大连市海水入侵系统动力学研究

论文摘要

上世纪60年代中期开始,随着大连地区社会经济的高速发展和城区人口的急剧增加,对于淡水资源供过于求,地下水地表水不断超采导致地下水水位相对于海水水位持续下降,破坏了原有的咸淡水动力平衡,大量海水向内陆淡水层侵入,发生大面积海水入侵,造成地下水地表水矿化度升高,可用性降低。给本地经济发展、生态环境造成严重威胁,成为城市经济与社会可持续发展的瓶颈。本文运用系统动力学方法,从系统组织结构入手,充分考虑人口、社会、经济、水资源供需平衡、自然环境等因素,将海水入侵问题与水资源可持续利用相结合进行研究,对大连市生产生活需水,再生水使用,水资源供需平衡,水文地质,气候环境与海水入侵相结合进行分析。对各要素间的关系进行定量考察,建立了大连市海水入侵动力学模型。通过Vensim软件进行计算机仿真模拟,得出2006年到2020年大连市海水入侵模拟数据。模拟结果显示大连市海水入侵程度逐年加剧,入侵面积将不断增大,按本市现有水资源供需缺口发展下去,淡水资源开采量将继续增大,2020年入侵程度相对于2006年增长57%。本文通过对多年海水入侵面积的归一化处理提出了海水入侵度的概念,通过灵敏度分析在已构建的海水入侵系统中选取了4个核心变量作为大连市海水入侵度的评价指标。通过Vensim输出的仿真模拟值进行归一化处理,结合层次分析法分析大连市海水入侵度的变化。通过改变评价指标设计了5个对比方案,并计算每个方案的入侵程度综合值和变化趋势再进行对比分析,得出对于减缓海水入侵发展最为有效的方案V。方案V显示,结合外域调水、节流、提高中水使用率和降低工业用水定额四项措施,使调整后的大连市海水入侵度程度相对于现状发展方案有了较明显的降低,入侵程度相对于无抑制措施基础方案下降42%。最后,结合系统动力学模型计算出最优方案出发,提出经济合理的海水入侵防治方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 海水入侵
• 1.1.1 海水入侵的概念
• 1.1.2 海水入侵的判断标准
• 1.1.3 海水入侵基本理论
• 1.1.4 海水入侵的进程
• 1.1.5 海水入侵国内外研究进展
• 1.2 系统动力学
• 1.2.1 系统动力学基本概念
• 1.2.2 系统动力学原理
• 1.2.3 系统动力学基本特征
• 1.2.4 系统动力学的建模步骤
• 1.2.5 国内外系统动力学的产生和发展
• 1.3 论文总体设计
• 1.3.1 论文主要内容
• 1.3.2 论文技术路线
• 1.4 数据来源
• 2 大连市沿岸水文地质结构及海水入侵
• 2.1 大连自然地理及气候特征
• 2.2 大连市海岸线及空间分布
• 2.3 大连市沿海区域地貌类型
• 2.4 大连市沿海区域岩性
• 2.5 大连市沿海区域地下水类型
• 2.6 大连海水入侵成因
• 2.6.1 背景条件——海平面上升、水资源匮乏
• 2.6.2 基础条件——地质与水文地质因素
• 2.6.3 诱发条件——过量开采地下水
• 2.7 大连市海水入侵趋势分析
• 2.8 大连市海水入侵方式及空间分布
• 2.8.1 大连市海水入侵方式
• 2.8.2 大连市海水入侵区的空间分布
• 3 大连市海水入侵系统动力学模型研究
• 3.1 Vensim软件
• 3.1.1 Vensim DSS软件简介
• 3.1.2 Vensim软件特点
• 3.1.3 Vensim软件处理问题的流程
• 3.2 海水入侵模型的边界
• 3.3 海水入侵结构分析
• 3.4 海水入侵模型主要子模块的变量辨识及关系
• 3.4.1 需水量子模块
• 3.4.2 水资源平衡子模块
• 3.5 模型子模块及其SD结构设计
• 3.5.1 人口与生活需水模块
• 3.5.2 农业需水模块
• 3.5.3 工业需水模块
• 3.5.4 第三产业需水模块
• 3.5.5 市政环境需水模块
• 3.5.6 水资源供需模块
• 3.5.7 海水入侵系统动力学结构图
• 3.6 模型主要变量分类与参数确定方法
• 3.6.1 模型主要变量的分类
• 3.6.2 模型参数方程确定方法
• 3.7 模型的主要方程
• 3.8 大连市海水入侵SD模型有效性检验
• 3.8.1 模型检验的主要内容
• 3.8.2 历史性检验结果
• 3.8.3 灵敏度分析
• 4 大连市海水入侵SD模型应用研究
• 4.1 调控指标选取的研究
• 4.1.1 调控指标选取的总体思路
• 4.1.2 主要调控指标的选取及意义
• 4.2 海水入侵程度的定量分析方法
• 4.2.1 归一化处理
• 4.2.2 指标权重的确定
• 4.3 多种模拟发展方案下海水入侵度指标计算
• 4.3.1 SD系统模拟海水入侵度的计算
• 4.3.2 对比方案设计及其SD系统模拟海水入侵度的计算
• 4.4 多种模拟发展方案下海水入侵程度综合指标对比分析
• 4.5 推荐方案下的系统模拟运行结果及调整思路
• 4.6 大连市海水入侵预防措施及治理方法
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况