基于SD模型的湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)水環(huán)境承載力優(yōu)化研究

孫佳佳， 帥 紅， 李榮榮， 張明山

(湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 長沙 410000)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水環(huán)境日益惡化，此背景下關(guān)于水環(huán)境承載力的相關(guān)研究逐漸成為學(xué)界的研究熱點(diǎn)。國際上對水環(huán)境承載力的研究，通常將其納入?yún)^(qū)域規(guī)劃、可持續(xù)發(fā)展理論、資源承載力等相關(guān)理論研究中，對其單項(xiàng)研究較少[1-2]。我國學(xué)者認(rèn)為水環(huán)境承載力是由水資源子系統(tǒng)、水環(huán)境子系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)等組成的復(fù)雜巨系統(tǒng)[3-4]，如何實(shí)現(xiàn)人類活動(dòng)與水環(huán)境關(guān)系協(xié)調(diào)，識別地區(qū)水環(huán)境承載力是區(qū)域健康發(fā)展的需要[5-6]?！八h(huán)境承載力”通常指區(qū)域在一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平下，水環(huán)境能夠持續(xù)支撐該地區(qū)人口、資源、環(huán)境的最大規(guī)模[7-9]，提出區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模的閾值, 具有動(dòng)態(tài)性、極限性等特征[10]。水環(huán)境承載力的評價(jià)方法主要有指標(biāo)體系評價(jià)法[11-15]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[16-19]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法[20-21]等。其中系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法(system dynamics,SD)是評價(jià)水環(huán)境承載力的較普遍方法，其優(yōu)點(diǎn)在于能較好地反映各子系統(tǒng)之間以及子系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的非線性反饋關(guān)系，并對多變量的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬[22]。如葉龍浩[23]等采用SD模型建立了沁河流域水環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)仿真模型，尋找影響該流域水環(huán)境承載力的主要因素，并提出相應(yīng)措施。莫淑紅[24]等構(gòu)建了深圳市水環(huán)境承載力系統(tǒng)仿真模型，設(shè)計(jì)了不同提高水環(huán)境承載力的方案，以此模擬不同方案下各子系統(tǒng)的承載上限。

湘江長沙綜合樞紐的建設(shè)主要是解決長株潭季節(jié)性供水短缺問題，促進(jìn)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但工程的實(shí)施對庫區(qū)水環(huán)境也造成了一定負(fù)面影響。天然河道變成水庫，水體流速減緩，各種污染物的自凈能力隨之降低。其中湘江長沙綜合樞紐至株洲航電樞紐庫區(qū)江段COD與氨氮的納污能力分別減少5 340噸/年、301噸/年，水環(huán)境容量減少；而株洲霞灣江段、長沙慕云江段、湘潭馬家河江段現(xiàn)已無剩余環(huán)境容量?？菟?，湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)通過聯(lián)合調(diào)度調(diào)節(jié)水量，使Hg、Cd、As等沉降作用增強(qiáng)，加劇了庫區(qū)底泥重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。在眾多人為因素的影響下，庫區(qū)水環(huán)境日趨敏感，諸多生態(tài)問題逐漸凸顯。科學(xué)評價(jià)和模擬優(yōu)化湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)水環(huán)境承載能力，掌握其動(dòng)態(tài)變化趨勢，對保障庫區(qū)社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—資源—環(huán)境可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展等具有重要意義。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

湘江長沙綜合樞紐壩址位于湖南省長沙市望城區(qū)境內(nèi)蔡家洲(圖1)，庫區(qū)水系主要包括湘江干流及淥水、漣水、涓水等7條支流，面積約9.1萬 km2，庫容達(dá)6.8億 m3。 該工程的建設(shè)成功實(shí)現(xiàn)蓄水、通橋、通航等目標(biāo)，將長株潭三座城市連接起來，形成國內(nèi)首個(gè)帶狀庫區(qū)城市群。隨著庫區(qū)經(jīng)濟(jì)的加快發(fā)展，庫區(qū)環(huán)境面臨著較大威脅，水資源短缺、水環(huán)境惡化等問題已成為威脅湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

