系统动力学模型.docx

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系统动力学模型

海洋资源可持续开发研究综述

海洋可持续进展包括三层含义，即海洋经济的持续性、海洋生态的持续性和社会的持续性，海洋的可持续进展以保证海洋经济进展和资源永续利用为目的，实现海洋经济进展与经济环境相和谐，经济、社会、生态效益相统。

运用海洋可持续进展理论和海域承载力理论研究海洋资源开发的可持续性，从我国的海洋产业入手，分析我国海洋资源开发利用的状况，从海洋产业结构和产业布局、海洋治理和海洋开发技术等方面总结我国海洋开发的问题，并针对这些问题，提出切实可行的实现海洋可持续进展的途径和方法。

国外学者对海洋资源的进展和研究进行研究，成立相应的模型，以为技术在海洋资源进展进程中起到极为重要的作用。

国内学者那么以具体省份为例研究海洋资源可持续进展，对辽宁省所拥有的海洋资源进行概述后，分析了辽宁海洋资源开发与海洋生态环境爱惜之间的关系，提出开展海域资源价值折损评估，采纳政策调控和市场机制爱惜海洋生态环境。

利用我国重要海洋产业数据，分析我国海洋资源开发利用的状况，并从海洋产业结构和布局及治理等角度总结海洋资源开发存在的问题，提出实现海洋资源可持续进展的途径。

学者从海洋资源与环境爱惜角度分析，研究开发海洋的进程中，存在着海洋环境污染、海洋渔业资源衰退等问题。

系统动力学模型研究综述

到20世纪70年代初系统动力学被用来解决很多领域的问题，成为比较成熟的学科，系统动力学到20世纪70年代初所取得的成绩令人们相信它是研究和处置诸如人口、自然资源、生态环境、经济和社会等彼此连带的复杂系统问题的有效工具。

基于市场均衡论和信誉风险理论，完善运用于分析代际消费打算的系统动力学机制模型，并提出可替换选择。

国内学者将系统动力学运用于研究资源与社会经济的可持续进展，结合“长白山生态环境爱惜与可持续进展系统动力学模型”成立的，对如何用系统动力学研究可持续进展问题进行了概略的论述，概述了系统动力学所具有的普遍特点和一些独特的熟悉论和方式论特点。

成立我国水资源和航运可持续进展的系统动力学模型，前者引入水资源可持续进展因子，将水资源与社会、经济、人口、环境放在一个大系统中，研究知足我国以后用水需求，保证水资源可持续进展的策略；后者描述航运可持续进展的因果逻辑关系，在确信以航运供给量、航运欠缺量和资源环境承载力为决策作用点的基础上，构造航运可持续进展动力学模型，并给出模型中相关系数的确信方式。

运用系统动力学原理，成立石化工业可持续进展的系统动力学模型，对模型中的反馈环的结构、功能做具体分析，从而揭露石化工业可持续进展阻碍因素的交互作用机理。

国内外学者运用系统动力学研究海洋可持续进展很少，从系统动力学的角度研究了我国海洋可持续进展所面临的问题，在分析海洋可持续进展系统特点的基础上，成立了海洋可持续进展的系统动力

2海洋不可再生资源可持续开发的系统动力学机制模型

海洋不可再生资源可持续开发的因果反馈图

因果关系图用于分析海洋不可再生资源可持续开发系统内各因素的彼此阻碍关系（见图1）。

由于整个系统包括的因素较多，为了便于分析，能够将海洋可持续开发系统划分为海洋不可再生资源和环境子系统、社会经济子系统，每一个子系统都有自己的结构特点和独特的功能，其中一个子系统的输出是其他子系统的输入，子系统之间彼此联系［1］。

