基于系统动力学的闭环反馈水资源优化配置研究

闭环反馈

［摘 要］ 【目的】建立水资源优化配置模型，在刻画水资源配置过程复杂性的同时，探讨盈余水量回收再配置机制对区域水资源的影响，使有限的水资源得到合理利用。【方法】构建基于系统动力学的闭环反馈水资源优化配置模型，采用系统动力学软件 Ｖｅｎｓｉｍ，将水资源供需系统及与水资源有关的经济、社会、人口、环境等影响因素以图形化的方式表达出来，用变量记号和方程式表述变量之间的因果关系；同时在模型中增加盈余水量的回收再配置环节，通过设置盈余水量回收比例和回收延迟参数，探讨其对区域水资源配置结果的影响，最后对此模型进行实例应用，并与基于多目标遗传算法的水资源配置方案进行比较。【结果】基于系统动力学的闭环反馈水资源优化配置模型，充分展现了区域供水量、需水量、用水量、回收水量 之 间 的 关 系，以及其与区域经济、社 会、人 口、环境之间复杂的因果关系。通过改变盈余水量回收比例和回收延迟参数对模型进行验证，表明盈余水量回收机制设置合理，且盈余水量全部回收可明显增加区域的总供水量；与基于多目标遗传算法的水资源配置方案的配置结果相比，利用基于系统动力学的闭环反馈水资源优化配置模型的配置结果，使实例研究区域２０１５，２０２０和２０３０年的缺水量分别减少１７１９，１３８８和２３０７万 ｍ３。【结论】所建立的基于系统动力学的闭环反馈水资源优化配置模型合理、可靠，为地区水资源的优化配置提供了一条有效途径。

［关键词］ 水资源配置；水资源供需系统；系统动力学；闭环反馈；Ｖｅｎｓｉｍ

１ 基于系统动力学的闭环反馈水资源配置模型

１．１ 研究对象水资源初次分配后，各用水主体 对 配 置 的 水 资源会产生一定的供需差。一部分用水主体因分配水量不足而处于缺水状态，需要获得额外的水量才能保障生产和生活的正常运行；另一部分用水主体因水量分配充足，在遵循水资源边际效益递减规律的作用下，自身多余的水量无法消耗，或者在市场水权转换利益等方式的驱动下，将初次分配的水权高价转换给其他用水主体，使得地区总水量不能发挥其最大价值，且严重侵害了其他用水主体的利益。这些无法消耗和待转换的水量共同组成了盈余水量，为此，本研究增加了对盈余水量的回收再配置过程，以便提高区域水资源的整体效益。本模型的研究对象可分为需水 对 象、供 水 对 象和盈余水量回收再配置对象３部分。其中需水对象划分 为 生 活 需 水、生产需水和生态环境需水对 象。供水对象包含有地表水供水、地下水供水、节水和再生水利用等对象。盈余水量的回收再配置对象主要负责对盈余水量的回收，同时将回收水量引入到水资源的再配置系统中，作为一种“全新”的供水水源予以考虑。

１．２ 模型假设为保证基于系统动力学带有闭环反馈机制的区域水资源优化配置模型能够对盈余水量顺利地进行配置，本研究进行如下假设：１）区域中各用水主体使用的水权均为产权清晰的合法水权，不存在用水主体私自非法盗用产权不清晰水权的现象；２）流域管理部门不考虑盈余水量的回收成本，以及水权转换的管理成本；３）各用水主体的盈余水量由流域管理部门统一回收再配置，且回收能力无限制；４）各用水主体使用的水质相同，且回收 到 的 盈余水量未经使用和处理，其水质和初始分配时无差异；５）各类供水系统将水运输到区域某一供水点进行集中统一配置。