基于SD模型的博斯騰湖水量平衡系統(tǒng)分析與仿真研究

伊麗努爾·阿力甫江，玉素甫江·如素力

（1.新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊830054；2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊830054；3.中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100038）

水是地球生命系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的自然資源，也是關(guān)系一個(gè)國家或地區(qū)生態(tài)安全、糧食安全及社會經(jīng)濟(jì)健康和可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略性資源。干旱地區(qū)水資源合理利用是一項(xiàng)世界性的重要課題。其中，水量平衡研究既是水資源評價(jià)方法的基礎(chǔ)，也是農(nóng)田節(jié)水調(diào)控，農(nóng)業(yè)合理用水的依據(jù)［1］。隨著人類活動的加劇和氣候變化的綜合影響，大量湖泊生態(tài)環(huán)境退化、濕地旱化，湖區(qū)沼澤面積逐年縮小，并且湖泊水量失衡［2－4］。已有研究表明近50年來國內(nèi)湖泊變化顯著［5－6］。由于受氣候暖干化的影響，位于干旱與半干旱地區(qū)的博斯騰湖，近幾十年來水位下降，環(huán)境質(zhì)量逐步惡化。湖泊水位由有記錄的2002年最高水位1 049.39m下降到2013年的1 045m左右，已達(dá)湖水生態(tài)紅線［7］。由于社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境系統(tǒng)及其關(guān)系的復(fù)雜性和動態(tài)性，以及博斯騰湖生態(tài)治理和水資源開發(fā)利用的不確定性和多目標(biāo)性，使得各種水資源政策對博斯騰湖水安全格局的影響缺乏定量化的手段和方法［8－10］。

博斯騰湖及其周圍生態(tài)環(huán)境問題集中表現(xiàn)在博斯騰湖水量平衡和水位變化上。國內(nèi)學(xué)者對博斯騰湖水量平衡的研究始于20世紀(jì)50年代。1958年，中國科學(xué)院新疆綜合考察隊(duì)對博斯騰湖的水量平衡進(jìn)行過較為詳細(xì)的研究［11］；后來，許多學(xué)者利用水文、氣象實(shí)測資料，運(yùn)用水量平衡方程定量分析計(jì)算博斯騰湖水量平衡要素及其與氣象因素的關(guān)系［12－15］。

雖然國內(nèi)對博斯騰湖水量平衡的研究很多［16－22］，但大多數(shù)是在研究水量平衡時(shí)用湖泊水量平衡方程式計(jì)算，沒有考慮博斯騰湖上游和下游的社會經(jīng)濟(jì)要素對水量平衡的影響以及它們之間的雙向反饋關(guān)系。這樣，由湖盆地貌形態(tài)決定的湖水位—庫容—水面面積、湖泊水量平衡要素及周圍社會經(jīng)濟(jì)要素等之間的非線性關(guān)系不能表達(dá)出來，會影響水量平衡模擬結(jié)果的正確性。因此本文會在前人研究的基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)動力學(xué)方法（SD，System Dynamics），通過構(gòu)建博斯騰湖水量平衡模型及對湖水未來30年的水位變化進(jìn)行多種情景分析及趨勢預(yù)測，為今后的博斯騰湖及其周圍水資源、生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

博斯騰湖流域位于新疆塔里木盆地的西北和西北邊緣。由山區(qū)地表水資源形成區(qū)（包括開都河上游、黃水溝上游、清水河上游和20條時(shí)令河上游）、焉耆盆地綠洲耗水區(qū)（包括博斯騰湖）和孔雀河流域耗水區(qū)（包括庫爾勒市）三大單元組成，是一個(gè)典型的水—生態(tài)—經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)。山區(qū)地表水資源形成區(qū)人類活動影響較少，水文過程主要受氣候變化、地質(zhì)地貌和土地覆蓋類型的影響。焉耆盆地綠洲耗水區(qū)和孔雀河流域耗水區(qū)受人類活動影響顯著。

