姓名：张健 班级：工业2102 学号：3102115221
摘要：水污染是我国环境事故最主要事故之一。通过以信息反馈控制理论为基础的系统动力学（SD—system dynamics)引入水质模拟计算，利用擅长研究动态、非线性复杂系统的特点，构建突发水污染事故水质模拟的系统动力学模型，简述了模型的参数率定、模型分析与验证、模型与实际系统的一致性检验以及情景模拟等过程。并通过某水污染事故为例，对特征污染物在河流中通过对流、弥散以及由化学反应和生物吸收引起的衰减等过程造成的水污染状况及其时空变化过程进行了动态仿真模拟，实现对下游断面污染物浓度改变的预测，基于不同水文参数和应急调控策略的模型调控，初步验证了模型的合理性、有效性和可操作性。
关键词：系统动力学、水质、模型、污染
正文：
一、系统动力学及模型
系统动力学(简称SD—system dynamics)的出现于1956年，创始人为美国麻省理工学院(MIT)的福瑞斯特(J．W．Forrester)教授。系统动力学是福瑞斯特教授于1958年为分析生产管理及库存管理等企业问题而提出的系统仿真方法，最初叫工业动态学。是一门分析研究信息反馈系统的学科，也是一门认识系统问题和解决系统问题的交叉综合学科。从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历史的方法的统一。它基于系统论，吸收了控制论、信息论的精髓，是一门综合自然科学和社会科学的横向学科。
系统动力学是一门分析研究复杂反馈系统动态行为的系统科学方法，它是系统科学的一个分支，也是一门沟通自然科学和社会科学领域的横向学科，实质上就是分析研究复杂反馈大系统的计算仿真方法。
系统动力学模型是指以系统动力学的理论与方法为指导，建立用以研究复杂地理系统动态行为的计算机仿真模型体系，其主要含义如下： 1 系统动力学模型的理论基础是系统动力学的理论和方法； 2 系统动力学模型的研究对象是复杂反馈大系统；
3 系统动力学模型的研究内容是社会经济系统发展的战略与决策问题，故称之为计算机仿真法的“战略与策略实验室”；
4 系统动力学模型的研究方法是计算机仿真实验法，但要有计算机仿真语言DYNAMIC的支持，如：PD PLUS，VENSIM等的支持；
5 系统动力学模型的关键任务是建立系统动力学模型体系；
6 系统动力学模型的最终目的是社会经济系统中的战略与策略决策问题计算机仿真实验结果，即坐标图象和二维报表；
系统动力学模型建立的一般步骤是：明确问题，绘制因果关系图，绘制系统动力学模型流图，建立系统动力学模型，仿真实验，检验或修改模型或参数，战略分析与决策。
地理系统也是一个复杂的动态系统，因此，许多地理学者认为应用系统动力学进行地理研究将有极大潜力，并积极开展了区域发展，城市发展，环境规划等方面的推广应用工作，因此，各类地理系统动力学模型即应运而生。
二、当今社会水质污染问题（以长江流域为例）
随着国家西部开发战略的实施，长江流域将进入快速发展的新阶段，同时面临着更加严峻的生态环境压力。上游地区森林的乱砍滥伐和坡地的不合理开发，造成大面积的水土流失，年土壤流失量超过黄河而达24亿t。大量的泥沙不仅淤塞河湖，加剧流域的洪涝旱灾，而且对未来的三峡水库构成潜在威胁；中下游工业废水和生活废水的大量排江，使水体污染日益加剧，沿江居民难觅清洁饮用水源；森林植被的破坏，生态环境的退化，环境质量的恶化，以及悬念重重的三峡库区的未来生态环境问题等。所有这些，都将严重制约并影响长江流域的经济发展。可以说，长江生态环境问题的解决与否，不仅对长江流域的人口、资源、环境、经济能否协调持续发展产生深远的影响；而且关系着西部的开发、东部的开放的成败。
长江流域的主要水土流失区域在长江流域上游的四川（含重庆）、云南省，两省一市的年水土流失无论是现在还是在预测的未来，均占全流域总量的60%强。而其中与长江流域暴雨区相重合的金沙江下游及毕节地区、陇南及陇南地区、嘉陵江中下游、三峡库区“四大片”区域，其坡耕地是主要侵蚀泥沙来源。可以认为水土流失治理的重点是长江流域上游地区，特别是 “四大片”区域的坡耕地。模型中以四川为例，讨论了人口控制措施及生态敏感区农业人口转移的影响，认为在生态环境敏感区实行严格的人口政策，并适当向外转移人口，可以缓解过量人口对环境资源压力，对于长江流域水土流失的有效治理、长江流域的生态安全度的改善、农业粮食生产进而至流域社会经济的各个方面，均会有不同程度的改善，这是长江流域可持续发展的需要。
随着人口、灌溉面积、牲畜数量与工业增加值的增加，用水量与污染物排放 量随之增加，由此加剧了水环境的缺水程度和水质恶化程度，降低了水环境承载 力，也减少了水环境所能承载的人口、灌溉面积、牲畜数量、工业增加值。这是 一个恶性循环。如下图：
— 水环境承载力 表征参数 + 水资源的利用强度 水污染的排放负荷 + 缺水程度和水质恶化程度 — + 面对这样的生态压力，解决其问题刻不容缓。应当用系统动力学原理进行人口、资源、经济社会、环境与灾害各因素的关系描述，以寻求解决问题的合适策略，使系统从潜在危险方向离开或情况得到改善。
