基于sd模型水资源承载力研究

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1、基于SD模型水资源承载力计算的理论研究——以青海共和盆地水资源承载力研究为例雷学东陈丽华余新晓王薇（北京林业大学，北京）*1基金项目：“十五”攻关项目“青海共和盆地水资源承载力研究”(2002BA517A-09-03-01)基金资助。2作者简介：雷学东，男，生于1979年，硕士研究生。主要从事资源规划、城镇规划方向研究。摘要：本文从水资源承载力计算的研究现状入手，引出了规划方法和系统动力学方法相结合进行定性分析，而主要采用系统动力学仿真模型（SDMWRCCB，简称SD模型）进行定量计算的复合研究方法。在对该方法建模思路以及对共和盆地水资源环境系统构成分析的基础上，最后建立了共

2、和盆地水资源承载力模型；该模型的建立为进一步进行共和盆地水资源承载力的定量研究提供了必要的手段。关键字：水资源承载力系统动力学方法共和盆地SD模型水资源承载能力计算的方法主要包括规划方法和系统动力学方法。规划方法的优点是模型的描述更符合实际，模型的精度更高，缺点是对资料的质量要求高，计算分析的工作量大；而系统动力学方法的优点是模型简单灵活，计算量相对小，但模型的精度不高，模型的描述不一定完全符合实际。由于水资源承载力研究涉及因数众多，又具有多目标、动态性和极限性等特点，两种研究方法有各有优劣；因此，为了更客观、准确地进行水资源承载力研究，在这次共和盆地水资源承载力研究中，我们

3、采取规划方法和系统动力学方法相结合进行定性分析，而主要采用系统动力学仿真模型（SDMWRCCB，简称SD模型）进行定量计算的复合研究方法。1、系统分析方法的选取和建模思路从水资源承载能力的内涵可以看出，水资源承载能力研究将面对着包括社会、经济、资源和生态环境在内的纷繁复杂的大系统，这个系统内既有自然因素的影响，又有经济、社会、文化等社会因素的作用。为此，本模型将在可持续发展理论指导下，立足于资源可能性，以系统工程方法为依据，着重从水资源的可能性出发，研究水资源对区域经济的支持作用，回答水资源支持下的区域经济合理发展规模及在一定生活条件下的合理人口载量。系统动力学(System

4、Dynamics，简称SD)是美国麻省理工学院Jay.W.Forrester教授于1956年创立的。它综合应用控制论、信息论和决策论等有关理论和方法，建立系统动力学模型，以电子计算机为工具，进行仿真实验，所获得的信息用来分析和研究系统的结构和行为，为正确决策提供科学的依据，是研究复杂大系统运动规律的理想方法。系统动力学在对问题进行定性分析时，强调系统、动态和反馈，并使三者有机结合起来，同时强调系统的结构决定系统的功能。它融结构与功能、物质与信息、科学与经验于一体，沟通了自然科学和社会科学的横向联系。为研究方便系统动力学还建立了一整套对问题进行定性分析的图形符号系统和绘制系统的

5、因果关系图和流程图的方法。后随系统动力学在多领域的广泛应用，其方法也不断的更新，在80年代涌现出一批系统动力学专用模拟分析软件中，Vensim(VentataSimulation)是其中具有代表性的一种。它是一个可视化应用软件，由Ventata.inc公司开发，主要用于政府决策，在windows下运行，因而具有比在Dos下运行的Dynamo语言有更大的可操作性。在Vensim软件中使用的符号主要有:系统动力学的本质是一阶微分方程组。一阶微分方程组描述了系统各状态变量的变化率对各状态变量或特定输入等的依存关系。而在系统动力学中则进一步考虑了促成状态变量变化的几个因素，根据实际系

6、统的情况和研究的需要，将变化率的描述分解为若干流率的描述。这样处理使得物理、经济概念明确，不仅利于建模，而且有利于政策实验以寻找系统中适当的控制点。在SD模型中，水准方程是主干，因为它系统描述了水准(状态)变量(流位)的变化规律，而实际上流位方程是欧拉法数值积分的表示，其一般形式为:L.K=L.J+(IR.JK-OR.JK)*DT——（1）式中L.K、L.J分别为K、J时刻的水准；IR、OR分别表示流入速率与流出速率，JK为过去J时刻到现在K时刻的时段。上式的物理意义为流位的导数等于入流率和出流率的代数和。显然SD模型是由上述向量方程确定的一阶微分方程组。在对问题的定性分析的

7、基础上，即在因果关系图、流程图和有关的数据、参数的基础上利用相关软件编制出相应的方程，再加进选择的政策变量，就可以进行计算机模拟实验，得出随着年代变化的定量的结果。因为系统动力学研究的是复杂的动态系统的问题，这种系统中的许多要素之间往往会形成正反馈回路，而处于正反馈回路中的一些状态变量(或称之为积累变量、流位变量、水平变量等，是系统中的一类重要要素)往往按照指数规律增加或减少。而这种按照指数规律变化的变量，开始时变化并不很明显，往往不符合实际，但对一些指标进行调整，重新确定数量关系，进行计算，直到符合实