为工业用水效益目标；f2（x）为生活用水效益目标，生活用水效益直接影响社会效益，但用数值进行定量描述很难将该效益表达全面，因此在模型中不对该效益进行建模，只作约束条件并保证生活用水；f3（x）为生态环境用水效益目标；f4（x）为农业用水效益目标；Bj为j用户单方水效益系数；Wj为j用户总产值；Dj为j用户用水量.1.3 约束条件1）不同水源的可供水量约束：式中：Q为所有水源的可供水量，Qi为i水源的可供水量.2）不同用户需水量的约束：式中：Qmin j、Qmax j分别表示为j用户最小、最大用水量.3）变量非负约束：约束条件中所含的的i、j与模型中的一致.2 求解方法多目标遗传算法是借鉴生物界自然选择和自然遗传机制寻求整体最优的有效方法［9］，该方法具有自组织性、自适应性、并行性和随机性，以及在搜索过程中逐步向最终结果靠近的启发性.多目标遗传算法的优化过程为：首先针对已建模型的决策变量确定编码方案；其次随机生成几组初始水资源预分配方案，代入已确定的适应度函数，判断每一个体的满意程度；然后进行遗传算子操作（选择、交叉和变异），从而产生新一代可行解，重复上述步骤，直到寻得一组最优解集.从这些最优解集中选出几种方案，通过TOPSIS模型从这些方案中寻求一种最优方案. TOPSIS模型具有简单、实用和可操作性强等优点，并基于原始数据样本，用待评价方案的数据序列与正、负理想方案的数据序列之间的欧氏距离大小作为分析的依据［10］.TOPSIS模型的评价步骤为：1）构造方案评价决策矩阵：式中xij，xij为第i方案第j个评价指标.2）确定权重因子ωj，并计算方案的指标加权评价矩阵V，权重因子ωj为式中：k=1/lg m.3）确定理想解和负理想解，构造“最理想特征”和“最不理想特征”为式中：A+为最理想特征，A-为最不理想特征，Jn为第n个指标的集合.4）根据标准化数据矩阵求得每个方案与最理想方案特征和最不理想方案特征的欧氏距离s+i、s-i：5）计算各方案与最理想方案特征和最不理想方案特征的贴近度ui，其值越大越与最理想解贴近：3 实例分析以石羊河流域为例进行研究，据《石羊河流域重点治理规划》［11］等相关研究成果，石羊河流域2020年水资源可供水量为20.517亿 m3，需水量为20.737亿m3，针对不同用户的最大最小需水量见表2，结合近10年来石羊河流域市县统计年鉴的相关资料，规划年（2020年）的单位水效益见表3.表2 2020规划年不同用水户的需水量Tab.2 Water demand of different users in 2020 planning year （×108 m3）用水户最大需水量最小需水量工业4.005 2.563生活 1.554 1.021生态环境 1.243 1.188农业 16.897 11.855合计 23.699 16.627表3 石羊河流域工业、农业和生态单位水效益Tab.3 Unit water benefit ofindustrial，agricultural and ecological users of Shiyang River basin用水户总产值/亿元用水量/（万 m3）单位水效益/（元/m3）工业 801.06 28 527 280.808农业 587.30 87 510 67.112生态 196.10 8 433 232.5393.1 模型求解根据该流域的水源和用户情况，优先保证生活用水和生态用水，尽量减少地下水的开采量.本文是通过Matlab软件调用遗传算法工具箱进行求解，多目标遗传算法参数为：种群数取50，进化代数2 000，交叉率为0.8，变异率为0.01.根据效益值的大小选出7种优化配置方案，其优化配置结果见表4.从表4分析来看：从单位用水效益考虑，工业用水最明显，农业用水次之，生态环境用水最差，但从社会效益来看，农业用水和生态环境用水大于工业用水；经过这7个方案的对比分析，方案配置用水的不同主要体现在农业用水上，其农业用水量是最大的；方案一的用水量是这7个方案中最大且达到20.024亿m3，但未超过该流域可供水量，因此所选这些方案可作为备选方案.3.2 结果评价利用上述优化配置的结果，剔除影响较小的评价因子x32、x23、x33，构造成7个方案9个属性的决策矩阵.经过求解计算贴近度为（0.686 9，0.109 7，0.882 8，0.100 0，0.531 2，0.452 0，0.080 1），按评价值的优劣对方案进行排序可得：方案3＞方案1＞方案5＞方案6＞方案2＞方案4＞方案7，方案3贴近度最大，因此方案3为最优方案，其剩余水量均摊给工业、生活、生态环境和农业这4个用户，该方案可作为石羊河流域水资源优化配置依据.表4 石羊河流域水资源优化方案Tab.4 The optimization allocation options of water resources of Shiyang River basin （×108 m3）决策变量方案1 方案2 方案3 方案4 方案5 方案6 方案7 x11 1.872 2.163 2.057 2.0482.042 2.227 2.071 x2 1 1.344 1.355 1.206 1.284 1.409 1.401 1.229 x3 1 0.020 0.136 0.079 0.012 0.102 0.168 0.101 x12 0.780 0.847 0.801 0.825 0.780 0.808 0.837 x22 0.241 0.241 0.242 0.219 0.2410.246 0.212 x32 0.001 0.003 0.003 0.005 0.007 0.004 0.008 x131.197 1.204 1.197 1.197 1.214 1.212 1.186 x23 0.001 0.003 0.003 0.001 0.001 0.003 0.001 x33 0.000 0.003 0.000 0.001 0.005 0.005 0.002 x14 8.709 6.166 7.500 7.273 6.206 6.117 7.904 x24 4.9554.925 4.9665.048 4.901 4.859 5.100 x34 0.904 0.927 0.960 1.040 0.825 0.913 1.008总计 20.024 17.973 19.014 18.953 17.733 17.963 19.6594 结论1）在综合考虑经济、社会、生态等因素的基础上，建立了基于生活、工业、生态环境和农业用户的水资源多目标优化模型，并通过多目标遗传算法求解并应用TOPSIS模型评价得出最优配置方案.2）优化配置的模型求解技术是影响模型应用的一个重要方面，本文采用的方法得出的求解结果合理可行，有助于在基层水利部门推广应用.3）TOPSIS法是方案优劣程度判定的有效方法，可以直接运用数据进行分析计算，与量纲和维数无关，同时也避免了像层次分析法等的主观评价因素，增加了评价的可信度.运用TOPSIS模型对多目标遗传算法求解得到的7个方案进行排序评价，结果表明方案3为最优方案，这与石羊河流域目前的现实需求是吻合的，也符合流域综合规划的原则，以期为石羊河流域水资源优化配置提供理论依据.参考文献：［1］环境水利研究会.环境水利论文选编：第八集［C］.北京：水利水电出版社，1995：68-71.［2］粟晓玲，康绍忠，石培泽.干旱区面向生态的水资源合理配置模型与应用［J］.水利学报，2008，39（9）：1111-1117.［3］马国军，林栋，刘君娣，等.基于多目标分析的石羊河流域水资源优化配置研究［J］.中国沙漠，2008，28（1）：191-194.［4］宋明伟，张仁陟，李宗礼，等.石羊河流域河流系统生态环境蓄水量概算［J］.水土保持学报，2007，21（5）：137-140.［5］李元红，胡想全，王军德.石羊河流域民勤县生态安全评价研究［J］.人民黄河，32（10）：9-13.［6］魏晓妹，康绍忠，马岚.石羊河流域绿洲农业发展对水资源转化的影响及其生态环境效应［J］.灌溉排水学报，2006，25（4）：28-32.［7］粟晓玲，康绍忠.石羊河流域多目标水资源配置模型及其应用［J］.农业工程学报，2009，25（11）：128-132.［8］胡立堂，王忠静，ROBIN W，等.改进的 WEAP模型在水资源管理中的应用［J］.水利学报，2009，40（2）：173-179.［9］陈南祥，李跃鹏，徐晨光.基于多目标遗传算法的水资源优化配置［J］.水利学报，2006，37（3）：308-313.［10］陈珽.决策分析［M］.北京：科学出版社，1987：184-186.［11］甘肃省水利水电勘察设计研究院.石羊河流域重点治理规划［R］.北京：清华大学，2007.。
