基于SD模型城市水资源利用的模拟研究

张兴　张遥

摘 要：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。

关键词：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。

2 模拟结果分析

对社会-经济-生态整体效益影响较大指标应该重点研究，因此选取总人口、二产GDP产值、COD排放量、水平衡因子作为评价指标。

2.1 人口指标。由图2分析可知：四种方案下总人口均呈现递减趋势，其中资源环境保护模式减幅较小，到2020年总人口2165150人，分别是自然发展模式、经济发展模式模式和综合发展模式的1.0029倍、1.0024倍和1.0020倍。这是由于抚顺市年死亡率大于出生率，又污染因子降低使年死亡人口减少。

2.2 经济产业指标。由图3分析可知：工业发展模式涨幅最大，到2020年产值达到12346000万元。综合发展模式增长比较平稳（2020年产值9027800万元），资源环境保护模式和自然发展模式相对较小。

2.3 环境污染指标。由图4可知，经济发展模式COD排放量最大，到2020年COD排放量达到42815.9吨，是2010年了2.68倍。综合发展模式COD排放增长率远低此。而自然发展模式和资源环境保护模式COD排放量分别为23840.3吨、24714.2吨，同比经济发展模式减少了44%、42%。

2.4 资源指标。由图5分析可知：自然发展模式的水平衡因子1.24，即供大于求。经济发展模式缓慢下降，到2020年达1.099；综合发展模式迅速下降，到2020年达1.0422，利用效率远大于自然发展模式；资源环境保护模式从2011年的1.108下降2020年的0.992，即达到供需平衡，利用效率最高。

3 结束语

自然发展模式水资源利用效率较低，经济发展模式水资源污染和浪费较大；资源环境保护模式污染较小，但是经济产值较低；综合发展模式水资源可承载的综合效益达到最大值，该模式是提高抚顺市未来水资源利用率的最优模式。

参考文献

[1]Michael G.Water，climate，and development issues in the Amu Darya Basin[J].Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change，2005，10（1）：23-50.

[2]王其藩.系统动力学[M].北京：清华大学出版社，1994.

[3]Joardar S.D.Carrying capacities and standards as bases towards urban infrastructure planning in India：A case of urban water supply and sanitation [J].Habitat International，1998，22（3）：327-337.

[4]Winz，I.，Brierley，G.，Trowsdale，S.The use of system dynamics simulation in water resources management[J].Water Resources Management，2009，23（7），1301-1323.

[5]Xiao-jun Wang，Jian-yun Zhang，et al. Water resources planning and management based on system dynamics：a case study of Yulin city[J].Environ Dev Sustain，2011，13（1）：331-351.

[6]Jonathan M Harris，Scott Kennedy. Carrying capacity in agriculture：global and regional issues[J].Ecological Economics，1999，29（3）：443-461.

[7]Amgad Elmahdi，Hector Malano，Teri Etchells. Using system dynamics to model water-reallocation[J].Environmentalist，2007，27（2）：3-12.

作者简介：张兴（1986-），男，2009年毕业于西安建筑科技大学给排水专业，现主要从事城市、工业、建筑给排水设计。endprint