基于石羊河流域環境再修復動力學系統研究策略模型

張忠文

（甘肅中醫藥大學 甘肅 蘭州 730000）

1 引言

石羊河流域位于我國西部地區，流域內水資源缺乏，而社會經濟發展使得水資源供給與使用二者之間矛盾日益突出。并且資源有效開發利用對于區域環境發展與演進有著重要的影響。通過對區域水資源承載力分析從而實現對資源合理開發與利用，從而實現經濟效益，社會效益，生態效益目標。

2 研究模型構建

2.1 區域概況

石羊河是河西走廊三大水系之一，自東向西其組成包括了大靖河，黃羊河，金塔河東大河等河流。河流補給來源主要是高山冰雪融水與大氣降水，年平均徑流量在15億立方米左右。石羊河流域屬于資源型缺水地區，水資源特點體現在地表徑流分配不均勻，年際變化呈現出周期性，地下水超采嚴重。受到自然以及人為因素的影響，生態環境惡化。從自然環境條件方面分析，流域屬于大陸性溫帶干旱氣候，降水少而日照時間充足，空氣干燥，水資源供求矛盾突出。

受到區域氣候變化情況影響，石羊河流域地表水量的平均遞減量為1.11×107M3，是河西走廊區域內地表流量變化最大的區域。自50年代以來，流域內灌溉區地下水位已經下降了4到17米左右，區域水位降落漏斗面積達1000KM2，其中最為明顯的是武威盆地泉水減少量，56年數據為8.6×108M3，78年減少到了2.03×108M3，99年只有0.32×108M3，目前為止70%的泉眼已經干涸，進水灌溉取代了泉水灌溉。

石羊河流域中游人口變化情況是50年約為49萬人，到了2011年人口達到了102萬左右，60年時間人口增加了近53萬。下游人口50年約為21萬人到2011年增加到了27萬人左右。石羊河流域人類活動與農業水資源利用距平變化如表1所示。

表1 石羊河流域不同年代農業水資源利用距平變化

通過上述圖表可以發現，不同區域與年石羊河流域農業水資源利用的情況存在差異。

2.2 系統模型構成

SD模型是對系統結構，信息反饋，行為空間與功能辯證動態關系分析的模型，以控制論、系統論，信息論，計算機技術作為基礎，對實際系統動態機制進行反映的機制。該模型首先需要將大系統分為不同的子系統，整體系統目標包括了資源環境，社會經濟等方面。之后依據不同的數量決策變量設定不同的方案，在考慮到不同系統關系的情況下，通過模型進行模擬，從而得出不同的方案。

2.3 系統模型主要變量

系統模型構成部分內容包括了多個一級系統，比如水與生態環境、社會資源組成的復雜系統，水與資源、工業、農業、建筑業等組成的系統。一級系統又包括了二級系統。模型變量包括了數量不等的一級系統，速率變量，狀態變量，表函數，輔助變量，反饋回路。狀態變量的內容包括了城鎮與農村人口，工業增加值，防護林的面積，灌溉面積等。與狀態變量相對對應的是速率變量，比如人口增加速度，工業增加值增加的速度，灌溉面積增加的速度等。表函數內容包括了地表與地下水供水量，農村與城鎮用水量，工業增加值需要用水量，灌溉區域增加的面積等。模型設置的輔助變量內容包括了需水量與供水量的總額，總人口，工業增加值等。

2.4 模型方程與參數檢驗

模型的方程包括了狀態方程，速率方程、表函數，輔助方程，常數方程等。模型是否適用于目標需要進行方案分析與或者是仿真，從而檢驗模型的有效性與正確性，將得到的結果與已有的歷史記錄數據進行比較，從而對二者的吻合程度進行驗證。將相關參數輸入模型進行仿真運行，考慮到模型涉及到的參數過多，因此可以有選擇性的開展實驗。

3 基于研究模型的模擬分析

3.1 方案設計工作

通過對區域相關資料分析可以知道，區域內總體用水量為22.5億立方米，其中農業用水量為18.7億立方米，比值較大。方案在設計時需要考慮到的內容包括了生活，生態，工業與建筑業，林牧業，第三產業等，并且其中內容需要與發展規劃相吻合。結合到實際工作情況設計不同的工作方案。

方案一，減少灌溉面積，對井灌區與渠灌區進行調整，并且將灌溉地區面積年遞減率控制在2%左右。

方案二，對農業節水力度進行控制，降低水澆地等灌溉定額，提升水利用系數，并且參考區域重點治理規劃，擬定后期灌溉農業節水情況。

3.2 方案分析與模擬

考慮到不同方案中供水量變化非常小，需求量受到農業用水變化量影響比較顯著，灌溉用水量會對農業用水需求量、總體需水量造成較大影響。通過對模擬的結果進行分析可以發現，不同水平年，不同方案下供需差額是逐年縮小的，并且解決供需問題的效果也存在差異。隨著時間變化水資源供需之間的矛盾得到了逐步緩解，之后水量余量逐年增加。

3.3 計算與分析水資源承載力

假設以農業節水力度，年供水量為約束條件，通過模型計算可以得到各規劃時間內可承載的灌溉地面積以及生態規模。研究區域內某年度可承載總人口數量為18418萬人，工業增加值為40900億元，灌溉面積是10200ha，防護林面積是10800萬ha。通過模型進行模擬分析，10年后該區域各項指標均發生了較大變化，區域內環境可承載力明顯上升，水資源承載力也明顯提升。水資源供需之間的矛盾能夠得到有效緩解，地下水位同時有明顯的回升，生態用水能夠滿足要求并且獲得補充，生態環境也獲得了一定改善。

4 結語

水資源對區域經濟發展有著重要作用，甚至能夠制約區域經濟發展，因此需要對區域內資源情況作詳細了解，基于此對資源合理利用。衡量資源利用的一項標準就是區域水資源可承載力，對此指標研究可通過建立相應的模型對當下甚至是未來一段時間內區域變化情況進行模擬，從而獲得區域發展與水資源二者之間的關系，并通過相關措施的應用從而使資源能夠合理有效利用，獲得經濟社會效益的同時也獲得生態環境效益。

[1]劉士霞張志斌鐘卓.基于SD模型的本溪市細河流域水資源承載力研究[J].水土保持應用技術，2014(2).

[2]李霞李振林宋閣慶.石羊河流域相對水資源承載力研究[J].甘肅科技，2012(28).