渭河流域降水时空变化与干旱特征分析
渭河流域降水时空变化与干旱特征分析刘梅;魏加华;王峰【摘要】The Wei River Basin is located at a typical frail zone of ecological environment in the east part of northwest China, where frequent drought disasters become the major factor which restricts the sustainable development of regional economy, es-pecially the agricultural economy. Therefore,it is important study the high and lowwater changes of precipitation and drought characteristics in the basin to understand the cause and development lawof drought. Based on the precipitation data froM14 typ-ical weather stations,according to the methods such as Mann-Kendall trend test,frequency analysis,differential curve, and runs analysis, variation trends of precipitation and less water probability characteristics were analyzed. The results showed that:(1) precipitationhasasignificantlydecreasingtrend,especialyinspringandautumn intherecent40years,whichincreasestheoc-curring possibility of regionaldrought;(2) theprecipitation processpresents thewet-dry alternating phenomenon,continualwet years and dry years occurring and overlapping frequently,which indicates that the drought and flood may coexist in one year;(3) theoccurrenceprobabilityofcontinualdryyearsishigherthanthatofcontinualw etyears,andlesswaterperiodcanlastfor2to3years,whichleadstodroughtwithlargerintensity;and(4) thefrequencyandintensityofdroughteventshaveanincreas-ing trend in WeiRiver Basin since 1991. Therefore, it should be paid high attention to the bigger threat of agricultural develop-ment and water safety in t he future.%以渭河流域14个典型气象站降水资料为基础,应用M ann-K endal 趋势检验法、频率分析法、差积曲线法以及游程分析法对研究区的降水变化规律及少水概率特征进行了研究。
基于栅格数据在水资源评价水资源量计算中的应用
基于栅格数据在水资源评价水资源量计算中的应用作者：孙永寿李燕来源：《安徽农业科学》2022年第10期摘要水资源调查评价中降水量、地表水资源量计算是水资源评价的重要组成部分，对于监测站点稀少、地形起伏差异大、山区平原相间的地区来说，通过绘制等值线，量算分区水资源量，仍是目前水资源评价的主要技术手段。
青海省第三次水资源评价基于影像、DEM等地形数据的应用，对等值线绘制技术和水资源量计算方法进行深入分析，并与以往成果进行差异分析，對存在问题和解决办法进行深入研究，提出栅格化等值线计算水资源量的新方法，通过矢量、栅格数据处理，制作数据模型，计算区域水资源量，其评价成果质量、精度和效率较以往有明显提高。
关键词等值线栅格;水资源评价;水资源量;差异分析;计算方法;应用中图分类号 P333 文献标识码 A文章编号 0517-6611（2022）10-0185-05doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.10.042Application of Grid Data in Calculation of Water Resources Quantity in Water Resources EvaluationSUN Yong-shou，LI Yan （Hydrological and Water Resources Forecast Center of Qinghai Province，Xining，Qinghai 810001）Abstract The calculation of precipitation and surface water resources is an important part of water resources evaluation in water resources investigation and evaluation. For the areas with few monitoring stations，great difference in topographic relief and alternating mountains and plains，it isstill the main technical means of water resources evaluation to measure and calculate the water resources by drawing contour lines. The third water resources assessment of Qinghai Province was based on the application of image，DEM and other topographic data. The drawing technology of contour and the calculation method of water resources were analyzed in depth. The differences between the results and the previous results were analyzed. The existing problems and solutions were studied in depth. A new method of grid contour calculation of water resources was proposed.Through vector and raster data processing，data models were made to calculate regional water resources. The quality，accuracy and efficiency of the evaluation results were significantly improved compared with the past.Key words Gridding isoline;Water resources evaluation;Water resources;Difference analysis;Calculation method;Application基金项目青海省“高端创新人才千人计划”项目;第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2019QZKK0203-07）。
陕西省渭河流域水资源评价及有效利用方法研究的开题报告
