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user: 4. 在水资源方面的应用 4.1. 在水资源承载力研究中的应用 国内对于水资源承载力的研究起始于新疆水资源软件课题组 [ 17 ] ，经过几十年的研究，已经取得一定的成绩。但是就水资源承载力的概念一直没有统一的定义，基于研究的角度不同，水资源承载力的定义也不尽相同。目前主流的水资源承载力概念可以归纳为：水资源可持续开发利用最大能力 [ 18 ] 、水资源支撑发展最大规模 [ 19 ] ，笔者认为水资源承载力是指在一定的历史阶段，及特定的社会经济技术条件下，水资源所能支撑发展的最大规模，包括人口、经济、资源、环境等规模。水资源承载力系统可以划分为社会经济、生态环境、水资源等子系统，各子系统内部动态行为以及各子系统之间的相互作用难以识别，而SD方法是一种有助于识别驱动系统动态行为不同，揭示相互关联子系统之间相互作用的方法，可以帮助分析问题的发展趋势，并全面了解根源。同时，SD方法的自组织性在多目标多方案模拟预测分析水资源承载力方面的优势，也促进了该方法在水资源承载力领域的应用 [ 20 ] [ 21 ] 。 梳理分析SD方法应用于水资源承载力方面的文献可以看出，该方法主要被应用于区域水资源承载力预测评价。如姜秋香 [ 22 ] 等基于城市供需水平衡和国民经济发展和生态环境平衡的目标构建了佳木斯市水资源承载力仿真模型，模型划分了6个子系统，并对变量进行灵敏度分析，选取了8个敏感变量，通过调节参数，设计了4种提高水资源承载力的方案，对方案模拟仿真，得出综合协调发展是最佳方案，给解决佳木斯市水资源开发利用问题给予了帮助。YANG [ 23 ] 等基于社会-经济-水资源复合系统的耦合效应和反馈机制构建了WRCC-SDM仿真模型，定量地模拟分析了铁岭在4种水资源约束下方案下社会经济发展情形，给铁岭的可持续发展提供了帮助。随着研究的深入，研究的范围也从区域上升到流域，研究的对象也从地表水资源延伸到地下水资源承载力 [ 24 ] 的研究。王洋 [ 25 ] 在传统的社会、经济、人口、生态、环境等子系统中增加了废污水子系统，考虑废污水的回收利用和社会经济活动和生态环境等之间的反馈联系，建立细河流域水资源承载力SD模型，分析提高流域水资源开发利用率方案。SD模型不局限人类正常生产生活水资源承载力预测，对于稀缺能源开采过程的水资源承载力研究也有涉及。姜孟 [ 26 ] 基于美国重要页岩气地的数据建立了区域页岩气开发水资源承载力SD仿真模型，对中国页岩气开发过程中的水资源的合理利用发提供启示。以上研究都说明SD方法对水资源承载力研究有很高的适用性，灵活性。但是在水资源承载力研究过程中基于政策的不确定性，应多结合节水型社会建设、最严格水资源管理制度、河长制、水生态文明建设、智慧水利等现代治水成果，进一步提高SD模型的现实性和可行性。 4.2. 在水资源供需平衡中的应用 水资源供需平衡分析是对于一个区域内水资源的可供应量与需求量对比分析，揭示该区域供需平衡的矛盾，分析问题并制定策略以提高水资源开发利用能力，保障社会经济与生态环境可持续发展。传统的预测方法无法刻画与水资源供需紧密联系的社会经济、生态环境、人口系统之间复杂的反馈关系，SD方法可以有效地解决这个问题。目前，系统动力学在水资源供需平衡领域的应用，主要从供给和需求两个角度建立社会经济–生态环境–水资源SD仿真模型，模拟对比区域在短、中期供需水量的动态变化，给出缓解区域水资源供需失衡的对策建议。同时，SD可以适应多种目标及环境、背景来研究水资源供需平衡问题，如水环境危机 [ 27 ] 、城镇化进展 [ 28 ] 、宏观经济 [ 29 ] 等背景下对水资源供需平衡影响。通常系统动力学与二次供需平衡分析方法结合可以更清楚地了解区域的水资源供需矛盾，如秦欢欢 [ 30 ] 建立了水资源SD仿真模型模拟北京市供需水量，首先依据现状分析未来水资源供需矛盾，再基于第一次的结果，采取节水，提升水利工程供水能力等措施调节，最后通过二次供需平衡分析，以寻求解决供需不平衡的问题。另外，除了缺水型城市的水资源供需失衡，干旱半干旱地区的灌区水资源供需矛盾也愈发尖锐。于是杨明杰 [ 31 ] 利用SD模型定量分析了玛纳斯河灌区的水资源供需状况，基于水资源系统的敏感性的分析，提出了六种方案，模拟得出节水与治污相结合才有利于解决玛纳斯灌区水资源的可持续性发展。上述研究多是对于地表水的研究，但是地下水也是一种重要的供水资源，维持地下水的可持续性也是水资源问题研究的重点。