系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在水土資源系統(tǒng)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

姜秋香，趙蚰竹，王子龍，付強(qiáng)，周智美，王天

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在水土資源系統(tǒng)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

姜秋香，趙蚰竹，王子龍，付強(qiáng)，周智美，王天

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，哈爾濱150030）

為促進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System dynamics，SD）方法在水土資源系統(tǒng)中應(yīng)用，概述引入SD理論的水土資源系統(tǒng)，論述SD在水土資源利用模擬、承載力評(píng)價(jià)、優(yōu)化配置、生態(tài)系統(tǒng)仿真、水土資源復(fù)合系統(tǒng)模擬等領(lǐng)域應(yīng)用及現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)SD方法在水土資源系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)狀，從研究體系、模型和方法等方面分析SD方法在水土資源系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并從多方法、多角度及多維度展望發(fā)展趨勢(shì)，以期SD方法與水土資源系統(tǒng)融合，為今后研究提供借鑒。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；水土資源；供需平衡；優(yōu)化配置；承載力

水資源是人類(lèi)生存物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，土地資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)物質(zhì)基礎(chǔ)[2]，水土資源影響地區(qū)發(fā)展[3]，體現(xiàn)區(qū)域資源現(xiàn)狀，決定區(qū)域工農(nóng)業(yè)發(fā)展程度，同時(shí)可能引發(fā)系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，導(dǎo)致區(qū)域水土資源供需緊張和生態(tài)環(huán)境惡化[4]。水土資源系統(tǒng)是一定時(shí)空范圍內(nèi)，由水、土資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)等因素相互聯(lián)結(jié)而成的開(kāi)放、復(fù)雜、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)[5-6]，通過(guò)研究水土資源復(fù)合系統(tǒng)，分析系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)因素反饋機(jī)制并有效管理，可為區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展提供理論參考。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics，SD）以反饋控制理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為手段，研究復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與動(dòng)態(tài)行為關(guān)系，可用于長(zhǎng)期性、動(dòng)態(tài)性和戰(zhàn)略性研究分析。通過(guò)分析系統(tǒng)組成及系統(tǒng)內(nèi)各部分交互作用，動(dòng)態(tài)仿真試驗(yàn)，觀察系統(tǒng)在參數(shù)以及策略改變時(shí)動(dòng)態(tài)行為趨勢(shì)[7]，SD已成為水土資源系統(tǒng)模擬與評(píng)價(jià)有效技術(shù)和方法[8-9]。

水土資源系統(tǒng)呈非線(xiàn)性和時(shí)變性特點(diǎn)。本文運(yùn)用SD深入剖析多目標(biāo)、多層次和多因素水土資源復(fù)合系統(tǒng)，分析各要素間相互反饋機(jī)制和耦合機(jī)制，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)預(yù)測(cè)、情景模擬和方案評(píng)價(jià)。

1 SD在水土資源系統(tǒng)中應(yīng)用

SD在水土資源系統(tǒng)研究中從量和質(zhì)兩方面展開(kāi)，探討水土資源量和質(zhì)之間彼此關(guān)聯(lián)，相互影響。水資源質(zhì)量狀態(tài)影響土地資源；反之，土地資源質(zhì)量狀態(tài)也影響水資源質(zhì)量。雖然水土資源量和質(zhì)研究?jī)?nèi)容不同，但均服務(wù)于水土資源系統(tǒng)。具體方式見(jiàn)圖1。

圖1 水土資源系統(tǒng)SD研究Fig.1 Application of system dynamics in soil and water resources system