陕西省渭河流域水资源评价及有效利用方法研究的开题报告一、选题背景和意义随着经济社会的发展和人口的不断增长，渭河流域水资源的供需矛盾愈发突出，水资源的紧缺性日益凸显，而这也是制约沿江省经济和社会发展的一个重要因素。
因此，研究渭河流域水资源的评价与有效利用方法具有重要的理论意义和现实意义。
本研究拟采用多种方法，对渭河流域的水资源进行充分评价，揭示渭河流域的水资源开发利用状况，进而提出一些合理的有效利用方法，为渭河流域水资源的保护和调控提供科学依据，促进渭河流域可持续发展。
二、研究内容和方法1. 研究区域概况：详细介绍渭河流域的地理位置、地形地貌、气候、水文等基本情况，为后期的水资源评价、利用方法的制定提供基础数据；2. 水资源评价：通过对渭河流域水资源的总量、质量、分配、利用、管理等方面进行评价，分析渭河流域水资源的优势与不足，为制定水资源利用方法提供依据；3. 水资源开发利用状况分析：通过对渭河流域当前各种水资源的开发利用现状及影响因素进行分析，找出目前存在的问题并提出合理的改进措施；4. 水资源利用方法研究：基于水资源评价和开发利用现状分析，提出适合不同情况下的水资源利用方法，包括水资源节约与水污染治理，以期实现绿色发展；5. 策略建议：针对水资源评价和开发利用现状的分析结果，提出可行性较高的策略，促进渭河流域水资源的保护和调控，为未来渭河流域可持续发展提供借鉴参考。
三、预期成果和意义1. 对渭河流域水资源的评价，揭示渭河流域的水资源开发利用状况，为渭河流域水资源的保护和调控提供科学依据；2. 提出一些合理的有效利用方法，促进渭河流域水资源的可持续发展；3. 对于研究区域水资源的科学利用与管理，提高了结论的可信度，为相关学科领域提供参考。
4. 为沿江省经济和社会发展提供对策和建议，为可持续发展作出贡献。
基于TOPSIS法的区域水资源承载力预测评价——以陕西省关中地区为例
第15卷第3期2008年6月水土保持研究Re sear ch of So il and Water Co nser vatio nVo l.15,N o.3Jun.,2008 基于TO PSIS法的区域水资源承载力预测评价＊———以陕西省关中地区为例王 江1,李 靖2,魏红义1,田 鹏1(1.西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨陵 712100;2.西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨陵 712100)摘 要:应用多目标决策的T OP SIS法,对陕西省关中地区水资源承载力进行预测性评价,分析关中地区未来水资源开发利用的合理性及规划方案的可行性。
结果表明:关中地区的水资源承载力均处于Ⅱ-Ⅲ级,相对较低,并趋近于Ⅲ级极限值。
可见,该区未来经济发展规划的期望值虽与水资源“承载力”各项指标相接近,但相对较低的水资源承载力势必给区域生态环境造成极大的压力。
故在该地区未来水资源规划中,应充分考虑水资源开发、利用给生态环境带来的影响,在加大黄河过境水利用以及两江调水的基础上,更应加强节水、废污水处理和水的重复利用。
该文采用T O PSIS评价模型,评价结果与模糊综合评判法基本一致。
而TO PSIS法更具实用性和可操作性。
关键词:T O PSIS法;水资源承载力;预测性评价中图分类号:T V213 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2008)03-0161-03The Forecast Evaluation of Water Resources Carrying Capacity ofRegional Water Resources Based on T OPSIS Model-A Case Study of Guanzhong Region in Shaanxi Pro vinceWANG Jiang,LI Jing,W EI H ong-y i,T IAN Peng(1.College o f Resources and Environment,Nor thwest A﹠F Uniwers ity,Yangling,Shaanxi 712100,China;2.College o fWater Resources and A rchitectur al Engineering,Nor thwest A﹠F Uniwersity,Yangling,Shaanxi 712100,China)A bstract:Wa te r resources car rying capacity relates to the pr oblem of w ater re sour ces security closely and becomes an emphases of w ater re so urce s study which has impor tant effect on the wa te r utilized and co nfigured reasonably in the future.T O PSIS mo del was cited in this paper to make a fo recast evalua tion on w ater resources car rying capacity in Guanzhong area in Shaanxi pro v-ince.T he results demo nstr ated that the deve lopment of w ater re so urce s is satisfied with the requirment in this reg io n in the fu-ture.But r athe r lo wer resources ca rry ing capacity w ill be threa ted the local ecolog y environment.T O PSIS model adopted in this study is no t o nly tha t the conclusio n is similar with fuzzy comprehensiv e ev aluatio n but aslo the o preatatio n is mo re easy. Key words:T OP SIS;w ater re so urce car rying capacity;for ecast evaluation 区域水资源承载力是指在可预见的技术、经济和社会生产条件下,水资源可供给工农业生产、人民生活和生态环境保护等用水的能力。
基于流域水循环模型的广义水资源评价(Ⅱ)——黄河流域应用
件下 的水资源评 价结果对 比分析 表明 ， 水土保 持 、 田建设 及取用水活动等 引起 的下 垫 面条件 变化 ， 得流 域狭义 农 使
水 资源 总 量 减 少 （ 表 水 减 少 但 不 重 复 地 下水 增 加 ）广 义 水 资 源 总 量 增 加 ， 土 保 持 及 农 田 建 设 增 加 的 降 水 高 效 地 、 水
水 偏少有 关 ， 又与 强烈 的人 类 活动 影响 ， 别 是与 用水 增长 （ 表 １ 和土地覆 被 变化 （ 表 ２ 密 不可 分 。 特 见 ） 见 ）
人类 活 动不仅 改变 了水 循环 过 程 ， 同时对水 资 源 的数 量 、 成 和利 用 产生 重 大影 响 。 构
表 １ 黄 河 流 域 用 水 分 类统 计 （ 位 ： ｍ ） 单 万 ３
收 稿 日期 ：０５０ ．２ ２０ ．９１
基金项 目： 国家重点 基础研究发展 规划项 目（ １９０ ３０ ） 中国水科院科 研专项（ Ｇ ９９４６ ２ ； 资集 ０ Ｚ ０ ） ５ Ｄ １ 作者简介 ： 贾仰 文（９７ ， ， １５ 一） 男 山东成武人 ． 教授级高级工程师 ， ， 博： 主要从事水文水资源学研 究 。Ｅｍ ｉ ｊｙ ＠ｉｈ ．ｏ －ａｌ ｉ ｗ ｗ ｒｃｍ ：ａ
表 ２ 黄 河 流 域 １８ 及 ２０ 土 地 利 用 分 类 统 计 （ 位 ：ｍ ） ９５年 ００年 单 ｋ２
除 土地 利用 外 ， 应用 ＷＥ — 型需要 的 输入 数 据处 理还 包 括 ： １ 河 网 水 系生 成 、 Ｐ Ｌ模 （） 子流 域划 分 及 其 编码 ， 本计 算 单元 （ 基 等高带 ） 的划定 与计算 顺 序 的确 定 ； ２ １４ 雨量 站 和 ２ ２个 气 象站 １５ ２０ （ ）０ ５个 １ ９ ６ ００
基于SD模型的水资源承载力计算理论研究——以青海共和盆地水资源承载力研究为例