本文數(shù)據(jù)主要來源于2007-2017年《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《湖南省水資源公報(bào)》、《長沙市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《株洲市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《湘潭統(tǒng)計(jì)年鑒》、《長沙市環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)》、《株洲市環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)》、《湘潭市環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)》、《長沙市水資源公報(bào)》、《株洲市水資源公報(bào)》、《湘潭市水資源公報(bào)》、《長株潭城市群區(qū)域規(guī)劃(2008-2020)》等。

圖1 湘江長沙綜合樞紐位置圖

2 水環(huán)境承載力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與基本反饋機(jī)制

受眾多時(shí)空條件與因素制約，水環(huán)境承載力在現(xiàn)有技術(shù)條件下難以直接度量，因此，本文主要著眼于社會(huì)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、水環(huán)境子系統(tǒng)、水資源子系統(tǒng)的相互聯(lián)系來研究湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)水環(huán)境承載力。社會(huì)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)水環(huán)境承載力變化的直接動(dòng)力，而水資源子系統(tǒng)與水環(huán)境子系統(tǒng)是促進(jìn)社會(huì)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，四者之間相互作用、協(xié)同共生。通過需水和污染物排放將各個(gè)子系統(tǒng)相聯(lián)系，建立水環(huán)境承載力的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)模型(圖2)。該模型主要包括以下5條因果鏈：

(1)總?cè)丝凇?城鄉(xiāng)生活需水量→+總需水量→+供需缺口→-總?cè)丝?負(fù))

(2)總?cè)丝凇?生活污水排放量→+污水總量→+水體污染總量→+水體環(huán)境壓力→+污染影響因素→-地區(qū)生產(chǎn)總值→+水利投資→+水資源供給→-供需缺口→+缺水影響因素→-總?cè)丝?負(fù))

(3)地區(qū)生產(chǎn)總值→+產(chǎn)業(yè)投資→+產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)?！?產(chǎn)業(yè)需水量→+總需水量→+供需缺口→+缺水影響因素→-產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模(負(fù))

(4)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)?！?地區(qū)生產(chǎn)總值→+水利投資→+水資源供給→-供需缺口缺水影響因素→+產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模(正)

(5)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模→+工業(yè)廢污水排放量→+污水排放總量→+水體污染總量→+水體環(huán)境壓力→+污染影響因素→-產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模(負(fù))

圖2 湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)水環(huán)境承載力主導(dǎo)結(jié)構(gòu)模型

因果鏈(1)(2)(3)(5)為負(fù)反饋回路，表示經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人口增長對水資源的需求量大幅增加而引起的負(fù)反饋。隨著地區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)張及總?cè)丝诘脑黾?，地區(qū)GDP總量與需水總量不斷提高，生產(chǎn)、生活廢水排放總量隨之上升。在現(xiàn)有污水處理能力水平下，排入水體的污染物總量增加，水環(huán)境承載負(fù)擔(dān)逐漸增大，從而削弱對地方經(jīng)濟(jì)與人口增長的支撐力度，也不利于水利工程設(shè)施的投資與開發(fā)。當(dāng)水資源的消耗量超過水資源的供給能力，水環(huán)境質(zhì)量日益變差時(shí)，水質(zhì)性缺水、水量型缺水矛盾凸現(xiàn)，水資源供需缺口加大，最終反作用于人口增長與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

因果鏈(4)為正反饋回路，是由產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模擴(kuò)張所引起的正反饋鏈條。產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模的擴(kuò)張促進(jìn)了地方生產(chǎn)總值大幅增加，在人們不斷改善生活質(zhì)量的要求下，進(jìn)一步加大水利工程的投資，水資源供給能力相對提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約因素減少，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，從而形成正反饋鏈條。

3 庫區(qū)水環(huán)境承載力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建和方案設(shè)計(jì)

3.1 模型的構(gòu)建與檢驗(yàn)