1.1SD在水土資源利用模擬中應(yīng)用

1.1.1 SD在水資源供需平衡研究中應(yīng)用

水資源供需平衡分析可揭示區(qū)域水資源供需矛盾，尋找合理開(kāi)發(fā)利用水資源途徑，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展、生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)等具有重要現(xiàn)實(shí)意義。水資源供需平衡分析常用單項(xiàng)指標(biāo)靜態(tài)預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)的三次平衡分析法[10]，但該方法缺少水資源供需相互反饋和制約關(guān)系，易導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際情況相悖。然而，基于宏觀層面SD方法以供需平衡理論為建?；A(chǔ)，通過(guò)對(duì)涉及資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)供需雙側(cè)作整體分析，構(gòu)建體現(xiàn)交互作用機(jī)制水資源供需SD模型，預(yù)測(cè)各指標(biāo)動(dòng)態(tài)性和互反饋性，可為區(qū)域制定供水規(guī)劃和水資源管理決策提供可靠依據(jù)，同時(shí)彌補(bǔ)三次平衡分析法不足。朱潔等，Beall等通過(guò)實(shí)際研究驗(yàn)證SD方法在水資源供需平衡分析中適用性及有效性[11-13]。目前SD方法在水資源供需系統(tǒng)研究中應(yīng)用主要集中于城市水資源供需系統(tǒng)優(yōu)化[14]、工農(nóng)業(yè)供需水量預(yù)測(cè)[15]、生態(tài)需水量預(yù)測(cè)[16]、回歸水模擬[17]等方面。于書(shū)霞等將SD方法應(yīng)用于長(zhǎng)春市水資源供需系統(tǒng)，分析不同方案下水資源供需系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)，提出解決水資源短缺和污染治理方案[18]。王偉榮等將SD方法應(yīng)用于江蘇省水資源供需系統(tǒng)，預(yù)測(cè)不同保證率下江蘇省水資源供需水量，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)現(xiàn)狀年供水能力作一次供需平衡分析，在一次供需平衡分析后，根據(jù)區(qū)域水資源供需矛盾采取相應(yīng)措施，并作二次供需平衡分析，比較兩次供需平衡分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)區(qū)域未來(lái)水資源將面臨供給不足風(fēng)險(xiǎn)[19]。伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)文明發(fā)展，氣候變化[20]、水價(jià)機(jī)制[21]、城鎮(zhèn)化進(jìn)程[22]等影響水資源供需情況，新外生變量需逐步引入水資源供需系統(tǒng)，以進(jìn)一步豐富和完善水資源供需系統(tǒng)SD模型，為今后研究提供更多借鑒。

1.1.2 SD在水污染模擬中應(yīng)用

隨著污染物排放量增加及突發(fā)性水污染事件頻發(fā)，水污染問(wèn)題嚴(yán)重。SD具有處理動(dòng)態(tài)性、非線(xiàn)性復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建水污染模擬模型具有靈活、快速和可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)構(gòu)建一維水質(zhì)SD模型模擬不同發(fā)展方案下控制系統(tǒng)，分析和預(yù)測(cè)流域水污染控制或選定特征污染物濃度變化作動(dòng)態(tài)仿真，預(yù)測(cè)下游斷面污染物濃度[23-24]，有助于決策部門(mén)了解污染物質(zhì)遷移狀況。楊紅等構(gòu)建象山港圍隔生態(tài)系水質(zhì)SD模型，通過(guò)選取水質(zhì)指標(biāo)，模擬不同溫度下圍隔生態(tài)水質(zhì)情況，模型經(jīng)有效性檢驗(yàn)，再現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)機(jī)制，為區(qū)域水質(zhì)研究提供科學(xué)依據(jù)[25]。SD模型主要在時(shí)間尺度上模擬系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為，存在空間模擬能力有限和專(zhuān)業(yè)知識(shí)融合不強(qiáng)等缺點(diǎn)。因此，近年SD方法多與其他分析技術(shù)，如GIS[26]、多元統(tǒng)計(jì)法[27]、ESD模型[28]等結(jié)合，多角度多維度分析水污染。多種方法耦合分析豐富和發(fā)展SD技術(shù)原有功能，為水污染模擬和評(píng)價(jià)提供借鑒。

1.1.3 SD在土地利用動(dòng)態(tài)變化研究中應(yīng)用

土地利用系統(tǒng)是自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合而成動(dòng)態(tài)復(fù)合系統(tǒng)，受自然環(huán)境要素、區(qū)域經(jīng)濟(jì)環(huán)境背景以及政府決策等因素影響[29]。SD方法具有研究系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為影響特點(diǎn)，以土地利用為核心開(kāi)展，構(gòu)建自然生態(tài)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)函數(shù)，將主要驅(qū)動(dòng)力納入系統(tǒng)中，定量描述土地長(zhǎng)期利用動(dòng)態(tài)關(guān)系[30]，預(yù)測(cè)土地利用時(shí)空變化格局，提供數(shù)據(jù)支持，評(píng)估土地系統(tǒng)變化反饋過(guò)程，分析不同方案下決策制定并動(dòng)態(tài)模擬，已成為土地利用規(guī)劃和政策制定研究有效途徑之一[31-32]。雖然SD在土地利用系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，但存在難以定性表達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)間相互作用弱點(diǎn)，土地利用空間分析能力不足。