三、以长江流域水污染为例建立系统动力学模型 城市化率 农村人口 农村生活用水量 农村居民人均用水量 农村耗水系数 农村生活COD农村生活COD产生量
产生系数农村生活取水量 农村生活污水产生量 总人口 城镇人口初值 城 镇 人 口 <水质水量调整因子>
优质排水COD 浓度
城镇生活COD生产浓度
城镇人口调整
城镇生活COD产生量
城镇生活用水量
城镇生活COD产生系数 城镇居民人均生活用水量
城镇耗水系数
用水出水COD浓度
城镇生活污水产生量 城镇生活取水量
城镇生活深度再生水利用量
生活用水优质水比例
如上图所示，给水、用水、水处理和水再生这四部分组成了长江流域水污染的系统流程图。无论是长江流域的城镇还是农村，都有不同程度的污水排放。更有数据显示长江所经流的省市区域废水、COD排放量，如下图。
为了转移、缓解长江流域水质污染，有必要在长江流域中游实施更为积极的城市化政策。长江流域中游地区，特别是从宜昌到湖口的沿江地区，是未来长江流域城市化的主要区域，也是长江流域中上游人口转移的主要移入点。这主要是由于：
1）三峡工程建成并发挥作用，是该区域将会超速发展的动力来源。一方面，江汉平原抗御洪涝灾害的能力得益于三峡工程而极大提高，在宜昌到湖口的沿江地区建设大量的小城镇有安全保障。再则，三峡工程巨大的电力能源，会使小城镇发展有充足的能源供应。最后，“黄金航道”使物质运输成为易事；
2）长江流域中游地区具有巨大的水体环境容量，从总量分配的公平性原则出发，从流域水资源占有量和相匹配的污染物及废水排放量公平分配的原则出发，沿江地区属于可调高指标的区域，可以分配给内部的城镇区域；
3）长江流域中游地区本身的城镇化程度不高，具有发展城镇化的较佳潜力； 4）工业格局的调整，即将北方大耗水、大耗能工业转移到长江流域中游宜昌到南京地段，亦需要长江流域中游强化城市化战。
而对于在传统城市不可持续水代谢情景下，设置筑坝蓄水、区外调水、节约用水。源头控制和清洁生产末端治理等治理策略。在新型城市可持续水代谢情景下，设置再生水的利用、二级再生水回补河道、水的循环利用、提高该市污水处理能力和处理级别等多种治理策略。
以上两种场景表明：1.增加再生水资源量、提高再生水的利用率对人口、灌溉面积、工业增加值的提高有一定效果，尤其是能够显著提高灌溉面积；2.增加工业重复用水率会提高用水效率，促使人口和工业增加略微提高；3.提高污水处理率、污水处理能力、提高污水排放标准、牲畜养殖的废水处理率对水环境承载力的提高有显著效果。
本文提出的长江流域生态环境可持续发展的综合决策模型，从流域可持续发展角度，在定性分析的基础上，建立定量的数学模型，从系统分析的角度对影响
长江流域可持续发展的诸多纷繁复杂的因素进行综合决策，以确定合适的生态环境管理政策，协调长江流域经济发展与环境保护的矛盾，促进长江流域稳步持续发展。模型中将生态环境管理置于人口、社会经济、环境、资源、灾害五者相互作用的系统中去分析其影响与作用，对长江流域可持续发展的生态环境管理对策进行了综合性、系统性和趋势性分析，从而概括出长江流域可持续发展的生态环境管理的几点重要认识：
（1）控制人口增长，特别是长江流域上中游的人口增长，尤其是上中游的生态环境敏感区的人口增长，并采取必要的人口转移政策，是缓解2030年长江流域发展瓶颈的一种较佳的对策；
（2）有必要在长江流域中游实施更为积极的城市化战略；
（3）云南、四川、重庆二省一市是长江流域水土流失重点区域，二省一市水土流失重点是“四大片”；
（4）三峡大大提高长江流域生态安全度，减缓水土流失对长江流域中下游影响100年；
（5）建立流域生态环境补偿政策，将扶贫政策与生态补偿政策结合，综合治理生态环境；
（6）充分认识生态环境破坏是长江流域的全局性问题；
（7）以三峡库区为代表的水污染问题是长江流域需要迫切解决局部问题。 四、总论
生态环境问题越来越受到关注，而单纯靠环境根本不能解决越来越严重的环境问题。同是，随着生态、环境、资源与经济发展的矛盾越来越突出，必须把生态、环境、资源与经济发展、人口等因素综合起来，作为一个整体，进行系统分析与研究。而系统动力学理论在处理社会——经济——环境类的环境高阶次、非线性、多重反馈的复杂时变系统显示出的独特优势，为系统分析和研究提供了有力的工具。目前，环境系统动力学模型在国内有了不少的应用，给水资源利用、土地规划与利用、污染物控制等项目的规划与实施提供了科学的决策依据。
参考文献：
张波.2010.基于GIS的水污染事故模拟系统动力学模型研究,中国环境科学出版社
李翀.2005. 长江流域实现可持续发展生态环境管理综合决策模型
李林红.2002.滇池流域可持续发展投入产出系统动力学模型. 昆明理工大学管理与经济学院
樊立萍，于海斌，袁德成.2005.河流水质模型(RWQM1)介绍及实例分析 丁丽萍.2012. 系统动力学（SD）模型的应用研究
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