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 數學科學學院，哈爾濱 150025； 2.哈爾濱市河湖保護技術服務中心，哈爾濱 150001)

1 概 述

北京地區是世界上最嚴重的缺水大城市之一，除了水資源短缺外，水污染和水浪費問題也比較嚴重。特別是隨著經濟的快速發展、北京市人口的迅速增加以及節水意識不強等原因，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程中，北京市政府不僅要考慮到各區縣基本用水量，還要考慮到盡可能滿足各區縣未來經濟發展的需求。各區縣政府對各自所管轄的區域承擔著建設和發展區域經濟的任務，對轄區經濟發展進行規劃，提出新的用水需求。但是，各區縣政府自然會從本區自身的利益出發，每年各自提出用水需求量的總和都會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縣，最大限度地滿足其用水量，使得各區縣地方政府都能夠對分配方案滿意，從而充分調動地方政府節約用水的積極性，并促使各區縣政府對用水的需求量講實話，不要虛報，腳踏實地努力完成發展規劃，形成良性循環。北京市政府從宏觀總體角度，既要節約用水又要考慮到總體經濟發展和產業結構的合理調整，給出一個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制模型的目的。

2 北京市水資源總量分配現狀

北京市位于中國北方干旱半干旱地區,人口密集增長、水資源短缺嚴重。近年來,由于連年的降雨量減少，使北京市的水資源十分緊張。北京市統計局發布的最新數據顯示，截至2015年底，北京市常住人口達2 170.5萬人，與2005年北京市常住人口數1 538萬人相比，10年間人口增長633萬人，平均每年以63萬的人數遞增，年均增長約4.1%。但是北京市2015年水務統計年鑒數據顯示，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形成供需矛盾。

通過2008-2015年北京市供水總量及城六區和郊區各區縣水資源的分配情況，說明北京市水資源分配現狀，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2008-2015年間北京市政府分配給各區縣的水資源情況分析可以看出，城六區每年的水資源分配呈上升趨勢，特別在近幾年上升趨勢更加明顯；而郊區各區縣在2010和2013-2015年間兩次都呈明顯下降趨勢，這兩個時間點恰好是城區人口增速加快期間。這說明隨著城區人口的不斷增長，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重向人口集中的主城區傾斜；而工農業一般分布在郊區，郊區各區縣每年分得的水資源量近幾年呈下降狀態，這必然會影響城市經濟和社會的可持續發展。

從圖2對北京市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、出現水資源供需矛盾時，居民生活用水和環境用水量逐年上升，而工業用水和農業用水量逐年下降。近幾年的數據表明，北京市在第一產業、第二產業、第三產業以及居民用水4個方面的比重變化顯著，北京市的產業結構在區域之間、行業之間的變化突出。近些年來，北京市產業結構不斷調整，壓縮工業用水和農業用水，以保障不斷增長的居民用水需求。目前市政供水中，居民家庭用水已經達到用水量的49%以上。所以，水資源管理與科學用水分配機制不僅僅是保證生產和居民基本的用水，還直接影響著經濟的發展和產業結構的調整。

3 線性獎懲函數的設定與模擬研究

見圖3。

圖3 用水量的線性獎懲函數示意圖

圖3中α為獎勵線性函數的斜率，斜率α的大小決定節水的獎勵力度大小；斜率β的大小決定過量用水的懲罰力度的大小；δ為虛報的罰金線性函數的斜率；α,β,δ值越大，獎勵和懲罰就越大。

虛報罰金：

獎勵懲罰金額：

為了使結論更直觀地表現出來，見表2和圖 4。

表2 水資源分配用水量合同基數確定表

圖4 說明實話最合算

4 結 論

從實際的模擬研究中可以看出，利用本文所建立的節約用水、超量用水量和虛報3個線性獎懲函數模型，北京市政府只需提出每年的基本用水量，利用獎懲系數對各區政府虛報分配供水量基數的行為進行制約，利用利益導向的機制來引導各區縣政府自動根據自身的實際情況自愿報出一個接近真實合理的用水需求量，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，還需要通過建立北京市政府、各區縣政府、社會多元化機制，營造節約和保護水資源的社會氛圍。通過政府先行、各區縣主導、社會參與的長效機制，努力將北京市打造出全社會節約資源、保護環境和可持續發展的生態宜居城市。