系統(tǒng)動力學模型在水資源配置中的具體應用,水資源論文

系統(tǒng)動力學模型在水資源配置中的具體應用,水資源論文題目緒論1.1-1.31.41.5第二章第三章第四章第五章系統(tǒng)動力學模型在水資源配置中的詳細應用結論/以下為參考文獻第5章白城市水資源配置的系統(tǒng)動力學模型應用本章利用白城市水資源配置的系統(tǒng)動力學模型對白城市的水資源配置進行優(yōu)化模擬。5.1模型調整思路設計社會經濟發(fā)展格局不同、用水效率高低、水資源時空分布差異、工程水利的發(fā)展狀況等都會對供需水構造產生重大影響。從規(guī)劃角度上來講，應充分考慮這些因素，以期規(guī)劃具有較好的適應性和可操作性。水資源優(yōu)化配置的主要目的是為了解決水資源的供需矛盾，促進社會經濟發(fā)展，進而加大對水資源開發(fā)和水利工程建設的投資力度，使水資源能夠知足社會經濟的需求，實現水資源與社會、經濟和生態(tài)環(huán)境和諧可持續(xù)發(fā)展。在充分認識水資源優(yōu)化配置的本質基礎上，利用白城市水資源配置的系統(tǒng)動力學模型對白城市5個縣級行政區(qū)水資源進行優(yōu)化模擬，其模型調整思路分為三個階段：〔1〕一次平衡調整階段，即完全根據現在狀況趨勢進行水資源模擬。此階段設置是分析白城市若根據現在狀況年趨勢進行用水配置將出現的問題，講明建立節(jié)水型社會，進行工農業(yè)構造調整、節(jié)水改造等措施的必要性?！?〕二次平衡調整階段：在一次平衡分析的基礎上，結合產業(yè)構造調整、節(jié)水和治污等措施，不考慮新修水利工程所進行的供需平衡分析。其目的是為了講明充分合理利用現在狀況年水資源，能否能解決白城市水資源供需矛盾，進而確定能否有必要進行進一步水資源開發(fā)提供根據。〔3〕三次平衡調整階段：在二次平衡分析的基礎上，考慮新修水利工程和加大過境水利用，進行的水資源優(yōu)化配置模擬。5.2參數調整策略5.2.1期望參數調整策略城鎮(zhèn)化率、人口自然增長率、農田有效灌溉面積增加率、農業(yè)年增長率、工業(yè)年增長率、第三產業(yè)年增長率6個參數是期望參數，其值在模型中為固定值，不受水資源供需矛盾影響，見表5-1.5.2.2敏感參數調整策略優(yōu)化配置模擬以提高研究區(qū)的水資源供應能力、污水處理能力和節(jié)水技術應用為主要目的，減輕水資源供需矛盾，遏制生態(tài)環(huán)境惡化，實現水資源與社會、經濟和生態(tài)環(huán)境和諧可持續(xù)發(fā)展。其對敏感參數的調整受下面約束：〔1〕供需平衡約束在模擬經過中，供水量基本知足用水量要求，既不超前也不落后，即余缺量與供水總量的比值的絕對值不超過5%.〔2〕開發(fā)利用約束原則上優(yōu)先使用地表水，加大中水回用，最后考慮開采地下水。但現在狀況年〔2018年〕洮南市、通榆縣區(qū)內河流枯季基本斷流，地表水可利用資源匱乏。洮北區(qū)、鎮(zhèn)賚縣、大安市的主要開發(fā)利用水源是地下水和過境地表水，當地地表水開發(fā)價值不大。因而在模擬經過中根據實際選擇適宜水源開采，以可利用資源量作為用水量的上限值?！?〕配置約束所開采地下水優(yōu)先供給居民生活用水和工業(yè)用水；過境水主要用于農業(yè)灌溉用水和生態(tài)用水；地表水主要用于農業(yè)灌溉用水和生態(tài)用水?！?〕用水效率約束白城市農業(yè)灌溉水利用系數在0.51左右，農業(yè)水資源浪費嚴重，一號文件提出到2020年全國提高到0.55以上，到2030年提高到0.6以上。