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      基于石羊河流域環(huán)境再修復(fù)動力學(xué)系統(tǒng)研究策略模型

      2018-03-01 08:26:09張忠文
      信息記錄材料 2018年4期
      關(guān)鍵詞:石羊河用水量灌溉

      張忠文

      (甘肅中醫(yī)藥大學(xué) 甘肅 蘭州 730000)

      1 引言

      石羊河流域位于我國西部地區(qū),流域內(nèi)水資源缺乏,而社會經(jīng)濟發(fā)展使得水資源供給與使用二者之間矛盾日益突出。并且資源有效開發(fā)利用對于區(qū)域環(huán)境發(fā)展與演進有著重要的影響。通過對區(qū)域水資源承載力分析從而實現(xiàn)對資源合理開發(fā)與利用,從而實現(xiàn)經(jīng)濟效益,社會效益,生態(tài)效益目標。

      2 研究模型構(gòu)建

      2.1 區(qū)域概況

      石羊河是河西走廊三大水系之一,自東向西其組成包括了大靖河,黃羊河,金塔河?xùn)|大河等河流。河流補給來源主要是高山冰雪融水與大氣降水,年平均徑流量在15億立方米左右。石羊河流域?qū)儆谫Y源型缺水地區(qū),水資源特點體現(xiàn)在地表徑流分配不均勻,年際變化呈現(xiàn)出周期性,地下水超采嚴重。受到自然以及人為因素的影響,生態(tài)環(huán)境惡化。從自然環(huán)境條件方面分析,流域?qū)儆诖箨懶詼貛Ц珊禋夂?,降水少而日照時間充足,空氣干燥,水資源供求矛盾突出。

      受到區(qū)域氣候變化情況影響,石羊河流域地表水量的平均遞減量為1.11×107M3,是河西走廊區(qū)域內(nèi)地表流量變化最大的區(qū)域。自50年代以來,流域內(nèi)灌溉區(qū)地下水位已經(jīng)下降了4到17米左右,區(qū)域水位降落漏斗面積達1000KM2,其中最為明顯的是武威盆地泉水減少量,56年數(shù)據(jù)為8.6×108M3,78年減少到了2.03×108M3,99年只有0.32×108M3,目前為止70%的泉眼已經(jīng)干涸,進水灌溉取代了泉水灌溉。

      石羊河流域中游人口變化情況是50年約為49萬人,到了2011年人口達到了102萬左右,60年時間人口增加了近53萬。下游人口50年約為21萬人到2011年增加到了27萬人左右。石羊河流域人類活動與農(nóng)業(yè)水資源利用距平變化如表1所示。

      表1 石羊河流域不同年代農(nóng)業(yè)水資源利用距平變化

      通過上述圖表可以發(fā)現(xiàn),不同區(qū)域與年石羊河流域農(nóng)業(yè)水資源利用的情況存在差異。

      2.2 系統(tǒng)模型構(gòu)成

      SD模型是對系統(tǒng)結(jié)構(gòu),信息反饋,行為空間與功能辯證動態(tài)關(guān)系分析的模型,以控制論、系統(tǒng)論,信息論,計算機技術(shù)作為基礎(chǔ),對實際系統(tǒng)動態(tài)機制進行反映的機制。該模型首先需要將大系統(tǒng)分為不同的子系統(tǒng),整體系統(tǒng)目標包括了資源環(huán)境,社會經(jīng)濟等方面。之后依據(jù)不同的數(shù)量決策變量設(shè)定不同的方案,在考慮到不同系統(tǒng)關(guān)系的情況下,通過模型進行模擬,從而得出不同的方案。

      2.3 系統(tǒng)模型主要變量

      系統(tǒng)模型構(gòu)成部分內(nèi)容包括了多個一級系統(tǒng),比如水與生態(tài)環(huán)境、社會資源組成的復(fù)雜系統(tǒng),水與資源、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)等組成的系統(tǒng)。一級系統(tǒng)又包括了二級系統(tǒng)。模型變量包括了數(shù)量不等的一級系統(tǒng),速率變量,狀態(tài)變量,表函數(shù),輔助變量,反饋回路。狀態(tài)變量的內(nèi)容包括了城鎮(zhèn)與農(nóng)村人口,工業(yè)增加值,防護林的面積,灌溉面積等。與狀態(tài)變量相對對應(yīng)的是速率變量,比如人口增加速度,工業(yè)增加值增加的速度,灌溉面積增加的速度等。表函數(shù)內(nèi)容包括了地表與地下水供水量,農(nóng)村與城鎮(zhèn)用水量,工業(yè)增加值需要用水量,灌溉區(qū)域增加的面積等。模型設(shè)置的輔助變量內(nèi)容包括了需水量與供水量的總額,總?cè)丝冢I(yè)增加值等。

