基于SD模型在水资源供需平衡分析中的应用

姜明伟

基于SD模型在水资源供需平衡分析中的应用

姜明伟

（辽宁省铁岭水文局，辽宁铁岭112000）

介绍了细河流域水资源状况，根据SD模型，采用4种方案对细河流域水平年供用水量需平衡进行了计算分析。

方案；供需平衡；水资源；细河

1 SD模型的数学描述和基本方程

SD系统主要是描述整体性和非线性特性，即把系统划分成若干个相互关联的子系统（P），其关系式如式（1）：

式中S为整个系统；P为系统S中的子系统，属于同一层次或不同层次，P={Pi|i∈I}；Rjk为关系矩阵，描述各子系统间的关系，Rjk={rjk|j∈J，k∈K且J+K=I}，一般是非线性的。

根据SD模型变量和方程的特点，数学定义变量：

式中L为流位变量；R为流率变量；A为辅助变量；L为纯速率；T为转移矩阵；W为关系矩阵。

微分方程是系统动力学的根本方程：

式中LEV为流位变量；RAT为流率变量。

SD模型中主要有4种方程，分别是流位变量方程、流率变量方程、辅助方程和表函数，这4种方程是模型中各个变量建立起数学联系。

将细河流域水资源承载力系统划分为7个子系统：水资源、工业用水、农业用水、生活用水、生态用水、三产用水和废污水子系统。如图1。

图1 SD模型子系统相互作用示意图

2 流域概述

细河发源于阜蒙县扎兰营子乡骆驼山，境内河长86km，境内流域面积为2284km2，于义县复兴堡入大凌河。流域内有阜蒙县的红帽子乡、王府镇、佛寺镇、七家子乡、知足山乡、东梁镇、伊马图镇、卧凤沟乡、新民镇、阜新镇和阜新市区，新邱区、清河门区。细河流域多年平均降水量510.5mm。细河流域降水时空分布不均，由南向北递减，局部降雨较多。年内降水主要集中在7～9月，年际变化较大，代表站海州站1959年最大年降水量824.7mm，1980年最小年降水量284.9mm。

3 流域水资源量

以1956～2010年的平均年地表径流量作为多年平均地表水资源量。细河流域1956～2010年多年平均地表水资源量3.59亿m3。细河流域多年平均河道内生态环境需水量0.24亿m3，多年平均汛期弃水量1.37亿m3，多年平均地表水资源量3.59亿m3，故多年平均地表水可利用量1.98亿m3。细河流域多年平均地下水资源量0.78亿m3，地下水可开采量0.20亿m3。根据地表水资源量和地下水资源量计算分析，确定细河流域行政分区多年平均水资源总量3.60亿m3。

4 供需平衡分析

本次研究选取4种情景做为研究对象，分别为现状延续型、开源型、开源节流型、节流回用型。通过4种情景的模型模拟，得到不同方案的供需情况。

4.1 现状延续型

现状延续型即现状规划方案，工程可供水量按现状取值，未来不发生变化，其余决策指标如工业产值增加率、万元产值用水量等按照以往情形顺延，此方案下供需平衡趋势如图1。

图1 现状延续型供用水量趋势线

通过模型模拟可知，现状延续型方案在现状供水水源不发生变化的情况下，将于2014年开始工程性缺水，2015年缺水0.14亿m3，2020年缺水0.95亿m3，2030年缺水达4.67亿m3。

4.2 开源型

开源型即根据现有工程规划方案，逐年增加地表水源工程，直至与地表水资源可利用量持平，地下水源根据《辽宁省地下水保护规划》，其供水量是逐年减少的，至远期规划年供水量削减至零，其余决策指标按照以往情形顺延，此方案下供需平衡趋势如图2。

图2 开源型供用水量趋势线

通过模型模拟可知，开源型方案在供水水源供水量逐渐达到地表水可利用量的情况下，将于2017年开始资源性缺水，2020年缺水0.38亿m3，2030年缺水达3.92亿m3。缺水主要原因为各行业无节水措施，水资源浪费严重，即现有水资源量不能满足未来发展需求。

4.3 开源节流型

开源节流型即供水方案与开源型一致，各行业用水指标与辽宁省实行最严格水资源管理制度“十二五”规划指标逐年接近，其余决策指标按照以往情形顺延，此方案下供需平衡趋势如图3。

图3 开源节流型供用水量趋势线

通过模型模拟可知，开源节流型方案在供水水源供水量逐渐达到地表水可利用量、各行业用水指标严格按照辽宁省实行最严格水资源管理制度“十二五”规划指标执行的情况下，未来20年基本满足用水需求。但在规划期末，2030年仍会产生资源型缺水，缺水量992万m3。

4.4 节流回用型

节流回用型即供用水方案与开源节流型一致，新增加中水回用量，其余决策指标按照以往情形顺延，此方案下供需平衡趋势如图4。

图4 节流回用型供用水量趋势线

5结语

图5 不同方案下水资源供需平衡对比分析

通过图5可以看出，采用4种不同方案对水资源供需平衡进行计算及分析，节流回用型方案在2020，2030年都是有余水的，其他3种方案在2030年水量都不足，因而水资源供需矛盾的因素不仅仅是需要增加供水水源工程，其根本且重要的是如何在提高工业用水重复利用率和中水回用率上采取措施，只有采取相应的节水和回用措施，才能使水资源完全可以在承载中发挥更大的作用。

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Application of SD model in the analysis of water resources supply and demand balance

JIANG Ming-wei
（Tieling Hydrology Bureau of Liaoning Province，Tieling 112000，China）

This paper introduces the Xihe River water resources situation，and according to the SD model by four kinds of schemes of Xihe watershed level in supply and consumption balance is calculated and analyzed.

scheme；supply and demand balance；water resources；river

TV213

B

1672-9900（2016）04-0011-02

2016-02-16

姜明伟（1967-），男（汉族），辽宁铁岭人，工程师，主要从事水文勘测工作，（Tel）13704171965。