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2024年11月24日
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水資源是人與其他生命系統(tǒng)不可缺少的一種寶貴資源,是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本支撐條件。通過(guò)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)、居民生活和環(huán)境質(zhì)量,水資源影響著城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平。在改革開放以來(lái)的30年內(nèi),北京經(jīng)歷了快速的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展,但這也對(duì)水資源造成了更大的壓力,使得北京成為世界上嚴(yán)重缺水的大城市之一。
由于未來(lái)的經(jīng)濟(jì)和人口發(fā)展規(guī)劃對(duì)水資源供給提出更高的要求,因此,論文利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SD)的原理和方法,首先構(gòu)建了氣候干旱和經(jīng)濟(jì)發(fā)展雙重壓力下的北京水資源承載力模型,進(jìn)而在中國(guó)北方干旱化大背景和北京城市規(guī)劃目標(biāo)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了規(guī)劃發(fā)展情景、氣候干旱情景和適應(yīng)對(duì)策情景并進(jìn)行了模擬分析。1990~2005年的模型檢驗(yàn)結(jié)果表明該SD模型具有一定的可靠性,能在一定程度上模擬北京水資源的復(fù)雜變化過(guò)程。2006~2020年的模擬結(jié)果顯示氣候干旱下北京水資源可供應(yīng)量減少到29•88×108m3,比起2005年減少了7•62%,遠(yuǎn)低于按規(guī)劃目標(biāo)發(fā)展下的水資源需求量52•83×108m3。在水資源的約束下,人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到限制,北京可承載農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、工業(yè)總產(chǎn)值和人口分別為128•05×108元、3 152•69×108元和1 167•18×104人,遠(yuǎn)低于北京城市總體規(guī)劃設(shè)想。比較3種適應(yīng)對(duì)策,開展調(diào)水工程對(duì)人口承載力影響最大,依靠科技進(jìn)步對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響最大,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的作用比較小。綜合各種適應(yīng)對(duì)策和氣候干旱作用之后,水資源可供應(yīng)量、人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展承載量接近或超過(guò)規(guī)劃目標(biāo)要求。
水資源是人與其他生命系統(tǒng)不可缺少的一種寶貴資源,是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本支撐條件。在城市地區(qū),水資源主要靠影響農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)、居民生活和環(huán)境質(zhì)量影響城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平,從而影響城市的發(fā)展,所以城市區(qū)域的水資源承載力受到廣泛的關(guān)注。關(guān)于承載力的研究最早可追溯到1921年,之后承載力概念被廣泛用于人口學(xué)、資源學(xué)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域。目前,區(qū)域水資源承載力的估算主要有兩種觀點(diǎn):一是水資源對(duì)該地區(qū)生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的“最大支撐能力”的觀點(diǎn),是從分析水資源承載力系統(tǒng)中的現(xiàn)象入手構(gòu)建指標(biāo)體系,采用評(píng)價(jià)的方法與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比較,得出“最大支撐能力”。
最主要的方法有模糊評(píng)價(jià)法、灰關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)法和主成分分析法等,但這種方法往往局限于單因素的表現(xiàn),不能深刻反映多因素間的關(guān)系,并且評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立有一定的主觀性,因此最終結(jié)果大多作為定性判斷;二是水資源對(duì)該地區(qū)生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的“最大支撐規(guī)模”,即某一地區(qū)的水資源,在一定社會(huì)歷史和科學(xué)技術(shù)發(fā)展階段,在不破壞社會(huì)和生態(tài)系統(tǒng)時(shí),最大可承載的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市規(guī)模和人口的能力,為水資源承載力。主要研究方法包括:①常規(guī)趨勢(shì)法;②系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法;③多目標(biāo)綜合分析法。