      2.4 模型方程與參數(shù)檢驗

      模型的方程包括了狀態(tài)方程,速率方程、表函數(shù),輔助方程,常數(shù)方程等。模型是否適用于目標需要進行方案分析與或者是仿真,從而檢驗?zāi)P偷挠行耘c正確性,將得到的結(jié)果與已有的歷史記錄數(shù)據(jù)進行比較,從而對二者的吻合程度進行驗證。將相關(guān)參數(shù)輸入模型進行仿真運行,考慮到模型涉及到的參數(shù)過多,因此可以有選擇性的開展實驗。

      3 基于研究模型的模擬分析

      3.1 方案設(shè)計工作

      通過對區(qū)域相關(guān)資料分析可以知道,區(qū)域內(nèi)總體用水量為22.5億立方米,其中農(nóng)業(yè)用水量為18.7億立方米,比值較大。方案在設(shè)計時需要考慮到的內(nèi)容包括了生活,生態(tài),工業(yè)與建筑業(yè),林牧業(yè),第三產(chǎn)業(yè)等,并且其中內(nèi)容需要與發(fā)展規(guī)劃相吻合。結(jié)合到實際工作情況設(shè)計不同的工作方案。

      方案一,減少灌溉面積,對井灌區(qū)與渠灌區(qū)進行調(diào)整,并且將灌溉地區(qū)面積年遞減率控制在2%左右。

      方案二,對農(nóng)業(yè)節(jié)水力度進行控制,降低水澆地等灌溉定額,提升水利用系數(shù),并且參考區(qū)域重點治理規(guī)劃,擬定后期灌溉農(nóng)業(yè)節(jié)水情況。

      3.2 方案分析與模擬

      考慮到不同方案中供水量變化非常小,需求量受到農(nóng)業(yè)用水變化量影響比較顯著,灌溉用水量會對農(nóng)業(yè)用水需求量、總體需水量造成較大影響。通過對模擬的結(jié)果進行分析可以發(fā)現(xiàn),不同水平年,不同方案下供需差額是逐年縮小的,并且解決供需問題的效果也存在差異。隨著時間變化水資源供需之間的矛盾得到了逐步緩解,之后水量余量逐年增加。

      3.3 計算與分析水資源承載力

      假設(shè)以農(nóng)業(yè)節(jié)水力度,年供水量為約束條件,通過模型計算可以得到各規(guī)劃時間內(nèi)可承載的灌溉地面積以及生態(tài)規(guī)模。研究區(qū)域內(nèi)某年度可承載總?cè)丝跀?shù)量為18418萬人,工業(yè)增加值為40900億元,灌溉面積是10200ha,防護林面積是10800萬ha。通過模型進行模擬分析,10年后該區(qū)域各項指標均發(fā)生了較大變化,區(qū)域內(nèi)環(huán)境可承載力明顯上升,水資源承載力也明顯提升。水資源供需之間的矛盾能夠得到有效緩解,地下水位同時有明顯的回升,生態(tài)用水能夠滿足要求并且獲得補充,生態(tài)環(huán)境也獲得了一定改善。

      4 結(jié)語

      水資源對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展有著重要作用,甚至能夠制約區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展,因此需要對區(qū)域內(nèi)資源情況作詳細了解,基于此對資源合理利用。衡量資源利用的一項標準就是區(qū)域水資源可承載力,對此指標研究可通過建立相應(yīng)的模型對當下甚至是未來一段時間內(nèi)區(qū)域變化情況進行模擬,從而獲得區(qū)域發(fā)展與水資源二者之間的關(guān)系,并通過相關(guān)措施的應(yīng)用從而使資源能夠合理有效利用,獲得經(jīng)濟社會效益的同時也獲得生態(tài)環(huán)境效益。

      [1]劉士霞張志斌鐘卓.基于SD模型的本溪市細河流域水資源承載力研究[J].水土保持應(yīng)用技術(shù),2014(2).

      [2]李霞李振林宋閣慶.石羊河流域相對水資源承載力研究[J].甘肅科技,2012(28).

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