第16卷第3期2005年 9月水资源与水工程学报Jo urnal o f Water Reso urces&Water Eng ineeringV o l.16No.3Sep.,2005基于SD模型的水资源承载力计算理论研究——以青海共和盆地水资源承载力研究为例王薇,雷学东,余新晓,陈丽华(北京林业大学,北京100083)摘 要:从水资源承载力计算的研究现状入手,采用系统动力学仿真模型(SD M WR CCB,简称SD模型)进行水资源承载力定量计算。
在对该方法建模思路以及对共和盆地水资源环境系统构成分析的基础上,建立了共和盆地水资源承载力模型,该模型的建立为进一步进行共和盆地水资源承载力的定量研究提供了必要的手段。
关键词:水资源承载力;系统动力学方法;SD模型;共和盆地中图分类号:T V214 文献标识码:A 文章编号:1672-643X(2005)03-0011-05Study on the region carrying capacity of water resources basedon system dynamics(SD)modelWANG Wei,LEI Xue-dong,YU Xin-xiao,CHEN Li-hua(Beij ing Forest University,Beij ing100083,China) Abstract:T he paper starts w ith the calculation of the region w ater resources carry ing capacity(RWR-CC).And it refers to the pro gramm ing metho d combining the qualitative analysis w ith the sy stem dy-nam ics metho d.Based on the analysis on the metho d and the Go ng he w ater resour ces env ir onment sy s-tem,the Gonghe co unty w ater resour ces model is established,w hich provides the necessary m eans to study quantificatio nally the w ater resources of Gonghe county.Key words:region water resources carry ing capacity;methods o n system dy nam ics;SD model;Go ng he basin 水资源承载能力计算的方法主要包括规划方法和系统动力学方法。
基于SWAT模型的渭河流域干旱时空分布_赵安周
基于SWAT模型的渭河流域干旱时空分布赵安周1,2,3，刘宪锋1,2，朱秀芳1,2*，潘耀忠1,2，李宜展1,2(1.北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室，北京100875；2.北京师范大学资源学院，北京100875；3.河北工程大学资源学院，河北邯郸056038)摘要：以渭河流域为例，从流域水文循环的角度出发，在SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型和Palmer干旱指数(Palmer Drought Severity Index)原理的基础上提出了干旱分析模型SWAT-PDSI，对渭河流域干旱的时空演变规律和发生频率进行了分析。
研究结果表明：①经率定和验证的SWAT模型能够较好地模拟渭河流域的水文变化过程；②利用SWAT-PDSI对典型干旱事件(1995年干旱)的评估结果显示，该模型能较好地反映渭河流域干旱的时空差异和变化规律；③渭河流域、渭河干流和泾河流域均表现为变干的趋势，而北洛河流域表现为变湿的趋势，但均未通过95%的置信水平检验；④渭河流域多数子流域的SWAT-PDSI多年平均值处于-1~1，说明该流域多数地区处于正常状态；⑤渭河流域北部的北洛河流域和泾河流域的上游地区易发生干旱，发生中等以上、严重以上和极端干旱事件的频率最高。
关键词：SWAT模型；PDSI；干旱评价；渭河流域1引言干旱是一种严重的自然灾害，也是最复杂、对人类危害较大的一种自然灾害，严重阻碍了人类社会经济的可持续发展，分析干旱发生的时空分布规律和发生频率对于流域社会经济的发展具有重要意义(Dai et al,2004;He et al,2011;韩兰英等, 2014)。
然而，干旱的形成是一个缓慢的过程，其影响因素众多，不仅与降水有关，还与地区的温度、土壤类型、作物类型以及水资源开采等众多因素密切相关(Agboma et al,2009;Al-Qinna et al,2011)。
基于SD模型城市水资源利用的模拟研究
基于SD模型城市水资源利用的模拟研究建立了城市生态系统水资源利用的SD模型，分析了水资源利用与城市未来发展的关系。
以抚顺市为例，设计了四种模式，预测并分析了2011-2020年水资源的利用情况，为城市水资源合理利用提供了一定的理论指导。
标签：城市生态系统；水资源；SD模型当今社会，经济高速发展，人口剧增，水资源消耗、污染日益严重，研究水资源的持续利用和良性循环对城市发展有着重要的意义。
研究方法主要有静态分析法[1]和动态分析法[2]。
不同学者从城市水资源利用[3]、管理和水需求[4-5]、农业生产[6-7]等单一角度进行了分析。
而对于复杂的城市生态水资源利用系统，应充分考虑人口、工业、资源等综合因素的影响，而不宜单一考虑某一因素。
基于此，本文耦合水资源、人口、经济及生态环境，建立城市生态系统水资源利用的SD模型，并以资源枯竭型城市——抚顺市为例，系统分析并预测该市水资源利用情况，为水资源合理利用提供一定的理论指导。
1 研究方法1.1 研究区域及模型建立2009年底，抚顺市地表水资源20.22亿立方米，地下水资源4.73亿立方米；年均降水量750-850mm；入境水量1.18亿立方米，出境水量22.05亿立方米。
2004年综合耗水率62%，2009年65.4%，高于全国综合耗水率（2009年53%）。
SD模型包括资源系统、人口子系统、经济子系统、生态环境子系统四大系统，如图1所示。
1.2 方案设计1.2.1 自然发展模式。
以2004-2010年供水增长量为参照标准，其他不变。
1.2.2 经济发展模式。
根据“十二五”规划，2020年提高二产GDP增速到18%，城市化率提高到75%，农田灌溉面积增长率提高到1%，其他不变。
1.2.3 资源环境保护模式。
2020年，废水达标率提高到95%，二产GDP增速15%，绿地面积覆盖率42.5%，其他不变。
1.2.4 综合发展模式。
废水处理率、废水回用率等与资源环境保护模式相同，提高经济增速到16.5%，高城镇化率到70%，其他不变。
渭河基流保障生态补偿及调度方案层次化分析
渭河基流保障生态补偿及调度方案层次化分析作者：刘铁龙来源：《人民黄河》2020年第03期摘要：随着生态文明建设的推进和陕西省渭河全线综合整治工程的实施，渭河生态流量保障成为渭河生态系统修复面临的迫切需求。
针对渭河干流宝鸡峡至魏家堡河段生态流量保证率低的问题，基于层次化需水理论方法和利益相关方解析，研究适用于该河段水利工程特点和生态环境状况的河道基流生态补偿和调度方案。
通过研究，提出了渭河流域农业、工业、生活、生态等不同类型用水的优先等级，综合确定了层次化的生态环境需水和经济社会需水保障次序;在此基础上，基于不同情景下利益相关方损益分析，按照基于最小生态流量的水生态保障义务、基于低限生态流量的水生态补偿过渡、基于适宜生态流量的水生态补偿责任3个层次，提出了渭河宝鸡段水生态补偿机制，并提出了不同情景下的生态流量调度方案和具体补偿措施。
