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.     

颍河流域水资源开发潜力与承载力分析

水环境污染和水资源短缺是影响颍河流域生态社会经济可持续发展的重要因素。研究通过水资源负载指数、水资源供需平衡模型分析了颍河流域水资源的开发利用潜力和人口承载力。结果表明,颍河流域水资源利用程度较高,流域整体负载指数为19.24,约一半县市的负载指数大于20,今后进一步开发的潜力较小;流域多年平均水资源量为94.51亿m^3,可引用流域外水资源潜力约23.69亿m^3,以水资源的最大可利用总量计算,2008年颍河流域水资源人口承载力约为2 732.88万人,低于常驻人口数量,超载幅度为10.88%;预测2020年水资源承载人口规模为3 590.87万人,高于预期人口11.62%。由于颍河流域地表水环境污染严重,如果考虑水质、供水保证率、气候变化等因素的影响,水资源实际承载力可能远小于计算值。研究结果对颍河流域合理利用水资源、促进节水治污、制定中长期社会经济发展规划有一定的参考价值。图1,表2,参18。     

基于Copula函数的水资源供需风险损失模型及其应用

针对传统水资源供需风险损失评价方法无法对供水量和需水量之间复杂的非线性关系进行定量研究,本文首次建立了基于Copula函数的水资源供需风险损失模型.首先基于差分法和原函数存在定理模拟了供水量和需水量的边缘概率分布函数;其次提出了基于非线性优化思想对Copula函数进行参数估计;第三步分别对各种Copula函数进行拟合优度检验和非参数X~2检验,选择最优的Clayton Copula函数模拟供水量和需水量的联合概率分布;最后建立水资源供需风险损失的二重积分表达式.研究结果表明,当不考虑利用外调水和再生水时,2020年北京市水资源供需风险期望损失约为1159.7亿元;利用南水北调水和再生水后,北京市水资源供需风险期望损失约为37.7亿元,下降幅度达96.7%.     

我国农业水资源可持续利用研究进展

农业水资源的可持续利用是农业可持续发展的前提和保障。可持续发展思想在农业水资源利用与农业发展研究领域已有所渗透和体现,已从不同侧面提到了农业水资源可持续利用的协调性本质,但对协调性的量化表征研究有待加强,指标体系是量化表征人地需水关系协调度的良好工具。目前,农业用水估算方法、节水与高效用水等农业水资源可持续利用技术与方法研究较多,但对农业水资源的内涵界定及其可持续利用量化表征、农业用水估算方法、生态需水、外调水、土壤水、"农转非"、农业水资源管理等问题关注不够,有待深入探讨和系统总结。图1,参33。     

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。     

农业水资源配置的博弈分析

水资源紧缺是制约社会经济发展的关键性因素.农业是我国的用水大户,推广农业节水灌溉技术是实现水资源高效利用的重要途径.从博弈论的角度,分析了灌区不同区域用水行为、供水单位和农户用水行为,说明了采用适当的制度安排和通过水权市场配置水资源,确定合理的水价,有利于节水灌溉技术的采用,有利于提高水资源的利用效率.     

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.     

小城镇园林绿化总量控制研究

运用系统论和生态要素阈值法,从小城镇人口承载力、碳氧平衡和水资源供应等生态要素方面,根据能量守恒与物质循环的原理,分析各个生态要素在系统平衡状态时的阈值,剖析小城镇生态平衡制约因素;同时,利用园林规划理论与生态学理论,对小城镇园林绿化总量进行了分析与论证,将生态要素阈值作为园林绿地规划指标的约束条件,基于小城镇生态系统可持续发展的目标,构建小城镇园林绿化总量控制模型,寻求小城镇适宜的园林绿化总量.     

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.     

水资源分配冲突的博弈分析

本文试图利用博弈论对流域水分配问题中用水冲突矛盾进行揭示和解释 ,通过对利益冲突各方的行为机理进行分析 ,以探索流域政策制定者和决策者在解决当前流域水资源危机方面应该采取的对策 ,可以为目前我国流域水资源分配及水管理机制改革提供参考.     

环境规制政策下多方共治博弈建模与实证分析

科学精准实施污染物总量控制等环境规制政策,从源头倒逼政府、厂商和家庭等多方决策主体共同致力于绿色低碳转型,是做好“碳达峰、碳中和”工作的关键.运用动态随机一般均衡理论,构建以政府、厂商和家庭为多方共治决策主体的动态博弈模型,通过模型动态均衡求解、政策冲击情景设置、反事实分析和数值仿真等方式,探究污染物总量控制政策下多方博弈主体行为的动态演化机理.研究发现:污染物总量控制政策对生态环境质量和博弈主体的决策均有直接影响,且对前者的影响更为明显;污染物总量控制政策在短期会抑制经济增长,但从长期来看可以实现经济发展与环境改善的协同演进.生态环境多方共治机制有助于引导厂商开发减排技术,提高中央政府的污染物目标总量控制效率,引导公众进行亲环境行为投资.     