1.2SD在水土資源承載力評(píng)價(jià)中應(yīng)用

水土資源承載力指在一定歷史發(fā)展階段以及特定經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，水土資源所承受人口及產(chǎn)業(yè)發(fā)展最大容納能力，包括人口、經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)[33]。鑒于SD方法在復(fù)雜系統(tǒng)研究方面優(yōu)勢(shì)，利用SD方法模擬社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況下區(qū)域資源承載能力變化趨勢(shì)，通過(guò)分析反饋結(jié)構(gòu)和參數(shù)靈敏度率定承載力驅(qū)動(dòng)因子，模擬和評(píng)價(jià)不同驅(qū)動(dòng)因子組合方案下資源承載力動(dòng)態(tài)變化，尋求提高資源承載能力最佳方案。陳興鵬等將SD方法引入水土資源承載力研究，結(jié)合西北干旱區(qū)水土資源及經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，應(yīng)用SD方法建立西北干旱區(qū)水土資源承載力SD模型，并定量分析該地區(qū)水土資源承載力，提出解決策略，為水土資源承載力決策制定提供理論依據(jù)[34]。

基于SD方法水資源承載力評(píng)價(jià)研究主要集中于區(qū)域水資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)支撐能力模擬和評(píng)價(jià)[35]。SD方法多通過(guò)各分區(qū)之間時(shí)間耦合，預(yù)測(cè)不同優(yōu)化方案下水資源系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)。目前常用優(yōu)化方案主要有開(kāi)源方案、節(jié)流方案以及綜合方案等?；赟D方法水資源承載力評(píng)價(jià)研究，主要集中于城市綜合承載力研究，研究范圍上呈從區(qū)域到流域轉(zhuǎn)變，研究對(duì)象從水資源細(xì)化到地下水[36]及水環(huán)境[37]等領(lǐng)域，這些應(yīng)用證明SD在水資源承載力評(píng)價(jià)研究中的普遍適用性。

目前SD方法對(duì)土地資源承載力分析主要從土地生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)社會(huì)承載力兩方面開(kāi)展，建立土地承載力SD模型，動(dòng)態(tài)模擬不同方案下土地資源承載力變化情況，選取土地資源最優(yōu)利用方案，為土地規(guī)劃提供科學(xué)參考。但以往基于SD土地資源承載力研究針對(duì)農(nóng)用地[38]，糧食生產(chǎn)力是其評(píng)價(jià)單一指標(biāo)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，單一指標(biāo)評(píng)價(jià)方法已無(wú)法滿(mǎn)足決策需要，在構(gòu)建模型時(shí)應(yīng)綜合考慮各因素對(duì)土地資源數(shù)量和質(zhì)量影響。

1.3SD在水土資源優(yōu)化配置中應(yīng)用

鑒于水土資源稀缺性和多用途性，資源利用和配置過(guò)程復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，基于SD方法的資源優(yōu)化配置已成為研究熱點(diǎn)[39]。蓄水工程水資源優(yōu)化配置，根據(jù)水資源供需系統(tǒng)因果關(guān)系及內(nèi)部各子系統(tǒng)聯(lián)結(jié)構(gòu)建水庫(kù)庫(kù)容模型，優(yōu)選長(zhǎng)時(shí)間序列下調(diào)水運(yùn)行規(guī)則和方案[40]。水資源系統(tǒng)調(diào)控通過(guò)建立因果鏈及反饋環(huán)，追蹤水資源動(dòng)態(tài)信息，模擬不同水文狀況及多方案下水資源優(yōu)化配置結(jié)果，探尋水資源利用效益最大化方案[41]。采用SD方法動(dòng)態(tài)觀察水資源系統(tǒng)運(yùn)行和資源調(diào)配過(guò)程，但考慮SD方法優(yōu)化功能較弱的局限性，配置方案優(yōu)選時(shí)，還需融合其他相關(guān)知識(shí)和優(yōu)化方法。