圖1 博斯騰湖地理位置及水系

博斯騰湖是整個(gè)流域的樞紐，是焉耆盆地的最低凹處，氣候干旱，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，曾是我國最大的內(nèi)陸淡水湖，既是開都河的尾閭，又是孔雀河的源頭，是新疆巴音郭勒蒙古自治州各族人民生活、生產(chǎn)的水源地。博斯騰湖水域遼闊，東西長達(dá)55km，南北平均寬約20km。在最高水位1 048.75m時(shí)，水面面積1 002.4km2，容積為88億 m3，在水位1 048m 時(shí)，平均水深為7.8m，最深為17m［23－25］。1958—2013年期間，水位變化幅度為1987年的1 044.95m到2002年的1 049.39m，非常洪水位和極限死水位之間相差近4m，變化幅度較大。博斯騰湖主要依賴入湖河流補(bǔ)給，入湖河流有開都河、黃水溝、清水河等，常年性入湖河流只有開都河，孔雀河是博斯騰湖唯一的出湖河流，出湖水量自1982年后由人為控制，即揚(yáng)水泵站投入使用。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)分析

本文利用的資料主要有大湖水位資料為大河口水文站1983—2013年逐年觀測數(shù)據(jù)；河水流量資料為1983—2013年的開都河出山口徑流量（大山口水文站）逐年觀測資料；1983—2013年的開都河?xùn)|、西支入湖水流量（寶浪蘇木分水閘）逐年觀測資料；1983—2013年的揚(yáng)水泵站逐年水量資料。蒸發(fā)與降水?dāng)?shù)據(jù)：大河口水文站1983—2013年逐年降水觀測值；博湖縣氣象站1983—2013年逐年觀測資料；社會經(jīng)濟(jì)年系列資料：主要包括總?cè)丝?、牲畜頭數(shù)、盆地灌區(qū)灌溉面積、灌溉定額、工業(yè)產(chǎn)值等等；數(shù)據(jù)來源1983—2013年新疆統(tǒng)計(jì)年簽與相關(guān)文獻(xiàn)。

2.2 研究方法

2.2.1 模型構(gòu)建 本文以博斯騰湖水量平衡為核心，全面考慮博斯騰湖上游和下游的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和可能的氣候變化因素，結(jié)合系統(tǒng)動力學(xué)原理和應(yīng)用要求，構(gòu)建以博斯騰湖上游社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需水量，博斯騰湖水量平衡和博斯騰湖下游（孔雀河流域）社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需水量三部分組成的博斯騰湖水量平衡系統(tǒng)動力學(xué)模型，并繪制系統(tǒng)流圖（圖2）。博斯騰湖水量平衡中入湖水量大致分為三個(gè)部分：降水、地表水和地下水補(bǔ)給；耗水量包括博斯騰湖水面蒸發(fā)損失、蒸騰和博斯騰湖揚(yáng)水等。系統(tǒng)參數(shù)主要由查閱相關(guān)資料、參考他人的研究成果和結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況而確定的。在相關(guān)的反饋回路里水位—庫容—面積三個(gè)因素之間的非線性關(guān)系就是通過Lookup Function表達(dá)（圖3）。模型模擬時(shí)間設(shè)置為1983—2013年，共31a，模擬步長為1a，以1982年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為初始值。

博斯騰湖水量平衡仿真模型中，所選擇的變量共有70多個(gè)，各個(gè)因素（變量）之間相互作用形成的因果反饋環(huán)路構(gòu)成了模型的基本結(jié)構(gòu)。本文給出了幾個(gè)最基本的要素（變量）之間的因果關(guān)系回路圖（見圖2）。可以看出，圖中有7個(gè)主要反饋環(huán)，其中正反饋環(huán)有5個(gè)：