关键词：层次化需水;生态补偿;调度方案;渭河中图分类号：TV213.4 文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.03.007Hierarchical Analysis of Ecological Compensation and Dispatching SchemeGuaranteed by the Base Flow of the Weihe RiverLIU Tielong（Shaanxi Provincial River Reservoir Management Bureau，Xi’an 710018， China）Abstract：How to guarantee the ecological flow is an urgent issue in the restoration of river ecosystem in the context of ecological civilization construction and comprehensive regulation project of the Weihe River in Shaanxi Province. The paper carried out ecological compensation and dispatching schemes for the river reach from Baojixia to Weijiapu based on the theory of hierarchical water demand and stakeholders analysis to promote ecological flow guarantee rate. Firstly， the overall sequence of hierarchical socio-economic and eco-environmental water use was brought forward based on the priority of agriculture， industry， domestic and ecological water use. Then，water ecological compensation mechanism was carried out according to the cost and benefit analysis of stakeholders， including ecological obligation for the minimum ecological flow， transitional ecological compensation for the low limit of ecological flow， and comprehensive ecological compensation for appropriate ecological flow. The corresponding ecological compensation and dispatching schemes were also put forward.Key words： hierarchical water demand; ecological compensation; dispatching scheme; Weihe River1 引言我國日益重视生态文明建设。
黄河流域生态环境协作治理中的条块相济以渭河为例
The Integration of Functional Lines and Territorial Jurisdictions in Yellow River Basin Collaborative Governance: A Case Study of Weihe River 作者： 崔晶[1];毕馨雨[1];杨涵羽[2]
作者机构： [1]中央财经大学政府管理学院;[2]中央财经大学青年科研创新团队
出版物刊名： 改革
页码： 145-155页
年卷期： 2021年 第10期
主题词： 协作治理;流域治理;条块关系;黄河流域高质量发展
摘要：面对日益迫切的流域生态治理需求,依托"科层制"的纵向流域治理体系已经难以满足流域发展的需要,横向府际和部门间协作逐渐成为黄河流域生态环境治理中的重要议题.然而,流域协作治理中依然面临着地方政府间和政府各部门之间利益分配难以达成共识、流域协调机构难以履行协调职能等治理困境.以黄河最大的支流渭河为例,探讨流域内"条块"关系的调适对流域协作治理机制的影响,分析如何对流域横向协调机构进行权力与资源的合理匹配.应从赋予流域协调机构更多的权力和职能、完善"条块"协作的法律体系、保障协作制度的自我更新能力三方面来调和"条块"关系,推动流域协作治理的发展.。
基于混合进化算法的渭河流域(宝鸡段)水资源优化配置研究
Development and Innovation | 发展与创新 |·245·2020年第21期基于混合进化算法的渭河流域（宝鸡段）水资源优化配置研究*刘淳安，邢 星（宝鸡文理学院数学与信息科学学院，陕西 宝鸡 721013）摘 要：内在并行机制和全局优化是微分进化算法的两个重要特性，但算法后期搜索易陷入局部最优。
为此，文章通过对搜索空间进行划分，采用一种混合进化算法，能够较好地避免算法早熟现象的发生。
水资源优化配置问题多目标、难求解，可将其模拟为生物进化问题，通过选择、交叉、变异来产生新群体，进而完成水资源的优化配置。
从优化结果可以看出此算法在水资源优化配置中的运用是成功的。
关键词：混合进化算法；水资源；优化配置中图分类号：TV213.4 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2020）21-0245-03基金项目：宝鸡市科技局项目（2018-JH17）；陕西省教育厅自然科学专项（20JK0485）作者简介：刘淳安，男，博士，教授，研究方向为最优化、进化计算及其应用。
通信作者：邢星，男，硕士，讲师，研究方向为智能优化算法及其应用。
1 研究背景“以需定供”和“以供定需”的水资源优化配置理论提出的时间最早，为了求解的便利，不统一考虑需求和供给。
但基于宏观经济的水资源配置理论要求区域经济发展水平必须和需求供给达到动态平衡。
可持续发展配置理论兴起最晚，它相较于基于宏观经济的水资源配置理论，又有了进一步的发展和进步。
它综合了人口、资源、经济和环境各方面的要素，强调这些要素的协调发展，但目前该配置理论仅停留在理论分析上。
以上就是水资源配置理论的主要体系[1]。
在某个特定流域（区域）内，针对有限的、不同形式的水资源采取工程和非工程的措施，进行科学合理的分配，是水资源优化配置的主要内容。
为此流域（区域）的生产、生活、生态等提供优质可靠的水源，从而获得包括经济、社会、生态利益在内的更好的综合效益，让有限的水资源能够利用得更加充分合理，同时保障经济、社会、生态协调发展，进而实现水资源的可持续利用是水资源优化配置的重要目标。
基于SD模型下的流域水资源-社会经济系统时空协同分析——以渭河流域关中段为例
基于SD模型下的流域水资源-社会经济系统时空协同分析—
—以渭河流域关中段为例
李同升;徐冬平
【期刊名称】《地理科学》
【年(卷),期】2006(26)5
【摘要】以渭河流域关中段为例,以SD方法分别建立PRD系统线性增长模型、反馈增长模型和调水耦合模型,并采用Venp le软件进行系统仿真,结果显示:基于政府规划目标的线性增长模型是社会经济高速发展模式,但区内水资源供给与需求之间的缺口会持续加大;反馈增长模型可根据流域内水资源承载力状况调整社会经济发展目标,但难以完成关中地区所承担的发展和带动使命;调水耦合模型引入了区外水资源,地区缺水状况得到明显改善,社会经济发展保持较高的增长速度,是解决关中地区PRD问题有效途径,而调水工程和社会经济之间的协同则是近期需要解决的关键问题。
【总页数】6页(P551-556)
【关键词】PRD系统;SD模型;时空协同;渭河流域
【作者】李同升;徐冬平
【作者单位】西北大学城市与资源学系;西安理工大学水利水电学院
【正文语种】中文
【中图分类】X21
【相关文献】
1.渭河流域水资源与社会经济发展分析研究 [J], 马玉龙
2.渭河流域关中段工业用水效益分摊系数及效益的时空变化研究 [J], 成波;李怀恩;徐梅梅
3.基于InVEST模型的渭河流域干支流生态系统服务时空演变特征分析 [J], 李子;张艳芳
4.陕西关中地区水资源—社会经济系统时空协同分析 [J], 徐冬平;李同升
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基于流域水循环模型的广义水资源评价_黄河流域应用
2006年10月水 利 学 报SH UI LI X UE BAO第37卷 第10期收稿日期:2005209212基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G 1999043602);中国水科院科研专项(资集05Z D01)作者简介:贾仰文(1957-),男,山东成武人,教授级高级工程师,博士,主要从事水文水资源学研究。
