水资源系统“易”理论构建与SD仿真实证研究 ——以引洮工程为例

论文摘要

本文依托来源课题,在前期研究中,根据对引洮工程背景资料和与水资源、水资源系统、水资源调用、配置、保护与管理等方面相关既有成果的分析,经历了一个长期的反复思考研究过程后,将“易学”等理论系统整合、有机融合为一体,作为水资源系统调控管理的理论基石,同时又超越和演绎之；实证部分的研究是依托理论的指导,同时与理论部分相互反馈。对研究区水资源的调用管理的现状的研究是实证部分的基础,在此之上,对研究区水资源的调用管理进行系统动力学仿真实证方面的研究。理论研究方面,基于对“易学”哲学思想、二元水循环、熵与耗散结构、可持续发展、生命周期管理、生态经济与循环经济、环境风险管理、生态水利建设与河流健康维护八种理论进行了原型的解析,通过系统整合和有机融合后,构建而成水资源系统“易”理论。通过对该理论的基本原理推演后认为：水资源系统是嵌套在人类经济社会与人工环境耦合而成的生态经济系统和系统外的自然生态环境之间的一个具有流动性、开放性、时空演替和周期循环的复杂系统,其在四维时空中的运动符合水资源“易”理论的运行原理。从生命周期的角度分析,水资源的使用价值具有周期性,在一个周期内,其使用价值随着人化程度的不同而有所差异；基于对水资源系统“易”理论演绎后,可将水资源分为新鲜水资源、过程水资源、边缘水资源、虚拟水资源,前三者为实体水、后者为虚拟水。并且.,水资源系统具有相互制约、对立统一；相互交织、耦合关联；相互转化、循环再生；相互协调、和谐共生等特点。实证研究方面,通过对研究区水资源调用情势的分析,概述了水资源调出区(即,调水区)和水资源受益区(即,受水区)各自水资源禀赋和开发利用情况；同时,也展现了按照地区和用水部门的不同,引洮工程水资源配置的初步方案,并且,对受水区主要地区进行了相关的环境负荷分析。依据对研究区的分析,确定以安定区作为本研究仿真实证的典型区域。基于“易”理论分别就水资源的盈亏平衡和水环境风险调控两个方面,对安定区的水资源系统构建SD模型。这两方面既相对独立又相互关联,经过调试模拟后,得到预测期内的安定区水资源盈亏演变情况和水环境风险对水资源盈亏的影响程度。最后,基于理论研究和仿真实证的结果,建立水资源系统调控管理的总体框架和基本思路,就循环经济型水资源综合利用和系统的环境改善与风险防控两个重点环节分别提出了针对性的管理策略,而后初步设计出了相应的水资源系统管理GIS基础平台,从而使本研究对研究区水资源系统管理框架的设计更加具体实际意义和应用价值。总之,本研究始终将“易学”的思想理论作为统领整个研究的红线,用系统动力学方法,对研究区典型水资源系统进行了模拟与分析,为研究区今后更好地整合各种水资源,科学、有序、合理、安全地利用之,展示了整个水资源系统未来的运行态势；并通过提出相应的调控管理策略,为今后能够更加有效地确保研究区水资源系统健康、稳定、可持续运行指明了行动方向和具体措施；同时,设计了水资源系统管理GIS基础平台,为实现水资源现代化、动态化、实时化、精细化、定量化管理提供了技术保障。本研究成果中的水资源系统“易”理论的构建为国内外水资源系统的相关研究提供了全新的研究思路和视角；实证研究的成果为确保研究区在引洮工程全线通水后,其水资源的“取、调、用、排”之间的做到动态均衡、持续协调、有序公平和对水资源系统安全稳定、可持续健康管理提供了重要的科学参考和技术支撑。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的相关背景与研究主题
• 1.1.1 研究的相关背景
• 1.1.2 研究主题的确定
• 1.2 研究的地理范围与资料来源
• 1.2.1 研究的地理范围
• 1.2.2 基础资料的来源
• 1.3 研究的体系结构与技术方法
• 1.3.1 研究的体系结构
• 1.3.2 研究的技术方法
• 1.4 研究的技术路线与工作任务
• 1.5 研究的实际意义与创新之处
• 1.5.1 研究的实际意义
• 1.5.2 研究的创新之处
• 本章主要参考文献
• 第二章 水资源调用管理工程实践与理论研究
• 2.1 水资源调用管理工程实践
• 2.1.1 世界水资源特点与国外水资源调用管理实践
• 2.1.2 我国水资源特点与水资源调用管理实践