→→I：博斯騰湖上游：增長率＋農(nóng)田灌溉面積＋農(nóng)田灌溉面積增長量。

→→Ⅱ：博斯騰湖上游：人口增長率＋人口數(shù)量＋人口增長量。

→→→Ⅲ：博斯騰湖：大湖水面積＋湖面降水量＋大湖地表入流量＋博斯騰湖（大湖）。

→→Ⅳ：博斯騰湖湖下游：農(nóng)田灌溉面積增長率＋農(nóng)田灌溉面積＋農(nóng)田灌溉面積增長量。

→→V：博斯騰湖下游：流域人口增長率＋流域人口數(shù)量＋流域人口增長量。

負(fù)反饋環(huán)有2個(gè)：

→→Ⅵ：博斯騰湖：大湖水面積＋博斯騰湖（大湖）－蒸發(fā)量。

→→Ⅶ：博斯騰湖：博斯騰湖（大湖）＋模擬水位＋出大湖總水量－博斯騰湖（大湖）

圖2 博斯騰湖水量動態(tài)平衡的系統(tǒng)動力學(xué)模型

2.2.2 有效性檢驗(yàn) 根據(jù)博斯騰湖1983—2013年歷年水量平衡數(shù)據(jù)運(yùn)行模型，進(jìn)行有效性檢驗(yàn)，所得模擬數(shù)據(jù)與歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證其吻合度。由于模型變量較多，筆者主要對博斯騰湖水位、博湖上游的寶浪蘇木分水樞紐（第三水分樞紐）站徑流量和博湖下游的塔什店徑流量數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史驗(yàn)證。模型通過相對誤差法（公式1所示）進(jìn)行驗(yàn)證。相對誤差通過模擬所造成的絕對誤差與真值之比乘以100%所得的數(shù)值，以百分?jǐn)?shù)表示。相對誤差公式為：

式中：δ——實(shí)際相對誤差；Δ——絕對誤差；L——真值（其中：絕對誤差＝模擬測得值－真值）。寶浪蘇木分水樞紐（第三水分樞紐）站徑流量、博斯騰湖水位和塔什店徑流量的相對誤差分別3.9%，1.6%，1.2%，實(shí)測數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)基本吻合，最大誤差不超過5%，得出歷史數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)基本吻合（圖4），表明模型具有較好的強(qiáng)壯性，能夠反映博斯騰湖水量平衡系統(tǒng)的實(shí)際特征。

圖3 博斯騰大湖水位－面積－庫容曲線

圖4 實(shí)測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對比

3 結(jié)果與分析

3.1 水量平衡分析

以1983—2013年歷年水文、氣象、社會經(jīng)濟(jì)等資料為基礎(chǔ)，按模型要求將數(shù)據(jù)存入模型的輸入文件中，應(yīng)用上述模型進(jìn)行模擬，得到相應(yīng)的模擬結(jié)果（圖5）。

從1983—2013年的博斯騰湖入（出）湖水量、湖面蒸發(fā)耗水量、開都河生態(tài)需水量和孔雀河生態(tài)需水量的變化曲線（圖5）看出，博斯騰湖水量變化的影響因素是多方面的，其中入湖河水、出湖水量、湖面蒸發(fā)量等是影響博斯騰湖湖水位的主要自然因素，開都河和孔雀河生態(tài)需水量是影響博斯騰湖水位的主要人為因素。進(jìn)入博斯騰湖的入湖水量直接受焉耆盆地自然來水的影響，隨自然來水量而變化。1983—2013年，從大湖出的總水量為14.4億m3，多年平均入湖總水量為23.9億m3，湖區(qū)總耗水量為9.5億m3，開都河?xùn)|支入湖河水流量16.1億m3，西支入湖河水流量7.2億m3。西泵站建成后，出湖水量由人為控制，即揚(yáng)水泵站投入使用，解放一渠直接向孔雀河輸水量也相繼減少，則孔雀河是博斯騰湖唯一的出湖河流，其中大湖區(qū)出流占到了50%，多年平均約9億m3，小湖區(qū)出流約6.4億m3。

