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流域人地关系地域系统研究 ―― 以渭河流域为例. 李同昇 西北大学城市与资源学系. 1 流域 PRD 系统及其研究方法 2 渭河流域关中段 PRD 系统分析 3 SD 模型运行结果与讨论. 1. 流域 PRD 系统及其研究方法. 1.1 流域 PRD 系统.
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流域人地关系地域系统研究――以渭河流域为例流域人地关系地域系统研究――以渭河流域为例 李同昇 西北大学城市与资源学系
1 流域PRD系统及其研究方法 • 2 渭河流域关中段PRD系统分析 • 3 SD模型运行结果与讨论
1.1 流域PRD系统 • PRED系统是指人口(P)、资源(R)、环境(E)与发展(D)四个子系统通过相互作用、相互影响和相互制约，在一个具体的区域上复合而成的统一体。由人口、资源、环境与发展构成的流域PRED系统是一个具有高度复杂性、不确定性、多层次性的复杂开放巨系统。在这样的巨系统中，基于地区发展目标、研究目的、研究方法的不同，可以划分出不同的子系统作为研究对象，如PRE、RED、PRD、ED等子系统。 • 基于发展目标，由流域水资源与社会经济构成的PRD系统是流域PRED系统的一个核心子系统。水资源支撑流域社会经济的高速发展，同时，社会经济发展为流域的综合治理和建设工程提供经济基础和技术支撑。
1.2 系统动力学方法 • 流域PRD系统研究有多种方法，如PRED论证模式、多目标规划、灰色预测模型、等权平均方法、系统动力学方法等，不同的方法各有特点，表 1，其中系统动力学方法是研究PRD系统的最有效方法之一。 • SD模型既可以进行时间上的动态分析，又可以进行部门间的协调。它能对系统内部、系统内外的因素的互相关系予以明确的认识，对系统内所隐含的反馈回路予以清晰的体现。SD模型通过设定系统各种控制因素，以观测当输入的控制因素变化时系统的行为和发展，从而能对系统进行动态仿真实验 。
关中段位于渭河流域中下游，是陕西省经济发展的核心地带，这里人口和城市密集，经济发展水平高，它既是我国西部大开发的桥头堡，也是陕西省进行“一线两带”建设、实现经济跨越式发展的主要依托区域。关中段位于渭河流域中下游，是陕西省经济发展的核心地带，这里人口和城市密集，经济发展水平高，它既是我国西部大开发的桥头堡，也是陕西省进行“一线两带”建设、实现经济跨越式发展的主要依托区域。 • 关中地区是我国北方资源型缺水地区。关中地区人均水资源为357.5M3，仅为陕西省人均水资源的25.5%和全国的13.2%；单位耕地水资源量仅为全国的15%，全省的34%；2000年关中地区缺水量为14.25亿M3 ，缺水率达到21%。
2.1 系统边界 • 考虑行政边界的完整性和政策的可实施 性，将关中5市1区确定为系统的边界，为了分析水资源与社会经济发展系统之间的时空协调问题，再将系统划分成宝鸡子系统、西咸子系统、渭南子系统和铜川子系统，各子系统的边界分别为各地市的行政边界。
2.2系统因果循环关系 图1 系统因果循环图（西咸部分）
2.3 系统变量 • 系统变量是系统运行的基础支撑，因此用数学函数形式表达的系统变量务必接近真实系统，同时，有时由于数据不足或函数关系复杂，很难对各变量之间的的关系用严格的数学关系加以表达，因此，必须采用简化、近似、概括等方法进行数据处理，来确定系统变量及其之间的关系。 • 本模型变量确定过程中采用了利用灰色模型预测、几何平均值法、加权平均值法、趋势外推法等方法，模型主要变量指标 表2。
以西咸为例来说明参数的确定: • 建立西咸总人口的GM（1，1）模型： Xt+1=37541.9-0.00891t-37202.6 • 经过后验差检验知，模型预测可靠。 • 利用此方程及城市化发展规划目标确定城市人口和农村人口增长率。
2.4 建立SD模型 • 解决关中水资源系统与社会经济系统时空耦合问题应逐步建模，以SD方法分别建立关中PRD系统线性增长模型、反馈增长模型和调水耦合模型等三种不同模型，并采用Venple工具包完成模型的运行 。
（1）线性增长模型 • 线性增长模型是在政府规划目标的基础上，利用政府社会经济发展规划确定各项参数来建立模型。模型流程图如图2、图3。通过运行模型，模拟出各水平年关中PRD系统发展水平。
（2）反馈增长模型 • 反馈增长模型是在运行线性增长模型的基础上，加入SD模型特有的反馈控制和调节机制，使社会经济各部门根据水资源状况及时调整其发展速度，使模型对关中PRD系统的模拟更加接近现实，系统流图如图4。
现实社会经济系统会根据缺水状况对社会经济发展速度进行调整。根据关中地区多年社会经济发展状况以及缺水情况的历史数据，用线性回归法分别构造工业产值增长率、城镇人口增长速度、实际农灌面积等与缺水率之间的耦合函数。现实社会经济系统会根据缺水状况对社会经济发展速度进行调整。根据关中地区多年社会经济发展状况以及缺水情况的历史数据，用线性回归法分别构造工业产值增长率、城镇人口增长速度、实际农灌面积等与缺水率之间的耦合函数。 • 以西咸工业为例，构造函数 Y＝1.05-1.253X，其中X、Y分别代表缺水率、工业产值增长速度。
（3）调水耦合模型 • 在运行反馈增长模型的基础上，考虑区外调水工程对关中PRD系统的调节作用，再次建立关中地区调水工程调节下的反馈增长模型 如图5，模拟水资源系统、治理工程和社会经济系统的时空耦合。
关中地区规划确定的主要调水工程安排如下： ①2010年前计划调水工程：东雷抽黄续建工程，增水4.3亿M3；南门沟水库，增水1.05亿M3；引乾济石调水工程，增水0.47亿M3；引红济石调水工程，增水1.28亿M3；引汉济渭应急工程，增水5亿M3。 ②2020年前计划调水工程：引汉济渭调水工程，增水8亿M3。
(1) 基于政府规划目标的线性增长模型是社会经济高速发展模式，但区内水资源供给与需求之间的缺口持续加大；反馈增长模型可根据流域内水资源承载力状况调整社会经济发展目标，但难以完成关中地区所承担的发展和带动使命；调水耦合模型引入了区外水资源，地区缺水状况得到明显改善，社会经济发展保持较高的增长速度，是解决关中地区PRD问题有效途径，见表3、图6。
表3 关中地区各水平年缺水率状况表 图6 关中地区缺水率
(2) 西咸子系统是关中地区缺水最为严重的地区。在区外调水的情况下，西安咸阳子系统的缺水状况得到明显的改善，但西安咸阳子系统仍存在一定程度的缺水，需加大对西安咸阳的引水力度，规划新的引水工程。从时间角度来说，调水工程应需提前动工和投入使用，以有效地支持这一“龙头”地区的快速发展，见表4、图7~9。
表4 各水平年西咸社会经济发展与水资源状况
图7 西咸工业产值增长率 图8 西咸城镇人口增长率 图9 西咸缺水率
关中各地市线性增长缺水示意图 现状年 2010年 2020年
关中各地市反馈增长缺水示意图 现状年 2010年 2020年
关中各地市调水耦合缺水示意图 现状年 2010年 2020年
