北京市水資源分配模擬研究

徐延新， 陳彥軍，謝昆亮

(1.哈爾濱師范大學(xué) 數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150025； 2.哈爾濱市河湖保護(hù)技術(shù)服務(wù)中心，哈爾濱 150001)

1 概 述

北京地區(qū)是世界上最嚴(yán)重的缺水大城市之一，除了水資源短缺外，水污染和水浪費(fèi)問(wèn)題也比較嚴(yán)重。特別是隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、北京市人口的迅速增加以及節(jié)水意識(shí)不強(qiáng)等原因，使得北京市在水資源供給方面，用水高度集中、供水保證率要求高。

北京市每年的水資源總量是有限的，在每一年的水分配過(guò)程中，北京市政府不僅要考慮到各區(qū)縣基本用水量，還要考慮到盡可能滿足各區(qū)縣未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。各區(qū)縣政府對(duì)各自所管轄的區(qū)域承擔(dān)著建設(shè)和發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)的任務(wù)，對(duì)轄區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行規(guī)劃，提出新的用水需求。但是，各區(qū)縣政府自然會(huì)從本區(qū)自身的利益出發(fā)，每年各自提出用水需求量的總和都會(huì)超出北京市可分配的總水量。如何將有限的水資源合理地分配給各區(qū)縣，最大限度地滿足其用水量，使得各區(qū)縣地方政府都能夠?qū)Ψ峙浞桨笣M意，從而充分調(diào)動(dòng)地方政府節(jié)約用水的積極性，并促使各區(qū)縣政府對(duì)用水的需求量講實(shí)話，不要虛報(bào)，腳踏實(shí)地努力完成發(fā)展規(guī)劃，形成良性循環(huán)。北京市政府從宏觀總體角度，既要節(jié)約用水又要考慮到總體經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整，給出一個(gè)公平合理的分配方案。這正是建立北京市水資源總量分配機(jī)制模型的目的。

2 北京市水資源總量分配現(xiàn)狀

北京市位于中國(guó)北方干旱半干旱地區(qū),人口密集增長(zhǎng)、水資源短缺嚴(yán)重。近年來(lái),由于連年的降雨量減少，使北京市的水資源十分緊張。北京市統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，截至2015年底，北京市常住人口達(dá)2 170.5萬(wàn)人，與2005年北京市常住人口數(shù)1 538萬(wàn)人相比，10年間人口增長(zhǎng)633萬(wàn)人，平均每年以63萬(wàn)的人數(shù)遞增，年均增長(zhǎng)約4.1%。但是北京市2015年水務(wù)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)顯示，2008-2015年8年間北京市供水總量只是略有上升，從35×108m3上漲至38×108m3，用水總量的供給與快速的人口增長(zhǎng)形成供需矛盾。

通過(guò)2008-2015年北京市供水總量及城六區(qū)和郊區(qū)各區(qū)縣水資源的分配情況，說(shuō)明北京市水資源分配現(xiàn)狀，見表1和圖1-圖2。

表1 北京市2008-2015年水資源分配情況表 /108 m3

圖2 北京市2008-2015年按用途水資源分配變化情況

從圖1對(duì)2008-2015年間北京市政府分配給各區(qū)縣的水資源情況分析可以看出，城六區(qū)每年的水資源分配呈上升趨勢(shì)，特別在近幾年上升趨勢(shì)更加明顯；而郊區(qū)各區(qū)縣在2010和2013-2015年間兩次都呈明顯下降趨勢(shì)，這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)恰好是城區(qū)人口增速加快期間。這說(shuō)明隨著城區(qū)人口的不斷增長(zhǎng)，在水資源總量有限的情況下，為首先保證居民生活用水，北京市水資源分配嚴(yán)重向人口集中的主城區(qū)傾斜；而工農(nóng)業(yè)一般分布在郊區(qū)，郊區(qū)各區(qū)縣每年分得的水資源量近幾年呈下降狀態(tài)，這必然會(huì)影響城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

從圖2對(duì)北京市2008-2015年按用途水資源分配變化情況分析可以看出，在水資源總量有限、出現(xiàn)水資源供需矛盾時(shí)，居民生活用水和環(huán)境用水量逐年上升，而工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水量逐年下降。近幾年的數(shù)據(jù)表明，北京市在第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)以及居民用水4個(gè)方面的比重變化顯著，北京市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在區(qū)域之間、行業(yè)之間的變化突出。近些年來(lái)，北京市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，壓縮工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水，以保障不斷增長(zhǎng)的居民用水需求。目前市政供水中，居民家庭用水已經(jīng)達(dá)到用水量的49%以上。所以，水資源管理與科學(xué)用水分配機(jī)制不僅僅是保證生產(chǎn)和居民基本的用水，還直接影響著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

3 線性獎(jiǎng)懲函數(shù)的設(shè)定與模擬研究

見圖3。

圖3 用水量的線性獎(jiǎng)懲函數(shù)示意圖

圖3中α為獎(jiǎng)勵(lì)線性函數(shù)的斜率，斜率α的大小決定節(jié)水的獎(jiǎng)勵(lì)力度大小；斜率β的大小決定過(guò)量用水的懲罰力度的大小；δ為虛報(bào)的罰金線性函數(shù)的斜率；α,β,δ值越大，獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰就越大。

虛報(bào)罰金：

獎(jiǎng)勵(lì)懲罰金額：

為了使結(jié)論更直觀地表現(xiàn)出來(lái)，見表2和圖 4。

表2 水資源分配用水量合同基數(shù)確定表

圖4 說(shuō)明實(shí)話最合算

4 結(jié) 論

從實(shí)際的模擬研究中可以看出，利用本文所建立的節(jié)約用水、超量用水量和虛報(bào)3個(gè)線性獎(jiǎng)懲函數(shù)模型，北京市政府只需提出每年的基本用水量，利用獎(jiǎng)懲系數(shù)對(duì)各區(qū)政府虛報(bào)分配供水量基數(shù)的行為進(jìn)行制約，利用利益導(dǎo)向的機(jī)制來(lái)引導(dǎo)各區(qū)縣政府自動(dòng)根據(jù)自身的實(shí)際情況自愿報(bào)出一個(gè)接近真實(shí)合理的用水需求量，使北京市有限的水資源得以充分利用，這將在很大程度上緩解北京市的水資源分配壓力。但是與不斷增長(zhǎng)的需水量相比，很難從根本上突破北京市水資源緊張的困境，還需要通過(guò)建立北京市政府、各區(qū)縣政府、社會(huì)多元化機(jī)制，營(yíng)造節(jié)約和保護(hù)水資源的社會(huì)氛圍。通過(guò)政府先行、各區(qū)縣主導(dǎo)、社會(huì)參與的長(zhǎng)效機(jī)制，努力將北京市打造出全社會(huì)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)宜居城市。