工業(yè)水重復利用率僅為24%左右，低于全國50%的平均水平，工業(yè)節(jié)水潛力宏大。城鎮(zhèn)污水處理率為49.1%,有較大提升空間。本次用水效率約束充分考慮現在狀況年〔2018年〕水平，結合(吉林省水資源綜合規(guī)劃〕成果確定用水效率下限，見表5-2.5.3優(yōu)化結果5.3.1參數優(yōu)化結果將現在狀況年〔2018年〕的數值作為初值代入白城市水資源配置的系統(tǒng)動力學模型，根據模型調整思路和參數調整策略不斷調整參數數值，得到不同規(guī)劃年敏感參數優(yōu)化數值〔表5-3〕。5.3.2水資源優(yōu)化配置結果將調整好的參數代入白城市水資源配置系統(tǒng)動力學模型，得到白城市5個縣級行政區(qū)域不同規(guī)劃年水資源優(yōu)化配置結果〔表5-4、表5-5〕。5.3.3供水模擬結果供水構造主要包括地表水供水量、地下水供水量、過境水利用量3個部分?！?〕當地地表水供水量白城地區(qū)當地地表水資源匱乏，現在狀況年僅洮北區(qū)將其作為供水水源開發(fā)，開發(fā)利用率已達73.2%,在2018~2030年模擬經過中保持其開發(fā)利用程度不變，開采水量為2627萬m2.〔2〕地下水供水量地下水作為白城市最重要的供水水源，在白城市5個縣級行政區(qū)的模擬結果不盡一樣，其地下水開采動態(tài)模擬曲線如此圖5-1.從圖5-1〔a〕中可見，洮北區(qū)地下水開采量在預測期內開采量不斷降低，2018~2020年開采量降低速率較大，2020~2030年降低速率較為平緩，講明洮北區(qū)現在狀況年地下水超采嚴重，實行比擬嚴格的限采措施，2020年左右地下水超采得到比擬有效控制，地下水開發(fā)利用率控制在100%左右，2020~2030年實行較為溫和的限采措施，到2030年地下水開發(fā)利用率控制在90%.從圖5-1〔b〕~圖5-1〔e〕、圖5-2中能夠看出，洮南市、鎮(zhèn)賚縣、通榆縣、大安市的地下水在模擬預測年內開采量均有所增加，但均未超過地下水可開采資源量。從開采潛力分析，到2030年白城市5個縣級行政區(qū)地下水開采潛力由小到大排列為：洮北區(qū)、洮南市、大安市、鎮(zhèn)賚縣、通榆縣。從預測期內開采利用增長率分析，洮南市年均開采增長率最大，通榆縣最小。從圖5-2能夠看出，白城市整體地下水開采利用率在2018~2020年持續(xù)降低，到2020年降至70.56%,2020年之后又緩慢增加，到2030年增至75.08%,低于現在狀況年78.16%的水平，講明白城市水資源配置系統(tǒng)動力學模型對地下水供水構造模擬合理，能夠保證白城市地下水資源的可持續(xù)利用。洮北區(qū)現在狀況年地下水超采嚴重，模擬經過中著重減低其開采利用率；其余四個縣市都有一定的地下水開采潛力，模擬經過中合理增加其開采利用率?！?〕過境水利用量(松遼流域水資源規(guī)劃〕分配給白城市過境水可利用總量為21.4億m2/年。白城地區(qū)的洮北區(qū)、鎮(zhèn)賚縣、大安市境內有洮兒河或嫩江干流流過，具備過境水開發(fā)利用條件。從表2-8、表5-4、表5-5可知，通過地下水的開采即可知足鎮(zhèn)賚縣、大安市2018~2030年的用水需求，不必增加過境水開發(fā)利用。洮北區(qū)地下水超采嚴重，大力開采過境水來緩解供水壓力，其過境水開采量由現在狀況年的3.46億m2增至2030年的4.20億m2,白城市整體過境水利用率由30.36%提升至45.16%.5.3.4用水模擬結果用水部門主要包括農業(yè)用水、工業(yè)用水、建筑業(yè)及第三產業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水5個部分。