圖5 博斯騰湖入（出）水（蒸發(fā)）量及生態(tài)需水量變化曲線

出湖水蒸發(fā)量受水域面積（水位）影響。1983—2013年蒸發(fā)量波動范圍為10.3～20.4億m3，而大湖水位變化范圍為1 045～1 048.62m。SD模型模擬計(jì)算表明，在過去的31a間（1983—2013年）博斯騰湖年均蒸發(fā)量為12.8億m3，增長速率為0.416億m3/a。其中，1983—1994年博斯騰湖大湖區(qū)水面年均蒸發(fā)量為12.02億m3，1995—2013年均蒸發(fā)量達(dá)到13.43億m3，增加了11.73%。而且，隨著湖區(qū)蒸發(fā)耗水量的增加，博斯騰湖水位還有下降的趨勢。

通過模擬計(jì)算得到開都河流域1983年、2000年和2013年生態(tài)需水量分別為14.16億m3，12.05億m3，17.41億 m3；孔 雀 河 流 域 1983 年、2000 年 和2013年生態(tài)需水量分別為11.87億 m3，26.19億m3，13.26億 m3。1983—2013年開都河、孔雀河流域生態(tài)需水量變化發(fā)現(xiàn)，近31a來，該流域生態(tài)需水量呈增加趨勢，特別是2000年之后增加迅速，特別是孔雀河流域需水量增加更明顯，在此期間，水位處于下降趨勢。

3.2 參數(shù)敏感度分析

敏感度分析（Sensitivity Analysis），又稱敏感性分析。參數(shù)敏感度分析的目的正是量化各系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)輸出的影響程度，從而對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行篩選，所得影響因子亦用于后續(xù)參數(shù)估計(jì)。表達(dá)式為［26］：

式中：S——模型參數(shù)敏感度；Y——變化后的狀態(tài)變量；Y0——基準(zhǔn)條件下狀態(tài)變量值；ΔY——由參數(shù)變化引起的狀態(tài)變量的變化幅度；P——變化后的模型參數(shù)；P0——基準(zhǔn)條件下模型參數(shù)值；ΔP——參數(shù)的變化幅度。具體含義見表1。

表1 敏感度取值

通過公式（2）對主要參數(shù)進(jìn)行敏感度分析。敏感度較明顯的主要參數(shù)及其敏感度值和敏感度級別在表1所示。結(jié)果表明（表2），入湖徑流的敏感度值為最高，其次是湖面蒸發(fā)量、出湖水量和湖面降水量。其中，湖面蒸發(fā)量作為湖泊水量的支出項(xiàng)，與其水位呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。表中蒸發(fā)量的敏感度值為負(fù)，是因?yàn)槟Ｐ椭姓舭l(fā)量與博斯騰湖水位屬于負(fù)反饋回路，蒸發(fā)量增大水位減少。敏感度值排序?yàn)椋喝牒乇硭浚菊舭l(fā)量＞出湖水量＞降水量＞灌溉定額＞灌溉面積＞工業(yè)產(chǎn)值＞人口。

表2 8個(gè)重要參數(shù)的敏感度值

3.3 情景分析

情景分析法是考慮影響未來發(fā)展諸多因素，系統(tǒng)分析相關(guān)問題，構(gòu)建出多種可能的未來發(fā)展態(tài)勢，再對系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢作出自始至終的情景與畫面的描述［27－28］。其基本觀點(diǎn)是雖未來充滿不確定性，但有部分內(nèi)容可以預(yù)測，這是由不確定性決定的。博斯騰湖水位過高或過低都會給生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來影響。因而，在供水管理中最重要的是確定允許的水位范圍，允許水位確定之后，才能對湖泊的可利用水量進(jìn)行合理分配，如灌溉、城市用水等。如低于此值允許范圍生態(tài)系統(tǒng)就會遭到破壞，因此，維護(hù)湖泊的合理水位已經(jīng)成為淡水資源科學(xué)配置和永續(xù)利用的基本保證。

