热带岛屿淡水供需分析与模拟研究

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热带海岛是我国国土的重要组成部分,是特殊的海源与环境复合区。随着国际竞争压力越来越大,我国对海岛开发力度不断加大。限制海岛开发的主要因素之一是淡水。海岛地理环境特殊,雨水收集利用难度大,水质易污染,导致了岛屿淡水资源匮乏。如何提高淡水资源供应率,满足居民基本淡水需求,同时保证海岛生态安全是开发中的重要问题。为了探究热带岛屿淡水供需系统特性,保护岛屿淡水安全,维护岛屿可持续发展。本研究总结了热带岛屿淡水供需系统特性,提供了研究热带岛屿淡水供需系统的思路。本项研究以某开发岛为例,在充分分析该岛降水条件、淡水供需结构、关系、及其限制因素后,利用系统动力学理论结合Rstudio开发软件,建立了岛屿淡水供需系统仿真模型,模拟在不同情景条件下该岛淡水资源的承载力,主要结果如下:(1)分析了供需结构关系及限制因素,量化了供水系统变量和需水系统变量,从系统宏观角度上把握岛屿淡水资源特征。某岛淡水来源有四种,即雨水收集、船补水、海水淡化和淡水透镜体。淡水来源受到人口、用水项目、污染、管理系统、降雨规律等因素制约,这些制约因素的变动会导致淡水来源供给质量变化,成为淡水缺水风险因素。某岛收集到的雨水量最小值为4.18万m3,最大值为14.51万m3。年初连续不能收集到雨水天数最长可达151天,雨季连续收集不到雨水天数为52天。淡水透镜体安全开采量为258000m3。海水淡化装置,最大日海水淡化量为100m3。申请船补水提前时间约61天。二次利用量较少。(2)利用系统动力学理论结合Rstudio开发软件建立了某岛淡水资源系统模型,可以用来仿真淡水供需系统过程、优化供水系统设施、研究不同供水条件下淡水人口承载力等,控制缺水风险。(3)利用该系统模型,仿真了代表年份(贫水年、平水年、丰水年)的用水过程,评估了库存容量变化和初始库存变化对淡水系统的影响,结果表明:当前用水状态下30000m3库存容积不足,设计的54000m3,虽然同样会损失大量雨水,但基本能满足当前储水容积的要求;初始库存值在20000m3时,当前用水状态需要补水可能性较小,即要求年末库存在20000m3以上是保证来年不缺水的条件。(4)模拟了不同供水条件下淡水资源承载力,结果表明:在现有雨水收集能力和日海水淡化量为100m3条件下,能承载的安全人口为2100人,2600人时可能会导致淡水透镜体过度开采,允许补水10000m3时,淡水能承载3200人;在日海水淡化量为1OOm3,可二次利用水利用比例为0.9,结合现有雨水收集能力,能承载的安全人口为2100人,3500人时可能会导致淡水透镜体过度开采,允许补水10000m3时,淡水能承载3700人;增加二次利用水的优势主要体现在淡水透镜体的开发量减小,允许补水10000m3时淡水承载人数增加(约500人)。本研究创新点有:(1)从社会、生产、人口、自然复合系统的角度考虑了岛屿淡水供需关系,建立了淡水供需系统仿真模型;(2)充分结合日降雨量与降雨规律特征,研究淡水供需系统变量特征,再现了淡水供需变量年内变化;(3)结合系统动力学理论与Rstudio软件编程技术,极大地减轻了工作量,提高了工作效率,增强了结果图表可视化效果。
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