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北京市水资源政策对水资源承载力的影响研究_范英英

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27卷第5期2005年9月资　源　科　学RESOURCESSCIENCEVol.27,No.5Sep.,2005

文章编号:1007-7588(2005)05-0113-07

收稿日期:2004-12-29;修订日期:2005-03-25基金项目:北京市重点调研课题:“北京市资源(水、土地)约束与经济社会发展关系研究”;国家重点基础发展规划(973)项目(编号:2005CB724205)。作者简介:范英英(1982～),女,安徽安庆人,硕士,主要研究领域为环境规划与管理。通讯作者:郭怀成,E-mail:hcguo@pku.edu.cn

北京市水资源政策对水资源承载力的影响研究范英英,刘　永,郭怀成,王树通,姜玉梅(北京大学环境学院,北京　100871)

摘　要:在对北京市水资源承载力特征及其影响政策分析的基础上,提出用系统动力学(SD)来定量研究不同政策对水资源承载力的影响。在水资源合理配置的前提下,以北京市社会经济环境系统为研究对象,建立北京市水资源系统动力学模型,并将水资源承载力指标融合在模型中进行计算。通过动态仿真模拟,预测北京市5项水资源政策———实施应急供水工程、推进再生水回用、调整工业产业结构、发展农业节水灌溉和提高用水价格对水资源承载力的长期影响,为确保北京市用水的长期安全和社会经济的持续发展提供科学的决策依据。研究表明,应急供水工程政策对北京市水资源承载力的影响最大,而若同时实施这5项政策,到2010年,可承载的工业总产值、农业总产值和非农业人口将分别达到9663×108元、417×108元和1527×104人。 关键词:水资源承载力;政策;系统动力学;北京市

水是城市生活安全运行的重要保障和社会经济发展不可缺少的物质基础[1]。随着城市水资源问题的日益突现,水资源承载力研究正成为可持续发展领域中的热点课题之一[2,3]。北京是世界上最严重缺水的大城市之一,人均水资源不足300m3,仅为世界的1 30,水资源短缺已成为制约北京市发展的首要因素[4]。为了合理有效地开发利用水资源,北京市政府实施了节水、调水、采水等一系列的综合措施[4]。但是,由于社会、经济、环境系统关系的复杂性和动态性,以及水资源开发利用的不确定性和多目标性,使得各种水资源政策对北京水安全格局的影响缺乏定量化的手段和方法。为此,本文将动态模拟方法和水资源承载力指标体系集成在一起,通过模拟一整套政策的实施,以定量化评估各种政策的实施对北京市水资源承载力的影响,为北京市的社会经济与水资源之间寻求一种协调发展的有效途径[5]。本研究对北京制定科学合理的水资源政策具有很强的指导意义,亦可为其它具有同类水资源问题的城市提供借鉴。1　北京市水资源承载力及其影响政策1.1　北京市水资源承载力特征分析由于水资源的特殊性,不同学者基于不同的理解给水资源承载力赋予了不同的定义,其可归纳为侧重对人口供给阈值和侧重对社会经济发展支撑力的两种定义类型[6]。本文对北京市水资源承载力的

描述,综合考虑了上述两种类型的定义,是指:北京市每年特定水资源的可供应量,在当年的经济、技术和物质生活水平等条件下,所能支撑的最大人口数量和产业规模。根据北京市水资源及社会经济发展的特征,选取工业总产值、农业总产值和可承载的非农业人口数量为衡量指标。基于上述水资源承载力的定义,北京市水资源承载力具有如下特性[1]:

(1)动态性。不仅包括水资源承载力主体———水资源系统自身量的变化,而且还包括水资源承载力客体———社会经济系统的约束。就北京市年水资源可供应量而言,会随着再生水回用量和应急供水量的不同而有所差异;同时,水资源的承载力会受到水资源消耗量变化的影响,如:工业万元产值需水量、农业灌溉节水率、人均生活用水量等。由此,不同的技术水平、产业结构、政策法规体系、管理水平和消费习惯等,都会极大地影响水资源承载力的强弱。(2)地域性。地域性主要是指水资源承载力对水资源自然条件的依附性。北京属于温带、半干旱气候,受水气补充条件和地理位置、地形等条件的影响,地表径流多年平均值为17.72×108m3,地下水资