由于沒有全面考慮影響水資源承載力中各要素的相互制約和作用關(guān)系,常規(guī)趨勢(shì)的結(jié)果很難準(zhǔn)確反映真實(shí)情況,而多目標(biāo)非線性規(guī)劃問題由于求解技術(shù)比較困難,往往將目標(biāo)簡(jiǎn)化,所以較難反映系統(tǒng)內(nèi)部的復(fù)雜關(guān)系。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是1956年由美國(guó)麻省理工學(xué)院Forrester JW創(chuàng)立的一門分析研究信息反饋的學(xué)科,具有高階次、非線性、多變量、多反饋等特點(diǎn),利用此模型可較好把握系統(tǒng)的各種反饋關(guān)系,并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。雖然系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法對(duì)參量和數(shù)據(jù)的需求量比較大,但其能反映復(fù)雜系統(tǒng)反饋的優(yōu)勢(shì)很早就被承載力研究者注意。上個(gè)世紀(jì)60年代末,由美國(guó)麻省理工學(xué)院的梅多斯等學(xué)者組成的“羅馬俱樂部”,就利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)世界范圍內(nèi)的資源(包括土地、水、糧食礦產(chǎn)等)環(huán)境與人的關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)。構(gòu)建了著名的“世界模型”和經(jīng)濟(jì)的“零增長(zhǎng)”發(fā)展模式。近來(lái)的研究表明,在水資源承載方面,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是分析變化原因、模擬變化過(guò)程和預(yù)測(cè)變化結(jié)果的有力工具,同時(shí)為規(guī)劃和政策制定提供了可參考的信息。徐建華等利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)構(gòu)建了綠洲型城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)模型,對(duì)新疆奎屯市的持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了模擬;左其亭等將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型與其它定量模型進(jìn)行耦合,形成人水系統(tǒng)演變的嵌入式系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。
在改革開放以來(lái)的20多年內(nèi),北京經(jīng)歷了快速的人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,但這也對(duì)水資源造成了更大的壓力。北京現(xiàn)在的水資源人均占有量約300 m3,是世界人均水資源量的1/30,遠(yuǎn)低于國(guó)際行動(dòng)人口組織提出的人均1 000 m3的下限,為世界上嚴(yán)重缺水的大城市之一。水資源的可持續(xù)利用是保證可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ),近年來(lái),北京地區(qū)的干旱和污染造成水資源進(jìn)一步緊缺,水資源已經(jīng)成為影響區(qū)域發(fā)展的重要限制因素。
有的研究者分析了氣候變化對(duì)北京水資源的影響,如劉中麗分析了降水和溫度對(duì)北京水資源的影響,認(rèn)為水資源主要受大氣降水制約,而溫度通過(guò)間接的方式影響水資源量;張慶云分析了1880年以來(lái)華北降水量和水資源的變化趨勢(shì),認(rèn)為其存在明顯的年際和年代際變化;陳惠娟等比較了北京、上海和廣州的水資源消耗和經(jīng)濟(jì)、氣候的關(guān)系,認(rèn)為溫度是影響城市氣候耗水量的主要因子。有的研究者分別研究了用水結(jié)構(gòu)、節(jié)水狀況、境外調(diào)水、用水價(jià)格調(diào)整等政策和對(duì)策對(duì)北京水資源承載力的影響。如馮海燕等利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型衡量了北京水資源在不同情景下可承載的工業(yè)、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和人口數(shù)量,認(rèn)為延續(xù)現(xiàn)狀的用水模式,未來(lái)的水資源承載力將非常脆弱;范英英等模擬了5項(xiàng)水資源政策對(duì)水資源承載力的影響,認(rèn)為調(diào)水工程對(duì)水資源承載力意義重大;王雙等模擬了水資源約束下的北京土地利用變化,發(fā)現(xiàn)水資源通過(guò)限制經(jīng)濟(jì)和人口發(fā)展將更直觀和深刻地影響北京的土地利用狀況。通過(guò)對(duì)已有研究綜合分析,可以看出目前大多數(shù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型正嘗試綜合考慮自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)系統(tǒng)的綜合影響,但能同時(shí)評(píng)價(jià)氣候系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)兩者作用下的水資源承載力模型還比較少見。
同時(shí),對(duì)氣候系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)雙重壓力下水資源承載力變化的適應(yīng)對(duì)策的定量模擬分析也非常缺乏。因此,本文利用水資源承載力理論和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法,構(gòu)建自然和人為雙壓力下的水資源承載力模型,分析水資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的約束作用。并且利用情景分析方法,試圖通過(guò)不同政策/對(duì)策的發(fā)展情況設(shè)置,氣候干旱和經(jīng)濟(jì)發(fā)展雙重壓力下的北京水資源承載力變化情景模擬研究。