社会经济子系统提供海洋不可再生资源开发所需要的勘探和开发投资，提供经济生产技术水平支持，和各类宏观的经济因素，它包括市场价钱、利润、技术水平等方面。

其中技术进步在整个系统中处于支配地位，通过阻碍和支配生产来决定系统中各要素的地位、作用和彼此关系。

而勘探直接投资和开发直接投资的转变能够作为海洋可持续进展的衡量指标。

海洋不可再生资源可持续开发是以海洋资源和环境为物质基础。

海洋资源和环境的状况不仅阻碍系统的整体功能和运行，而且对系统的进展方向和进程也起到重要的作用。

社会经济子系统考虑利润、投资和生产能力等因素，要紧的因果反馈回路是：

正反馈（见图2）。

海洋不可再生资源和环境子系统要紧考虑资源储量、采出量、资源承载能力和污染物排放等因素，要紧的因果反馈回路是：

正反馈（见图3）。

依照现有资源的实际利用情形，资源和环境子系统要紧研究海洋石油资源的开发和利用。

因果反馈关系图用于帮忙分析系统内各因素的彼此阻碍关系，在此只考虑系统内要紧因素的阻碍，略去了次要因素的阻碍。

由于正反馈联系使系统内各因素的转变增强和放大，既是系统不稳固的缘故，也是系统得以进展和进化的动力。

从对各子系统的要紧因果关系分析中能够看出，正反馈回路是各子系统的要紧反馈回路，说明在不考虑子系统间的彼此阻碍时，各子系统的进展都偏向于不稳固，灵敏于子系统的初始转变。

海洋不可再生资源可持续开发系统的动力学机制模型流图与方程

因果与彼此关系图只能描述反馈结构的大体方面，不能表示不同性质的变量的区别，这是它的弱点。

为了清楚地描述阻碍反馈系统的动态性能的积存效应，采纳系统动力学流图来描述系统的动态反馈机制。

依照系统动力学原理，第一对石油开发整体结构和反馈机制进行研究，依如实际情形划分系统的子块；然后依照系统中变量的因果关系确信变量的种类；第三，确信系统中各反馈回路之间的耦合关系，并将各子块耦合为一个复杂系统；最后确实是成立系统中各变量的系统动力学方程，初步估量有关参数，利用Vensim软件构件运算机仿真模型的流图。

参照以上思路，将海洋石油勘探开发可持续进展系统动力学模型流图组建如图4所示。

方程式的成立是海洋石油开发可持续进展系统动力学模型最重要的一环，下面给出模型中关键的状态方程、速度方程和辅助方程（以下用到的单位调整值均为幸免单位不统一而设置，作用仅为调整单位，数值为1）（见表1）。

3海洋石油资源可持续开发的动力学机制的实证分析

数据的选取

海洋石油资源开发可持续进展的动力学机制模型成立后，选取适合的数据变量进行实证分析，其中要紧包括的数据有勘探直接投资（ec）、新增净探明石油可采储量（po）、石油价钱（p）、储量替代率（rr）、收入（tr）、储采平稳率（b）和新增采出量（op）等（见表2）。

海洋石油资源可持续开发的动力学机制模型的查验

构建的模型可否有效反映现实状况，直接决定了模型仿真和政策分析质量的高低。

因此，在进行仿真实验前，必需对模型进行有效性验证。

其方式有理论查验和历史仿真查验两种，前者要紧研究模型边界是不是合理，模型变量之间的关系是不是有现实意义，参数取值是不是有实际意义和方程量纲是不是一致；后者那么选定过去某一时刻，将仿真取得的结果与实际结果相较照，考察这二者是不是吻合，以验证模型是不是能有效代表实际系统［2］。

关于本文构建的海洋不可再生资源可持续开发的系统动力学模型，能够依照上述方式慢慢验证。

理论查验较为简单，在此略过不述。

在通过理论查验以后，即可进行历史仿真查验。

选取的三个指标即新增净探明石油可采储量、销售收入和储采平稳率在模型中的地位重要而且处于整个回路的开始、中间和结尾，因此具有很强的代表意义。

将1995—2020年中海油公司开采海洋石油资源的数据输入模型，能够取得一组模拟数据，将模拟数据与实际数据进行比较，分析二者之间的相对误差（见表3）。

现实的环境系统十分复杂，模型只是现实系统的抽象和近似。

构建的模型可否有效代表现实系统，直接决定了模型仿真和政策分析质量的高低，因此必需对模型进行有效性验证。

选择储采平稳率和销售收入两个变量进行误差分析，可由图5和图6看出其相应仿真取得的结果与实际结果的对照图。

图5中b代表储采平稳率，op代表新增采出量，po代表新增净探明石油可采储量。

由设定的速度方程能够得出，新增采出量和新增净探明石油可采储量决定储采平稳率，当新增采出量和新增净探明石油可采储量的模拟数量曲线与实际数量曲线完全重合时，取得b1曲线即储采平稳率的模拟数量曲线和b2曲线即储采平稳率的实际数量曲线。

