基于石羊河流域环境再修复动力学系统研究策略模型

张忠文

（甘肃中医药大学 甘肃 兰州 730000）

1 引言

石羊河流域位于我国西部地区，流域内水资源缺乏，而社会经济发展使得水资源供给与使用二者之间矛盾日益突出。并且资源有效开发利用对于区域环境发展与演进有着重要的影响。通过对区域水资源承载力分析从而实现对资源合理开发与利用，从而实现经济效益，社会效益，生态效益目标。

2 研究模型构建

2.1 区域概况

石羊河是河西走廊三大水系之一，自东向西其组成包括了大靖河，黄羊河，金塔河东大河等河流。河流补给来源主要是高山冰雪融水与大气降水，年平均径流量在15亿立方米左右。石羊河流域属于资源型缺水地区，水资源特点体现在地表径流分配不均匀，年际变化呈现出周期性，地下水超采严重。受到自然以及人为因素的影响，生态环境恶化。从自然环境条件方面分析，流域属于大陆性温带干旱气候，降水少而日照时间充足，空气干燥，水资源供求矛盾突出。

受到区域气候变化情况影响，石羊河流域地表水量的平均递减量为1.11×107M3，是河西走廊区域内地表流量变化最大的区域。自50年代以来，流域内灌溉区地下水位已经下降了4到17米左右，区域水位降落漏斗面积达1000KM2，其中最为明显的是武威盆地泉水减少量，56年数据为8.6×108M3，78年减少到了2.03×108M3，99年只有0.32×108M3，目前为止70%的泉眼已经干涸，进水灌溉取代了泉水灌溉。

石羊河流域中游人口变化情况是50年约为49万人，到了2011年人口达到了102万左右，60年时间人口增加了近53万。下游人口50年约为21万人到2011年增加到了27万人左右。石羊河流域人类活动与农业水资源利用距平变化如表1所示。

表1 石羊河流域不同年代农业水资源利用距平变化

通过上述图表可以发现，不同区域与年石羊河流域农业水资源利用的情况存在差异。

2.2 系统模型构成

SD模型是对系统结构，信息反馈，行为空间与功能辩证动态关系分析的模型，以控制论、系统论，信息论，计算机技术作为基础，对实际系统动态机制进行反映的机制。该模型首先需要将大系统分为不同的子系统，整体系统目标包括了资源环境，社会经济等方面。之后依据不同的数量决策变量设定不同的方案，在考虑到不同系统关系的情况下，通过模型进行模拟，从而得出不同的方案。

2.3 系统模型主要变量

系统模型构成部分内容包括了多个一级系统，比如水与生态环境、社会资源组成的复杂系统，水与资源、工业、农业、建筑业等组成的系统。一级系统又包括了二级系统。模型变量包括了数量不等的一级系统，速率变量，状态变量，表函数，辅助变量，反馈回路。状态变量的内容包括了城镇与农村人口，工业增加值，防护林的面积，灌溉面积等。与状态变量相对对应的是速率变量，比如人口增加速度，工业增加值增加的速度，灌溉面积增加的速度等。表函数内容包括了地表与地下水供水量，农村与城镇用水量，工业增加值需要用水量，灌溉区域增加的面积等。模型设置的辅助变量内容包括了需水量与供水量的总额，总人口，工业增加值等。

2.4 模型方程与参数检验

模型的方程包括了状态方程，速率方程、表函数，辅助方程，常数方程等。模型是否适用于目标需要进行方案分析与或者是仿真，从而检验模型的有效性与正确性，将得到的结果与已有的历史记录数据进行比较，从而对二者的吻合程度进行验证。将相关参数输入模型进行仿真运行，考虑到模型涉及到的参数过多，因此可以有选择性的开展实验。

3 基于研究模型的模拟分析

3.1 方案设计工作

通过对区域相关资料分析可以知道，区域内总体用水量为22.5亿立方米，其中农业用水量为18.7亿立方米，比值较大。方案在设计时需要考虑到的内容包括了生活，生态，工业与建筑业，林牧业，第三产业等，并且其中内容需要与发展规划相吻合。结合到实际工作情况设计不同的工作方案。

方案一，减少灌溉面积，对井灌区与渠灌区进行调整，并且将灌溉地区面积年递减率控制在2%左右。

方案二，对农业节水力度进行控制，降低水浇地等灌溉定额，提升水利用系数，并且参考区域重点治理规划，拟定后期灌溉农业节水情况。

3.2 方案分析与模拟

考虑到不同方案中供水量变化非常小，需求量受到农业用水变化量影响比较显著，灌溉用水量会对农业用水需求量、总体需水量造成较大影响。通过对模拟的结果进行分析可以发现，不同水平年，不同方案下供需差额是逐年缩小的，并且解决供需问题的效果也存在差异。随着时间变化水资源供需之间的矛盾得到了逐步缓解，之后水量余量逐年增加。

3.3 计算与分析水资源承载力

假设以农业节水力度，年供水量为约束条件，通过模型计算可以得到各规划时间内可承载的灌溉地面积以及生态规模。研究区域内某年度可承载总人口数量为18418万人，工业增加值为40900亿元，灌溉面积是10200ha，防护林面积是10800万ha。通过模型进行模拟分析，10年后该区域各项指标均发生了较大变化，区域内环境可承载力明显上升，水资源承载力也明显提升。水资源供需之间的矛盾能够得到有效缓解，地下水位同时有明显的回升，生态用水能够满足要求并且获得补充，生态环境也获得了一定改善。

4 结语

水资源对区域经济发展有着重要作用，甚至能够制约区域经济发展，因此需要对区域内资源情况作详细了解，基于此对资源合理利用。衡量资源利用的一项标准就是区域水资源可承载力，对此指标研究可通过建立相应的模型对当下甚至是未来一段时间内区域变化情况进行模拟，从而获得区域发展与水资源二者之间的关系，并通过相关措施的应用从而使资源能够合理有效利用，获得经济社会效益的同时也获得生态环境效益。

[1]刘士霞张志斌钟卓.基于SD模型的本溪市细河流域水资源承载力研究[J].水土保持应用技术，2014(2).

[2]李霞李振林宋阁庆.石羊河流域相对水资源承载力研究[J].甘肃科技，2012(28).