【摘 要】本文以邯郸市为例，将系统动力学方法运用在水资源需求管理中，建立了邯郸市水资源需求系统动力学模型。通过运行该模型，模拟了在不同调控措施下水资源需求量的变化情况，通过对比分析，等到了适合该区域的有效的水资源需求管理模式。
【关键词】系统动力学；水资源需求管理；模拟
0 前言
水资源是重要的战略资源，是社会-经济-环境这一复杂系统的重要组成部分[1]，长期以来，水资源管理的重心在于对水资源供给的管理，依靠扩大供水规模满足日益增长的用水需求。随着水资源需求的不断增长，水资源供给的难度越来越大，迫使人们从供给的反方向，即从需求方面寻找解决途径。
水资源需求变化是社会、经济、科技、文化等诸多因素综合作用的结果，过程十分复杂，对其研究必须采用行之有效的手段。系统动力学（System Dynamics，简称SD）是一种以反馈控制理论为基础，以计算机仿真技术为手段，适用于处理长期性、周期性的问题，是研究半定量、趋势性问题的有效工具，并可以对这些领域的发展决策进行实验分析，从而有利于决策的合理化与科学化。目前，系统动力学已经广泛应用于复杂的水资源系统问题的研究中，并且取得了一定的成果[2]。
本文以邯郸市为研究对象，运用Vensim软件，通过建立邯郸市水资源需求系统动力学模型，进行水资源需求管理措施的模拟分析。
1 研究区域概况
邯郸市地处河北省南端，2007年总人口896万人，国内生产总值1609.5亿元，其中第一、第二、第三产业增加值分别为219亿元、839亿元和551亿元。全市现状耕地面积978万亩，有效灌溉面积816.7万亩。
邯郸市1956～2000年平均径流量6.18亿m3，多年平均地下水资源量为12.64亿m3，邯郸市多年平均水资源总量为15.53亿m3。邯郸市是严重缺水城市，邯郸市东部平原区用水主要靠超采地下水。据2000年资料统计，地下水供水量占供水总量的90%左右，超采2.92亿m3。经济的迅速发展也促使供需形势将更为严峻，亟需加强水资源需求管理，合理的抑制水资源的需求增长，以缓解水资源供需矛盾。
2 邯郸市水资源需求SD模型
SD模型建模的步骤是，首先确定系统边界，根据实际情况画因果关系图，根据因果关系图画系统流图，书写动力学方程，然后进行模型的有效性检验，检验模型有效稳定之后确定现状年份，进行计算机仿真[3]。
2.1 系统因果关系图
以邯郸市的行政分区确定模型的边界，根据邯郸市的实际情况，画出系统因果关系图，见图1。
2.2 模型参数的确定
2.3 模型有效性的检验
（1）历史检验
历史检验以2004年为基准年，2005、2006为预测年。选择的检验参数是生活需水量、工业需水量、农业需水量、工业总产值、三产产值与总需水量6个参数进行比较，验证模型的有效性，运行结果如表1所示。从表中可以看出模拟值与实际值相比较，误差一般在10%以内，说明模型是有效的。
（2）灵敏度分析
本模型主要是针对常数参数值进行灵敏度分析，分别以参数-3%～3%的变化量来模拟研究2010年邯郸市总需水量的变化率。参数的灵敏度分析如表2。经分析可得，所有常数参数对于2010年总需水量的灵敏度都在合理范围之内，并没有因为参数的微小变动而出现异常变动，因此模型是可信的。
2.4 调控措施的模拟
水资源的需求管理，本质上就是分析影响水资源需求的因素。一般来说，主要影响因素有人口增长与城市化进程、产业结构变化与工业总产值、农业发展与灌溉面积增长以及生态环境保护和建设等[4]。
本文考虑到上述影响因素，制定了以下四种调控方案：
（1）方案一采用以农业节流为核心的调整方案，农业灌溉用水占全市用水最大部分，节水潜力巨大，节水措施一般有先进灌溉技术的推广、种植结构的优化等。将上述措施反映到模型中的参数上，将水田定额、水浇地定额、菜田定额、林果地定额分别降为400 m3/（亩？誗年）、105 m3/（亩？誗年）、176 m3/（亩？誗年）、52m3/（亩？誗年）。
（2）方案二以节约用水为主，杜绝不必要的水资源浪费以减少生活用水量，同时加强供水管道的防漏、防渗工作，减少供水线路的水资源损失，工业生产过程中多采用节水设备，降低万元增加值工业用水量。在模拟时将上述措施反映到模型中的参数上，将城市生活定额、农村生活定额、万元工业增加值定额分别降为18m3/年、20m3/年、45m3/万元。
（3）方案三是产业结构调整，邯郸市属于有一定工业基础的大城市，第二产业比重偏大，目前万元工业增加值用水为第三产业的4倍多，而第三产业和工业几乎占有相同的经济地位，未来还会有所增加，所以考虑增大第三产业的经济比重，适当限制工业的增长速度，同时提高第三产业的增长速度，调整方案见表3。
（4）综合方案，该方案综合上述三种方案。
2.5 模拟结果分析
表4给出了不同的方案下模拟结果，采取不同的管理措施后，水资源需求相对常规发展模式均有所降低，但是不同的方案改善的程度有所不同。方案四的实施对需求管理效果最为明显，节水4.16亿m3，农业节水措施效果居于第二，节水2.59亿m3；推广节水措施的效果位居第三，产业结构调整效果较弱。
基于模拟结果分析，邯郸市应加大农业节水力度，在大幅度提高提高农田灌溉利用效率情况下，通过加大节水投资、提高节水技术，实现节水率和渠系利用系数的提高，从而减少亩均灌溉用水量，这将会在很大程度上缓解水资源的压力。
3 结语
用系统动力学方法建立了水资源需求量预测模型，并将该模型应用于邯郸市的水资源需求管理中，从而为邯郸市水资源的科学管理和管理政策的制定提供依据，促进了决策的科学性和合理性。
【参考文献】
[1]张雪花，张宏伟，张宝安.SD在城市需水量预测和水资源规划中的应用研究[J].2008，24（9）.
[2]王银平.天津市水资源系统动力学模型的研究[D].天津：天津大学，2007.
[3]李俊玲，袁连冲，钱自立.系统动力学在需水预测中的应用[J].人民长江，2008，39（2）.
[4]袁宝招.水资源需求驱动因素及其调控研究[D].南京：河海大学，2006.
[责任编辑：杨扬]