基于DPSIR概念模型的水资源管理模拟优化 ——以黑河流域中游甘州区为例

论文摘要

随着西北地区经济的快速发展和人口的不断增长，水资源短缺已成为制约该地区经济社会发展及生态环境改善的主要因素。此问题的解决不仅需要技术上的创新，更需要合理的水资源管理制度作保障。针对当前西北地区黑河流域甘州区水资源管理中出现的问题，利用系统动力学及其建模方法，构建基于“驱动力（Drive）—压力（Pressure）—状态（State）—影响（Influence）—响应（Respond）”模型的甘州区水资源管理模型。该模型从系统分析的角度看待人和环境系统的相互作用，涵盖经济、社会、环境、政策四大要素，不仅表明了社会、经济发展和人类行为对环境的影响，也表明了人类行为及其最终导致的环境状态对社会的反馈。这些反馈是由社会为应对环境状态的变化以及由此造成的对人类生存环境不利影响而采取的措施组成。文章首先综述了水资源管理及其水资源管理模型国内外研究进展，重点阐述了DPSIR概念模型（即“驱动力（Drive）—压力（Pressure）—状态（State）—影响（Influence）—响应（Respond）”模型）的发展历程及基本理论和方法；接着结合研究区水资源利用和管理现状，依据系统动力学理论和方法，在系统动力学软件STELLA中构建甘州区水资源管理的DPSIR模型，利用2002年到2007年的人口社会经济统计数据和区域自然水文数据，对研究水资源管理进行了基于D-P-S-I-R结构的定量评价，为接下来的情景模拟提供思路。在模型通过有效性验证后，结合现实水资源系统中存在的问题，以模拟解决问题和优化水资源管理模式为导向，设置了4种不同的未来水资源管理模式。以2007年为模型初始年，2020年为中期规划年，2030年为远景规划年，将每种模式在所构建的DPSIR模型中仿真模拟，并输出模型模拟结果。不同情景下的输出结果代表研究区未来不同的社会经济发展趋势和水资源管理模式。在这4种情景中，有主要以控制人口增长和调整产业结构为目的的人口和社会经济系统优化情景（情景Ⅰ）；以增加水利基础设施建设和提高水资源利用效率为主要目的水资源高效利用情景（情景Ⅱ）；以提高水资源管理绩效为主要目的的水资源绩效管理情景（情景Ⅲ）。最后综合分析前3种不同社会经济运行及水资源管理情景，提出了未来甘州区节水型社会建设的指标体系，即第4种情景——节水型社会建设情景（情景Ⅳ）。指标体系所体现出的技术进步和管理方式的优化，即是本文所构建水资源管理DPSIR模型的最优化模拟，也正是甘州区未来年人口社会发展、水资源管理的最优化方案。文章最后依据模型模拟结果，提出了相应的政策建议。本文利用系统动力学软件STELLA构件模型，全部数据用STELLA软件结合EXCEL办公软件处理

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 论文思路与结构安排
• 第二章 国际水资源管理模型研究进展
• 2.1 水资源管理，水资源开发与水资源规划
• 2.2 水资源管理理念的转变
• 2.3 国际主要的流域水资源管理模型
• 2.3.1 集成水资源管理模型 （Integrated Water Resources Management，IWRM）
• 2.3.2 SWAT 模型（Soil and Water Assessment Tool，SWAT ）
• 2.3.3 系统动力学模型 （ Systems Dynamic，SD）
• 2.3.4 基于博弈论的水资源管理模型
• 2.3.5 美国得克萨斯州的流域水资源管理模型
• 2.3.6 MIKE BASIN 水资源模型
• 2.4 DPSIR 概念模型
• 2.4.1 PSR 模型
• 2.4.2 DSR 框架模型
• 2.4.3 DPSIR 模型
• 2.5 DPSIR 模型在水资源管理中的应用
• 第三章 基于DRSIP 概念的甘州区水管理模型
• 3.1 研究区概况
• 3.2 系统动力学及其建模
• 3.3 数据来源及其说明
• 3.4 研究区水资源管理系统动力学建模
• 3.4.1 人口经济子模型
• 3.4.2 压力子模型
• 3.4.3 状态子模型
• 3.4.4 影响子模型
• 3.4.5 响应子模型
• 3.5 模型的调试和验证
• 3.6 分析
• 3.6.1 人口经济子系统
• 3.6.2 压力子系统
• 3.6.3 状态子系统
• 3.6.4 影响子系统
• 3.6.5 响应子系统
• 第四章 水资源管理多目标情景分析与适应性对策
• 4.1 情景及情景分析法
• 4.2 水资源管理系统的多目标情景设置
• 4.2.1 人口、社会经济系统优化情景
• 4.2.2 水资源高效利用情景
• 4.2.3 水资源绩效管理型情景
• 4.3 节水型社会建设情景
• 4.3.1 节水型社会建设的主要可调控参数
• 4.3.2 节水型社会建设的调控措施和适应性对策
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 存在的问题与展望
• 5.2.1 存在的问题
• 5.2.2 研究展望
• 主要参考文献
• 附录1
• 附录2
• 致谢