Alireza Ghasemi [ 32 ] 等利用SD方法模拟多种不同情形下、不同气候条件下德黑兰市未来30年水资源短缺量和地下水资源变化量，为水资源供需策略措施的制定给予合理的建议。未来，随着我国节水型社会的建设开展，SD方法基于节水的思想，对再生水的循环使用及水价调节政策背景下水资源供需平衡分析等也将是新的研究切入点。 4.3. 在水资源优化配置中的应用 水资源优化配置是指特定的区域内，特定的原则下，综合考虑市场经济规律和资源配置准则下，通过工程与非工程措施，对多种可利用水源在区域内和用水部门之间进行的合理的调配 [ 33 ] 。水库等蓄水设施的调控在水资源优化配置中具有关键作用，基于SD方法的水库库容模型可以清楚地分析蒸发渗漏、入库径流、回归水量、供出水量、调入水量、弃水量等因素的变动引起的水库库容的动态变化。通常，SD方法在水资源优化配置中的应用多是在区域的供需平衡分析的基础上，将整个供水–需水过程视为一个完整系统，构建供需平衡的系统反馈回路图，追踪水资源动态变化情况，根据不同的水量调度规则，模拟多种水资源配置方法，寻求水资源利用效益最大优化配置方案。如Maryam Ghashghaie [ 34 ] 等以水库供水方案对下游水资源量影响最小为目标，运用SD方法分析供水对象优先级顺序对布坎水库下游流量的影响，模拟仿真得出最佳的需水优先级为农业需水、国内需水、工业需水和环境需水。李维乾 [ 35 ] 等引入区域盈余水量回收再配置的概念，也就是把区域内多余的水量回水当作一种新的供水来源再合理分配，建立了闭环反馈水资源优化配置SD模型；模型中以盈余的水量率作为速率变量，由盈余水量，回收比例，回收延迟来决定，调整这些参数合理地模拟了水资源配置过程。此外，我国是一个农业大国，提高灌区的水资源利用率，保证粮食的安全是重中之重，所以灌区的水资源合理配置是研究的另一个重点 [ 36 ] 。贾程程 [ 37 ] 等基于水资源供需平衡原理运用系统动力学软件Vensim分别建立了水田、塘坝、水库的水资源系统模拟模型，很好地描述丘陵地区灌区水资源系统的产用排水的过程，可以对中小型水库灌区的水资源合理配置提供一些借鉴作用。童芳 [ 38 ] 等基于“压力–响应–状态”的概念框架和系统动力学的理论，提出了区域水土资源联合优化配置模型构建的思路，较传统模型多添加了土地资源子系统，这也成为了SD模型在水资源优化配置应用领域的一个突破点。上述应用多体现了SD模型在水资源优化配置中应用的优势，但由于SD方法的优化功能较弱，在应用过程中宜结合其他优化方法使用，以提高配置方案的准确性和优选性。 4.4. 在水环境方面的应用 随着我国社会经济的快速发展，水污染现象日益严重。国家为此出台了诸如“最严格水资源管理”、“河(湖)长制”、“一河一策”等一系列政策法规和制度来改善水环境的质量。但是基于我国人口众多，产业结构还处于转型阶段的背景下，水环境问题仍是学者专家们研究的热点与难点。SD方法在水环境方面的应用主要可以归纳为两种：水环境承载力的预测评价，水污染控制。 1) 水环境承载力预测评价。水环境承载力是作为人类活动与水环境系统的联系界面，是判断社会经济与水环境系统是否协调的尺度 [ 39 ] 。目前，SD方法在水环境承载力方面的应用研究主要通过建立SD模型，分析水–生态–社会经济复合系统要素之间的反馈机制，从时间尺度上模拟在区域或者流域在不同政策或策略下水环境承载力动态变化，从而制定合理的发展方案，达到可持续发展的目的。王宪恩 [ 40 ] 等基于系统动力学构建了四平市地表水环境承载力模型，模拟仿真分析得出人口数量的变化是地表水环境承载力的主要影响因素。焦露惠 [ 41 ] 等针在对我国西北干旱区资源型缺水地区的特点，优化筛选建立了特定水环境承载力指标体系，运用SD方法模拟了体系中各指标之间关系，并结合层次分析法与隶属度的概念量化流域水环境承载能力，并成功预测了渭河在2010~2020年不同方案下的水环境承载能力，得出开源、节流、治污相结合的综合方案是提高流域水环境承载力的最佳方案。此外，基于SD方法对于复杂系统在时间序列上的动态研究的优势，也应用于水环境承载力的中长期的预警研究 [ 42 ] 。但实际上，水环境承载力系统的影响因子众多，但是在单个研究中基于研究者的主观思维，难以建立一个完整的，协调统一的模型，所以往往模拟的精度会受影响 [ 43 ] 。所以未来SD方法在水环境承载力的应用研究应往系统化，全面化的方向深入研究。 2) 水污染控制。