基于PBM的甘肃省用水量变化分析

由于结构分解方法（SDA）的非唯一性缺点，对一种变量变化存在多种分解形式和分析方法，且结果存在一定差异.基于此，引入一种更为全面的分解方法，路径基础法（PBM），通过对参数的估算来描述并确定时间路径，精确分析各变量对总变化产生的影响.以甘肃省为例，对2002年至2007年间本地用水总量变化进行了分解研究. 利用PBM对用水强度，生产技术和最终需求三因素变化对用水总量变化的影响进行了实证分析.结果表明：大多数部门用水强度降低导致了本地用水量的减少；生产技术的改变导致了本地用水量的减少；各产业部门最终需求的增加导致了本地用水量的增加.通过对三个影响因素的综合研究发现，种植业中三个因素对本地用水总量变化的影响最大，这说明甘肃省用水量变化主要是由种植业的用水变化决定的.     

区域水资源可持续利用评价的神经网络方法

在论述区域水资源可持续利用与水资源承载能力关系的前提下,提出了区域水资源可持续利用评价的神经网络方法。建立的神经网络模型对汉中盆地水资源可持续利用程度进行了评价。应用实例表明:建立的模型与其他模糊综合评价和属性识别方法相比,评价结果更合理可行和可靠。对汉中盆地来说,城固的水资源可持续利用程度为低级,其他5个区县的水资源可持续利用程度为中级偏低,其中又以南郑为最高,勉县为最低。在研究的7项评价指标中,水资源利用率对可持续利用程度的影响最大,灌溉率的影响次之,生态环境用水率的影响最小,从而为提高区域水资源可持续利用程度提供了理论依据。表3,参9。     

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。     

山西省用水结构与产业结构变动关系

针对山西省生产力布局与水资源禀赋逆向配置的典型问题,研究山西省用水结构和产业结构变动关系以及用水结构的合理性问题。首先进行变量平稳性检验、协整检验和G ranger因果关系检验,研究用水结构与三次产业结构之间的变动关系,结果表明:第一和第三产业用水量与产值之间存在长期均衡关系,且用水量是产值的G ranger原因,用水量对第三产业产值的影响远大于第一产业,第二产业用水量与产值之间不存在长期均衡关系。进一步分析了山西省第二产业重工业化的产业特点及高耗水的用水特点,并对山西省用水结构及效率与国外同等发展水平的国家进行了比较研究。研究结果可为山西省经济转型发展的产业政策制定和水资源配置的协调管理提供决策支持。     

我国未来发展需水量预测

在可持续发展理论指导下,本以2030年控制人口16亿,国民经济发展迈向世界中等发达国家为目标,以改变传统用水观念和用水方式,全方位节约用水、合理利用水资源为原则,尝试地预测了本世纪末到2030年各预测期的人口、二、三产业的国内生产总值,农业灌溉面积及其各自有关的预测参数需水量。结果数据既反映了科技含量,又体现了实际可行。表5,表8。     

黑龙江省松嫩平原水资源势态及策略

黑龙江省松嫩平原总面积为１０２７．９万ｈｍ＾２，天然水资源总量为８８．７４亿ｍ＾３，平均占有水量为：５３３ｍ＾３／人，１５６０ｍ＾３／ｈｍ＾２，这个数字均低于全国平均水平，松嫩平原水资源分配不平衡，逐年表现出水资源不足的态势。针对松嫩平原水资源特点，应采用调整工业用水结构，生活用水采取开源节流方式，农业用水安排相适应的农、林、牧、副业结构，确定合理的生态体系，“调、蓄、用”相结合的治水策略。     

城市水供需离散系统投资的控制与仿真

针对具有增长性和周期性的城市水需求,以及城市水管理系统具有确定的参数估计值的情形,建立城市水供需管理的离散时间系统动态最优化模型.在预测城市水需求的基础上,通过合理控制城市水供给的投资,使城市水供给满足城市水需求.利用离散最大值原理结合奇异最优控制,求出系统的最优控制方程和最优轨线.通过对系统制定动态最优投资决策,使城市水资源在水需求增长期间达到总供需偏差平方最小化.模型的仿真计算发现在某些参数条件下,系统具有强烈的初值敏感依赖性,应审慎确定;仿真结果还表明了城市水供给投资上限与水需求协调增长的重要性.     

基于Simulink的再生水补给河流系统仿真模型

针对再生水补给河流问题,建立基于Simulink的仿真模型。考虑点源再生水补给河流的情况,利用河流一维稳态水质模型和再生水自衰减模型,依据混合稀释原理,在Simulink仿真环境下,搭建再生水补给河流系统的仿真模型。当系统性能不满足指标要求时,对其进行校正调节,以控制再生水补给河流后的水质。仿真算例验证了仿真模型的有效性和可靠性。     

地方医疗卫生公共服务供给效率的区域差异性

本文利用四阶段DEA模型和Malmquist指数从静态和动态两个方面实证评估了2007～2016年我国省际医疗卫生公共服务的供给效率。静态效率评价采用四阶段DEA模型"过滤"了外生环境变量的影响,实证研究表明我国医疗卫生公共服务的区域差异明显,西部地区供给效率被低估,经济发展水平、人口密度等外生环境变量对医疗卫生公共服务供给效率影响显著;动态效率评价则是利用了Malmquist指数,数据显示我国医疗卫生行业的TFP在2007～2016年总体呈现上升趋势。根据研究结论提出了新时期下我国医疗卫生事业应该正视区域差异和外部环境变量的影响、加大投入力度和地区交流合作、注重技术效率、规模效率和技术进步的同步提升,扎实推进医疗卫生事业的信息化、专业化和规范化进程的政策建议。