系统动力学应用于环境保护中的分析

摘要：系统动力学是一门研究信息反馈的科学，也是一门认识系统问题与解决系统问题交叉的综合性新科学。系统动力学能够将系统内的各个因素有效地组织起来，并对它们之间的相互作用与关系进行全面的分析，从而为科学判断提供有力的依据。因此，将系统动力学应用于环境保护中对实现环境的可持续发展有着非常重要的意义。文章将从系统动力学在水资源保护、固体废物管理、环境影响评价、土地资源利用与规划、生态环境保护等几个方面的应用进行分析，对系统动力学在环境保护中的应用进行探讨。

关键词：系统动力学；环境保护；水资源；固体废物；土地资源

中图分类号：X1 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）31-0023-03

随着经济的快速发展，其所带来的环境问题也越来越多，而这些环境问题也成为了国家与地方政府关注的焦点。系统动力学（System Dynamics，SD）是1956年由美国麻省理工学院的Forrester教授所创立的，其是一门研究信息反馈的科学，也是一门认识系统问题与解决系统问题相互交叉的综合性科学。系统动力学主要是将计算机模拟技术作为主要手段，通过功能分析，对复杂动态反馈性系统问题进行研究与解决的一种仿真方法。系统动力学是一种适合进行动态预测与政策影响分析的方法，其可以有效地将系统内的各个因素组织起来，并对它们之间的关系进行全面的分析，从而为科学决策提供依据。因此，将系统动力学应用于环境保护中对实现环境的可持续发展起着很重要的意义。

1 系统动力学的特点与优势

系统动力学能够从宏观和微观两个方面入手对所研究的整个系统进行综合的分析，而其主要特点则是能够对系统的结构——功能进行模拟分析。一般系统动力学所研究的对象是整个开放系统，而在进行该类系统的研究时，其主要是从微观结构入手，研究分析系统内部元素之间存在的因果关系以及反馈环的动态行为，然后利用分析结果将系统的基本结构构造出来，最后再应用计算机技术根据其基本结构构建一个相互作用的流图与仿真模型，采用该模型模拟不同因素可能对系统造成的影响，根据模拟结构制定不同的决策方案，最终达到有效地调控系统的目的。

由于系统动力学的建模方法与模拟语言较为成熟，因此在应用过程中和其他的方法相比则具有很多优势：能够解决高阶次、非线性、多重反馈以及复杂时变等系统问题；能够明确地体现出系统内部与外部因素之间的关系；能对系统进行动态模拟以及战略性的研究，对系统的行为以及发展趋势进行分析；其使定性分析与定量分析实现了统一；其能进行长期性与周期性仿真，即使数据不多，仍能进行研究；其有专用的模拟软件，因此操作更方便、容易。

2 系统动力学应用于环境保护

系统动力学作为一种系统分析和仿真的方法，目前其在国内外的环境中已经被广泛地应用，而且取得了一定的成绩。下面我们将简单地分析其在环境保护中的某些领域的应用。

2.1 在水资源保护中的应用

水资源是人类赖以生存的重要资源，而随着水污染情况的加剧，水资源的保护则越来越重要。水资源的保护是一项系统的工程，要想水资源的污染情况好转，则必须加强水污染处理、再生水回用等方面的探索与研究，同时，督促人们保护环境。系统动力学在水污染保护中的广泛应用大约是从20世纪80年代末开始的，国内外学者均对系统动力学在水资源保护中的应用进行了研究。如国外学者Simonovic将第三世界模型作为基本模型，建立了全球水资源系统动力学模型，对世界范围内的用水情况和工业发展之间的关系进行了研究，指出了水资源保护中所面临的重要问题。而国内学者也在这方面做过很多研究，例如袁汝华等将广东省北江下游影响区作为研究区域，在该区域建立了水资源供需系统动力学模型，并进行了动态的仿真模拟。总之，系统动力学在水资源保护中的应用主要是建立系统动力学模型，对水资源的污染情况、再生水作为饮用水的方法、区域水资源的动态仿真以及水资源承载力的研究等方面进行探析。

