閉環(huán)反饋

［摘 要］ 【目的】建立水資源優(yōu)化配置模型，在刻畫水資源配置過(guò)程復(fù)雜性的同時(shí)，探討盈余水量回收再配置機(jī)制對(duì)區(qū)域水資源的影響，使有限的水資源得到合理利用。【方法】構(gòu)建基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的閉環(huán)反饋水資源優(yōu)化配置模型，采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件 Ｖｅｎｓｉｍ，將水資源供需系統(tǒng)及與水資源有關(guān)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人口、環(huán)境等影響因素以圖形化的方式表達(dá)出來(lái)，用變量記號(hào)和方程式表述變量之間的因果關(guān)系；同時(shí)在模型中增加盈余水量的回收再配置環(huán)節(jié)，通過(guò)設(shè)置盈余水量回收比例和回收延遲參數(shù)，探討其對(duì)區(qū)域水資源配置結(jié)果的影響，最后對(duì)此模型進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用，并與基于多目標(biāo)遺傳算法的水資源配置方案進(jìn)行比較。【結(jié)果】基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的閉環(huán)反饋水資源優(yōu)化配置模型，充分展現(xiàn)了區(qū)域供水量、需水量、用水量、回收水量 之 間 的 關(guān) 系，以及其與區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社 會(huì)、人 口、環(huán)境之間復(fù)雜的因果關(guān)系。通過(guò)改變盈余水量回收比例和回收延遲參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，表明盈余水量回收機(jī)制設(shè)置合理，且盈余水量全部回收可明顯增加區(qū)域的總供水量；與基于多目標(biāo)遺傳算法的水資源配置方案的配置結(jié)果相比，利用基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的閉環(huán)反饋水資源優(yōu)化配置模型的配置結(jié)果，使實(shí)例研究區(qū)域２０１５，２０２０和２０３０年的缺水量分別減少１７１９，１３８８和２３０７萬(wàn) ｍ３。【結(jié)論】所建立的基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的閉環(huán)反饋水資源優(yōu)化配置模型合理、可靠，為地區(qū)水資源的優(yōu)化配置提供了一條有效途徑。

［關(guān)鍵詞］ 水資源配置；水資源供需系統(tǒng)；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；閉環(huán)反饋；Ｖｅｎｓｉｍ

１ 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的閉環(huán)反饋水資源配置模型

１．１ 研究對(duì)象水資源初次分配后，各用水主體 對(duì) 配 置 的 水 資源會(huì)產(chǎn)生一定的供需差。一部分用水主體因分配水量不足而處于缺水狀態(tài)，需要獲得額外的水量才能保障生產(chǎn)和生活的正常運(yùn)行；另一部分用水主體因水量分配充足，在遵循水資源邊際效益遞減規(guī)律的作用下，自身多余的水量無(wú)法消耗，或者在市場(chǎng)水權(quán)轉(zhuǎn)換利益等方式的驅(qū)動(dòng)下，將初次分配的水權(quán)高價(jià)轉(zhuǎn)換給其他用水主體，使得地區(qū)總水量不能發(fā)揮其最大價(jià)值，且嚴(yán)重侵害了其他用水主體的利益。這些無(wú)法消耗和待轉(zhuǎn)換的水量共同組成了盈余水量，為此，本研究增加了對(duì)盈余水量的回收再配置過(guò)程，以便提高區(qū)域水資源的整體效益。本模型的研究對(duì)象可分為需水 對(duì) 象、供 水 對(duì) 象和盈余水量回收再配置對(duì)象３部分。其中需水對(duì)象劃分 為 生 活 需 水、生產(chǎn)需水和生態(tài)環(huán)境需水對(duì) 象。供水對(duì)象包含有地表水供水、地下水供水、節(jié)水和再生水利用等對(duì)象。盈余水量的回收再配置對(duì)象主要負(fù)責(zé)對(duì)盈余水量的回收，同時(shí)將回收水量引入到水資源的再配置系統(tǒng)中，作為一種“全新”的供水水源予以考慮。

１．２ 模型假設(shè)為保證基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)帶有閉環(huán)反饋機(jī)制的區(qū)域水資源優(yōu)化配置模型能夠?qū)τ嗨宽樌剡M(jìn)行配置，本研究進(jìn)行如下假設(shè)：１）區(qū)域中各用水主體使用的水權(quán)均為產(chǎn)權(quán)清晰的合法水權(quán)，不存在用水主體私自非法盜用產(chǎn)權(quán)不清晰水權(quán)的現(xiàn)象；２）流域管理部門不考慮盈余水量的回收成本，以及水權(quán)轉(zhuǎn)換的管理成本；３）各用水主體的盈余水量由流域管理部門統(tǒng)一回收再配置，且回收能力無(wú)限制；４）各用水主體使用的水質(zhì)相同，且回收 到 的 盈余水量未經(jīng)使用和處理，其水質(zhì)和初始分配時(shí)無(wú)差異；５）各類供水系統(tǒng)將水運(yùn)輸?shù)絽^(qū)域某一供水點(diǎn)進(jìn)行集中統(tǒng)一配置。