系统动力学在流域水环境整治规划中的应用.pdfVIP

规划设计 系统动力学在流域水环境整治规划中的应用 □ 中国环境科学研究院环境技术工程有限公司 朱建超 孟繁华 王月 摘要 本研究基于系统动力学反馈控制理论与仿真技术，将其应用于流域水环境整治规划，构建区域经济——环境耦 合发展模型，结合研究区域近年来经济统计数据、环境污染统计数据对模型参数率定以及模型验证。结果表明：系 统动力学应用于流域环境整治规划可有效为规划的规模、结构、布局等全局性优化调整提供科学决策和数据支撑。 关键词 系统动力学；环境整治规划；水环境容量 注：本文课题编号：D141100004514001 我国环境规划起步于20世纪70年代，国内学者对我国环境 社会经济生产生活中污染物排入竹皮河的变化规律，研究竹皮河 规划开展了相关研究，探讨了我国环境规划取得的进展和现存问 流域产业-竹皮河流域水环境容量关系，预测竹皮河污染物总量发 题，总结出的技术方法也得到了普遍使用。纵观我国环境规划的 展趋势，分析发展变化原因，结合模型自我反馈，合理的模拟出 发展历程，也发现我国环境规划存在着重科学和工程技术以及方 竹皮河水环境容量变化预测，为荆门地区环境整治规划方案与产 法模型，轻社会可行性以及环境规划的管理和政策属性的倾向， 业政策，找到影响的关键因素，为流域环境整治规划提供工程方 或者说是重视技术忽视管理的倾向。因此有必要应用综合性高、 案组合与其理论依据。 操作性强的方法和模型来解决这些问题。针对传统静态分析中， 2、系统动力学模型建立 机械的并过分依赖于数据且很难联系研究环境发展和经济社会 系统分析及指标体系建立。研究流域容纳市区工业、生 的动态发展关系的缺陷导致的准确性差，预测结果不理想，缓解 活、郊区农业等污废水的环境负荷，经过长年积累，现已严重超 措施制定不够详细等问题，决定采用系统动力学SD(System Dy- 过竹皮河水环境容量，已无剩余水环境容量可用。SD模型结合环 namics)模型系统的角度考虑一个动态的、复杂系统的经济—— 境规划治理技术中“总量控制”的要求，对污染物存于竹皮河水 环境耦合关系，来反映复杂系统结构功能与动态行为之间的相互 环境容量变化发展进行模拟预测。参考同类型研究与本研究区域 作用关系。其适用于处理精度要求不高的复杂的社会经济及生 特点，SD系统分为城镇生活子系统、工业生产子系统、农业生产 态环境问题，其代表性工作是发表于20世纪70年代初的《增长 子系统。SD 模型中系统的指标包括状态变量、辅助变量和变化 的极限》(Dennis Let al.,1974) 。目前国际上系统动力学已泛应 速率变量。作为系统动态行为的参照系，状态变量反映了系统内 用于生态环境研究领域 (Guneralp,2003;Saysel,2002 ；Costan- 各子系统的主要状态。辅助变量和速率变量是状态变量的变化速 za,2001 ；Shi,2005)。 度和影响因子，状态变量间通过物流和信息流建立起联系，构成 1、研究区域概况 一个相互影响的一体化的网络。根据上述分析，模型设计时选取 研究区域为竹皮河流域，流域内主要干流为竹皮河，其位于 12个状态变量，分别用于表征城镇生活、工业生产、农业生产和 湖北荆门市境内，河流贯穿荆门市城区及其主要乡镇，全流域主 水环境容量4个子系统。18个速率和23个辅助变量组成整个系统 河道长约74km 。根据地区环境部门调查，竹皮河已不能满足荆 模型，如表1。 门地区各社会产业与生活对水环境容量的需求。现急需研究解决 表1 竹皮河流域水环境容量SD模型指标体系 子系统 状态变量 速率 辅助变量 流域生态环境与荆门地区城市化这一耦合关系体间的矛盾。根