入湖流量作為湖泊水量的主要輸入項(xiàng)，對湖泊水位的變化有著顯著性的影響。開都河1958—1976年屬平水年，博斯騰湖水位呈波狀緩慢下降趨勢；1976—1985年開都河多年平均年徑流量達(dá)到歷史最低點(diǎn)，博斯騰湖水位也達(dá)到歷史最低點(diǎn)；1986—1995年多年平均徑流量開始回升，博斯騰湖水位呈急速上升趨勢；1996—2002年開都河多年平均徑流量達(dá)到歷史的最高點(diǎn)，博斯騰湖水位也達(dá)到歷史最高點(diǎn)。2003—2013年開都河多年平均徑流量開始減少，博斯騰湖水位呈急劇下降趨勢。從以上分析可以得出，入湖流量和水升降的變化規(guī)律非常接近。

氣候變化加劇了開都河年徑流變化的不確定性。從短期來看，隨著氣候變暖，冰雪融水增加，近期內(nèi)河流地表徑流可能呈增加或減少波動狀態(tài)，甚至表現(xiàn)為增加趨勢，然而，長時(shí)間而言，隨著氣候變化天山山脈雪線上移，山區(qū)冰川儲量減少，來水量減少，開都河流域水文情勢可能會發(fā)生很大變化，年徑流量在氣候變化的影響下可能會出現(xiàn)重大波動，導(dǎo)致博斯騰湖水位變幅增加。為了避免大規(guī)模灌溉引水、跨流域調(diào)水以及土地利用變化等人類活動對徑流的影響，本研究選擇大山口水文站徑流數(shù)據(jù)為研究對象，可以較為單純地反映自然條件下博斯騰湖水位的變化。

農(nóng)業(yè)用水包括灌溉用水和林木漁業(yè)用水兩部分，其中，灌溉用水占的比例非常大。農(nóng)業(yè)是高耗水行業(yè)，灌溉用水對水資源的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了工業(yè)用水、生活用水和牲畜用水，位居第一位。博斯騰湖流域灌溉用水占農(nóng)業(yè)用水的比例非常大，因此，在研究中主要考慮灌溉用水。2013年，研究區(qū)用水總量為17.42億m3，其中灌溉用水量13.93億m3，占總用水量的80%，所以提高農(nóng)業(yè)用水效率，減少灌溉用水量，把農(nóng)業(yè)部門節(jié)約出來的水資源轉(zhuǎn)移到工業(yè)用水、生活用水和牲畜用水，從而可以緩解水資源短缺，這在干旱區(qū)顯得尤為重要。灌溉用水量取決于灌溉面積、灌溉定額和灌溉面積增長率。因此，根據(jù)博斯騰湖水量平衡最敏感影響因子和博斯騰湖流域水資源供需平衡與優(yōu)化配置［29］，筆者設(shè)置兩種情景方案，預(yù)測分析博斯騰湖未來30a的水位變化情景。

A方案設(shè)置如下：情景1是用2013年的數(shù)據(jù)，各項(xiàng)參數(shù)保持不變進(jìn)行模擬分析；情景2是除開都河多年平均徑流量34.3億m3（屬平水年）外，各項(xiàng)參數(shù)保持不變進(jìn)行模擬分析；情景3是除開都河多年平均徑流量30.53億m3（屬枯水年）外，其他數(shù)據(jù)和參數(shù)與情景2相同；情景4是除開都河多年平均徑流量45億m3（屬豐水年）外，其他數(shù)據(jù)和參數(shù)與情景2相同。

