基于SD模型的水生态承载力模拟优化与例证

提出了系统动力学和投影寻踪法的水生态承载力模拟和优选方法,以常州市为例进行实证研究. 采用情景分析法,从节水和污染控制方面,设计了零方案,节水方案,污染控制低方案,污染控制中方案和污染控制高方案等5个情景方案. 通过Vensim DSS软件建立SD （system dynamics）模型和模拟仿真平台,模拟了2020年常州市水生态承载力,得到5种情景方案的模拟结果. 采用遗传投影寻踪法,对5种情景方案进行优选,推荐方案为污染控制高方案,在该方案下,2020年常州市可承载的人口数量为481万人,GDP总量可达到6094亿元,相应的水资源开发利用率为48.8%,最大水环境容量利用率为100%,要达到以上水生态承载力目标,必须提高水资源利用效率,降低重点污染行业增长速度,增加污水治理投资金额,提高污水处理率等. 研究结果为评估水生态承载力提供了理论依据,为研究区水生态环境保护和经济社会发展提供了决策参考.     

黄河流域水资源供需平衡的动态仿真与模拟

水资源是经济社会发展的重要战略性资源，黄河流域水资源供需矛盾突出，水资源供需平衡将直接影响黄河流域生态保护与高质量发展。本文综合运用系统动力学和随机前沿分析方法，构建了黄河流域各省份水资源仿真模型，模拟预测了2021—2035年期间不同水资源利用方案和经济增长情景下的水资源供需缺口。结果表明：(1)预测期间黄河流域整体需水量小幅增加，水资源供需缺口呈现先增加后下降的趋势；(2)除青海和四川外，黄河流域其他省份均存在不同程度的水资源缺口；(3)水资源利用方案是影响水资源利用状况的关键因素，高度协调方案下黄河流域2035年水资源供需缺口比中度协调方案小34.93亿立方米至37.24亿立方米，比低度协调方案小73.71亿立方米至77.68亿立方米；(4)影响各省份水资源供需平衡的主导因素不同，整体来看水资源供需缺口对单位农业用水量的变动更加敏感。     

以河流水质为目标的排污量控制的仿真研究

城市排水管网与污水处理厂的运行状态直接影响受纳河流的水质。以河流水质为最终目标，根据河流纳污能力控制废水排放量，可有效保护河流生态质量。本文根据国际水协会发布的1号河流水质模型，构造了能模拟河流水质动力学和生化特征的仿真平台。进一步以河流断面氨浓度为控制指标，研究了基于河流水质的排水系统的排污流量控制问题。仿真结果验证了基于河流水质控制污水排放量策略的有效性。     

火电厂生态工业园的系统动力学模拟与调控

火电厂生态工业园作为区域工业生态系统是由产业、人口、资源和环境生态等子系统组成,各子系统之间、各子系统与外部环境之间不断的进行着物质、能量、信息等的交换,是一个开放的系统.火电厂生态工业园的可持续发展依赖于各子系统的合理结构、发展模式以及对系统的有效调控.将可持续发展思想与系统动力学方法相结合,在系统地分析火电厂生态工业园的系统结构的基础上,构建了火电厂生态工业园的系统动力学模型;确定生育指数、各产业投资比、科技因子、资源循环利用率等参数为调控参数.以朔州火电厂生态工业园为案例进行了9个方案的模拟和调控.结果表明:方案7和方案8的调控参数选取合理,废物排放最少,经济、环境和社会效益最大,是朔州火电厂生态工业园实现可持续发展的相对最佳方案.     

水环境危机下北京市水资源供需平衡系统动力学仿真研究

本文利用系统动力学研究了水环境危机背景下的北京市水资源供需平衡问题.首先,将北京市水资源供需平衡系统划分为两个主要的子系统进行建模分析.其次,基于供需平衡模型,建立了水资源供需平衡系统动力学仿真模型.最后,在仿真对比分析基础上,提出了缓解北京市水资源供需矛盾的方案.     