E 2mail :jiayw @文章编号:055929350(2006)1021181207基于流域水循环模型的广义水资源评价(Ⅱ)———黄河流域应用贾仰文,王浩,仇亚琴,周祖昊(中国水利水电科学研究院水资源研究所,北京 100044)摘要:本文介绍了WEP -L 模型在黄河流域的应用情况,包括输入数据处理、参数估算与模型验证,以及广义水资源初步评价成果。
应用结果表明,所提出的模型和方法,能够评价径流性水资源、生态系统利用的雨水资源及其构成,能够分析在强烈人类活动影响下黄河流域广义水资源与构成所发生的显著变化。
1985年及2000年下垫面条件下的水资源评价结果对比分析表明,水土保持、农田建设及取用水活动等引起的下垫面条件变化,使得流域狭义水资源总量减少(地表水减少但不重复地下水增加)、广义水资源总量增加,水土保持及农田建设增加的降水高效利用量远大于其减少的径流性水资源量。
最后讨论了成果对黄河流域水安全战略和水资源可持续高效利用的一些启示。
关键词:流域水循环;分布式模型;广义水资源评价;人类活动影响;黄河流域;WEP 2L 中图分类号:T V213文献标识码:A1 输入数据及其处理本文将基于流域水循环模型的广义水资源评价方法[1]在黄河流域进行了初步应用。
20世纪90年代以来,黄河流域水资源严重短缺,生态环境恶化,下游断流持续时间越来越长。
这种状况既与近年降水偏少有关,又与强烈的人类活动影响,特别是与用水增长(见表1)和土地覆被变化(见表2)密不可分。
人类活动不仅改变了水循环过程,同时对水资源的数量、构成和利用产生重大影响。
基于分布式水文模型的水源涵养不同功能评估方法——以渭河涵养区为例
基于分布式水文模型的水源涵养不同功能评估方法——以渭河涵养区为例王东东;贾仰文;牛存稳;岁姚炳;燕翔【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2024(44)10【摘要】为了实现水源涵养量计算和不同功能的综合评估,基于分布式水文模型(WEP-L)提出了一种新方法,即利用WEP-L模型计算次降水过程中降水量和地表产流、冠层截留量的差值作为水源涵养量,并分别评估削洪(地表径流量)、补枯(地下径流量)、维持植被生态系统用水(植被蒸腾量)等不同水源涵养功能的评估方法。
为了验证该方法的合理性,以渭河流域咸阳站以上区域为例,对比了该方法和InVEST模型方法的计算结果,由于两种方法在评估内容和使用模型上都存在差异,为了保证计算结果的可比性,先对比了基于相同评价内容的WEP-L模型法I和InVEST模型方法,再对比了基于不同评价内容的WEP-L模型法I和WEP-L模型法II,结论如下:基于相同评价内容的WEP模型法I和InVEST模型法计算结果数值接近,研究区2000—2018年水源涵养量年均值分别为12.43 mm(5.76亿m~3)和12.08 mm(5.6亿m~3),两种方法所得结果空间分布特征相似,稍有差异之处与InVEST模型的参数没有经过本地化处理有关;基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法II计算结果数值相差较大,研究区2000—2018年水源涵养量均值分别为12.43 mm和432.57 mm,空间分布特征上有差异的地方分布于研究区的北部、东部及东北部,主要与两种方法评价时是否考虑蒸散发有关。
WEP-L模型法II评估结果中削洪、补枯、维持植被生态系统用水等功能多年变化趋势分别为:2006—2010年期间增加、2012年以后下降以及增加。
2012年后补枯功能和维持植被生态系统用水功能之间可能存在权衡关系。
通过不同方法计算结果差异原因分析,证明了基于WEP-L模型的不同涵养功能评估方法的合理性,其结果也可为渭河涵养区水资源和生态保护策略的制定提供更多依据。
基于SD模型的张掖盆地水资源生态足迹核算与预测
基于SD模型的张掖盆地水资源生态足迹核算与预测秦欢欢;黄丽想【期刊名称】《水资源与水工程学报》【年(卷),期】2024(35)1【摘要】根据水资源生态足迹模型,通过构建张掖盆地水资源利用SD模型,设计5类不同情景来核算和预测现状(2000—2020年)和未来(2021—2050年)张掖盆地水资源生态足迹和生态承载力。
结果表明:对于现状,人均水资源生态足迹、生态承载力和生态盈亏均值分别为3.517、0.272和-3.245 hm^(2)/人,水资源生态压力指数和生态足迹强度均值分别为12.969和2.822 hm^(2)/104元;农业用水在张掖盆地水资源生态足迹核算中占绝对优势但占比在下降,农业领域是节水的重点且潜能较大;水资源生态足迹强度明显下降(降幅90.21%),证明了张掖盆地用水效率的上升;张掖盆地的水资源利用压力较大。
平均而言,预测期内张掖盆地不同情景中人均水资源生态足迹均大于人均水资源生态承载力,由此导致人均水资源生态亏损的出现;各情景下水资源生态压力指数和生态足迹强度均值分别为12.932、13.483、10.055、12.698和9.846及0.281、0.206、0.201、0.281和0.196hm^(2)/104元,未来时间里张掖盆地的水资源利用仍然处于不安全的状态。
2021—2050年张掖盆地无法有效缓解水资源利用紧张的状况,需采用经济发展与水资源保护兼顾的发展方案,推荐政府部门采用情景ZS 5。
因此,张掖盆地未来水资源利用需要全社会、各部门的通力合作,不断提高水资源利用效率,大力推进节约用水措施和技术的普及与应用,才能确保水资源的可持续利用。
【总页数】11页(P37-46)【作者】秦欢欢;黄丽想【作者单位】东华理工大学核资源与环境国家重点实验室;东华理工大学水资源与环境工程学院【正文语种】中文【中图分类】TV213.4【相关文献】1.新疆水资源生态足迹核算与预测2.基于灰色神经网络模型的水资源生态足迹预测r——以广西为例3.山西省水资源生态足迹核算与预测研究4.基于SD模型的水资源承载力计算理论研究——以青海共和盆地水资源承载力研究为例5.基于生态足迹和SD模型的山东省水资源可持续利用评价因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于地理信息的渭河流域陕西片降雨径流模拟
基于地理信息的渭河流域陕西片降雨径流模拟
张荔;解宝民;王晓昌
【期刊名称】《西安科技大学学报》
【年(卷),期】2007(027)003
【摘要】径流模拟通常基于流域地形、土地利用、土壤类型等信息数据,以及水文气象资料.以渭河流域陕西片为计算实例,分析了流域地形、土壤类型、土地利用、前期土壤湿润程度等地理信息参数,按照地理信息层叠加方法划分径流模拟计算单元,应用SCS模型模拟径流过程.同时,结合降雨特性及主要降雨形式分析,给出降雨量与径流量的相关关系.结果表明:径流模拟值与实测径流趋势具有较好的一致性,说明模型确定的地理参数较为合理,可以应用于关中平原典型流域的径流模拟.
【总页数】5页(P396-400)
【作者】张荔;解宝民;王晓昌
【作者单位】西安建筑科技大学,环境与市政工程学院,陕西,西安,710055;西安建筑科技大学,环境与市政工程学院,陕西,西安,710055;西安建筑科技大学,环境与市政工程学院,陕西,西安,710055
【正文语种】中文
【中图分类】X522
【相关文献】
1.基于SWAT模型的渭河流域分区径流模拟研究 [J], 黎云云;畅建霞;金文婷;郭爱军;王东林
2.渭河流域陕西片降雨径流及水环境特性分析 [J], 张荔;王晓昌
3.基于长短时记忆神经网络(LSTM)的降雨径流模拟及预报 [J], 殷兆凯; 廖卫红; 王若佳; 雷晓辉
4.基于浑河流域降雨径流模拟研究 [J], 李庆昕[1]
5.降雨对渭河流域陕西片径流的影响鉴别 [J], 张荔;郝利霞;巩文霞
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城市中保障河流生态基流的可行性与方法研究——以渭河流域关中段典型城市为例
城市中保障河流生态基流的可行性与方法研究——以渭河流
域关中段典型城市为例
张薇;王文科;张倩;王宇航
【期刊名称】《西北大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(044)003
【摘要】保障河流生态基流,保护河流生态环境.通过对傍河城市降雨资源的调蓄,减少城市生产生活对河流径流量的索取,从而保障河流生态基流量.借鉴国内外城市降雨资源的开发利用方法,提出了傍河城市保障河流生态基流的基本原则.计算出不同频率年可利用降雨量与城市总用水量以及生态用水量的比例关系.从3方面提出了傍河城市保障河流生态基流的方法.城市降雨资源化后可以极大地满足城市生态环境用水量,即使在枯水年和特枯年,城市降雨资源量对生态环境用水量的保障率也在70％以上.