土地資源作為不可再生資源，優(yōu)化配置可使土地利用面積最大化，農(nóng)、林、牧產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在土地資源優(yōu)化配置中，運(yùn)用SD方法研究土地供求關(guān)系、土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整及土地配置市場(chǎng)化長(zhǎng)期演化過(guò)程，建立土地利用系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理，模擬不同方案下土地資源利用程度，尋求最優(yōu)配置方案[42-43]。但SD方法側(cè)重于模擬土地系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部反饋機(jī)制（土地、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)反饋）反映不足，模擬結(jié)果缺乏精確性。

1.4SD在水土資源生態(tài)系統(tǒng)研究中應(yīng)用

生態(tài)安全具有自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)交叉特點(diǎn)，使SD解決復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在生態(tài)系統(tǒng)研究應(yīng)用中得以拓展[44]。SD在水資源生態(tài)系統(tǒng)研究應(yīng)用主要集中于河湖生態(tài)系統(tǒng)、水生態(tài)承載力[45]等方面。河湖生態(tài)系統(tǒng)將細(xì)菌、浮游動(dòng)植物和魚(yú)類(lèi)等生長(zhǎng)與死亡[46-47]嵌入水質(zhì)、生態(tài)、水動(dòng)力及綜合復(fù)雜模型模擬[48]。由于水生態(tài)承載力涉及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口及水生態(tài)狀況等因素，多種因素之間相互反饋共同耦合成復(fù)雜巨系統(tǒng)，SD方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域生態(tài)承載力巨系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬。

在以土地資源可持續(xù)利用為導(dǎo)向區(qū)域資源優(yōu)化研究中，生態(tài)環(huán)境成為重要約束條件和優(yōu)化目標(biāo)，生態(tài)安全理念逐漸在土地資源系統(tǒng)中體現(xiàn)。土地生態(tài)系統(tǒng)作為自然資源與人類(lèi)活動(dòng)相互聯(lián)系而成統(tǒng)一整體，在系統(tǒng)內(nèi)部生物與環(huán)境之間存在物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)換和信息流動(dòng)。運(yùn)用SD方法建立土地生態(tài)系統(tǒng)，分析各個(gè)子系統(tǒng)，模擬運(yùn)行不同生態(tài)規(guī)劃下系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)方案優(yōu)選[49]。

1.5SD在水土資源復(fù)合系統(tǒng)研究中應(yīng)用

目前SD在水土資源復(fù)合系統(tǒng)中應(yīng)用較少，水土資源系統(tǒng)多作為獨(dú)立模塊應(yīng)用于區(qū)域環(huán)境[50]或農(nóng)業(yè)[51]等系統(tǒng)。在區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)中，可將水資源系統(tǒng)及土地資源系統(tǒng)作為資源子系統(tǒng)關(guān)鍵組成部分，通過(guò)分析水土資源生產(chǎn)及消耗，反應(yīng)資源子系統(tǒng)對(duì)區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)整體影響。在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，運(yùn)用SD方法模擬水土資源變化，通過(guò)負(fù)反饋環(huán)制約動(dòng)態(tài)尋優(yōu)和預(yù)測(cè)，整體評(píng)價(jià)，分析系統(tǒng)模式合理性，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)統(tǒng)籌兼顧和總體效益最大化[52]及水土保持與農(nóng)林牧漁業(yè)等協(xié)調(diào)發(fā)展[53]。陸洪斌等應(yīng)用SD方法構(gòu)建黑龍江省寧安縣水土保持規(guī)劃模型，采用生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法對(duì)不同發(fā)展戰(zhàn)略仿真結(jié)果作多目標(biāo)綜合評(píng)審，為區(qū)域水土保持規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)[54]。

