基于SD模型在水資源供需平衡分析中的應(yīng)用

姜明偉

基于SD模型在水資源供需平衡分析中的應(yīng)用

姜明偉

（遼寧省鐵嶺水文局，遼寧鐵嶺112000）

介紹了細(xì)河流域水資源狀況，根據(jù)SD模型，采用4種方案對細(xì)河流域水平年供用水量需平衡進(jìn)行了計算分析。

方案；供需平衡；水資源；細(xì)河

1 SD模型的數(shù)學(xué)描述和基本方程

SD系統(tǒng)主要是描述整體性和非線性特性，即把系統(tǒng)劃分成若干個相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)（P），其關(guān)系式如式（1）：

式中S為整個系統(tǒng)；P為系統(tǒng)S中的子系統(tǒng)，屬于同一層次或不同層次，P={Pi|i∈I}；Rjk為關(guān)系矩陣，描述各子系統(tǒng)間的關(guān)系，Rjk={rjk|j∈J，k∈K且J+K=I}，一般是非線性的。

根據(jù)SD模型變量和方程的特點(diǎn)，數(shù)學(xué)定義變量：

式中L為流位變量；R為流率變量；A為輔助變量；L為純速率；T為轉(zhuǎn)移矩陣；W為關(guān)系矩陣。

微分方程是系統(tǒng)動力學(xué)的根本方程：

式中LEV為流位變量；RAT為流率變量。

SD模型中主要有4種方程，分別是流位變量方程、流率變量方程、輔助方程和表函數(shù)，這4種方程是模型中各個變量建立起數(shù)學(xué)聯(lián)系。

將細(xì)河流域水資源承載力系統(tǒng)劃分為7個子系統(tǒng)：水資源、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水、三產(chǎn)用水和廢污水子系統(tǒng)。如圖1。

圖1 SD模型子系統(tǒng)相互作用示意圖

2 流域概述

細(xì)河發(fā)源于阜蒙縣扎蘭營子鄉(xiāng)駱駝山，境內(nèi)河長86km，境內(nèi)流域面積為2284km2，于義縣復(fù)興堡入大凌河。流域內(nèi)有阜蒙縣的紅帽子鄉(xiāng)、王府鎮(zhèn)、佛寺鎮(zhèn)、七家子鄉(xiāng)、知足山鄉(xiāng)、東梁鎮(zhèn)、伊馬圖鎮(zhèn)、臥鳳溝鄉(xiāng)、新民鎮(zhèn)、阜新鎮(zhèn)和阜新市區(qū)，新邱區(qū)、清河門區(qū)。細(xì)河流域多年平均降水量510.5mm。細(xì)河流域降水時空分布不均，由南向北遞減，局部降雨較多。年內(nèi)降水主要集中在7～9月，年際變化較大，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 流域水資源量

以1956～2010年的平均年地表徑流量作為多年平均地表水資源量。細(xì)河流域1956～2010年多年平均地表水資源量3.59億m3。細(xì)河流域多年平均河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量0.24億m3，多年平均汛期棄水量1.37億m3，多年平均地表水資源量3.59億m3，故多年平均地表水可利用量1.98億m3。細(xì)河流域多年平均地下水資源量0.78億m3，地下水可開采量0.20億m3。根據(jù)地表水資源量和地下水資源量計算分析，確定細(xì)河流域行政分區(qū)多年平均水資源總量3.60億m3。

4 供需平衡分析

本次研究選取4種情景做為研究對象，分別為現(xiàn)狀延續(xù)型、開源型、開源節(jié)流型、節(jié)流回用型。通過4種情景的模型模擬，得到不同方案的供需情況。

4.1 現(xiàn)狀延續(xù)型

現(xiàn)狀延續(xù)型即現(xiàn)狀規(guī)劃方案，工程可供水量按現(xiàn)狀取值，未來不發(fā)生變化，其余決策指標(biāo)如工業(yè)產(chǎn)值增加率、萬元產(chǎn)值用水量等按照以往情形順延，此方案下供需平衡趨勢如圖1。

圖1 現(xiàn)狀延續(xù)型供用水量趨勢線

通過模型模擬可知，現(xiàn)狀延續(xù)型方案在現(xiàn)狀供水水源不發(fā)生變化的情況下，將于2014年開始工程性缺水，2015年缺水0.14億m3，2020年缺水0.95億m3，2030年缺水達(dá)4.67億m3。

4.2 開源型

開源型即根據(jù)現(xiàn)有工程規(guī)劃方案，逐年增加地表水源工程，直至與地表水資源可利用量持平，地下水源根據(jù)《遼寧省地下水保護(hù)規(guī)劃》，其供水量是逐年減少的，至遠(yuǎn)期規(guī)劃年供水量削減至零，其余決策指標(biāo)按照以往情形順延，此方案下供需平衡趨勢如圖2。

圖2 開源型供用水量趨勢線

通過模型模擬可知，開源型方案在供水水源供水量逐漸達(dá)到地表水可利用量的情況下，將于2017年開始資源性缺水，2020年缺水0.38億m3，2030年缺水達(dá)3.92億m3。缺水主要原因為各行業(yè)無節(jié)水措施，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，即現(xiàn)有水資源量不能滿足未來發(fā)展需求。

4.3 開源節(jié)流型

開源節(jié)流型即供水方案與開源型一致，各行業(yè)用水指標(biāo)與遼寧省實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度“十二五”規(guī)劃指標(biāo)逐年接近，其余決策指標(biāo)按照以往情形順延，此方案下供需平衡趨勢如圖3。

圖3 開源節(jié)流型供用水量趨勢線

通過模型模擬可知，開源節(jié)流型方案在供水水源供水量逐漸達(dá)到地表水可利用量、各行業(yè)用水指標(biāo)嚴(yán)格按照遼寧省實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度“十二五”規(guī)劃指標(biāo)執(zhí)行的情況下，未來20年基本滿足用水需求。但在規(guī)劃期末，2030年仍會產(chǎn)生資源型缺水，缺水量992萬m3。

4.4 節(jié)流回用型

節(jié)流回用型即供用水方案與開源節(jié)流型一致，新增加中水回用量，其余決策指標(biāo)按照以往情形順延，此方案下供需平衡趨勢如圖4。

圖4 節(jié)流回用型供用水量趨勢線

5結(jié)語

圖5 不同方案下水資源供需平衡對比分析

通過圖5可以看出，采用4種不同方案對水資源供需平衡進(jìn)行計算及分析，節(jié)流回用型方案在2020，2030年都是有余水的，其他3種方案在2030年水量都不足，因而水資源供需矛盾的因素不僅僅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業(yè)用水重復(fù)利用率和中水回用率上采取措施，只有采取相應(yīng)的節(jié)水和回用措施，才能使水資源完全可以在承載中發(fā)揮更大的作用。

［1］張寶安，毛利鳳，張雪花.秦皇島水資源供需平衡預(yù)測分析［J］.節(jié)水灌溉，2008（4）.

［2］王晶.孝義市水資源供需平衡分析及預(yù)測［J］.山西水利，2013（4）.

［3］章衛(wèi)，華國春，張倩，汪艷芳.巴中市水資源供需平衡分析［J］.黑龍江水利科技，2014（3）.

［4］馬嚴(yán).勉縣水資源供需平衡分析［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2012（4）.

［5］魏保義，王軍.北京市水資源供需分析［J］.南水北調(diào)與水利科技，2009（2）.

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

姜明偉（1967-），男（漢族），遼寧鐵嶺人，工程師，主要從事水文勘測工作，（Tel）13704171965。