華而不實農業(yè)用水又分為灌溉用水和林牧副漁用水。本文重點分析農田灌溉用水、工業(yè)用水、生活用水?！?〕農田灌溉用水量影響農田灌溉用水量的敏感參數有灌溉水利用系數和灌溉用水定額。從圖5-3能夠看出，鎮(zhèn)賚縣農田灌溉用水量在模擬預測期內持續(xù)降低，洮北區(qū)在2020年前平穩(wěn)下降，之后平穩(wěn)上升，其他3個縣市呈平穩(wěn)增加趨勢?！?〕工業(yè)用水量根據規(guī)劃將來白城市工業(yè)將得到長足發(fā)展，勢必會增加白城市工業(yè)需水量。降低萬元工業(yè)耗水量數值和提高工業(yè)水重復利用率能夠有效降低工業(yè)用講增長速率。工業(yè)需水量在不同方案下的動態(tài)模擬結果如此圖5-4所示?！?〕生活用水量生活需水量受城鎮(zhèn)化率和因生活水平提高而導致的個人生活用水定額增加的影響，生活需水量動態(tài)模擬結果如此圖5-5.5.4優(yōu)化結果分析5.4.1供需平衡分析余缺量是供水量與用水量的差值，其值大小反映研究區(qū)水資源供需矛盾。若余缺量與供水量的比值在5%區(qū)間內，即以為研究區(qū)到達供需平衡。采用白城市水資源配置系統(tǒng)動力學模型得到優(yōu)化后的供水、用水數據進行供需平衡計算，計算結果見表5-6.從表5-6能夠看出，在優(yōu)化模擬預測期內，余缺量與總供水量的比值均在5%以內，水資源到達動態(tài)供需平衡，模擬結果符合供需平衡約束要求。從白城市整體來看，預測期內各水平年供需為緊平衡狀態(tài)，2020年缺水1601萬m2,2030年缺水1507萬m2,缺水量總體在減少。5.4.2用水經濟效益分析萬元用水量是反映一個地區(qū)用水效益的綜合指標。采用白城市水資源進行優(yōu)化配置后所得、總用水量數據進行萬元計算〔表5-7〕。從表5-7能夠看出，白城市各縣市萬元用水量在優(yōu)化模擬經過中隨時間在不斷降低。到2030年，洮南市、通榆縣、大安市的萬元用水量水平在70m2/萬元的水平，洮北區(qū)、鎮(zhèn)賚縣在140m2/萬元的水平，白城市平均水平在100m2/萬元，與2018年比有明顯提高，每萬元GPD節(jié)約水量達280m2.萬元工業(yè)增加值用水量是反映一個地區(qū)工業(yè)用水效益的指標。采用白城市水資源進行優(yōu)化配置后所得工業(yè)增加值、工業(yè)用水量數據進行萬元工業(yè)增加值用水量計算〔表5-8〕。從表5-8能夠看出，白城市各市縣萬元工業(yè)增加值用水量在優(yōu)化模擬經過中隨時間不斷降低。到2030年，除洮北區(qū)外其余縣市萬元工業(yè)增加值用水量水平在25m2/萬元左右，用水效益明顯。洮北區(qū)到2030年為25m2/萬元，仍有提高空間。白城市整體由2018年的54m2/萬元降至2030年的35m2/萬元，每萬元工業(yè)增加值用水量降低19m2/萬元。灌溉畝均用水量是反映一個地區(qū)農業(yè)用水效益的重要指標。采用白城市水資源進行優(yōu)化配置后所得農業(yè)有效灌溉面積、灌溉用水量數據進行灌溉畝均用水量計算〔表5-8〕。從表5-9能夠看出，就地區(qū)而言，洮北區(qū)、鎮(zhèn)賚縣、大安市的灌溉畝均用水量相對較高，與其農業(yè)產業(yè)構造中水田所占比重較大有密切關系。在模擬經過中，各縣市灌溉畝均用水量隨時間不斷降低。白城市整體由2018年的328m2/畝降低至240m2/畝，畝均節(jié)約水量88m2.5.4.3產業(yè)用水構造分析根據2018~2030年用水優(yōu)化模擬結果繪制白城市產業(yè)用水構造變化