按照規(guī)劃要求的速度持續(xù)發(fā)展(情景A)下,到2020年,需水量約52•83×108m3,人口、農(nóng)業(yè)GDP和工業(yè)GDP分別1 800×104人, 172•59×108元和5 005•06×108元。對(duì)比氣候干旱情景,水資源的供需缺口達(dá)到24•45×108m3,而可承載的人口、農(nóng)業(yè)GDP和工業(yè)GDP比規(guī)劃目標(biāo)分別低了632•82×104人、84•82×108元和1 852•37×108元。可見在氣候干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙重壓力下,如果不采取相應(yīng)對(duì)策,將對(duì)北京社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)較大的限制作用。
比較跨流域調(diào)水、科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整這3種對(duì)策的作用。對(duì)于可承載農(nóng)業(yè)GDP的影響, 3個(gè)情景2020年可承載量依次為171•83×108元、220•48×108元和117•03×108元,達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)的程度分別為99•56%、127•75%和67•81%。可見科技進(jìn)步因素對(duì)提高農(nóng)業(yè)GDP承載力影響最大。對(duì)于工業(yè)GDP承載而言,3個(gè)情景可承載量在2020年依次為4 230•79×108、4 768•58×108和2 294•17×108元,達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)的程度分別為84•53%、95•28%和45•84%,仍然是科技進(jìn)步因素影響最大而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整因素影響最小。對(duì)于人口承載量而言, 2020年三者可承載量分別為1 566•31×104、1 481•25×104和1 385•02×104人,對(duì)比規(guī)劃目標(biāo)的1 800×104人,可見調(diào)水工程對(duì)人口承載力影響最大。
綜合考慮氣候變化和適應(yīng)對(duì)策之后(情景F),水資源可供應(yīng)量達(dá)到45•47×108m3,高出現(xiàn)狀年份(2005年) 14•75×108m3。可承載的農(nóng)業(yè)和工業(yè)總產(chǎn)值分別為249•90×108元和4 541•21×108元,年均增長(zhǎng)率分別為7•22%和6•81%。可承載人口達(dá)到2 264•61×104人,指標(biāo)接近或超過(guò)規(guī)劃的目標(biāo)。
結(jié)論與討論
(1)在氣候干旱與經(jīng)濟(jì)發(fā)展雙重壓力下,北京水資源的供需矛盾存在進(jìn)一步加劇的風(fēng)險(xiǎn)。本文利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的原理和方法,構(gòu)建了氣候干旱化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展雙重壓力下的北京水資源承載力情景模型。1990~2005年的模擬結(jié)果表明該模型具有一定的適用性和有效性,有助于理解氣候系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)雙重壓力對(duì)北京水資源承載力變化過(guò)程的可能影響。在此基礎(chǔ)上,模擬分析了2006~2020年不同情景下的北京水資源承載力的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。
(2)在假定的華北地區(qū)氣候持續(xù)干旱的情景下,地表濕潤(rùn)指數(shù)將下降0•06,到2020年北京水資源可供應(yīng)量減少到28•38×108m3,比起現(xiàn)狀年份(2005年)減少了7•62%。遠(yuǎn)低于按規(guī)劃目標(biāo)發(fā)展下的水資源需求量52•83×108m3。在水資源的約束下,人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到限制,北京可承載農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、工業(yè)總產(chǎn)值和人口分別為128•05×108元、3 152•69×108元和1 167•18×104人,遠(yuǎn)低于規(guī)劃的172•59×108元、5 005•06×108元和1 800×104人設(shè)想。
(3)研究表明,調(diào)水工程、科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整均是目前北京有效減輕水資源短缺、提高水資源承載能力的方法。對(duì)于人口承載力,調(diào)水工程影響較大;而對(duì)于經(jīng)濟(jì)承載力,科技進(jìn)步的影響較大。但是,科技進(jìn)步通過(guò)開源節(jié)流的方式增加水資源量,對(duì)其他地區(qū)依賴性較小;調(diào)水工程對(duì)其他地區(qū)依賴過(guò)重,可能成為發(fā)展的隱憂。綜合氣候變化和人為影響,發(fā)現(xiàn)綜合調(diào)水工程、科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)策能減輕干旱化帶來(lái)的北京水資源短缺壓力,并且能承載接近或超過(guò)規(guī)劃目標(biāo)的人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。
