水资源利用和水污染防治投入产出最优控制模型构建

刘景春陈峥孙建新（.唐山市曹妃甸区环境保护局，河北唐山 0630；.唐山市曹妃甸钢铁电力园区管理委员会，河北唐山 0630；）

水资源利用和水污染防治投入产出最优控制模型构建

刘景春1陈峥2孙建新1
（1.唐山市曹妃甸区环境保护局，河北唐山 063210；2.唐山市曹妃甸钢铁电力园区管理委员会，河北唐山 063210；）

水作为自然资源的一种，在生态环境平衡重发挥着重要的作用。区域水资源利用、水污染防治和国家经济发展具有密切的相关性。为了促使我国国民经济的发展和优化，实现科学可持续发展，必须高度重视对水资源的利用，并且结合实际采取有效的措施，不断提升水污染治理水平，强化对水污染的控制。本文主要通过构建最优控制模型对水资源利用与水污染防治的投入与产出进行分析。

水资源利用 水污染防治 投入产出模型 构建最优模型

随着新世纪的到来，资源的耗竭、环境的恶化已经成为世界关注的焦点，资源和环境促进国家经济发展的作用日益受到人们的关注。然而，随着人类对资源的消耗不断增大，水资源供需矛盾愈加强烈，水环境也处于消极的变化之中，对国家经济的发展造成严重的干扰。通过对投入产出进行分析，从而定量分析资源与国家经济发展之间的相关性，具有科学可行性。然而，因为投入产出分析缺乏自主择优功能，因此必须把其和优化技术进行紧密结合，从而构建投入产出的最优模型，提高投入产出分析的有效性和科学性。本文通过对水资源利用、水污染防治投入产出最优控制模型构建进行探讨，从而为国民经济产业结构迈向水资源与水环境可持续利用的健康发展提供有力的依据。

1 投入产出最优模型的构建

1.1 控制目标和方法的确定

在构建最优控制模型之前必须先选择科学可行的控制目标与控制方法，这具有重要的实际性意义。在国家经济发展的进程中，不同地区应当根据自身的实际经济情况选择有效的控制方法，同时根据社会、经济、环境等各个方面的要求对国民经济发展的现状和趋势进行分析与预测，从而确定一定期限内的经济发展目标，并且制定相关的计划予以有效的落实。通过预期目标的确定，不但能够明确决策者对经济发展的要求，而且通过目标的定量控制能够切实有效的反应国民经济发展的真实情况。水资源可持续利用是保证区域经济发展的重要基础，必须对水环境对经济发展的应用进行考虑。在对经济发展和人口增长等因素进行分析的过程中，可将规划期内各部门水资源使用量Sw和COD去除量SCOD作为控制目标，同时给出水资源使用量的理想值Dw和水污染治理量的理想值DCOD。该目标的设置要求区域国民经济实际水资源使用量Sw相当于或者接近控制量Dw，同时实际水污染治理量SCOD相当于或者接近控制量DCOD，这是确保人民对水资源的需求和水污染控制要求得以满足的前提所在。因此，根据上述指标的设置，可以通过国民经济生产部门的产出水平改变速度Xp（t+1）-Xp（t）、水资源使用量改变速度Xw（t+1）-Xw（t）和COD去除量改变速度XCOD（t+1）-XCOD（t）进行水资源利用和水污染控制。

1.2 建立模型

最优模型的公式如下所示：

minJ=12Σt=0N［YT（t）QY（t）+UT（t）RU（t）］

实际上，经济学供需平衡的基本原理难以真正实现，也就是供给和需求之间始终存在一定程度的差异。假设区域经济发展处于理想的情况下，规划期内每年实际最终消费产品Sp、实际水资源使用量Sw和实际COD去除量SCOD与最终消费产品的理想值Dp、水资源使用量的理想值Dw和COD去除量的理想值DCOD相等时，系统的运行状况最优。

然而，实际情况下，水资源水环境和社会经济所处的系统具有复杂性，因此，Sp与Dp、Sw与Dw以及SCOD与DCOD并不等同。所以，根据最优控制模型的基本理论，只要实现上述3个控制目标在规划期内的实际值与决策者的理想值的最小值便可达到最优状态。

2 投入产出最优模型的应用

采用某省份水资源利用、水污染控制投入产出的模型作为例子，基于该省份2005年水资源利用、水污染防治投入产出的数据表，构建投入产出最优控制模型。

2.1 控制目标的确定

根据国家统计数据为依据，主要考虑“十一五”规划期内生产总值的预期增长速度、GDP耗水量、COD排放量、COD排放限制值，从而确定基准年和规划年间的最终消费产品的理想值Dp（t）、水资源使用量的理想值Dw（t）和COD去除量的理想值DCOD（t）。

2.2 结果分析

根据十一五对该省份的水环境要求，需要把COD的排放量控制在所规定的范围之内，并且降低水资源使用量，致力于水资源可持续利用。对于相关的制造业（包括纺织业、服装制造业、木材制造业、化学工业、金属加工业等等也必须进行严格的控制，要求控制目标不能超过规定范围的10%，对于耗水量和排污量严重的生产企业要求控制目标控制不超过范围的5%。通过该省份水资源利用和水污染防治投入最优控制模型的应用与计算，可见在规划期间，其水资源使用量增长范围必须在5%-7%之间，方可实现该省份水资源可持续利用的目标。与此同时，COD去除量的增长速度应当超过水资源使用量的增长速度，方可实现COD年排放量达到水污染控制的目标。

综上所述，通过结合水资源利用和水污染防治投入产出分析和最优化技术，能够有效地对区域水资源利用与水污染防治的经济成本效益进行科学的分析，有利于对区域经济产业结构进行优化，有利于提高区域水资源利用率，提高水污染防治水平，从而实现区域水资源、水环境、国民经济共同协调发展的目标。因此，在区域水资源利用和水污染防治投入产出的分析管理过程中，可以通过优化技术的利用构建最优控制模型，从而提高水资源利用和水污染防治投入产出的效率和效益，更好地推进区域国民经济的长远可持续发展。

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