本文將模型的空間邊界定為湘江干流的長沙綜合樞紐蔡家洲壩址至株洲航電樞紐河段，時(shí)間邊界定為2016-2030年，其中2006-2015年為歷史檢驗(yàn)?zāi)??；诟髯酉到y(tǒng)的關(guān)系分析，及2007-2017年湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)的相關(guān)資料，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)Vensim-PLE軟件，建立庫區(qū)水環(huán)境承載力系統(tǒng)仿真模型(圖3)。該模型由21個(gè)常數(shù)變量(C)、6個(gè)速率變量(R)、6個(gè)狀態(tài)變量(L)、63個(gè)輔助變量(A)和22個(gè)表函數(shù)(T)組成。

模型建立后采用歷史檢驗(yàn)法對其進(jìn)行有效性檢驗(yàn)。選取總?cè)丝诩癎DP總量為系統(tǒng)仿真模型的參考變量，并以2006年為基準(zhǔn)年進(jìn)行模型仿真。通過檢驗(yàn)，2006-2015年的仿真值與變量的歷史值均在±5%的合理誤差范圍之內(nèi)(表1、表2)，表明該模型與現(xiàn)實(shí)具有較高的一致性，故SD模型合理有效。

表1 總?cè)丝跉v史檢驗(yàn)結(jié)果

表2 GDP歷史檢驗(yàn)結(jié)果

3.2 推薦方案優(yōu)選的密切值法

通過系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，可得到不同情境方案下的模擬結(jié)果。水環(huán)境承載力評價(jià)涉及指標(biāo)較多，目前采用的多指標(biāo)綜合計(jì)算模型較為繁瑣，且存在許多制約因素，因此本文選用密切值法對所設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)選。與傳統(tǒng)優(yōu)選方案相比，密切值法可進(jìn)行多目標(biāo)決策，從整體上衡量方案優(yōu)劣，因此被廣泛運(yùn)用于環(huán)境質(zhì)量評價(jià)等領(lǐng)域，也被視為評價(jià)水環(huán)境承載力的優(yōu)選方法。通過密切值的計(jì)算和排序，可以得知各個(gè)方案的優(yōu)劣程度。密切值越小，方案越優(yōu)，反之，則越差。具體計(jì)算方法見參考文獻(xiàn)[25]。

3.3 評價(jià)指標(biāo)與決策變量的確定

根據(jù)所建的SD模型，本文以人口總量反映社會(huì)子系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和及其對其他子系統(tǒng)的影響；以GDP總量反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展對庫區(qū)水環(huán)境承載力的影響；以庫區(qū)需水量與供水量之間的關(guān)系來衡量庫區(qū)的水資源狀況；以COD入河量和NH3-N入河量反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對庫區(qū)有機(jī)污染程度。在典型指標(biāo)確認(rèn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合庫區(qū)實(shí)際，形成變量選擇。因此本文將總?cè)丝凇DP總量、NH3-N入河量、COD入河量、需水總量、供需壓力等6個(gè)指標(biāo)作為評價(jià)指標(biāo)，選取一二三產(chǎn)業(yè)GDP增長率、農(nóng)村人口及城鎮(zhèn)居民生活用水量、萬元工業(yè)GDP用水量、灌溉用水定額、工業(yè)及城鎮(zhèn)生活污水處理率、工業(yè)污水直排COD濃度、中水回用率、城鎮(zhèn)生活COD及NH3-N人均產(chǎn)生量等16個(gè)變量為決策變量，運(yùn)行Vensim-PLE軟件，不斷調(diào)整決策變量取值(表3)。

3.4 調(diào)控方案的設(shè)計(jì)

通過運(yùn)行Vensim-PLE軟件，可得到5種關(guān)于湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)水環(huán)境承載力方案。根據(jù)5種不同方案的決策變量賦值，利用Vensim-PLE軟件進(jìn)行仿真模擬，得到不同方案下評價(jià)指標(biāo)值(表4)。

方案一：現(xiàn)狀延續(xù)型。即不實(shí)行任何措施，在各子系統(tǒng)的現(xiàn)行狀態(tài)下，依據(jù)相應(yīng)資料確定評價(jià)指標(biāo)及決策變量值。

