水資源利用和水污染防治投入產(chǎn)出最優(yōu)控制模型構(gòu)建

劉景春陳崢孫建新（.唐山市曹妃甸區(qū)環(huán)境保護局，河北唐山 0630；.唐山市曹妃甸鋼鐵電力園區(qū)管理委員會，河北唐山 0630；）

水資源利用和水污染防治投入產(chǎn)出最優(yōu)控制模型構(gòu)建

劉景春1陳崢2孫建新1
（1.唐山市曹妃甸區(qū)環(huán)境保護局，河北唐山 063210；2.唐山市曹妃甸鋼鐵電力園區(qū)管理委員會，河北唐山 063210；）

水作為自然資源的一種，在生態(tài)環(huán)境平衡重發(fā)揮著重要的作用。區(qū)域水資源利用、水污染防治和國家經(jīng)濟發(fā)展具有密切的相關(guān)性。為了促使我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和優(yōu)化，實現(xiàn)科學(xué)可持續(xù)發(fā)展，必須高度重視對水資源的利用，并且結(jié)合實際采取有效的措施，不斷提升水污染治理水平，強化對水污染的控制。本文主要通過構(gòu)建最優(yōu)控制模型對水資源利用與水污染防治的投入與產(chǎn)出進行分析。

水資源利用 水污染防治 投入產(chǎn)出模型 構(gòu)建最優(yōu)模型

隨著新世紀的到來，資源的耗竭、環(huán)境的惡化已經(jīng)成為世界關(guān)注的焦點，資源和環(huán)境促進國家經(jīng)濟發(fā)展的作用日益受到人們的關(guān)注。然而，隨著人類對資源的消耗不斷增大，水資源供需矛盾愈加強烈，水環(huán)境也處于消極的變化之中，對國家經(jīng)濟的發(fā)展造成嚴重的干擾。通過對投入產(chǎn)出進行分析，從而定量分析資源與國家經(jīng)濟發(fā)展之間的相關(guān)性，具有科學(xué)可行性。然而，因為投入產(chǎn)出分析缺乏自主擇優(yōu)功能，因此必須把其和優(yōu)化技術(shù)進行緊密結(jié)合，從而構(gòu)建投入產(chǎn)出的最優(yōu)模型，提高投入產(chǎn)出分析的有效性和科學(xué)性。本文通過對水資源利用、水污染防治投入產(chǎn)出最優(yōu)控制模型構(gòu)建進行探討，從而為國民經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)邁向水資源與水環(huán)境可持續(xù)利用的健康發(fā)展提供有力的依據(jù)。

1 投入產(chǎn)出最優(yōu)模型的構(gòu)建

1.1 控制目標(biāo)和方法的確定

在構(gòu)建最優(yōu)控制模型之前必須先選擇科學(xué)可行的控制目標(biāo)與控制方法，這具有重要的實際性意義。在國家經(jīng)濟發(fā)展的進程中，不同地區(qū)應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身的實際經(jīng)濟情況選擇有效的控制方法，同時根據(jù)社會、經(jīng)濟、環(huán)境等各個方面的要求對國民經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢進行分析與預(yù)測，從而確定一定期限內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展目標(biāo)，并且制定相關(guān)的計劃予以有效的落實。通過預(yù)期目標(biāo)的確定，不但能夠明確決策者對經(jīng)濟發(fā)展的要求，而且通過目標(biāo)的定量控制能夠切實有效的反應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展的真實情況。水資源可持續(xù)利用是保證區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)，必須對水環(huán)境對經(jīng)濟發(fā)展的應(yīng)用進行考慮。在對經(jīng)濟發(fā)展和人口增長等因素進行分析的過程中，可將規(guī)劃期內(nèi)各部門水資源使用量Sw和COD去除量SCOD作為控制目標(biāo)，同時給出水資源使用量的理想值Dw和水污染治理量的理想值DCOD。該目標(biāo)的設(shè)置要求區(qū)域國民經(jīng)濟實際水資源使用量Sw相當(dāng)于或者接近控制量Dw，同時實際水污染治理量SCOD相當(dāng)于或者接近控制量DCOD，這是確保人民對水資源的需求和水污染控制要求得以滿足的前提所在。因此，根據(jù)上述指標(biāo)的設(shè)置，可以通過國民經(jīng)濟生產(chǎn)部門的產(chǎn)出水平改變速度Xp（t+1）-Xp（t）、水資源使用量改變速度Xw（t+1）-Xw（t）和COD去除量改變速度XCOD（t+1）-XCOD（t）進行水資源利用和水污染控制。

