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基于系统动力学和系统优化的水资源承载力分析
作 者: 薛冰
导 师: 宋新山
学 校: 东华大学
专 业: 环境科学
关键词: 水资源承载力 系统动力学 水资源压力风险指数 多目标规划模型 环渤海地区
分类号: X26
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
水资源是社会经济发展的必备资源条件之一,也是生态平衡的载体与控制性因素之一。随着人口的增长和经济发展所导致的需水量的快速增加,水资源短缺已经成为世界面临的最为突出的重大问题之一。如何处理好水资源与人口、环境和经济可持续发展之间的关系,成为全社会普遍关心的问题,也是科学界研究的热点。本文首先根据环渤海地区水资源系统是一个巨型复杂非线性系统的特点,运用系统动力学方法,从系统结构入手,充分考虑了人口、经济、资源和环境等因素,构建环渤海地区水资源系统动力学模型,成功实现了对未来水资源利用情况的模拟及预测。并结合层次分析法和向量模法对水资源承载能力进行定量模拟计算。同时运用对模型有效性检验的灵敏度分析结果,针对较灵敏的参数设计不同的模拟方案。实现了方案选择的定量化,提高了决策的科学性,并为实现水资源的可持续利用提出了一系列对策建议。通过对2011-2020年的环渤海地区水资源承载力模拟结果看出,在维持现状发展条件下,水资源承载力虽略有增长但变化较小。只有在节约用水、治污减排的同时,调整产业结构才能真正的提高水资源承载能力,促进环渤海地区经济、社会和环境的协调发展。再依据“三次供需平衡”理论,核算环渤海地区13个城市的工业可供水资源量。设定工业经济发展情景和工业用水效率的组合方案,并计算不同方案的工业需水量。根据水资源压力风险指数,计算环渤海地区13个城市的绝对综合压力指数和相对综合压力指数。由绝对压力指数评价:环渤海工业经济的发展规模受水资源利用效率影响十分显著,压力最大的是沧州,其次是烟台,虽然城市间压力差别较大,但整个区域工业经济发展存在较大的水资源供给风险。由相对压力指数评价:相对压力最大的是烟台,其次是唐山、东营、沧州,最小的是锦州,省级行政区相对压力最大的山东,其次是河北,滨海新区最小。从时间上看,环渤海地区工业水资源压力风险有持续增加趋势。最后建立以环渤海地区重点产业经济效益最大、用水最小为目标集,水资源总量、经济发展规模等为约束集的水资源承载力的多目标规划数学模型,通过实现模型的求解,求出重点产业的最优用水量,并以此提出行业优化调整方案,从而提高该地区水资源承载力。
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全文目录
摘要 5-7 ABSTRACT 7-9 目录 9-12 第一章 绪论 12-27 1.1 课题来源 12 1.2 研究背景 12-15 1.2.1 全球范围背景 13 1.2.2 我国面临的情况 13-14 1.2.3 环渤海地区背景 14-15 1.3 水资源承载力概述 15-22 1.3.1 水资源承载力概念 15-16 1.3.2 水资源承载力的特点及主要影响因素 16-17 1.3.3 水资源承载力国内外研究进展 17-20 1.3.4 水资源承载力的研究方法 20-22 1.4 研究意义 22-25 1.4.1 深刻反思经济发展"资源环境代价过高"的教训 22 1.4.2 资源可持续利用和生态环境保护的需求 22-23 1.4.3 区域产业发展优化与整合升级的要求 23-24 1.4.4 环境管理制度建设的要求 24-25 1.5 研究主要内容及技术路线 25-27 1.5.1 研究内容 25 1.5.2 技术路线 25-26 1.5.3 预期目标 26-27 第二章 区域概况 27-45 2.1 自然地理概况 27-31 2.1.1 环渤海地区的地理位置及行政区划 27-30 2.1.2 自然地理及气候概况 30 2.1.3 河流水系概况 30-31 2.2 社会经济概况 31-33 2.3 水资源概况 33-39 2.3.1 水资源总量 33-35 2.3.2 水资源开发利用现状 35-39 2.4 水质概况 39-42 2.4.1 辽宁省5市水质概况 39-40 2.4.2 天津市水质概况 40-41 2.4.3 河北省3市水质概况 41 2.4.4 山东省4市水质概况 41-42 2.5 存在的问题 42-45 2.5.1 整体存在的问题 42-43 2.5.2 各省市存在的问题 43-45 第三章 系统动力学理论 45-52 3.1 系统动力学概述 45-46 3.1.1 系统动力学起源 45 3.1.2 系统动力学的特点 45-46 3.2 系统动力学的原理及主要方程 46-48 3.2.1 系统动力学原理 46-47 3.2.2 系统动力学主要方程 47-48 3.3 系统动力学建模步骤 48-50 3.4 系统动力学建模软件 50-52 3.4.1 软件介绍 50 3.4.2 Vensim软件的特点 50-52 第四章 环渤海地区水资源承载力系统动力学模型构建 52-74 4.1 环渤海地区水资源承载力系统动力学模型的建立 52-62 4.1.1 系统建模目的 52-53 4.1.2 模型边界 53 4.1.3 系统结构 53-57 4.1.4 主要变量及主要SD方程 57-60 4.1.5 系统流程图 60-62 4.2 模型参数估计 62-69 4.2.1 参数的分类 62 4.2.2 参数确定的方法 62-63 4.2.3 参数的确定 63-69 4.3 模型有效性检验 69-74 4.3.1 历史验证 70-71 4.3.2 灵敏度分析 71-74 第五章 环渤海地区水资源承载力系统动力学模型应用研究 74-92 5.1 常规发展模式下系统动力学模拟结果分析 74-76 5.2 水资源承载力指标体系的建立及定量计算方法 76-81 5.2.1 水资源承载力的指标及权重 76-79 5.2.2 水资源承载力定量分析方法 79 5.2.3 常规发展模式下水资源承载力综合指数 79-81 5.3 对比方案的设计及推荐方案的选择 81-88 5.3.1 对比方案的设计 81-83 5.3.2 推荐方案的选择 83-85 5.3.3 推荐方案下的系统模拟运行结果及对比分析 85-88 5.4 提高水资源承载力的政策性建议 88-92 5.4.1 节约用水和科学用水,加强需水管理 88-89 5.4.2 加强污水治理,实现污水资源化 89-90 5.4.3 优化产业结构,合理配置水资源 90 5.4.4 加强水资源管理与保护 90-92 第六章 基于系统优化的环渤海地区水资源承载力研究 92-109 6.1 环渤海地区各城市的工业水资源压力分析 92-100 6.1.1 水资源压力分析方法 92-94 6.1.2 参数确定 94-97 6.1.3 环渤海地区工业经济发展的水资源压力风险评价 97-100 6.2 多目标规划模型研究 100-109 6.2.1 多目标规划的特点 100 6.2.2 多目标规划计算方法——权重法 100-101 6.2.3 环渤海地区多目标规划模型的构建 101-104 6.2.4 基于多目标规划模型的水资源承载力分析 104-105 6.2.5 系统优化方案的建立 105-109 第七章 结论 109-112 7.1 成果总结 109-110 7.2 不足与展望 110-112 参考文献 112-117 附录 117-125 攻读学位期间的研究成果 125-126 致谢 126
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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 社会与环境 > 环境容量与环境自净
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