中国水资源利用效率评估模型构建及应用

构建了一种基于投影寻踪及遗传算法的水资源利用效率评估模型. 首先运用层次分析法(AHP)对指标集进行筛选, 利用Ward系统聚类方法划分样本初始等级; 以初始等级和所选指标为基础建立投影寻踪模型; 采用遗传算法进行求解. 并将所构建的模型应用于对我国31个省级行政区的水资源利用效率进行评估. 根据模型计算结果, 北京、天津、山西等地水资源利用效率较高, 而宁夏、广西、西藏等水资源利用效率低. 分析发现中国水资源利用效率具有较为明显的地域特征和区域差异, 其基本趋势是: 水资源短缺压力较大或经济较发达的地区水资源利用效率相对较高; 反之亦然. 水资源利用效率较高的地区呈现出万元工业增加值用水量少、 去变异化农业用水效率高、人均GDP高等显著特点.     

农村能源综合建设系统动态模拟分析

农村能源综合建设系统与农村社会经济、生态环境密切相关。运用系统动力学的基本原理，将农村能源系统按消费的最终用途分为：农村能源与人口子系统、农村能源与种植业子系统、农村能源与林业子系统、农村能源与养殖业子系统等8个子系统进行动态模拟，分析农村能源需求和消费、农村社会经济发展与生态环境改善之间的关系，从而寻求适当的农村能源建设模式。对北京市昌平县农村能源综合建设系统进行了分析，提出了具体的规划方案。     

中国绿色增长模式的动态仿真分析

本文运用系统动力学理论构建中国绿色增长系统的动力学模型,通过对经济、资源、环境、生活、政策子系统参数的调控,预测人均绿色GDP、资源环境成本、生态安全指数、环境污染指数、国民幸福指数以及研发效率等变量的动态趋势,模拟得到四种不同的经济增长模式.研究结果表明:经济的快速发展给生态环境产生了巨大压力,环境污染与资源枯竭问题的日益严重将会阻碍经济的可持续发展;通过政策干预与国家宏观调控,优化产业结构,限制高耗能、高污染产业的发展,对资源的生产与使用起到约束作用;方案4:协同发展模式以快速的经济增长速度和较低的经济损失、资源消耗与环境污染代表了快速增长低消耗低污染的发展模式,即绿色的增长模式.     

单兵火力系统集成建模与仿真研究

为全面分析单兵火力系统的综合性能,基于虚拟样机和软件接口技术,研究了单兵火力系统的集成建模和协同仿真方法.利用Solidworks、ADAMS和Matlab软件建立了单兵火力系统的主要子系统模型,包括单兵射击动力学模型、内外弹i/火控模型、思维控制模型、终点弹道效应模型和命中概率模型.并在Matlab/Simulink环境下将各个子模型集成为一体化的单兵火力系统协同仿真模型.以步枪三发点射为例,验证了仿真模型的有效性,并利用集成模型分析了子系统输出参数对系统射弹散布的影响,分析了榴弹的最佳初速.仿真结果表明,该集成模型能够模拟实际系统预测和分析各个子系统的性能,为单兵系统的型号研制提供有效的参考.     

基于系统动力学的北京市农业水足迹模拟与影响因素分析

北京市水资源严重短缺,提高农业用水效率对北京市的经济社会发展具有极其重要的意义。本文将农业水足迹分为农作物实际需水、畜牧业用水和农业生活用水三部分,探寻影响这三部分变量的因素,建立各因素之间的动力学方程,并基于vensim软件建立系统动力学模型。基于系统动力学模型,分设惯性增长、气候干旱、农业灌溉用水有效利用系数变化、畜牧业发展四个情景,调整不同的参数,对北京市农业水足迹进行情景模拟和模型检验。研究表明:(1)在气候因素的影响下,农业用水随着干旱程度的加剧而呈现平稳增加的趋势,增加了 1.5× 10~8 m~3;(2)在农业灌溉用水有效利用系数的变化下,农业用水以2.242× 10~7m~3/a的速率增加;(3)在畜牧业发展迅速,产量增加的情况下,农业用水量以7.765 × 10~7 m~3/a的速度增加。因此,农业用水量主要受经济发展和科技进步的影响,为适应气候变化、经济发展以及科技进步带来的影响,需采取更多有效措施来提高农业用水利用率,科学管理水资源的分配,实现北京市水资源的可持续发展。     