源量25.59×108m3,多年平均自产水资源总量37.39

×108m3。(3)有限性。水资源承载力的有限性表现在水资源绝对量的供给程度。北京市的年水资源产生量是固定的,而一定的经济技术条件下的水资源配置与利用效率也有一定限值,从而使得水资源对北京市社会经济活动的支撑能力存在一定的限度。(4)可增强性。随着北京市非农业人口的增长和生产的发展,对水资源的承载能力的需求在增强。目前北京市实施的各项水资源政策,就是为了实现这一目的,开源、节流、治污,从而提高水资源的承载能力。1.2　影响北京市水资源承载力的政策随着北京市水资源问题的日益严峻,北京市政府相应实施了一系列措施,其中核心政策有5项[4]:

(1)实施应急供水工程。从2003年开始,北京市分别启动了怀柔、平谷、张坊和南水北调等应急供水工程,从而部分增加了水资源可供应量,亦改变了水资源承载力的基线。(2)推进再生水回用。截止到2003年,北京市已建成9座污水处理厂,再生水回用能力达到30×104m3 天,回用率20%。再生水可用于北京市政、生

态环境用水,用于城市河湖补水,冲洗马路及浇灌绿地等,也可用于回补地下水及工业循环用水,还可用于农业灌溉,是一项很大的潜在水源。(3)调整工业产业结构。2002年北京市工业万元产值耗水量仍较大,但工业用水重复使用率已达到较高水平,难以进一步提高。因此,必须通过产业结构调整来降低工业万元产值耗水量,以增强水资源的承载力[7]。

(4)发展农业节水灌溉。农业是北京市用水第一大户,目前约占北京市总用水量的40%左右。但农业用水效率较低,使得部分水资源被浪费。发展农业节水灌溉,有利于减少农业用水量、提高农业用水效率。

1)　陈莹,节水型社会系统理论及其驱动因子研究,北京师范大学.(5)提高用水价格。根据北京市1990年～2000年的有关数据分析,水价每提高1%,在其他条件不变的情况下,生活用水量将下降0.366%;而居民人均可支配收入增加1%,用水量会增长0.532%1)。

另据研究,城市家庭可承受的水费支出占家庭可支

配收入的比率可达3%～5%[8],目前北京的年人均

水费支出仅占可支配收入的1%左右,因此还存在一定的上调空间,可通过价格机制促进节水。2　水资源承载力影响的定量方法2.1　水资源承载力指标及其计算为了切实反映水资源政策对水资源承载力的影响,需要对前文选定的3个衡量指标进行定量化计算。计算的出发点是本文对承载力的定义,并在其中体现水资源优化配置、利用和社会经济持续发展的原则[9,10]。对特定年份而言,北京市在供水和用

水水平、用水结构和经济状况一定的情况下,当年可承载的工业总产值、农业总产值和非农业人口数量可用如下公式计算:

CINCO=WA·∑ni=1INCOi·WINWi WCA·WINW(1)式中:CNICO为可承载的工业总产值;WA为水资源可供应总量;INCOi为工业各行业总产值;WINWi为工业各行业万元产值用水量;WCA为水资源消耗总量;WINW为工业万元产值用水量。

CAGCO=WA·[AWFG·(1-WGFR)·FS+ALAW·TAP]WCA·WAGW

(2)

式中:CAGCO为可承载的农业总产值;AWFG为单位灌溉用水量;WGFR为灌溉节水率;FS为农业灌溉面积;ALAW为农业人口人均生活用量;TAP为农业人口;WAGW为农业万元产值用水量。

CTPU=WA·LUWCWCA·(ALUW+EALUW-PALUW)

(3)式中:CTPU为可承载的非农业人口;LUWC为城镇生活用水量;ALUW为非农业人口人均用水量;EALUW为人均用水量随居民收入增长增加量;PALUW为人均用水量随水价提高减少量。由于水资源承载力的动态性及其与产业结构、社会发展模式的紧密联系,需要建立一个系统性的、动态的水资源预测模型,以反映水资源供求、分配关系和不同政策的影响。鉴于系统动力学(SD)方法可以动态地反映复杂的系统组分关系,并具有定量化预测的优点,是解决北京市水资源承载力研究的理想工具[5]。