1.6SD耦合方法在水土資源系統(tǒng)研究中應(yīng)用

SD方法適用于動(dòng)態(tài)性、反饋性、時(shí)變性和復(fù)雜性系統(tǒng)模擬和仿真研究，其優(yōu)化和評(píng)價(jià)功能建立在敏感參數(shù)調(diào)整基礎(chǔ)上，模擬結(jié)果為定性分析，研究結(jié)果精度不高，不利于水土資源系統(tǒng)優(yōu)化和評(píng)價(jià)相關(guān)研究深入。將各種優(yōu)化和評(píng)價(jià)方法融入水土資源SD研究，多種方法互補(bǔ)擴(kuò)展可獲得更全面研究結(jié)果。應(yīng)用較廣的有SD-多目標(biāo)規(guī)劃整合模型[55]、引入遺傳算法[56-57]和遙感技術(shù)[58]等智能方法和空間分析技術(shù)耦合SD模型。裴相斌等通過(guò)引入GIS技術(shù)與SD方法結(jié)合，提出時(shí)間和二維空間結(jié)合方法論框架，在空間尺度上處理區(qū)域水土資源靜態(tài)空間數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水土資源最大化利用[59]。張雪花等通過(guò)建立SD-多目標(biāo)規(guī)劃整合模型比較分析秦皇島地區(qū)生態(tài)環(huán)境規(guī)劃不同方案，篩選最優(yōu)方案[60]。多方法結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型耦合方式研究有待加強(qiáng)，否則將面臨模型建立過(guò)程復(fù)雜、精確度不高以及有效性差等問(wèn)題。在今后研究中，應(yīng)將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與不同技術(shù)耦合，檢驗(yàn)耦合結(jié)果有效性，確定合理耦合模型，實(shí)現(xiàn)水土資源系統(tǒng)定性定量分析。

2 問(wèn)題與展望

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在水土資源系統(tǒng)研究中應(yīng)用成效顯著，但鑒于水土資源系統(tǒng)復(fù)雜性和方法局限性，未來(lái)應(yīng)多方法、多角度、多維度展開(kāi)研究。

a.研究對(duì)象單一。目前對(duì)水土資源SD模型研究多局限于水資源或土地資源單一系統(tǒng)，缺乏水土資源耦合綜合模型研究，適用于大范圍資源綜合研究模型尚未定型。水土資源作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)核心資源，生態(tài)環(huán)境關(guān)鍵要素，綜合研究水土資源復(fù)合系統(tǒng)將有利于資源可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。SD方法適用于更復(fù)雜水土資源復(fù)合系統(tǒng)，有助于建立區(qū)域多角度綜合水土資源SD模型，綜合分析與預(yù)測(cè)水土資源系統(tǒng)。

b.模型繁雜。水土資源系統(tǒng)復(fù)雜，涉及多方面因素，研究過(guò)程具有不確定性。目前水土資源SD研究尚在起步階段，針對(duì)同一內(nèi)容，區(qū)域特點(diǎn)和理論基礎(chǔ)不同建立模型不同。模型大多基于區(qū)域水土資源具體情況建立，針對(duì)不同研究?jī)?nèi)容融合不同子系統(tǒng)，如經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)或社會(huì)子系統(tǒng)等，共同構(gòu)建區(qū)域水土資源復(fù)雜系統(tǒng)SD模型。缺少成熟理論，不利于成果比較和應(yīng)用，水土資源SD模型較多，但較少應(yīng)用于實(shí)際操作，缺乏有效驗(yàn)證。需針對(duì)以往水土資源系統(tǒng)SD模型不足改進(jìn)，如擴(kuò)展研究尺度，提高模型適用性；建立豐富水土資源數(shù)據(jù)庫(kù)，保證模型精確度；歸納分析已有研究模型并加以完善，分析評(píng)價(jià)區(qū)域水土資源系統(tǒng)。

c.信息互動(dòng)局限性。水土資源SD模型是由模型內(nèi)各變量通過(guò)一系列相關(guān)測(cè)算和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)組成的微分方程和代數(shù)方程相互聯(lián)系而成，模型建立依賴(lài)大量數(shù)據(jù)，SD方法與信息技術(shù)結(jié)合成為研究熱點(diǎn)。決策者在信息技術(shù)支持下，獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)模擬并預(yù)測(cè)系統(tǒng)真實(shí)性，保證水土資源開(kāi)發(fā)利用效率，增強(qiáng)數(shù)據(jù)實(shí)用性及SD分析能力。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，數(shù)據(jù)包含系統(tǒng)以往行為信息，蘊(yùn)含系統(tǒng)未來(lái)演化信息，SD方法與信息技術(shù)融合具有較大發(fā)展空間。