【总页数】4页(P495-498)
【作者】张薇;王文科;张倩;王宇航
【作者单位】长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710054;长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710054;长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710054;长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710054
【正文语种】中文
【中图分类】P641
【相关文献】
1.我国北方城市河流生态治理——以渭河流域皂河为例 [J], 胡梦云;何国富
2.基于OWA多属性决策的生态系统服务最优保护区选择研究\r——以渭河流域(关天段)为例 [J], 张渝萌;李晶;曾莉;杨晓楠;刘婧雅;周自翔
3.基于渭河流域西安段城市防洪的生态建设研究 [J], 张立
4.谈聊城市徒骇河马颊河生态基流保障措施 [J], 叶晓宁
5.基于生态水文法的城市河流生态基流综合评估 [J], 王鸿翔;张爱民;郭文献;郭科因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
渭河流域水资源供需平衡空间分异特征研究
渭河流域水资源供需平衡空间分异特征研究
刘燕;胡安焱
【期刊名称】《干旱区资源与环境》
【年(卷),期】2008(22)3
【摘要】本文在分析了渭河流域水资源利用分区的水资源、社会和经济空间分布基本特征的基础上,对不同水平年条件下渭河流域水资源供需平衡的空间分异特征进行了探讨,并对其分异原因进行剖析,最后针对各水资源利用分区的实际情况提出了相应的水资源开发利用模式,为实现渭河流域水资源和社会经济的协调发展提供参考。
【总页数】5页(P81-85)
【关键词】水资源供需平衡;空间分异;特征;渭河流域
【作者】刘燕;胡安焱
【作者单位】长安大学水与发展研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TV213.9
【相关文献】
1.渭河流域水利水保措施减沙水代价分异特征与水沙调节模拟 [J], 王飞;李锐;穆兴民;杨新民
2.渭河流域侵蚀产沙强度的区域分异特征 [J], 焦菊英;马祥华;王飞;焦峰;王万忠
3.渭河流域气候变化与区域分异特征 [J], 焦彩强;王飞;穆兴民;李锐
4.基于指标体系的区域水资源供需平衡时空分异评价 [J], 黄初龙
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收稿日期:2005-05-16;修订日期:2005-09-13基金项目:陕西省科技发展计划重大项目(2003K12-G5)、国家科技部软科学研究项目(2004DGS3D026)资助。
作者简介:李同升(1960-),男,陕西岐山人,教授,博士生导师,主要研究方向为人地关系与区域发展。
E -mail:leetang@nwu .edu .cn基于S D 模型下的流域水资源-社会经济系统时空协同分析———以渭河流域关中段为例李同升1,徐冬平2(1.西北大学城市与资源学系,陕西西安710069;2.西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048)摘要:以渭河流域关中段为例,以S D 方法分别建立PRD 系统线性增长模型、反馈增长模型和调水耦合模型,并采用Venp le 软件进行系统仿真,结果显示:基于政府规划目标的线性增长模型是社会经济高速发展模式,但区内水资源供给与需求之间的缺口会持续加大;反馈增长模型可根据流域内水资源承载力状况调整社会经济发展目标,但难以完成关中地区所承担的发展和带动使命;调水耦合模型引入了区外水资源,地区缺水状况得到明显改善,社会经济发展保持较高的增长速度,是解决关中地区PRD 问题有效途径,而调水工程和社会经济之间的协同则是近期需要解决的关键问题。
关 键 词:PRD 系统;S D 模型;时空协同;渭河流域中图分类号:X21 文献标识码:A 文章编号:1000-0690(2006)05-0551-061 PRD 系统及其研究方法PRE D 系统,是指人口(populati on )、资源(re 2s ource )、环境(envir onment )与发展(devel opment )4个子系统通过相互作用、相互影响和相互制约,在一个具体的区域上复合而成的一个紧密联系的统一体。
由人口、资源、环境与发展构成的流域PRED 系统是一个具有高度复杂性、不确定性、多层次性的复杂开放巨系统[1～8]。
在这样的巨系统中,基于地区发展目标、研究目的、研究方法的不同,可以划分为不同的子系统作为研究对象,如PRE 、RE D 、PRD 等子系统。
因此,由流域水资源与社会经济发展构成的流域PRD 系统是流域PRED 系统的一个核心子系统。
水资源支撑流域社会经济发展,同时,社会经济发展为流域的综合治理和水利工程建设提供经济基础和技术支撑。
对流域PRD 系统的研究有多种方法,如PRED 论证模式、多目标规划、灰色预测模型、等权平均方法、系统动力学方法等,不同的方法各有特点(表1),其中系统动力学(S D )方法是研究PRD 系统的最有效方法之一。
S D 模型既可以进行时间上的动态分析,又可以进行部门间的协调,它能对系统内部、系统内外因素的互相关系予以明确的认识,对系统内所隐含的反馈回路予以清晰的体现。
S D 模型通过设定系统各种控制因素,以观测当输入的控制因素变化时系统的行为和发展,从而能对系统进行动态仿真实验[9～13]。
利用S D 方法对流域PRD系统进行系统建模,设定流域PRD 系统各种控制因素,通过改变输入变量,模拟不同条件下的流域PRD 系统的动态行为,可为有效解决流域水资源与社会经济系统时空协调问题提供依据。
2 渭河流域关中段PRD 系统时空协同分析2.1 研究区概况渭河是黄河最大的支流,发源于甘肃省渭源县乌鼠山,流经甘肃、宁夏、陕西三省,在陕西潼关县注入黄河。
渭河全长818k m ,陕西境内504.2k m 。
渭河流域总面积13.5×104km 2,陕西境内6.17×104km 2,占全省面积的34.3%(图1)。