1.2 建立模型

最優(yōu)模型的公式如下所示：

minJ=12Σt=0N［YT（t）QY（t）+UT（t）RU（t）］

實際上，經(jīng)濟學(xué)供需平衡的基本原理難以真正實現(xiàn)，也就是供給和需求之間始終存在一定程度的差異。假設(shè)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展處于理想的情況下，規(guī)劃期內(nèi)每年實際最終消費產(chǎn)品Sp、實際水資源使用量Sw和實際COD去除量SCOD與最終消費產(chǎn)品的理想值Dp、水資源使用量的理想值Dw和COD去除量的理想值DCOD相等時，系統(tǒng)的運行狀況最優(yōu)。

然而，實際情況下，水資源水環(huán)境和社會經(jīng)濟所處的系統(tǒng)具有復(fù)雜性，因此，Sp與Dp、Sw與Dw以及SCOD與DCOD并不等同。所以，根據(jù)最優(yōu)控制模型的基本理論，只要實現(xiàn)上述3個控制目標(biāo)在規(guī)劃期內(nèi)的實際值與決策者的理想值的最小值便可達到最優(yōu)狀態(tài)。

2 投入產(chǎn)出最優(yōu)模型的應(yīng)用

采用某省份水資源利用、水污染控制投入產(chǎn)出的模型作為例子，基于該省份2005年水資源利用、水污染防治投入產(chǎn)出的數(shù)據(jù)表，構(gòu)建投入產(chǎn)出最優(yōu)控制模型。

2.1 控制目標(biāo)的確定

根據(jù)國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)為依據(jù)，主要考慮“十一五”規(guī)劃期內(nèi)生產(chǎn)總值的預(yù)期增長速度、GDP耗水量、COD排放量、COD排放限制值，從而確定基準年和規(guī)劃年間的最終消費產(chǎn)品的理想值Dp（t）、水資源使用量的理想值Dw（t）和COD去除量的理想值DCOD（t）。

2.2 結(jié)果分析

根據(jù)十一五對該省份的水環(huán)境要求，需要把COD的排放量控制在所規(guī)定的范圍之內(nèi)，并且降低水資源使用量，致力于水資源可持續(xù)利用。對于相關(guān)的制造業(yè)（包括紡織業(yè)、服裝制造業(yè)、木材制造業(yè)、化學(xué)工業(yè)、金屬加工業(yè)等等也必須進行嚴格的控制，要求控制目標(biāo)不能超過規(guī)定范圍的10%，對于耗水量和排污量嚴重的生產(chǎn)企業(yè)要求控制目標(biāo)控制不超過范圍的5%。通過該省份水資源利用和水污染防治投入最優(yōu)控制模型的應(yīng)用與計算，可見在規(guī)劃期間，其水資源使用量增長范圍必須在5%-7%之間，方可實現(xiàn)該省份水資源可持續(xù)利用的目標(biāo)。與此同時，COD去除量的增長速度應(yīng)當(dāng)超過水資源使用量的增長速度，方可實現(xiàn)COD年排放量達到水污染控制的目標(biāo)。

綜上所述，通過結(jié)合水資源利用和水污染防治投入產(chǎn)出分析和最優(yōu)化技術(shù)，能夠有效地對區(qū)域水資源利用與水污染防治的經(jīng)濟成本效益進行科學(xué)的分析，有利于對區(qū)域經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，有利于提高區(qū)域水資源利用率，提高水污染防治水平，從而實現(xiàn)區(qū)域水資源、水環(huán)境、國民經(jīng)濟共同協(xié)調(diào)發(fā)展的目標(biāo)。因此，在區(qū)域水資源利用和水污染防治投入產(chǎn)出的分析管理過程中，可以通過優(yōu)化技術(shù)的利用構(gòu)建最優(yōu)控制模型，從而提高水資源利用和水污染防治投入產(chǎn)出的效率和效益，更好地推進區(qū)域國民經(jīng)濟的長遠可持續(xù)發(fā)展。

［1］李智慧，楊金海，薛鳳海.投入產(chǎn)出方法在研究山西國民經(jīng)濟用水中的應(yīng)用［J］.水利學(xué)報，1997（5）:66-69.

［2］徐麗娜，方國華.江蘇省水資源宏觀經(jīng)濟模型研究［J］.江蘇水利，2004（3）:35-38.

［3］李林紅.滇池流域可持續(xù)發(fā)展投入產(chǎn)出系統(tǒng)動力學(xué)模型［J］.系統(tǒng)工程理論與實踐，2002（8）:89-94.

［4］黃學(xué)良.環(huán)境經(jīng)濟投入產(chǎn)出模型的最優(yōu)控制［J］.中國管理科學(xué)，1997（6）:60-64.

［5］孫翠清.區(qū)域水資源優(yōu)化配置的控制論模型研究［D］.南京:河海大學(xué)，2005.