114资　源　科　学27卷第5期2.2　北京市水资源系统动力学模型在对北京市水资源承载力特征和影响因素分析的基础上,采用SD方法构建北京市水资源动态预测模型,并将承载力指标融合在模型中进行计算,进而从整体上反映政策、资源、人口和经济发展之间的相互关系,模拟不同政策对北京市水资源承载力的影响及其长远效果。2.2.1　模型子系统分析　北京市水资源系统是一个复杂大系统,本研究以水资源为核心,以整个城市为研究对象,通过系统分析,确定与水资源相关的主要因素及其与水资源承载力的关系,进而划分系统边界。由于北京市的水资源是一个开放的系统,和外部区域之间存在物质和能量的输入输出,如从周边地区调水等,因此确定的系统边界并不是一个严格意义上的地理界限。由此,构建的模型共包含4部分:工业用水、农业用水、人口和承载力子系统(图1)。图1　北京市水资源系统动力学模型子系统划分Fig.1　RelationshipamongsubsystemsintheSystemDynamicModelforWaterResources(SDMWR)inBeijingCity通过子系统分析,建立系统内部各因素之间的因果关系及其反馈回路图,并结合北京市历史数据,选择适当的参数和变量,在VENSIM软件平台上编写方程、建立流程图。限于篇幅,本文仅以承载力子系统流程图为例进行说明(图2)。2.2.2　模型核心方程　根据上文分析,选定水资源可供应量、水资源消耗量、可承载的工业总产值、农业总产值和非农业人口为主要变量,其计算方程如下:(1)水资源可供应量WA=(SW+IW-EW)·η+UW+RW(4)式中:SW为多年平均自产水资源量;IW为多年平均入境水资源量;EW为多年平均出境水资源量;为水资源开发利用系数;UW为应急供水量;RW为再生水回用量。(2)水资源消耗量WCA=INWC+LAWC+WGWC+LUWC+TWC+EWC(5)式中:INWC为工业用水总量;LAWC为农村生活用水量;WGWC为农业灌溉用水量;TWC为旅游业需水量;EWC为环境需水量,即全市河湖环境用水,根据统计数据得出。3　水资源政策对水资源承载力的影响以北京市1995年至2003年的相关资料为依据,构造模型、确定参数,以2003年的统计数据为模型初始状态[11,12],经过模型校正和有效性检验,模拟

不同政策对水资源承载力的定量化影响。通过仿真模拟,得到7种情景下从2003年到2010年之间北京市水资源承载力的动态变化趋势:　①保持现有水资源供求和政策不变的情况下;　②单独实施5项政策;　③共同实施5项政策。3.1　维持现状政策下的水资源承载力此种情景下,以北京市2003年现状供水为基础,不考虑开源,同时保持现有污水回用水平和工业、农业以及生活用水水平,以此计算得到水资源供应、消耗及承载力(表1),作为本研究的参照。3.2　不同政策对水资源承载力的影响在预测不同政策对水资源承载力的影响时,只变动与该项政策相关的变量,其它变量的取值与维持现状政策下的取值一样。不同水资源政策实施后,北京市水资源供与需的数量以及社会经济的发展均发生相应变化,水资源承载力亦发生改变。根据模型预测结果,图3～图5给出了实施不同政策对北京市水资源承载力的影响。从2003年到2010年,由于工业用水量的增长速率大于农业和城镇生活用水量的增长速率,可承载的工业总产值一直保持上升趋势;可承载的农业总产值和可承载的非农业人口数量,根据预测的当年的用水结构和水资源供应量分别有所波动(图3～图5)。分别解释如下:(1)应急供水工程。根据北京市政府规划[4],怀柔应急供水工程于2003年和2004年供水,年供水1.2×108m3;平谷应急水源工程于2004年和2005年

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数学建模 北京市水资源短缺风险

数学建模 北京市水资源短缺风险

水资源短缺风险综合评价摘要水资源是人类最重要的能源。

但是这几年来，由于受到气候变化和经济社会不断发展的影响，水资源各类风险问题日趋严重，对水资源风险的研究也日益受到重视，正确的对水资源进行风险评价计算，指导水资源合理配置与高校利用，解决水资源短缺问题有着深远的意义。

