基于SD模型的深圳市水資源承載力研究

張 斌，陸桂華，胡震云

（l.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，210098，南京；2.河海大學(xué)商學(xué)院，210098，南京）

廣東省深圳市地表徑流量主要靠降雨補(bǔ)給，多年平均年徑流量18.3億m3，全市地下水資源總量約5億m3/a，可開采資源量僅為1.92億m3/a，深圳人均占有水資源量極低。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展、人口的膨脹，深圳用水不斷增加，廢污水排放量也逐年增加。據(jù)統(tǒng)計，1979年深圳全市生產(chǎn)總值僅為1.96億元，2006年增加到5 813.56億元，增加了2966倍，創(chuàng)造了深圳速度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展奇跡。與此同時，用水人口由30萬人增至846萬余人，增加了28倍多，用水量由0.5億m3增加到17.3億m3，增加了近35倍，廢污水排放量從0.37億m3增加到12.41億m3，增加了33倍多。未來30年深圳市仍處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時期，水資源的匱乏和水環(huán)境惡化的趨勢將進(jìn)一步加劇，水資源承載力將成為制約深圳市可持續(xù)發(fā)展的主要因素，因此，研究水資源承載力，對于深圳市全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

系統(tǒng)動力學(xué)（systemdynamic,SD）是以反饋控制理論為基礎(chǔ)，以計算機(jī)仿真技術(shù)為手段，研究復(fù)雜系統(tǒng)的方法，可較好地把握系統(tǒng)的各種反饋關(guān)系。近年，國內(nèi)已有學(xué)者利用SD模型對本溪市、烏魯木齊市、北京市、包頭市、大連市等進(jìn)行了水資源承載力研究。本文采用SD方法，旨在通過對深圳市未來水資源承載能力變化趨勢的模擬，尋求提高深圳市水資源承載力的最佳方案。

一、深圳市水資源承載力評價模型

1.深圳市水資源承載力評價概念模型

本文根據(jù)深圳市水資源、社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境特點，將深圳水資源承載力定義為：在可以預(yù)見的社會經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平下，可利用水資源能夠支撐該市社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境和諧、有序、可持續(xù)發(fā)展的能力。其基本內(nèi)涵是要能保證用水安全和生態(tài)安全，所以深圳水資源承載力CZL用水量承載力系數(shù)和水環(huán)境承載力系數(shù)綜合表示，概念模型如下：

式中，NJZ為水量承載力系數(shù)，表示相對于某一經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平和水資源開發(fā)利用水平，水資源供需的緊張程度。STHJCE為水環(huán)境承載力系數(shù)，表示相對于某一社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和水環(huán)境容量，污染物排放量與水環(huán)境容量之間的緊張關(guān)系。

式中，SS為實際可供水量，ES為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需水量，EE為生態(tài)環(huán)境需水量。

式中，SHJRL為水環(huán)境容量，WRWPFL為污染物排放量。

由式（1）可見，當(dāng) CZL大于或等于1時，表明深圳市的水資源能夠承載社會、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的發(fā)展目標(biāo)；當(dāng)CZL小于1時，表明深圳市的水資源已難以承載生態(tài)環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展目標(biāo)，需要通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、調(diào)整相關(guān)政策、加強(qiáng)污染物排放控制、提高水資源開發(fā)程度、提高中水回用程度，以期與水資源承載能力相適應(yīng)，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.深圳市經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)動力學(xué)模型

（1）深圳市二產(chǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型

深圳市整體呈現(xiàn)輕工業(yè)比重不斷下降、重工業(yè)比重逐年上升的態(tài)勢，1996年至今深圳的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)崛起，成為深圳經(jīng)濟(jì)增長最快的部門。深圳的重工業(yè)以電子及通信設(shè)備制造業(yè)為主，通信設(shè)備、計算機(jī)及其他電子設(shè)備制造業(yè)占工業(yè)總產(chǎn)值的比重達(dá)59.79%，電子信息產(chǎn)業(yè)一業(yè)獨大。針對深圳二產(chǎn)的這些特點，把深圳二產(chǎn)分為工業(yè)和建筑業(yè)兩部分考慮，工業(yè)按紡織縫紉木材加工和造紙業(yè)、石油化學(xué)和建材業(yè)、機(jī)械電氣制造業(yè)、電子制造業(yè)、其他二產(chǎn)進(jìn)行分類。由此建立了二產(chǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型，模型圖略。

（2）深圳市三產(chǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型

深圳市第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，物流產(chǎn)業(yè)群基本形成，商業(yè)發(fā)展成熟，金融業(yè)已成為深圳支柱產(chǎn)業(yè)之一。根據(jù)深圳第三產(chǎn)業(yè)的特點，深圳三產(chǎn)結(jié)構(gòu)可分為交通運輸倉儲郵政業(yè)、批發(fā)零售和房地產(chǎn)業(yè)、住宿和餐飲業(yè)、金融業(yè)、其他。由此建立了三產(chǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型，模型圖略。

（3）深圳市一產(chǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型

由于深圳市農(nóng)業(yè)用水量所占比重較小，所以本文簡化對該子系統(tǒng)的研究。

3.深圳市人口子系統(tǒng)的動力學(xué)模型

根據(jù)深圳市人口增長迅速，非戶籍人口的大量遷入是人口增長的主體等特點，模型中把人口分為戶籍人口和暫住人口兩類。由于戶籍人口的比重較小，相關(guān)因素簡略考慮，而暫住人口從事第一、二、三產(chǎn)業(yè)的比例分別為1.6%、53.5%、27.2%，所以模型中考慮二產(chǎn)和三產(chǎn)發(fā)展對暫住人口的影響。動力學(xué)模型圖略。