方案二：經(jīng)濟(jì)發(fā)展型。以經(jīng)濟(jì)發(fā)展為重點(diǎn)，不限制經(jīng)濟(jì)規(guī)模與發(fā)展速度。此方案即在方案一基礎(chǔ)上，提高一二三產(chǎn)業(yè)增長速度，其余變量保持不變。

方案三：環(huán)境保護(hù)型。不斷采取措施提高治污能力，減少污染物產(chǎn)生量和入河量。即以現(xiàn)狀方案為基礎(chǔ)，提高污水處理效率，降低COD和NH3-N排污濃度。

方案四：資源節(jié)約型。倡導(dǎo)集約節(jié)約的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式和生活方式，不斷提高工業(yè)節(jié)水效率、生活節(jié)水意識、農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)。即適當(dāng)降低工業(yè)萬元GDP耗水量，降低居民生活用水及灌溉用水定額。

方案五：綜合發(fā)展型。經(jīng)濟(jì)發(fā)展堅(jiān)持發(fā)展效率與生態(tài)保護(hù)并重。即綜合考慮上述四種方案，不斷提高污水處理效率，降低灌溉用水定額及生產(chǎn)生活用水量。

圖3 湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)水環(huán)境承載力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

3.5 調(diào)控方案優(yōu)選

通過密切值法，對以上五種方案進(jìn)行分析、比較，求得各方案下2020年、2030年水資源承載力的密切值Ci(表5)。

表3 調(diào)控方案變量設(shè)計(jì)

表4 各方案評價(jià)指標(biāo)模擬結(jié)果

表5 各方案密切值結(jié)果

4 結(jié)果分析

4.1 系統(tǒng)仿真模擬分析

由表4可知，現(xiàn)狀延續(xù)型方案中，2030年湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)COD、NH3-N入河量分別為22.612萬噸、3.678萬噸，已超過水體可消納能力范圍。與2016年相比，水資源供需壓力從-0.066提高至0.08 ，水資源供給從稍有盈余到略顯不足。此時(shí)庫區(qū)環(huán)境惡化問題、水資源短缺等問題將逐漸影響到庫區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展。鑒于湖南省建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”城市要求，該方案的支撐力度較弱，難以滿足未來庫區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求。合理開發(fā)利用水資源、提高治污技術(shù)、減少污染物排放成為解決庫區(qū)問題的關(guān)鍵。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展型方案中，庫區(qū)一二三產(chǎn)業(yè)增長速度快于其他方案，2030年模擬生產(chǎn)總值達(dá)56 574.3億元，總?cè)丝谶_(dá)1 559.06萬人。但生產(chǎn)總值及人口數(shù)量的增加促進(jìn)了水資源需求總量提升，至2020年需水總量達(dá)115.854 m3， 2030年達(dá)189.354億 m3，與2016年相比，增幅分別為31.50%、114.95%，水資源需求量增長速度較快，預(yù)計(jì)到2030年水資源供需壓力將升至1.095。此時(shí)水資源供給不足等問題將成為制約庫區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。 與此同時(shí)，廢水排放量也急劇增加。 此方案下，社會(huì)發(fā)展因過度重視眼前經(jīng)濟(jì)效益，而忽視污染治理，在提高治污技術(shù)水平及資金投入方面力度薄弱，致使 NH3- N、COD入河量顯著提升，至2030年入河量分別為21.906萬噸、3.389萬噸，遠(yuǎn)超過庫區(qū)水體可消納范圍。結(jié)果表明，此模式下庫區(qū)水質(zhì)性缺水、水量性缺水、水環(huán)境環(huán)境惡化等形勢將更加嚴(yán)峻，庫區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展受到挑戰(zhàn)。