而北京作为我国的首都却是世界上水资源严重缺乏的大都市之一因此研究调查北京的水资源短缺风险并给出合理的应对措施已经刻不容缓。

问题一中我们设定判定水资源的风险因子为农业用水、工业用水、第三产业用水、降水量、人口、平均气温、污水总量。

通过对1979年至2008年各个因素数据的分析，构建灰色分析模型来确定灰色关联度，用Mtalab软件编程得到各个风险因子彼此间的关联度，最后通过彼此间关联度的大小，从而得到影响北京水资源短缺的主要风险因子有：农业用水、工业用水和降水量和人口。

问题二中我们采用风险率、脆弱性、可恢复性、事故周期和风险度作为区域水资源短缺风险的评价指标，建立模糊综合评价指标体系。

通过建立的隶属函数得到模糊关系矩阵，然后又运用层次分析法来计算评价指标的权重系数，由模糊关系矩阵和风险评价各因素的权重得到综合评价矢量，并建立多元线性回归模型，得出北京市水资源短缺处于高风险状态。

针对得出的这个结论，我们给出了一些可以降低北京市水资源短缺风险因子的措施。

问题三中由于时代差异较大、经济发展迅速、2008年北京奥运会时北京采取了许多特别政策，另外近几年国家的南水北调政策也得到了很大的成效。

所以在某些指标上我们过滤掉了那些陈旧的数据，选择用1996年到2008年的数据来预测未来两年北京市水资源的风险程度。

我们利用一元线性回归方法预测出了未来两年北京市各个风险因子的数据，然后构建隶属函数来预测未来两年北京市水资源的风险程度。

我们预测出未来两年北京市水资源的风险程度为中等风险程度到高等风险程度。

在问题三的最后我们给出了对北京市未来两年水资源风险调控的一些措施来降低风险。

水资源承载力的研究方法分析

水资源承载力的研究方法分析

水资源承载力的研究方法分析文章在阐述水资源承载力研究进展的基础上，对水资源承载力的基本概念进行了说明，并从社会经济、水资源利用、生态环境这一符合型系统出发，分析了在水资源承载力的计算中节水措施发挥的重要作用，对几个创新性、高效率的水资源承载力计算方式进行了阐述。

标签：水资源承载力；基本内涵；研究措施1 水资源承载力的基本内涵水资源承载力是承载力在水资源领域中的具体应用，从物理学角度来看，承载力是指物体在不受到外界破坏的基础上，所能够承受的最大压力。

随着人口数量的增加、资源环境问题的严重，承载力这一概念逐渐受到社会各界的广泛关注。

但是国外针对水资源承载力的研究有限，通常情况下，都是将研究局限在水资源的可持续发展中，而国内关于水资源承载力的研究主要集中在对其基本内涵、评价指标中。

就目前来看，水资源承载力这一概念并没有得到统一，国内的学者面对这一问题，也都是仁者见仁智者见智。

但是从整体上来看，可以将水资源承载力的基本概念简单的分为三大类，第一：将水资源承载力定义为水资源能够承受的最大支撑力；第二，将水资源承载力定义为水资源补给的最大规模；第三，将水资源承载力定义为水资源可开发的最大容量；这三种观点各有利弊。

它们虽然从三个不同的角度的处罚，但是从内部联系来看还是有一定联系的，“最大支撑力”更加适合评价水资源目前或者在不久的将来社会、经济发展规模的支撑程度和承受能力，而不能精确的反应出可承受的最大范围；而“最大规模”能够满足这一要求；“最大开发容量”能够间接反应出最大的发展规模。

水资源承载力分析必须要建立在可持续发展的基础上，实现水资源的科学利用和高效循环，为生态环境留有充足的水资源，维持大自然的生机和活力，剩下的一部分才用于社会经济的发展。

综上所述，水资源承载力就是在一定的社会、经济条件下，在满足社会生态发展基本需要的前提下，使水资源系统保持合理规模，以实现可持续发展。

2 水资源承载力的研究措施国内外学者在对水资源承载力进行了长时间的分析研究后，开始形成全新的研究思路，并形成了全新的研究成果。

北京市水资源短缺风险评估及预测

北京市水资源短缺风险评估及预测

北京市水资源短缺风险评估及预测近年来，受气候变化和经济社会不断发展的影响水资源短缺问题日趋严重，本文针对水资源短缺风险作了如下方面的研究：首先考虑到风险因子的多重共线性，用主成分分析法和线性回归分析法对因子做了筛选，挑选出了一些彼此相关性不强的因子；其次利用主成分分析法和回归方法，挑选出了北京市水资源短缺风险的主要风险因子，并建立了北京市水资源短缺风险评价模型，该模型对水资源短缺风险发生的概率和缺水影响程度给予综合评价；并利用聚类分析对北京市水资源短缺程度进行了五个风险等级的划分，利用时间序列分析中的模型对北京市未来两年的水资源短缺情况进行了预测，并提出了相应的措施。