d.預(yù)測(cè)隨機(jī)性。水土資源SD模型可用于區(qū)域未來(lái)水土資源演化預(yù)測(cè)，精確性未得到有效驗(yàn)證。水土資源系統(tǒng)存在氣候變化、災(zāi)害發(fā)生、經(jīng)濟(jì)政策改變等未知因素，具有隨機(jī)性，導(dǎo)致水土資源系統(tǒng)混沌性，而混沌時(shí)間序列目前仍無(wú)統(tǒng)一預(yù)測(cè)方法，因而模型無(wú)法提供針對(duì)未來(lái)的替代性變量，模型預(yù)測(cè)精確性無(wú)法有效驗(yàn)證。目前水土資源系統(tǒng)內(nèi)部特征認(rèn)識(shí)尚有不足，不確定性變量數(shù)學(xué)模型建立尚未形成嚴(yán)密理論，今后研究應(yīng)關(guān)注混沌時(shí)間序列預(yù)測(cè)，確定水土資源SD模型預(yù)測(cè)精度檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停岣吣Ｐ皖A(yù)測(cè)精度。

[1]張利平,夏軍,胡志芳.中國(guó)水資源狀況與水資源安全問(wèn)題分析[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2009,18(2):116-120.

[2]裴巍,付強(qiáng),劉東,等.基于改進(jìn)投影尋蹤模型黑龍江省土地資源生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,47(7):92-100.

[3]左其亭.水生態(tài)文明建設(shè)幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題探討[J].中國(guó)水利, 2013(4):1-3.

[4]張雷,劉慧.中國(guó)國(guó)家資源環(huán)境安全問(wèn)題初探[J].中國(guó)人口·資源與環(huán)境,2002,12(1):41-46.

[5]周智美,姜秋香,王子龍,等.水土資源系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究進(jìn)展[J].水利水電技術(shù),2016,47(12):12-18.

[6]王棟,朱元甡.風(fēng)險(xiǎn)分析在水系統(tǒng)中應(yīng)用研究進(jìn)展及其展望[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào),2002,30(2):71-77.

[7]王其藩.高級(jí)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1995.

[8]Mirchi A,Madani K,Watkins D,et al.Synthesis of system dynamics tools for holistic conceptualization of water resources problems[J].Water Resources Management,2012,26(9):2421-2442.

[9]陳南祥,李躍鵬,張海豐.水資源系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].人民黃河,2010,32(6):46-47.

[10]洪倩.三次平衡理論在區(qū)域水資源供需平衡分析中應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2016(6):51-53.

[11]朱潔,王烜,李春暉,等.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法在水資源系統(tǒng)中研究進(jìn)展述評(píng)[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2015,26(2):32-39.

[12]Beall A,Fiedler F,Boll J,et al.Sustainable water resource man?agementand participatory system dynamics.Case study:Develop?ing the palouse basin participatory model[J].2011,3(5):720-742.

[13]Gober P,Wentz E A,Lant T,etal.WaterSim:A simulation model for urban water planning in Phoenix,Arizona,USA[J].Environment and Planning B:Planning and Design,2011,38(2):197-215.

[14]Qi C,Chang N B.System dynamics modeling for municipal water demand estimation in an urban region under uncertain economic impacts[J].Journal of Environmental Management,2011,92(6): 1628-1641.

[15]馮東溥,魏曉妹,降亞楠,等.基于STELLA和氣候變化情景灌區(qū)農(nóng)業(yè)供需水量模擬[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(6):122-128.

[16]劉振乾,王建武,駱世明,等.基于水生態(tài)因子沼澤安全閾值研究——以三江平原沼澤為例[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002,13(12): 1610-1614.

[17]張新,崔遠(yuǎn)來(lái),董斌.回歸水模擬系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2005,24(1):57-62.

[18]于書(shū)霞,尚金城.城市水資源供需系統(tǒng)優(yōu)化分析[J].自然資源學(xué)報(bào),2002,17(2):229-233.

[19]王偉榮,張玲玲,王宗志.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)區(qū)域水資源二次供需平衡分析[J].南水北調(diào)與水利科技,2014,12(1):47-49.

[20]高彥春,于靜潔,劉昌明.氣候變化對(duì)華北地區(qū)水資源供需影響模擬預(yù)測(cè)[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2002,21(6):616-624.

[21]王小軍,賀瑞敏,楊雨秋,等.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)水價(jià)調(diào)節(jié)供需模型與仿真[J].水電能源科學(xué),2014,32(3):184-187.

[22]毛晟棟,范小艷.城鎮(zhèn)化進(jìn)程中水資源供需關(guān)系系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,55(17):4555-4559.

[23]秦翠紅,郭秀銳,程水源,等.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)三峽庫(kù)區(qū)流域水污染控制模擬[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2012,12(5):29-33.