環(huán)境保護(hù)型方案中，人們已逐漸認(rèn)識到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾在不斷激化，適當(dāng)降低各產(chǎn)業(yè)增長速度，經(jīng)濟(jì)發(fā)展更加注重生態(tài)效益與環(huán)境保護(hù)。污染治理投資力度持續(xù)加大，治污水平不斷提高，至2020年城鎮(zhèn)生活污水處理率、工業(yè)污水處理率與中水回用率分別達(dá)82%、85%、35%，2030年三者將提升至92%、95%、40%，提升幅度較大。工業(yè)污水直排中COD、NH3-N濃度也隨之降低，2016-2030年期間COD濃度降低了0.04 kg/m3、NH3-N濃度降低了0.012 kg/m3。預(yù)計(jì)至2030年COD入河量、NH3-N入河量分別為21.906萬噸、3.389萬噸，與方案一、二相比，污染物總量明顯減少。此方案下，至2030年需水總量為98.901億m3，僅比2016年增加10.807億m3，水資源需求增長速度較慢。該仿真結(jié)果表明加大污染投資力度、提高治污技術(shù)對庫區(qū)水環(huán)境保護(hù)效果明顯，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到較大限制。

資源節(jié)約型方案中，以資源節(jié)約為原則，提高節(jié)水技術(shù)、普及節(jié)水理念。2016-2030年期間庫區(qū)萬元GDP耗水量降低了11 m3，農(nóng)村與城鎮(zhèn)居民每萬人生活綜合用水量分別降低了98 600 m3、49 300 m3，中水回用率提升至41%，農(nóng)業(yè)灌溉用水定額降低至5 400 m3/公頃。萬元GDP耗水量、農(nóng)業(yè)灌溉用水定額及農(nóng)村與城鎮(zhèn)居民每萬人生活綜合用水量的下降，使得工業(yè)需水量、農(nóng)業(yè)需水量及生活需水量大大減少，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水資源的需求量增加速度有所減緩。預(yù)計(jì)至2030年庫區(qū)需水總量約為92.871億m3，水資源供需壓力為0.079。此方案下水資源供需壓力明顯低于前三個(gè)方案，表明提高節(jié)水技術(shù)、普及節(jié)水理念等措施對緩解庫區(qū)水資源短缺問題有較好效果。

綜合發(fā)展型方案以“綜合協(xié)調(diào)發(fā)展”原則，適當(dāng)限制經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，更加注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào)。此方案下，至2030年庫區(qū)GDP總量達(dá)58 751.5億元，僅次于經(jīng)濟(jì)發(fā)展型方案，COD入河量、NH3-N入河量分別為21.092萬噸、3.38萬噸，稍高于環(huán)境保護(hù)型方案，水資源供需壓力為0.085 ，稍次于資源保護(hù)型方案。該方案較全面的考慮了水資源節(jié)約、水污染治理、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等措施，在滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)發(fā)展對水資源需求的同時(shí)，也提升了庫區(qū)水環(huán)境承載的經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力。

利用密切值法進(jìn)行方案優(yōu)選，密切值結(jié)果越小，則方案越優(yōu)，水環(huán)境承載力越大。由表5密切值結(jié)果可知，各方案的優(yōu)劣順序依次為：綜合發(fā)展型>環(huán)境保護(hù)型>資源節(jié)約型>現(xiàn)狀延續(xù)型>經(jīng)濟(jì)發(fā)展型，故綜合發(fā)展型為最優(yōu)方案，經(jīng)濟(jì)發(fā)展型方案為最劣方案。表明在生態(tài)保護(hù)前提下發(fā)展經(jīng)濟(jì)，水環(huán)境對社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的約束性最低，庫區(qū)水環(huán)境承載力可有效提升。

4.2 最優(yōu)調(diào)控方案下庫區(qū)社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—資源—環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展趨勢

1)水資源利用率上升，節(jié)水能力顯著增強(qiáng)。2016-2030年期間，GDP總量由12 353.4億元增加至58 751.5億元，需水總量由88.094億m3增加至98.553億m3，GDP增加約4.76倍，而需水總量僅增加1.12倍。2030年萬元GDP耗水量由76 m3降低至65 m3，降幅約14.47%。表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展更加集約，工業(yè)節(jié)水能力增強(qiáng)。農(nóng)業(yè)灌溉用水定額由2016年的5 700 m3/公頃降低至2030年的5 475 m3/公頃，表明隨著農(nóng)田水利工程等的投資增加，農(nóng)業(yè)灌溉用水效率有所提高。