标签：线性回归分析主成分分析法回归分析模型时间序列分析水资源短缺风险1引言水资源紧缺已成为制约经济社会可持续发展的第一瓶颈，北京市水资源短缺已经成为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素。

政府采取了一系列措施，如南水北调工程建设，建立污水处理厂，产业结构调整等。

但是，气候变化和经济社会不断发展，水资源短缺风险始终存在。

如何对水资源风险的主要因子进行识别，对风险造成的危害等级进行划分，对不同风险因子采取相应的有效措施规避风险或减少其造成的危害，这对社会经济的稳定、可持续发展战略的实施具有重要的意义。

本文利用已有的数据和通过查阅资料得到的数据，建立水资源短缺风险综合评价模型。

结合得出的结论和北京市水资源现状，提出相应的措施来降低风险。

2模型实现2.1北京市水资源短缺风险因子的分析通过查阅相关文章和文献所知，北京市在水资源开发利用过程中所存在的严重问题有：①长期地下水超采严重造成地下水位下降严重。

②上游来水衰减严重，而且由于上游水地区的经济发展其来水污染严重。

③水浪费和水污染加重了水资源危机。

④经济发展和人口膨胀使用水量增加，更加重了水资源危机。

⑤污水资源化程度不高。

因此，北京市短缺风险因子应从下面三个方面考虑：（1）来水：①降水量；②入境水量；③地下水位埋深；④水资源总量；⑤大中型水库蓄水量；⑥节水量（2）用水：①农业用水；②工业用水；③第三产业及生活用水；④人口密度；⑤万元GDP水耗（3）污染：①污水排放总量；②COD排放总量；③污水处理率；④工业废水排放总量。

北京市水资源短缺风险综合评价

北京市水资源短缺风险综合评价

-- -- 北京市水资源短缺风险综合评价

西南财经大学 田乐蒙、唐志、淮琳

摘 要：本文通过对北京市30多年来的水资源状况的分析，运用相关分析法和逐步回归分析法，在从《北京市统计年鉴》中查得的众多指标中找出了影响北京市水资源短缺风险的主要指标；运用因子分析法建立了北京市水资源短缺风险的综合评价模型，即设计了用水风险因子和供水风险因子这两个新变量，将其作为北京市水资源短缺的主要风险因子，并运用这两个变量建立二维坐标系，在坐标系上划分出了风险等级区域。通过判断各年计算所得的这两个变量的值在坐标系上的位置，我们确定了北京市各年的水资源短缺风险等级。据此，我们对北京市未来两年水资源的短缺风险进行了预测，得出了北京市未来两年仍处于水资源短缺的高风险状态的结论，并提出了应对措施。此模型对水资源短缺问题的解释十分精确，运用此模型得到的综合评价结果具有相当高的可信程度。此模型可以广泛运用于各个地区的水资源短缺综合评价，还可运用到空气质量的风险测评，水污染风险测评等各个领域，具有广泛的推广价值。 关键词：水资源短缺风险 人均缺水量 逐步回归 因子分析 --

-- 一、研究的背景和意义 ................................................................................................................................... 2 二、研究的现状 ............................................................................................................................................... 2 三、本文研究的思路 ....................................................................................................................................... 3 四、模型的建立及风险因子的确定 ............................................................................................................... 4 （一）影响水资源风险指标的选择 ....................................................................................................... 4 （二）北京市水资源短缺风险的综合评价............................................................................................ 8 五、北京市水资源短缺风险预测 ................................................................................................................. 13 （一）对三个主要风险因子的预测 ..................................................................................................... 13 （二）2010～2013年北京市水资源短缺风险等级预测 ..................................................................... 17 （三）应对措施 ..................................................................................................................................... 17 六、模型的评价与推广 ................................................................................................................................. 18 参考文献 ......................................................................................................................................................... 19 附录 ................................................................................................................................................................. 20 --