13 系统动力学方法

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1、§13系统动力学方法主讲人：王喜§13系统动力学方法系统动力学基本原理与方法简介两个应用研究实例概述系统动力学(SystemDynamics)，是美国麻省理工学院福瑞斯特(JayW．Forrester)教授首创的一种运用结构、功能、历史相结合的系统仿真方法，它通过建立DYNAMO模型并借助于计算机仿真，定量地研究高阶次、非线性、多重反馈、复杂时变系统的系统分析技术。目前，这一技术已被广泛地应用于自然科学和社会科学的各个领域。系统动力学方法是地理系统仿真常用的方法之一。本章将结合有关实例，介绍和探讨系统动力学方法在地理学中

2、的应用。1.系统动力学基本原理与方法简介系统动力学的基本观点系统动力学关于系统的基本观点系统动力学关于系统特性的基本观点系统动力学解决问题的过程与步骤系统分析构建模型模型的模拟与评估2.两个应用研究实例实例之一：甘肃省两西地区扶贫开发移民对策的系统动力学仿真研究实例之二：绿洲型城市生态经济系统可持续发展仿真研究甘肃省两西地区扶贫开发移民对策的系统动力学仿真研究甘肃省两西地区指甘肃的河西地区和定西地区为代表的中部干旱地区，这两个地区连同宁夏的西海固地区共成为“三西”地区，是我国集中连片的最贫困地区之一。从1983年起，在国

3、家“三西”专项资金的支持下，甘肃省开始了两西地区扶贫开发建设，其中一项重要的建设内容就是将中部贫困地区的部分人口移往具有良好发展前景的河西走廊地区和中部引黄灌区，以缓解中部人口压力，恢复当地生态平衡，集中人力、物力、财力建设河西地区和中部黄灌区的开发。这样的移民有别于以往任何形式的移民，称作“扶贫开发移民”。这种扶贫开发移民的动力机制，主要来自三个方面。其中，第一方面是来自于中部地区贫困地区由于人口、贫困及生态环境问题所产生的推力；第二方面是来自于河西走廊灌区和中部引黄灌区良好的生产生活条件所产生的拉力；第三方面是国家和

4、地方政府的政策引导与支持。笔者（1995）曾运用系统动力学方法做了仿真研究系统界限模型仿真的时间界限定为1993～2008年，空间边界为甘肃中部地区和河西地区。中部地区包括定西、临洮、通渭、陇西、永靖、东乡、静宁、庄浪、华池、环县、秦安、永登、榆中、皋兰、靖远、会宁、景泰、白银区、平川区、古浪县等20个县（区）。河西地区包括张掖地区、酒泉地区、金昌市、嘉峪关市及部分国营农场。系统界限内还包括水利建设资金的投入，开发的难易程度（用土地开发成本表示），开发规模（用新增有效灌溉面积表示），国家政策优惠程度（用人均水地划分指标、

5、新增灌溉面积分配给移民的比例表示），移民规模（用迁移人数表示）。(2)系统的反馈结构①因果关系图。图13.2.1甘肃省两西地区移民系统的反馈回路图从图中可以看出，河西地区移民系统中存在一个正反馈环，中部地区移民系统则存在一个反馈环。这表明，河西地区是今后移民的主战场，是国家投资建设的重点。③系统结构流图。本模型的系统结构流图如图13.2.2所示。各个变量及有关参数解释详见书本图13.2.2甘肃两西地区移民系统的流图(3)DYNAMO模型这里采用PDPlus软件提供的数组描述方式，用下标M与W分别代表中部地区与河西地区。模

6、型主要方程式如下：LXZGM.K(A)=XZGM.J(A)+DT*XGZL.JK(A)新增有效灌溉面积RXGZL.KL(A)=DTZL.KL(A)/KFC(A)有效灌溉面积增长速率RDTZL.KL(A)=DELAY3(TZLKL(A).DEL(A))实际投资速率LDTZ.K(A)=DTZ.J(A)+DT*(DTZL.JK(A)实际投资率RTZL.KL(A)=STZ.K(A)投资速率AGXZGM.K=SUM(XZGM.K)新增有效灌溉总面积AGDTZ.K=SUM(DTZ.K)实际总投资LPQY.KL(A)=XGZL.KL(

7、A)*YMGMB.K(A)/AVRD.K(A)迁移速率RQYL.KL(A)=XGZL.KL(A)*YMGM.K(A)/AVRD.K(A)迁移速率AGPQY.K=SUM(PQY.K)总迁移人口(4)模型的模拟调试、评价及对策分析①模型真实性、可靠性及有效性检验在综合分析甘肃省两西地区移民前十年统计资料的基础上，本着合理选择参数的原则，笔者对两个地区的移民活动进行了仿真模拟，通过反复调试与合理修改，输出结果与历史数据基本吻合，变化规律一致，表明本模型与真实系统具有较好的对应性，能够满足研究目的，是可靠而有效的。②仿真结果在仿

8、真过程中，笔者确定了投资速率、水地开发成本、人均水地指标、新增有效灌溉面积分配给移民的比例作为方案变动的基础，它们的变动基于下列因素：A)全国扶贫任务很重，国家财力紧张，今后甘肃省两西地区的建设投资不打算再增加。B)今后将从甘肃省两西地区移民费用中抽出一部分投入甘肃陇南山区的移民工作中。C)考虑物价上涨因素，土地开发