[24]張波,王橋,李順,等.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型松花江水污染事故水質(zhì)模擬[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2007,27(6):811-815.

[25]楊紅,丁駿,王春峰,等.象山港圍隔生態(tài)系水質(zhì)模型研究[J].海洋科學(xué),2012,36(7):14-22.

[26]張波,王橋,孫強(qiáng),等.基于SD-GIS突發(fā)水污染事故水質(zhì)時(shí)空模擬[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版,2009,34(3):348-351.

[27]Cabecinha E,Rui C,Pardal M?,et al.A Stochastic Dynamic Methodology(StDM)for reservoir's water quality management: Validation of a multi-scale approach in a south European basin (Douro,Portugal)[J].Ecological Indicators,2009,9(2):329-345.

[28]馬軍霞,左其亭.基于嵌入式系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)人水系統(tǒng)模擬及應(yīng)用[J].水利水電科技進(jìn)展,2007,27(6):6-9.

[29]Quan B,Chen J F,Qiu H L,et al.Spatial-temporal pattern and driving forces of land use changes in Xiamen[J].Pedosphere, 2006,16(4):477-488.

[30]擺萬(wàn)奇.深圳市土地利用動(dòng)態(tài)趨勢(shì)分析[J].自然資源學(xué)報(bào), 2000,15(2):112-116.

[31]Lauf S,Haase D,Hostert P,et al.Uncovering land-use dynamics driven by human decision-making:A combined model approach using cellular automata and system dynamics[J].Environmental Modelling&Software,2012,27-28(1):71-82.

[32]林英志,鄧祥征,戰(zhàn)金艷.區(qū)域土地利用競(jìng)爭(zhēng)模擬模型與應(yīng)用——以江西省為例[J].資源科學(xué),2013,35(4):729-738.

[33]Meng L,Chen Y,Li W,et al.Fuzzy comprehensive evaluation model for water resources carrying capacity in Tarim River Basin, Xinjiang,China[J].Chinese Geographical Science,2009,19(1): 89-95.

[34]陳興鵬,戴芹.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在甘肅省河西地區(qū)水土資源承載力中應(yīng)用[J].干旱區(qū)地理,2002,25(4):377-382.

[35]Feng L,Zhang X,Luo G.Application of system dynamics in an?alyzing the carrying capacity of water resources in Yiwu City, China[J].Mathematics&Computers in Simulation,2008,79(3): 269-278.

[36]Xu H.Exploring effective policies for underground water manage?ment in arti-ficial oasis:A system dynamics analysis of a case study of Yaoba Oasis[J].Journal of Environmental Sciences, 2001,13(4):476-480.

[37]趙衛(wèi),劉景雙,孔凡娥.遼河流域水環(huán)境承載力仿真模擬[J].中國(guó)科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào),2008,25(6):738-747.

[38]Wu W,Yang P,Meng C Y,et al.An integrated model to simulate sown area changes for major crops at a global scale[J].Science in China Series D:Earth Sciences,2008,51(3):370-379.

[39]Schreider S Y.Integrative modelling for sustainable water alloca?tion:Editorial notes on the special issue[J].Journal of Environ?mental Management,2005,77(4):267-268.

[40]王艷芳,崔遠(yuǎn)來(lái),顧世祥.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在水資源優(yōu)化配置中應(yīng)用[J].水電能源科學(xué),2006,24(5):8-12.

[41]李維乾,解建倉(cāng),李建勛,等.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)閉環(huán)反饋水資源優(yōu)化配置研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013, 41(11):209-216.

[42]格日樂(lè),程宏,鄒學(xué)勇,等.額濟(jì)納綠洲土地承載力研究[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2016,42(6):624-628.

[43]涂小松,濮勵(lì)杰,嚴(yán)祥,等.土地資源優(yōu)化配置與土壤質(zhì)量調(diào)控系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析[J].環(huán)境科學(xué)研究,2009,22(2):221-226.

[44]Zhao Q J,Wen Z M.Integrative networks of the complex socialecological systems[J].Procedia Environmental Sciences,2012, 13:1383-1394.

[45]馬忠強(qiáng),汪林.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)大連城市化進(jìn)程中生態(tài)承載力模擬預(yù)測(cè)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(4):70-75.