通过历史仿真查验，储采平稳率模拟结果与历史数据较好吻合，转变趋势一致。

图6中tr代表销售收入，op代表新增采出量，p代表石油价钱。

由设定的速度方程能够得出，新增采出量和石油价钱决定销售收入，当新增采出量和石油价钱的模拟数量曲线与实际数量曲线完全重合时，取得tr1曲线即销售收入的模拟数量曲线，和tr2曲线即销售收入的实际数量曲线。

通过历史仿真查验，销售收入模拟结果与历史数据较好吻合，转变趋势一致

4海洋不可再生资源可持续开发的策略分析

海洋可持续进展策略分析基于海洋可持续进展的系统动力学仿真模型进行，海洋不可再生资源的可持续利用确实是对资源的和谐利用、高效利用、环保利用。

海洋不可再生资源的和谐开发利用

对海洋不可再生资源的和谐开发利用第一包括人与海洋间的和谐，即海洋不可再生资源对区域社会经济进展和人类生存、进展和享乐等方面的需求程度的知足，与人类海洋开发活动对海洋自然进化引导间的和谐，由图2能够看出，社会经济子系统提供海洋不可再生资源开发所需要的勘探和开发投资，提供经济生产技术水平支持，和各类宏观的经济因素，它包括市场价钱、利润、技术水平等方面。

第二是资源与资源及资源与生态环境间的和谐，海洋不可再生资源可持续开发是以海洋资源和环境为物质基础，每种资源都不是孤立存在的，而是存在于复杂的生态系统当中。

图

3显示海洋不可再生资源和环境子系统中的资源储量、采出量、资源承载能力和污染物排放之间的彼此阻碍关系，海洋资源和环境的状况不仅阻碍系统的整体功能和运行，而且对系统的进展方向和进程也起到重要的作用。

若是社会经济系统在开发海洋不可再生资源进程中遵循生态规律，那么使生态系统中各个环节良性互动。

若是违抗了海洋生态规律，不合理的开发和利用不可再生资源，就会使海洋资源难以存在、形成和积存，那么这种对海洋不可再生资源和环境子系统的阻碍将会通过它所在的生态系统网络形式辐射开，从而组成对其他海洋资源存在的阻碍［3］。

海洋不可再生资源的高效开发利用

对海洋不可再生资源的高效开发利用包括两方面，一是提高开发效率，即以尽可能低的海洋资源消耗产出尽可能高的经济效益；二是提高海洋资源利用率，即在生态系统的整体性许诺情形下，达到在时空上对资源的最大利用率。

本文以海洋石油资源为例进行分析，考虑到我国海洋石油资源开发的实际情形，得出投资是阻碍新增净探明石油可采储量、储采平稳率和销售收入这三个指标可持续进展的要紧因素的结论。

增加总投资，意味着勘探投资和开发投资都增加，因此加速油气资源勘探力度，增加探明地质储量，维持适当的勘探开发投资比例关于油田增储稳产能够起到重要的作用［4］。

海洋不可再生资源的环保开发利用

环保利用确实是要将环境爱惜战略持续应用于海洋不可再生资源的整体开发进程中，增加生态效率，减少环境风险，幸免社会经济子系统的经济活动对海洋不可再生资源环境子系统产生不可恢复的破坏。

本文以海洋石油资源为例，海洋石油资源开发进程中，专门要注意爱惜工作，因为石油进入海水后，对生物资源的危害是相当严峻的，石油进入海洋使海水中大量的溶解氧被石油吸收掉，油膜覆盖水面，造成海水缺氧，使海洋生物死亡。