2.2 在固体废弃物管理中的应用

固体废弃物主要是指在生产生活以及其他领域中已经失去了原有的价值或是仍保留原有价值但是已被抛弃的固体、半固体、置于容器中的气体物质以及法律和行政法规纳入固体废弃物管理中的物质。固体废弃物的组成成分较为复杂，且其排放的地域较广，因此存在着难以处置和管理的问题。系统动力学在这方面的应用国内外学者也进行了相关的研究。例如Chaerul等将印度尼西亚雅加达作为研究对象，建立了医疗废物管理的系统动力学模型。又如蔡林应用系统动力学方法建立了一个北京市人口、经济和垃圾处理协调发展的系统动力学模型，对人口随着经济发展的变化、垃圾排放污染以及占地损失、绿色GDP核算、居民家庭、企事业单位生活垃圾和建筑垃圾组合收费方案等问题进行了研究。系统动力学应用于固体废弃物管理中主要是对固体废弃物的产生、处理以及管理收费等环节进行深入的探讨，以达到保护环境的

目的。

2.3 在环境影响评价中的应用

环境影响评价主要是指对拟议中的规划与建设项目实施后可能对环境造成的影响进行分析、预测以及评估，从而提出预防或是降低对环境影响的策略、措施等。环境评价是一项相当复杂的工作，其对环境的可持续发展起着非常关键的作用。系统动力学在其中的应用主要是通过建立系统动力学模型的方式将环境影响因子的动态变化过程反映出来，从而达到对环境影响评价的目的。系统动力学是目前环境影响评价的系统方法中较为理想的一种方法。其应用于环境影响评价中主要是进行环境经济评价、环境战略评价、累积环境影响评价以及环境区域规划评价等。

2.4 在土地资源利用及规划中的应用

土地资源是人类赖以生存与发展的重要物质基础，而在人类的发展中，土地资源的开发与利用存在一些问题，这也为可持续发展带来了一定的影响。随着系统动力学在环境保护中的应用，其在土地资源的利用及规划中也发挥了一定的作用。将系统动力学应用于土地资源利用与规划中可以对土地规划方案的可行性进行验证，并为科学决策与管理提供有利的依据。系统动力学在土地资源利用与规划中的应用主要是研究农业土地资源的合理利用、城市土地的规划以及土地承载力等。

2.5 在生态环境保护中的应用

生态环境主要是指对人类生存和发展有影响的自然资源，其与社会和经济的可持续发展息息相关。在人类的发展过程中，为了自身的利益利用与改造自然环境的过程中对生态环境造成了很大的破坏与干扰。在人们意识到生态环境保护的重要性后，开始对生态环境进行保护与恢复，而很多学者在这方面也有较深入的研究。系统动力学在生态环境保护中的应用也是非常广泛的，很多学者在研究过程中采用系统动力学对生态环境进行了情景模拟，从而了解与判断生态环境系统的发展情况。系统动力学在生态环境保护中起着非常重要的作用，其主要是研究系统生态、种群生态以及生态承载力等问题。

3 结语

近年来，系统动力学在环境保护中的应用越来越广泛，而且其应用于环境保护中所解决的环境问题也越来越复杂。虽然系统动力学应用于环境保护中已经取得了一定的成绩，但是从目前的研究状况以及未来的发展来看，系统动力学还应在自身理论、完善模拟软件功能、模型的适用性与其他理论和方法相结合等方面进行深入的研究，从而为环境保护提供更好的理论依据。

参考文献

[1] 孙烨，梁冬梅.系统动力学在环境保护中的应用[J].安徽农业科学，2012，（7）.

[2] 金梦，胡成，刘兰岚，等.系统动力学在清河流域水环境模拟中的应用[J].安徽农业科学，2011，39（22）.

作者简介：胡亮，男，江西九江人，九江市环境辐射站环境工程师，工程硕士，研究方向：环境工程。

（责任编辑：周加转）