在这一方面系统动力学多应用于水环境污染负荷模拟，污染物排放量的预测，水污染控制规划等；水污染影响范围甚广，其研究对象涉及到城市 [ 44 ] 、流域 [ 45 ] 、库区 [ 46 ] 、湖泊 [ 47 ] 等众多尺度不一的空间范围。其中流域的水污染控制研究成果丰富，于森 [ 45 ] 针对松花江流域水资源与水污染联合调度，着重从流域内水污染排放的源头分析，结合水资源消耗量、水污染排放量的现状与特征，分别构建农业、工业、畜禽养殖、生活子系统SD模型，最终形成松花江流域水资源–水污染联合控制系统模型，通过假设条件、设计方案模拟仿真，得出松花江流域的社会经济、生态环境可持续发展最佳方案。由于流域内每一个断面的水污染的状况不同，而不同水质的水资源供给对象也不同，所以对整片流域采用相同的策略调控，既不现实也不准确。于是高伟 [ 48 ] 等学者提出了流域分质水资源承载力的概念，将水源分为优质与一般两种水源，并基于SD方法构建了分质水资源承载力模型，根据模拟结果并结合当前经济社会发展模式和水资源管理现状，提出了牛栏江流域的不同污染状况下水资源合理开发使用的建议。对于一些突发的水污染事故，在发生时间和空间、污染强度、污染类型、发生水域的水文条件有很强的不确定性 [ 49 ] 。当前，应用于水污染事故的水质模型结构复杂，且难以满足水污染事故时空动态模拟和预测的需要。SD模型在时间尺度上可以满足，但是空间尺度不足，因此张波 [ 50 ] 等构建了一维水质SD模型，并搭建GIS平台成功模拟污染物时空上动态变化，根据不同水文参数的调节模拟各种污染情况，从而及时给出应急策略，该模型在松花江流域水污染事故中成功模拟了硝基苯浓度在时空上的动态变化。总体来说，在水污染控制领域，SD模型与水环境模型，水质模型耦合的研究越来愈多，嵌入式SD模型已成为新的研究热点。 4.5. 在水生态方面的应用 近年来，我国大力推进水生态文明建设，践行“绿水青山就是金山银山”和维持水生态系统稳定是实现社会经济、生态环境可持续发展的基础等理念。目前，在众多相关研究文献中，SD方法在水生态领域研究的热点是水生态承载力的评价。水生态承载力是基于水环境承载力与水资源承载力融合发展形成的，专家学者在水生态承载主客体、不同量化标准等概念界定方面还未有共识。一般而言，水生态承载力可被定义为在一定的社会经济发展阶段下，区域内水生态系统自身结构功能长期稳定的前提下，能够承载人口最大规模和经济发展规模。所以，基于水生态承载力复合性、动态性的特点，SD方法在水生态承载力领域的应用研究具有优势研究 [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] ，研究范围包括城市 [ 54 ] 、河湖 [ 55 ] 、流域 [ 56 ] 、库区 [ 57 ] 、海洋 [ 58 ] 等，应用的思路主要是基于水生态承载力的现状评价，建立SD模型预测不同情境方案下未来水生态承载力的潜力及水生态承载力的动态变化过程，从而评估区域的可持续发展程度。马涵玉 [ 54 ] 等建立的成都市水生态承载力SD模型，从时间尺度上分别模拟了4种方案下总需水量、COD入河总量、水资源承载限制系数、水环境承载限制系数、水生态承载限制系数的动态变化，为成都市可持续发展提供了技术依据。但是，SD模型只能模拟得出影响水生态的相关指标变量的数值，无法量化水生态的承载能力；所以在应用过程中，SD方法常常也和隶属度法、层次分析法、状态空间法结合使用，以达到评估水生态承载力的目的。靳超 [ 58 ] 等在对海洋承载力的研究过程中，通过spss筛选出合理的评价指标，建立了压力类、支持力类、经济发展类为目标层的指标体系，用层次分析法确定了各目标层的权重，采取了状态空间法来量化海洋水生态承载力，并给出承载力的等级范围，依据系统动力学模拟出的结果得出了惠州市的海洋生态承载力的等级，并给出了协调经济发展与生态环境的关系的相关措施。 此外，SD方法在水生态领域的应用研究还涉及到生态需水预测，如马永亮 [ 59 ] 等在分析上海崇明岛生态需水的现状的基础上，考虑社会经济要素，生态环境自身要素等与生态需水相关的各种要素，利用系统动力学方法构建崇明岛生态需水预测模型，解决了生态需水计算复杂性的难题。同时SD模型也已用于河湖藻类等水生植物、浮生植物的动态模拟 [ 60 ] ，水生态安全预警 [ 61 ] ，青虾等水产养殖的生态系统服务价值的估算 [ 62 ] 等方向。综合来看，SD方法在水生态方面的应用研究范围很广，但是研究的深度还有待提高。