4.深圳市水資源生態(tài)子系統(tǒng)動力學(xué)模型

隨著深圳的城市建設(shè)，城市生活污水處理率雖然呈現(xiàn)較快的上升趨勢，但到2006年仍然只有65.23%，還有很大的建設(shè)空間；工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率較高，2006年為95.25%。由于深圳農(nóng)業(yè)用水量很小，隨著城市化進(jìn)程加快，全市已基本普及自來水，因此其廢污水主要由城市生活污水 （包括居民生活、三產(chǎn)和建筑業(yè)）及工業(yè)廢水兩大部分組成。由此建立了水資源生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)動力學(xué)模型，模型圖略。

二、深圳市水資源承載力評價結(jié)果

1.深圳市水資源承載力評價方案

（1）情景設(shè)計

①產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，分為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方案一和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方案二。

深圳產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整主要是調(diào)整二產(chǎn)、三產(chǎn)的發(fā)展速度。方案一：2020年、2030年二產(chǎn)發(fā)展速度分別為6%和5%，三產(chǎn)發(fā)展速度分別為7%和5.5%；方案二：2020年、2030年二產(chǎn)發(fā)展速度分別為4.5%和3.5%，三產(chǎn)發(fā)展速度分別為8.5%和7%。

②針對污水處理狀況，分一般污水治理和全部污水通過污水處理廠深度處理兩種情況進(jìn)行分析。

③針對節(jié)水情況，分為基本節(jié)水方案和深度節(jié)水方案兩種情況進(jìn)行分析。

此處是指通過相關(guān)政策鼓勵各用水戶采用節(jié)水器具進(jìn)行節(jié)水和相關(guān)技術(shù)改造等，體現(xiàn)在二產(chǎn)政策ECZC和三產(chǎn)政策SCZC兩個指標(biāo)中，通過這兩個指標(biāo)影響工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量GYWYYSL和三產(chǎn)萬元產(chǎn)值用水量SCWYYSL。

④針對人口情況，分基本人口方案和人口控制方案兩種情況進(jìn)行分析。主要是通過人口政策RKZC指標(biāo)影響暫住人口增長率ZZRKIR。

（2）方案組合

針對情景①②③④進(jìn)行組合，有16種方案，具體見表1。

2.深圳市水資源承載力評價結(jié)果及分析

（1）計算結(jié)果

針對16種情況分別進(jìn)行計算，結(jié)果見表2。

（2）結(jié)果分析

①調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)措施下各種情形比較分析

單純調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)后 （方案一）與基本方案比較，水資源承載力2020年提高了3.4%，2030年提高了7.1%；在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的前提下，進(jìn)一步采取節(jié)水措施（方案六）其效果較好，因為該措施既節(jié)約了用水量，提高了水量承載能力，也減少了廢水量的排放，相應(yīng)地提高了水環(huán)境的承載能力,與基本方案相比，水資源承載力2020年提高了22.07%，2030年提高了28.55%；在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的前提下，提高污水處理程度（方案五），可以改善水環(huán)境承載能力，與基本方案相比，水環(huán)境承載能力2020年提高了87.47%，2030年提高了117.63%；在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)前提下，采取三種措施的三種組合中，既提高節(jié)水程度又加強(qiáng)人口控制的情況比較理想（方案十三），與基本方案相比，水資源承載力2020年提高了30.56%，2030年提高了46.29%。

表1 深圳市水資源承載力評價方案表

表2 深圳市水資源承載力評價結(jié)果表

②提高污水治理程度措施下各種情形比較分析

所謂調(diào)整污水治理程度，是指全部污水經(jīng)過污水處理廠處理，且達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)，采取這種措施，主要改善水環(huán)境的承載能力。通過計算可知：在原有的措施上，增加提高污水處理程度措施，能大大提高水環(huán)境承載能力，平均提高1倍左右。

③提高節(jié)水程度措施下各種情形比較分析

通過計算可知，提高節(jié)水水平可以大大提高水量承載能力，一般能提高20%左右。

④調(diào)整人口控制程度措施下各種情形比較分析

加強(qiáng)人口控制可以大大減少人口總量，使得人口在2020—2030年間增長平緩，如采用全部措施，效果最好。這時，水量承載能力逐漸好轉(zhuǎn)，到2030年可大于1。

[1]王其藩．高級系統(tǒng)動力學(xué)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1995.

[2]魏斌，張霞．城市水資源合理利用分析與水資源承載力研究——以本溪市為例[J]．城市環(huán)境與城市生態(tài)，1995（8）.

[3]王建華，江東，顧定法，等.基于SD模型的干旱區(qū)域城市水資源承載力預(yù)測研究[J].地理學(xué)與國土研究，1999（15）.

[4]馮海燕，張昕，李光永，穆乃君，陳瑾．北京市水資源承載力系統(tǒng)動力學(xué)模擬[J]．中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006（11）.

[5]韓俊麗，段文閣，李百歲．基于SD模型的干旱區(qū)城市水資源承載力模擬與預(yù)測——以包頭市為例[J]．干旱區(qū)資源與環(huán)境，2005（4）.

[6]徐毅，孫才志．基于系統(tǒng)動力學(xué)模型的大連市水資源承載力研究[J]．安全與環(huán)境學(xué)報，2008（8）.

[7]左東啟，戴樹聲，袁汝華．水資源評價指標(biāo)體系研究[J]．水科學(xué)進(jìn)展，1996（7）.

[8]何希吾．水資源承載力[M]．北京：中國大百科全書出版社，2000.