基于投入产出价格影响模型的水价调整影响

运用国民经济投入产出的价格影响模型, 以北京市为例, 分析水价单独变化与联动变化对其它经济部门产品或服务价格和水费率的影响, 为制定有效缓解水资源供求矛盾的水价政策提供定量分析依据. 计算结果显示: 假设各类供水部门价格相互独立、不受其它部门价格的影响, 各类水价提高对非供水部门的影响较弱, 主要对居民、行政事业及部分高用水服务业的价格影响相对较大, 影响最大的是教育事业. 在独立供水部门水价变动的影响中, 工商业水价变动对各部门水费影响最大; 污水处理业价格上涨对使用再生水行业水费率影响相对明显. 各类水价同时提高一倍, 除居民水费占消费总支出的比例略高于1%外, 非供水部门的水费率仍低于0.5%. 以居民承受能力最低限水费率2%为目标, 若各部门用水总量保持不变, 水价至少还应有3倍以上的上涨空间, 水价提升不会对经济社会产生大的波动. 大力进行水价改革, 是节约用水的必要和迫切的手段.     

福建省农业经济系统分析

通过对福建省相关统计资料的分析，将大农业作为一个整体系统看待，了解其子系统如人口、资源、环境与经济系统自８０年代以来的发展状况和趋势，并对各子系统之间的相关性进行研究、提出了协调福建省农业ＰＲＥＤ系统的对策和措施，以实现农业经济系统的可持续发展目标。图２，表２，参８。     

非同质子系统间效率评价及其资源配置

依据非同质子系统间的特点，建立DEA模型．分析它们在各自行业的相对效率和大系统内的相对效率．据此评价各子系统的效率以及大系统的总体效率。在此基础上．建立扩展的DEA模型，基于大系统总体效率最大化的目标．实现各子系统间的合理资源配置。该方法不仅真实地评价了非同质子系统间的相对效率，而且为其效率改进提供了更准确的信息。本文还以该方法评价雅典奥运会上我国体育单项的相对效率．并提出无效项目的资源分配方案，具有一定的现实指导意义。     

产业结构与水资源消耗结构的关联关系研究

产业结构与水资源消耗结构密切相关,产业结构调整会引起水资源消耗结构的改变. 如能在直接促进经济增长的同时,间接实现水资源消耗的减少,才是经济和生态双重效益的体现,也是符合科学发展的理念. 本文从福利经济学理论中的生产帕累托最优条件出发,构建了“结构偏差系数”指标,用于测算产业结构与水资源消耗结构的关联关系,尝试从水资源消耗角度为测度经济-生态效益的偏差提供有效方法. 实证分析中,本文利用北京市产业经济、水资源及投入产出表等数据,对北京市产业结构、水资源消耗结构的演变及现状进行了测算;在此基础上,计算了北京市三大产业间的结构偏差系数;并根据实证测算结果,对北京市产业结构的调整从水资源消耗角度进行了定性评估及评判.     