[46]楊懷宇,楊正勇.池塘養(yǎng)殖(青蝦)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型[J].自然資源學(xué)報(bào),2012,27(7):1176-1185.

[47]Garnier J,Némery J,Billen G,et al.Nutrient dynamics and con?trol of eutrophication in the Marne River system:modelling the role of exchangeable phosphorus[J].Journal of Hydrology,2005, 304(1):397-412.

[48]左其亭,陳嘻.社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型[J].上海環(huán)境科學(xué),2001,20(12):592-594.

[49]湯潔,佘孝云,林年豐.吉林省大安市生態(tài)環(huán)境規(guī)劃系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005,25(5):1178-1183.

[50]張漢雄.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在水土保持規(guī)劃中應(yīng)用[J].水土保持通報(bào),1996,16(1):124-129.

[51]陳永霞,薛惠鋒,王媛媛,等.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)環(huán)境承載力仿真與調(diào)控[J].計(jì)算機(jī)仿真,2010,27(2):294-298.

[52]李莎莎,郭艷清,鄧群釗.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)循環(huán)農(nóng)業(yè)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(4):2088-2092.

[53]黨志良,孫健,王瑋.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)生態(tài)建設(shè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)研究——以南水北調(diào)中線(xiàn)陜西水源區(qū)為例[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,40(1):141-144.

[54]陸洪斌,孫英杰,李成杰,等.寧安縣應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型制定水土保持規(guī)劃[J].水土保持通報(bào),1993,13(1):42-50.

[55]張雪花,郭懷成,張寶安.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)-多目標(biāo)規(guī)劃整合模型在秦皇島市水資源規(guī)劃中應(yīng)用[J].水科學(xué)進(jìn)展,2002,13(3):351-357.

[56]Li Y C,He C Y.Scenario simulation and forecast of land use/cov?er in northern China[J].Chinese Science Bulletin,2008,53(9): 1401-1412.

[57]Schlüter M,Savitsky A G,Mckinney D C,et al.Optimizing longterm water allocation in the Amudarya River delta:A water man?agement model for ecological impact assessment[J].Environmen?tal Modelling&Software,2005,20(5):529-545.

[58]Liu J Y,Deng X Z.Progress of the research methodologies on the temporal and spatial process of LUCC[J].Chinese Science Bulle?tin,2010,55(14):1354-1362.

[59]裴相斌,趙冬至.基于GIS-SD大連灣水污染時(shí)空模擬與調(diào)控策略研究[J].遙感學(xué)報(bào),2000,4(2):118-124.

[60]張雪花,郭懷成.SD-MOP整合模型在秦皇島市生態(tài)環(huán)境規(guī)劃中應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2002,22(1):94-97.

Research advance on the system dynamics used in the soil and water resources/

JIANG Qiuxiang,ZHAO Youzhu,WANG Zilong,FU Qiang,ZHOU Zhimei,Wang Tian
(Schoolof Water Conservancy and CivilEngineering,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin 150030, China)

To make the System dynamics(SD)method application used in soil and water resources system,the theory of SD was introduced in,the progress of the system dynamics was described,the research progress and practical significance about the application of soil and water resources simulated,bearing capacity evaluation,optimal allocation,ecological system and combined system were discussed.This paper analyzes the problems existing in many aspects which concludes models,systems and methods.The multi-methodological,multi-angle and the multi-dimensional prospect are used in the direction of future,to make the SD method have a further integration with water and soil resources system,and provide a new way of thinking for the research in the future.

system dynamics;water and soil resources;supply and demand balance;optimal allocation;carrying capacity

TV21

A

1005-9369（2017）07-0091-06

時(shí)間2017-7-12 11:19:23[URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170712.1119.002.html

姜秋香,趙蚰竹,王子龍,等.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在水土資源系統(tǒng)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,48(7):91-96.

Jiang Qiuxiang,Zhao Youzhu,Wang Zilong,etal.Research advance on the system dynamics used in the soiland water resources[J].Journalof NortheastAgriculturalUniversity,2017,48(7):91-96.(in Chinese with English abstract)

2017-04-28

國(guó)家自然科學(xué)基金（51679040，51209038）；黑龍江省自然科學(xué)基金（面上項(xiàng)目）（E2016004）。

姜秋香（1982-），女，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樗临Y源高效利用和管理。E-mail：jiangqiuxiang914@163.com