海水被油污染的长期危害使鱼、贝类积存某些致癌物质，通过食物链抵达人类这一级，从而危害人类健康。

资源开发进程中污染系数的减少需要技术进展的支持和国家宏观政策、治理体质的完善，通过增强污染治理，减少海洋污染，慢慢改善海洋环境，为海洋经济进展制造更好的环境。

5计谋建议

增大总投资

投资是阻碍资源开发可持续进展的要紧因素，目前海洋油气开发具有资金密集、高风险和高回报等特点，陆上油气资源开发所需投资一样不超过300万美元，可是海洋油气资源开发的投资一样是陆上勘探的3-5倍。

在海洋浅水区投资一口钻井的本钱在500万美元以上，在深海区投资钻井那么需要800万至1亿美元，一个深海平台的投资本钱超过10亿美元。

增加总投资，意味着勘探投资和开发投资都增加，因此能够同时增加新增探明石油储量和昔时采油量，关于油田增储稳产能够起到重要的作用。

维持适当的勘探开发投资比例

近几年，石油公司不断增强深水油气资源勘探开发力度。

据Douglas-Westwood发布的数据，2004—2020年全世界海上勘探开发投资额稳步上升，2021年海上勘探开发投资额将彷徨在3600亿美元左右，与2020年相较增加38%左右［5］。

关于同一油区而言，在勘探初期以明确重点勘探阵地、取得规模储量为进展目标，勘探投资比例必然占据主导地位。

以后，开始进入新建产能时期，开发投资比例慢慢上升。

当油区进入进展中期，这一时期是油田投资回收的顶峰期，开发慢慢超越勘探而成为投资主体。

在油田的进展中后期，产量进入快速递减时期，稳固产量依托于新油区的勘探开发，这一时期勘探难度慢慢增大，单位新增储量的取得愈来愈依托于更高的勘探技术。

因此不同的进展时期，勘探、开发投资的有效配置，将会取得最正确的综合经济效益。

关于不同深度区域，在维持浅水区的勘探开发投资的情形下，增强对深水勘探开发的力度。

据Douglas-Westwood研究说明，2007年浅水和深水钻井支出总共约717亿美元，估量到2021年增加到893亿美元，其中深水部份增加57%。

2020年由于金融危机海上油气资源的钻井支出预算下降至610亿美元，要紧减少的是浅水部份，深水部份的钻井支出调整幅度很小，因此在维持对浅水的勘探开发投资前提下，应重视深水地域的勘探开发活动。

提高技术

由于深海低温高压的环境，和其复杂的地理和地质情形，使深海油气勘探开发具有高技术特点。

可是目前我国在海洋油气资源开发方面的科技含量不高，不管是深海油气勘探、深海钻井、深海生产仍是深海管道，我国都远远掉队于国际先进水平。

油气勘探和开发的技术装备水平不高，如我国海洋油气勘探普遍缺乏深海石油勘探工作平台、深海浮式生产装置技术、深海油气田的水下生产系统技术等。

新兴海洋油气资源的开发利用技术研究远掉队于国际先进水平，目前国际上着重开发的海洋卫星遥感技__的基础上，对国防科技工业秘密的经济价值能够采纳本钱收益核算法予以模糊的近似估算。

其数学表达式为：

P=C1

1－B2

!

+C2"×（1－B1）+E（10）

式中：

P为国防科技工业秘密经济价值；C1

为国防科技工业秘密研发本钱；C2为国防科技工业秘密保密本钱；B1为国防科技工业秘密的功效损失率；B2为科研的平均风险系数；E为国防科技工业秘密预期逾额收益。

国防科技工业秘密由于具有无形性特点，其本身没有有形损耗，其贬值因素主若是考虑由于技术进步、外部市场环境的转变等因素可能造成的功效损失，而这些因素造成的功效损失往往随着时刻的延续而产生，因此能够用国防科技工业秘密的保密年限来反映其功效损失。

用数学式表示为：

国防科技工业秘密功效损失率=已保密年限!

已保密年限+剩余保密年限"×100%（11）由于国防科技工业秘密本身的复杂性，对其进行客观、准确估算是相当困难的。

本文运用本钱收益核算法来估算国防科技工业秘密的经济价值也只是提供了一个大体思路，有许多具体问题尚需深切探讨。