2)廢水處理能力不斷增強(qiáng)，水環(huán)境質(zhì)量日益改善。隨著人們環(huán)保意識增強(qiáng)，科技投入及治污投資不斷增加，2016-2030年間城鎮(zhèn)居民生活污水處理率將由35%提高至92%，工業(yè)污水處理率由40%提高至95%，中水回用率由2016年的32%增加至41%。廢水排放量日益減少，湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)水環(huán)境將趨于良性發(fā)展。

3)水資源、水環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)更加協(xié)調(diào)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展可持續(xù)能力不斷增強(qiáng)。至2030年庫區(qū)總?cè)丝跀?shù)為1 560.39萬人，保持較穩(wěn)定增長；GDP總量達(dá)58 751.5億元，與2016年相比，生產(chǎn)總值約增加3.76倍，人民生活更加富足；工業(yè)污水COD、NH3-N濃度不斷降低，單位耕地面積COD、NH3-N排放量也顯著減少，水資源供需壓力約為0.085，供給壓力總體較小。隨著水利工程及環(huán)保投入的增加，水資源供需矛盾將逐漸減小，庫區(qū)水環(huán)境質(zhì)量日益改善，水環(huán)境承載力將不斷提高。

5 結(jié)論與討論

1)通過對湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)水環(huán)境承載力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法構(gòu)建SD模型，實(shí)現(xiàn)對庫區(qū)水環(huán)境系統(tǒng)的仿真模擬。在Vensim-PLE軟件中選取評價(jià)指標(biāo)和決策變量，并設(shè)計(jì)出5種發(fā)展方案，利用密切值法選出最優(yōu)方案，綜合分析得出綜合發(fā)展型方案最佳，該方案有利于實(shí)現(xiàn)湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)水環(huán)境保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

2)根據(jù)系統(tǒng)仿真模擬結(jié)果，不同方案中水資源供給均表現(xiàn)為不足，且COD、NH3-N入河量遠(yuǎn)超過水環(huán)境承載力，將對庫區(qū)水環(huán)境安全造成巨大壓力。因此，庫區(qū)城市群需不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，淘汰落后高耗水工藝，大力發(fā)展電子信息、生物工程等新興產(chǎn)業(yè)；積極優(yōu)化供水結(jié)構(gòu)，并配套相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，開辟備用水源，提高工農(nóng)業(yè)用水效率及非常規(guī)水資源利用效率，緩解庫區(qū)水資源短缺；繼續(xù)加大投資，創(chuàng)新水污染治理技術(shù)，促進(jìn)工農(nóng)業(yè)污水處理率提高，并不斷完善城市污水處理系統(tǒng)，嚴(yán)格控制庫區(qū)水體污染物排放總量；加強(qiáng)重點(diǎn)河段水污染治理，繼續(xù)重點(diǎn)支流與重點(diǎn)區(qū)域的污染治理，完善水污染防治體系，實(shí)現(xiàn)庫區(qū)社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—資源—環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

3)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型能較好地反映湘江長沙綜合樞紐庫區(qū)水環(huán)境系統(tǒng)狀況，但在現(xiàn)有資料局限性、水環(huán)境承載力系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)復(fù)雜性等多種原因影響下，所建的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型不能完全擬合實(shí)際。在對水環(huán)境承載力系統(tǒng)分析過程中，僅注重各子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系，子系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的非線性反饋關(guān)系尚待進(jìn)一步研究。此外，在設(shè)計(jì)水環(huán)境承載力的5種方案時(shí)，方案設(shè)計(jì)較為粗略，今后應(yīng)在準(zhǔn)確把握各子系統(tǒng)相互關(guān)系基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出更為合理的方案。