B方案設(shè)置如下：情景1是用2013年的數(shù)據(jù)，各項(xiàng)參數(shù)保持不變進(jìn)行模擬分析；情景2是開都河年平均徑流量保持不變、灌溉定額、灌溉面積增長率等人為因素?cái)?shù)據(jù)和參數(shù)，進(jìn)行模擬分析；情景3是除改變?nèi)藶橐蛩財(cái)?shù)據(jù)和參數(shù)外，開都河年平均徑流量與情景2相同；情景4是除改變?nèi)藶橐蛩財(cái)?shù)據(jù)和參數(shù)外，開都河年平均徑流量與情景2相同。B方案的情景指標(biāo)值見表3。

表3 2014－2044年B方案的情景指標(biāo)值

盆地綠洲區(qū)總耗水量的減少則可增加博斯騰湖總?cè)胨?。情?，3，4都是在提高農(nóng)業(yè)用水效率，減少灌溉用水量的條件下盆地綠洲區(qū)實(shí)施相同的情景方案，因此它們的農(nóng)業(yè)耗水量也相同，年均約為5.84億m3，比情景1減少1.87億m3。方案A通過開都河平水年、枯水年和豐水年情景，模擬得到博斯騰湖2014—2044年的未來30a的水位變化趨勢。博斯騰湖多年平均水量平衡指標(biāo)匯總結(jié)果見表4。

表4 博斯騰湖水量平衡主要指標(biāo)匯總

方案A—情景1：開都河多年平均徑流量約為36.3億m3，入湖水量為31.13億m3，其中，東支入大湖水量年均為19.86億m3，西支入小湖水量年均為11.27億m3，出湖水量為12.63億m3，博斯騰湖水位波動范圍為1 043.46～1 047m，多年平均水位是1 045.68m，未來30a博斯騰湖水位持續(xù)下降。

情景2：開都河屬平水年，多年平均徑流量約為34.3億m3，入湖水量為28.81億m3，其中，東支入大湖水量年均為18.4億m3，西支入小湖水量年均為10.41億 m3，出湖水量為12.14億 m3，有所減少，但減少幅度不大，博斯騰湖水位波動范圍為1 042.97～1 047m，多年平均水位是1 044.69m，水位比情景1下降1.01m，未來30a博斯騰湖水位還是下降狀態(tài)。

情景3：開都河屬枯水年，多年平均徑流量約為30.53億 m3，入湖水量為25.24億 m3，其中，東支入大湖水量年均16.15億m3，西支入小湖水量年均9.09億 m3，出湖水量10.36億 m3，有所減少，減少幅度比情景1，2大，博斯騰湖水位波動范圍為1 041.01～1 047m，多年平均水位是1 043.27m，水位比情景1下降2.41m，平均每年下降0.07m，未來30a博斯騰湖水位還是下降狀態(tài)。

情景4：開都河屬豐水年，多年平均徑流量約45億m3，入湖水量40.16億m3，其中，東支入大湖水量年均25.56億m3，西支入小湖水量年均14.6億m3，出湖水量為17.12億m3，有所增加，增加幅度大，博斯騰湖水位波動范圍為1 047～1 048.13m，多年平均水位是1 048.41m，水位比情景1增加2.73m，平均每年增加0.089m，未來30a博斯騰湖水位處于高水位。全球氣候發(fā)生重大變化的情況下，開都河也很難一直保持豐水年?duì)顟B(tài)。因此，情景2適合博斯騰湖的未來實(shí)際情況，多年平均水位處于最佳運(yùn)行水位。

方案B—情景1：開都河多年平均徑流量約36.3億m3，多年平均農(nóng)業(yè)引取水量均值7.71億m3，生態(tài)用水量均值11.18億m3，農(nóng)業(yè)引水量較低，博斯騰湖大湖區(qū)水位介于1 043.45～1 047m。

情景2：開都河多年平均徑流量約36.3億m3，多年平均農(nóng)業(yè)引取水量均值12.7億m3，生態(tài)用水量均值15.82億m3，農(nóng)業(yè)引水量高，博斯騰湖大湖區(qū)水位介于1 039.83～1 047m。