• 2.1.3 甘肃水资源特点与水资源调用管理实践
• 2.2 水资源调用管理方面的既有理论研究
• 2.2.1 水资源价值、水资源承载力与水资源系统
• 2.2.2 水资源的优化配置与管理
• 2.3 本章小结
• 第三章 水资源系统"易"理论的构建
• 3.1 相关概念辨识
• 3.1.1 水
• 3.1.2 水环境
• 3.1.3 水资源
• 3.1.4 生态经济系统
• 3.1.5 水资源系统
• 3.2 理论原型解析
• 3.2.1 "易学"哲学思想
• 3.2.2 二元水循环机理
• 3.2.3 系统（熵与耗散结构）理论
• 3.2.4 可持续发展理论
• 3.2.5 生命周期管理理论
• 3.2.6 生态经济与循环经济理论
• 3.2.7 环境风险管理理论
• 3.2.8 生态水利建设与河流健康维护理论
• 3.3 基本理论构建
• 3.4 本章小结
• 本章主要参考文献
• 第四章 水资源系统"易"理论的演绎
• 4.1 基于"易"理论的水资源系统运动原理推演
• 4.1.1 系统内水资源配置静态分析
• 4.1.2 系统间相互作用熵的周期演化阐释
• 4.1.3 系统间相互作用关系的向量投影剖析
• 4.1.4 系统整体四维时空动态演化图景
• 4.2 基于"易"理论的水资源价值生命周期分析
• 4.3 基于"易"理论的水资源的分类
• 4.3.1 新鲜水资源
• 4.3.2 过程水资源
• 4.3.3 边缘水资源（又称,非常规水资源）
• 4.3.4 虚拟水资源（又称,嵌入水资源）
• 4.4 基于"易"理论的水资源系统运行特点
• 4.4.1 相互制约,对立统一
• 4.4.2 相互对称,动态均衡
• 4.4.3 相互交织,耦合关联
• 4.4.4 相互转化,循环再生
• 4.4.5 相互协调,和谐共生
• 4.5 基于"易"理论的水资源系统建模工具
• 4.5.1 SD的创建与机理
• 4.5.2 SD的发展历程
• 4.5.3 SD的主要特点
• 4.5.4 SD建模的基本原理
• 4.5.5 SD建模的主流软件
• 4.6 本章小结
• 本章主要参考文献
• 第五章 引洮工程研究区内水资源调用情势分析
• 5.1 洮河水资源及其利用情况
• 5.1.1 洮河水资源状况
• 5.1.2 洮河水资源开发利用情况
• 5.2 引洮工程受水区水资源利用概况
• 5.2.1 受水区水资源状况
• 5.2.2 受水区水资源开发利用情况
• 5.3 水资源平衡分析与外调水资源配置
• 5.3.1 受水区水资源供需平衡分析
• 5.3.2 外调水资源配置方案
• 5.4 引洮工程受水区水环境质量现状
• 5.4.1 受水区环境水质概况
• 5.4.2 部分地区的水污染负荷分析
• 5.5 本章小结
• 本章主要参考文献
• 第六章 研究区内典型水资源系统"易"理论SD建模仿真
• 6.1 安定区水资源系统SD模型构建
• 6.1.1 研究对象与基础数据来源
• 6.1.2 模型的系统边界与框架结构
• 6.1.3 模型的系统反馈回路
• 6.1.4 模型的参数变量与方程
• 6.1.5 模型的系统流图与运行结果
• 6.2 安定区水资源系统SD模型仿真
• 6.2.1 水资源盈亏平衡模块
• 6.2.2 水环境风险调控模块
• 6.3 本章小结
• 本章主要参考文献
• 第七章 基于"易"理论的研究区水资源系统管理框架设计
• 7.1 研究区水资源系统调控管理策略
• 7.1.1 水资源系统调控管理的总体框架
• 7.1.2 水资源系统调控管理的基本思路
• 7.1.3 水资源系统调控管理的重点环节
• 7.1.4 水资源系统调控管理的政策措施
• 7.2 研究区水资源系统管理GIS基础平台
• 7.2.1 水资源系统管理的GIS主要数据库
• 7.2.2 水资源系统管理的GIS图形交互窗口
• 7.2.3 水资源系统管理的GIS基础平台主要功能
• 7.3 本章小结
• 本章主要参考文献
• 第八章 结语
• 8.1 主要结论
• 8.1.1 理论研究结论
• 8.1.2 实证研究结论
• 8.2 策略建议
• 8.2.1 水资源循环经济利用策略
• 8.2.2 环境改善与风险防控策略
• 8.3 研究展望
• 附图
• 附录
• 读博期间的科研成果
• 致谢