流域水资源消耗结构与产业结构高级化适配性研究

流域水资源消耗结构与产业结构密切相关，流域经济发展呈现产业结构高级化形态会引起水资源消耗结构的改变.从适配的角度实现直接促进产业结构升级和间接减少水资源消耗量，有利于落实双控行动和以水定产政策.在此形势下，结合流域水资源消耗结构与产业结构高级化适配的机理分析，针对现有二者关联测算方法存在的问题，立足弹性，借鉴Tapio模型，构建二者的适配度测算指标，用于测算二者同步变化的程度及方向，反映适配的动态性、交互性等时空变化特征，为产业经济-水生态效益的偏差测度提供新的思路.以长江支流——湖北省汉江流域为例，研究结果表明，从空间维度看，2003-2016年各区域适配度总和区间为[-27，143]，武汉市取最大值143，尤其是2013-2016年武汉市的适配度不断提高，产业结构和用水结构不断优化；从时间维度看，2003-2016年流域的适配度总和区间为[-106，264]，发现产业结构高级化有时会对二三产水资源消耗结构优化产生负面影响.因此，流域主管机构在制定或评估以水定产政策时，尤其针对适配度最低的随州市，在汲取武汉市相关调整经验的同时，要理性的看待产业结构高级化，正确看待各区域的发展阶段，更多注重产业结构的聚合质量，在双控行动硬约束下，推动区域产业结构的合理化变迁，夯实用水效率提高的长效机制.最后，以武汉市为例对比分析现有3种测算方法表明，适配度测算指标在经济学解释上对产业结构调整更具有指导价值.     

系统发展对策生成的子系统流位反馈环结构分析法——以银河杜仲经济生态系统现代农业区建设为例

系统反馈环结构分析是生成促进系统良性发展对策的一个有效方法. 针对反馈环构建及其运行规律分析缺乏规范方法的问题，建立系统发展对策生成的子系统流位反馈环结构分析法：首先，采用流率基本入树建模法构建系统整体流图，用树枝向量行列式计算出流图全部反馈环；接着，根据系统目标划分子系统，确定各子系统流位变量，构建子系统的流位反馈环结构图；分析确定子系统各反馈环的关键变量，及影响关键变量的调控变量和调控因果链，揭示政策作用的杠杆点；最后，依据杠杆点和调控因果链、遵循整体对策生成原则，确定系统发展对策. 全文以银河杜仲经济生态系统现代农业区建设为实例，演示子系统流位反馈环结构分析方法的基本步骤，生成4项发展对策，对策实施效果证明了该方法的可行性和有效性.     

人控技术切入对北方农区农业复合生态系统影响分析

人控技术切入北方农区土壤—植物—反刍动物(羊单位)复合生态系统,提高了复合生态系统的生产能力,试验组较对照组经济效益与生态效果明显,为北方农区土壤—植物—反刍动物(羊单位)复合生态系统的发展提供了模式与方法。表6。     

逐层增枝结构行为检验建模法——以农户沼气工程为例

农村小型循环沼气工程是中国"十三五农业循环沼气工程"的3项工程建设之一,但是,现存在户用沼气池闲置率高的严重问题,需建立可靠性高的仿真模型,仿真提高户用沼气池使用率的对策效应。而如何实现还原论与整体论相结合的原则建立系统动力学仿真模型,如何实现更有效的检验方法提高模型的可靠性又是待深入研究的重要问题.针对上类问题,首先,给出子系统仿真定理,结构行为检验的内涵,新建"逐层增枝结构行为检验建模法"的步骤.接着,根据新建模法,建立农村小型循环沼气工程系统普遍存在的户数-原料-沼气-沼液种植入树T_1(t)-T_7(t)七棵前期流率基本入树,分3次进行结构行为检验,构建可靠性高的第一部分前期流率基本入树模型,通过参数组合仿真此第一部分入树模型,揭示出工程未来发展存在的进度慢、气待开发增、种下降3大问题.然后,针对此3大问题,提出新增户沼气服务技工人员和建立技术人员工资及服务费保障机制2条新措施,针对新措施又新建立2棵入树,并新增加后2棵入树对前7棵入树的流率的3条技工影响反馈枝,构成户-原-沼-种-技-投入树T_1(t)-T_9(t)九棵流率基本入树模型.通过仿真九入树模型,揭示新措施实施对工程未来解除问题的好效果。论证了2个新措施的正确性,建立了"通过政府、高校研究部门、服务技术员、企业、农户5个子系目标责任的实现,实现户用沼气池工程发展的总目标"的管理原理.研究新建立了一种通过增枝的提高模型可靠性、增强操作性、降低建模难度的建模法.