情景3：開都河多年平均徑流量約36.3億m3，多年平均農(nóng)業(yè)引取水量均值11.89億m3，生態(tài)用水量均值14.60億m3，農(nóng)業(yè)引水量較高，博斯騰湖大湖區(qū)水位介于1 041～1 047m。

情景4：開都河多年平均徑流量約36.3億m3，多年平均農(nóng)業(yè)引取水量均值7.15億m3，生態(tài)用水量均值9.5億m3，農(nóng)業(yè)引水量低，博斯騰湖大湖區(qū)水位介于1 045～1 047m。農(nóng)業(yè)引水量越小，來水量越多，博斯騰湖水位會明顯提升。社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需水日益加之的今天，在短時(shí)間內(nèi)大幅度減少農(nóng)業(yè)用水量是不客觀的。因此，情景4適合博斯騰湖的未來實(shí)際情況，水位處于最佳運(yùn)行水位。

從上面的情景分析可以看出，方案A的情景2和方案B的情景4為最適合博斯騰湖及其上下游生態(tài)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的最佳選擇。為了實(shí)現(xiàn)如上情景，應(yīng)盡量保持現(xiàn)在的農(nóng)業(yè)灌溉面積，有效控制農(nóng)業(yè)灌溉面積的再擴(kuò)大，通過高科技和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整減少農(nóng)業(yè)灌溉定額。

4 結(jié) 論

博斯騰湖上下游區(qū)域人類活動愈發(fā)頻繁，加之環(huán)境變化下博斯騰湖及其周圍區(qū)水—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性，使得水資源變成博斯騰湖流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。因此，揭示該系統(tǒng)要素之間的復(fù)雜反饋關(guān)系及其影響機(jī)制變成社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵。本文證明系統(tǒng)動力學(xué)方法是研究復(fù)雜水—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)研究的最佳選擇。結(jié)果表明：

（1）環(huán)境變化下保持博斯騰湖及其周圍環(huán)境良好是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。博斯騰湖水位的波動是氣候變化和人類活動耦合作用的結(jié)果。其中，近十年來湖水位的下降主要是受博斯騰湖上下游人類社會經(jīng)濟(jì)活動影響的緣故，孔雀河流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需水量猛增引起的影響更為突出。

（2）從敏感度分析可知，博斯騰湖水量平衡主要是入湖水量、蒸發(fā)量、出湖水量與降水量波動等自然因素和灌溉定額、灌溉面積、工業(yè)產(chǎn)值與人口等人為因素共同作用的結(jié)果，且自然因素的綜合影響程度高于人為因素。

（3）方案A在保持其他參數(shù)不變情況下，調(diào)節(jié)開都河年平均徑流量，方案B在開都河年平均徑流量保持不變的情況下，調(diào)節(jié)灌溉定額、灌溉面積增長率等人為因素?cái)?shù)據(jù)和參數(shù)，由這兩個(gè)方案來產(chǎn)生不同的水位狀況并預(yù)測未來30a的湖泊水位變化。結(jié)合方案A與方案B分析可知，單一增加入湖徑流量等自然因素或者減少灌溉面積、灌溉定額等人為因素并不能使博斯騰湖流域社會經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。例如，加大博斯騰湖上游區(qū)域節(jié)水力度可以有效保證博斯騰湖入湖徑流量。此外，在干旱區(qū)保持較高或較低湖泊水位對上下游區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成影響。

綜合考慮博斯騰湖不同水位變化情景，對于氣候變化與人類活動影響均較為突出的博斯騰湖流域，在未來氣候變化這個(gè)大環(huán)境下，為了維持博斯騰湖水位在生態(tài)水位之內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)周圍區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，必須用嚴(yán)格控制農(nóng)業(yè)灌溉面積，加大農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)等方法來有效緩解博斯騰湖水位的劇降和水量失衡問題。調(diào)整社會經(jīng)濟(jì)用水與生態(tài)用水比例以及各產(chǎn)業(yè)用水比例，推進(jìn)節(jié)水型社會建設(shè)，提高水資源利用率。

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