渭河流域关中段多年平均自产水资源总量为69.92×108m 3,区外入境水量为33.58×108m 3,扣除渭河干流河第26卷第5期2006年10月 地 理 科 学SC I E NTI A GE OGRAPH I C A SI N I C A Vol.26 No.5Oct .,2006① 岳乐平,李同升,孙来九,等.渭河流域综合治理战略研究报告,2005年5月.② 陕西省渭河流域综合治理规划编制组.陕西渭河流域综合治理规划,2002年12月.表1 流域PR D 系统研究方法比较Table 1 Comparis on a mong different study methods of PRD system in river valley方法优点缺点PRE D 论证模式系统性较强模型指标过于概念化、论证区域边界模糊、动态性较差多目标规划具有解决多目标性问题的特性,动态性、综合性、系统性较强模型直观性差且求解过程较复杂灰色预测模型对PRED 系统各子系统预测较准确缺乏整体性,子系统间没有信息反馈等权平均法评价现状PRED 系统优、劣的功能较强预测功能较差系统动力学具有系统性、动态性的特点,整体预测功能较强部分变量需凭经验确定图1 渭河流域关中段示意图Fig .1 W eihe R iver Valley in Shaanxi Pr ovince道生态环境用水、汛期输沙用水等水量,关中段水资源的可利用量仅为37.4×108m 3,水资源短缺,人均水资源占有量仅为全省人均水平的25.5%和全国平均水平的12.5%①。
综合评价渭河关中段开发利用状况,总体上河道外水资源耗用量已接近水资源可利用量,开发的潜力不高,仅为7.4×108m 3。
为改善关中地区缺水的局面,在国家南水北调的大环境支撑下,陕西省政府经过多方论证,计划在2020前年从汉江流域调水约15×108m 3,以缓解关中地区的缺水状况②。
关中平原位于渭河流域中下游,是陕西省经济发展的核心地带,这里人口和城市密集,各类开发区和工业园区高度集中,经济发展水平较高。
它既是西部大开发的桥头堡,也是实现陕西省经济跨越式发展的主要依托区域[14]。
关中地区G DP 总量占陕西省70%以上,年均增长率高出全省2%以上;关中以全省27%的土地集中了陕西省60%的城镇人口,2003年城市化水平达40%以上,是城市资本高度集中地区;随着国家级关中高新技术产业带和关中星火产业带的建设,关中地区社会经济增呈现出强劲的发展势头。
但是关中地区是中国北方资源型缺水地区,目前的水资源供给难以支撑流域社会经济的高速增长[15]。
2.2 系统动力学(S D )建模利用S D 方法建立关中PRD 系统的动力学模型,可描述关中PRD 系统的复杂结构,模拟关中PRD 系统的动态行为,更好地理解关中PRD 系统内部的复杂关系和未来的发展变化趋势,为解决关中水资源与社会经济时空协同问题提供依据。
1)系统边界。
考虑行政边界的完整性和政策的可实施性,将关中5市1区确定为系统的边界,为了分析水资源与社会经济发展之间的时空协同问题,再将系统划分成宝鸡子系统、西咸子系统、渭南子系统和铜川子系统,各子系统的边界分别为各地市的行政边界。
关中地区各子系统水资源时空分布严重不均。
从空间分布看,位于陕西渭河门户的宝鸡子系统水资源较为丰富,水资源基本可以满足其社会经济发展的需要;位于陕西渭河中段的西安-咸阳子系统是关中地区经济发展的核心,是陕西省经济发展的重中之重,水资源极度短缺并已经成为制约关中地区社会经济发展的主要因素之一;渭河下游的渭南子系统、铜川子系统水资源业严重不足,难以满足社会经济发展的需要。
从时间序列看,在自然2人工二元模式的作用下[9],渭河流域的河川径流呈现逐年减少的趋势,而社会经济的发展又对水资源的需求则逐年上升,水资源供给一需求之间地矛盾日趋尖锐。
2)系统因果循环关系。
根据对关中PRD 系统的分析,选择关中PRD 系统各子系统的组成要素,并对其因果关系进行分析,绘制关中PRD 系统因果分析图(图2,以西咸子系统为例,其它略)。
3)系统变量。
系统变量是系统运行的基础支撑,因此用数学函数形式表达的系统变量务必接近真实系统。
同时,有时由于数据不足或函数关系复杂,很难对各变量之间的的关系用严格的数学关255 地 理 科 学 26卷图2 关中PRD 系统因果循环图(西咸子系统)Fig .2 Cause and effect figure of PRD systemin Guanzhong area (taking Xi ’an 2Xianyang as an exa mp le )系加以表达,因此,必须采用简化、近似、概括等方法进行数据处理,来确定系统变量及其之间的关系[16,17]。
本文模型变量的确定过程中采用了灰色模型预测、几何平均值法、加权平均值法等方法,模型的主要变量指标见表2。
以西咸子系统城镇人口增长率参数的确定可说明模型参数确定的可靠性。
首先利用历史数据,建立西咸总人口的G M (1,1)模型:X t+1=37541.9-0.00891t-37202.6经过后验差检验知,模型预测可靠。
利用此方程及城市化发展规划目标,确定城市人口和农村人口增长率。
其它三个子系统变量指标的确定方法与之相仿,不再赘述。
表2 西咸子系统各水平年社会经济发展指标Table 2 Soci o 2econom ic devel opment para meter of Xi ’an 2Xianyang syste m in different years年份工业产值增速度①(%)工业用水定额(m 3/万元)工业耗率(%)城镇人口增速度(%)农村人口增长速度(%)城市生活用水定额[m 3/(人・a )]农村生活用水定额[m 3/(人・a )]城镇生活耗水率(%)农村生活耗水率(%)农灌需水定额(m 3/h m 2)农灌耗水率(%)农村排水设施普及率(%)现状年(03)1561303.2-16022910022.53651520101234.5333.2-1.306729710021.33673520201020372.8-1.3078.538510019.4770502.3 PR D 系统S D 模型解决关中水资源系统与社会经济系统时空耦合问题应逐步建模,以S D 方法分别建立关中PRD 系统线性增长模型、反馈增长模型和调水耦合模型三种不同模型,采用Venp le 软件完成模型运行。
1)线性增长模型。
在政府规划目标的基础上,利用政府社会经济发展规划确定各项参数来建立模型。
模型流程如(图3、图4)。
通过运行模型,模拟出各水平年关中PRD 系统发展水平。
2)反馈增长模型。
反馈增长模型是在运行线性增长模型的基础上,加入S D 模型特有的反馈控制和调节机制,使社会经济各部门根据水资源状况及时调整其发展速度,使模型对关中PRD 系统的模拟更加接近现实(图5)。
3)调水耦合模型。
在运行反馈增长模型的基础上,考虑区外调水工程对关中PRD 系统的调节作用,再次建立关中地区调水工程调节下的反馈增长模型,模拟水资源系统、治理工程和社会经济图3 干流流图Fig .3 The main system figure3555期 李同升等:基于S D 模型下的流域水资源-社会经济系统时空协同分析 ① 陕西省人民政府.以高新技术产业为先导实现关中跨越式发展规划,2004.图4 西咸子系统线性增长社会经济流图Fig.4 L inear 2gr owth figure of s oci o 2econom ic devel opment of Xi ’an 2Xianyang system图5 西咸子系统反馈增长社会经济流图Fig .5 Feedback 2gr owth figure of s oci o 2econom ic devel opment of Xi ’an 2Xianyang syste m系统的时空耦合。