泰安水环境承载力分析与研究_水环境承载力

时间：2019-01-20 03:28:46　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：采用系统动力学方法，模拟了泰安市未来20年水环境的演变趋势，并对各种策略下的水环境承载力进行仿真模拟，为地区水资源利用、水环境保护及经济发展提供科学依据。　　关键词：水环境；水环境承载力；系统动力学
　　中图分类号：TV131文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2008）33（c）-0093-01
　　
　　一、水环境承载力系统。水环境承载力系统由GDP子系统、人口子系统、水资源子系统、水环境子系统组成。1、GDP子系统。GDP的增长需要增加对水资源的需求，加剧了水资源的紧张程度，增加废水的排放，造成水环境的污染，而同时GDP的增长促进了水资源的利用程度，提高了水资源的重复利用率，从而为GDP的增长提供了源泉和动力。2、人口子系统：人口子系统对于水环境承载力的影响体现在人口的增长，生活用水的增加以及生活污水的排放的增加。3、水资源子系统：水资源子系统包括可供水资源量和需水量，前者包括地下水资源量、地表水资源量以及中水回用量，需水量包括GDP用水量、生活用水量。4、水环境子系统：水环境子系统包括污水排放量、处理量、污染物负荷、河流水环境容量等，该系统主要研究在各种条件下污染负荷与水环境容量的关系。本研究采用Vensim软件进行系统动力学建模，主要应用步骤为：①定义变量②定义变量间的连接③定义变量间的关系④模型结构和模型行为检验⑤运行模拟。
　　二、建立水环境承载力评价指标体系。1、指标确定。水环境承载力的量化离不开指标体系的确立，水环境承载力指标体系包括：（1）供水紧张程度：可用水资源量与需水量的比值，该值越大，水环境承载力越大。（2）河流水环境容/负比：等于水环境容量与COD污染负荷比值，该数值越大，水环境承载力越大。（3）人均GDP：反应经济发展趋势。（4）单位水资源GDP：用每立方米水资源消耗量产出的GDP表示，反映了生产对水环境索取强度，等于万元GDP用水的倒数。（5）单位污水排放量的GDP：每立方米污水排放产出的GDP，等于GDP万元污水排放量的倒数。（6）生活污水回用量：该数值越大，对水环境承载力的贡献越明显。（7）生产污水回用量：生活污水回用量越大，对水环境承载力的贡献越大。2、水环境承载力的定量表述。水环境承载力指数可通过以下方法计算，首先确定在水环境承载力模型中有j个策略，则在一定规划时期内有j个水环境承载力，这j个水环境承载力为指数Ej(j＝1，2，…，m)，再设每个水环境承载力由上述i个具体指标确定的分量组成，即：Ej＝(E1j，E2j，…，Enj)，然后进行归一化：其中，(i＝1，2，…，n) (j＝1，2，…，m)，第j个水环境承载力指数的大小可以用归一化后的矢量模来表示，即：(i＝1，2，…，n) (j＝1，2，…，m)。
　　三、应用实例―泰安市水环境承载力分析与研究。1、泰安市水环境分析。泰安市多年来由于经济快速发展，用水量急剧增加，某些区域地下水过度开采，采补不平衡，部分集中开采区已形成地下水降落漏斗区。除了资源性缺水，全市地表水、地下水都受到不同程度的污染，无法起到生态环境调控功能，由污染造成的工农业用水与生活用水供需矛盾日益突出。2、模型建立。2.1、确定模型初始状态。在建立水环境承载力模型基础上，以2005年泰安市的统计数据为模型的初始状态，模拟在不同策略下，各指标从2005年至2025年的动态变化趋势。2.2、主要方程构建。该模型包括变量和常量共63个，包括：（1）工业总产值=INTEG(+工业产值年增长量，工业产值现值)；（2）三产产值=INTEG(+三产产值年增长量，三产现值)；（3）人口=INTEG(+人口年增长量，人口现值)；（4）可供水资源量=可用地表水量+可用地下水量+生活污水回用量+生产污水回用量+外流域调水量（万吨）；（5）需水量=工业用水量+三产用水量+农业用水量+生活用水量）。2.3、模型验证。将2000年至2004年做为历史回顾性检验时间，把历史参数输入模型进行仿真计算，然后与历史实际发生的行为数据进行对比，结果表明，模型行为与实际具有一致性。。2.4、策略设计与仿真模拟。控制反馈回路中的决策变量，分别模拟几种条件下和综合策略下系统的发展变化过程。(1)现状条件下：污水处理及中水回用均维持现状，随着经济发展，人口增长，到2025年对水资源的需求增加，缺水状况越来越严重，水环境质量变差。(2)节约用水：模型中，据泰安市的节水潜力，逐步采取节水措施，以表函数的形式逐步减少生活、生产用水和农业灌溉用水，减少水资源需求量。（3）污水处理：提高污水处理率，以表函数形式在模型中逐步提高生活和生产污水处理率，增加环境水资源量。（4）中水回用：中水主要是指生活及生产污水在经过处理后达到一定水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用的杂用水，该措施在改善水质的同时，使中水成为重要的水资源来源，提高了水资源的有效使用。（5）综合以上2、3、4各策略。
　　3、仿真结果与方案对比。图1看出，现状策略下容/负比呈下降趋势，污染物负荷量逐渐超过河流水环境容量，说明水环境问题将会越来越严重。由图2可以看出，在各单项策略下，供水紧张程度日趋紧张，综合策略下水资源紧张程度趋于减缓。
　　通过计算得出各种策略下的水环境承载力指数见图3，通过分析可以看出，节水、提高污水处理率和现状策略下的水环境承载力呈下降趋势，对于水环境承载力的提高作用不明显，不能满足经济社会对水环境的要求。
　　
　　4.结论。在不同策略下泰安市水环境承载力的仿真结果看，如果维持现状，泰安市的水环境将会持续恶化，只有在采取综合措施下，通过节水、提高污水处理率和回用率等综合措施才可以有效缓解泰安市的水环境问题，实现水环境与经济社会的快速可持续发展。
　　作者单位：山东省泰安水文水资源勘测局
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