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1、北京市水资源人口承载力动态模拟及研究摘要水资源是一个城市人口发展和经济社会发展最重要的不可或缺的资源,而且是难以在短期内改变的资源,因此常常成为决定一个地区或者城市承载力的最“短板因素”而受到极大重视。北京市作为北方干旱缺水城市,随着人口的增长和社会经济的发展,水资源紧张的问题日益显得突出。本文选择系统动力学方法对首都北京的水资源人口承载力进行了定量的动态的分析。模型中考虑了地表水、地下水、再生水以及南水北调水量等供水因素,同时考虑了工农业发展用水、生态用水和生活用水量的变动及其用水结构等变量以及它们的变化核相互作用对人口承载力的影响,并对上述因素未来的各种变化进行了模拟仿真。结
2、果显示,如果按照目前的供水和用水标准以及用水结构,北京市水资源承载力将会随着时间推移而出现下降;南水北调水量的进入虽然能够缓解水资源承载压力,并较大幅度提高北京市人口承载力,但是随着人口规模扩张和工农业生产的发展,北京市的水资源人口承载力会再次出现下降,因此南水北调不能从根本上解决人口承载压力过大的问题。而提高水的综合利用率和改善用水结构将对北京市人口承载力的提高具有重大意义。关键词北京;水资源;人口承载力中图分类号F062.2文献标识码A文章编号221002-2104(2010)09-0042-06doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.09.008
3、水资源是一个城市人口发展和经济社会发展最重要的不可或缺的资源,而且是难以在短期内增加的资源,因此常常成为决定一个地区或者城市承载力的最“短板因素”而受到极大重视。北京是一个处在我国北方地区的典型缺水城市,随着人口的增长和社会经济的发展,水资源紧张的问题显得日益突出。如何协调人口发展与水资源、环境之间的关系,促进人口、资源、环境和经济健康持续发展,成为摆在人们面前的重大问题。水资源人口承载力的研究可以为此提供有益的参考。不少学者也曾对北京市的水资源承载力做过研究��[1-7]�。然而因为所用的方法和采用的指标等不同,因此得到的人口承载力结果相差很大,最大可以达到30倍。而且很多学者
4、的研究,基本上都是一种静态的分析模式。为了能够了解水资源人口承载力变动的内在机制,承载力与其制约因素之间的相互关系,并最终模拟和考察不同参数变化情况下水资源人口承载力的动态变化,从而为政策调控提供参考依据,本文选择系统动力学方法对首都北京的水资源人口承载力进行了定量的动态的分析。1方法及原理系统动力学(System22Dynamics)是一种以系统论、信息反馈控制理论为基础,以计算机仿真技术为手段,研究复杂社会经济系统的定量方法。该方法是上个世纪50年代由美国麻省理工学院的J。福瑞斯特教授发明的,最初应用于工业经济中,后来被广泛用于社会、经济和资源环境等多个领域。其基本原理是:首
5、先,将所研究的具体对象和涉及到的主要因素划归到一个系统中,区分出系统的边界。然后,用正反馈(即一个因素的变化引起另一个因素同方向的变化,例如都增加或者都减少)和负反馈(一个因素的变化引起另一个因素反方向的变化)的分析方式,分析这个系统内不同因素之间存在的因果关系,这样可以将系统内各个因素之间以直接或者间接的关系全部联系起来,形成有多个反馈关系或正负反馈环联系起来的分析系统。再次,分辨系统要素中的主要变量类型,以最基本的状态变量(该变量的任何一时点的值,都等于其上一个时点的值与两个时点之间的变化量)为基础,写出各因素之间的定量方程,并以特定的DYNAMO语言写入计算机,实现计算机的
6、仿真输出。最后,在给定不同的参数条件下,系统将会给出各种可能的系统个变量输出结果,依此可以观察各种方案设置下的系统运算结果,并进行政策性分析。22系统动力学模型本质上是带时滞的微分方程组,能方便地处理非线性和时变现象,并能做长期、动态、战略性的仿真分析与研究。这一研究方法较适用于分析研究系统的结构与动态行为,尤其适合于研究复杂、动态的系统问题,特别是对系统行为进行模拟,可以得到各种不同前提假设下的系统运行的结果,为决策者提供直观的决策后果,被称为社会经济学研究的实验室。2首都水资源人口承载力的模型构建2.1模型因果关系及分析本文考虑的北京市水资源人口承载力,包括从总水量和从生活供
7、水两个方面计算的水资源人口承载力。总供水量涉及地表水开发,地下水开采、外调水量以及再生水利用等,生活供水主要由总供水,以及工业用水、农业用水和未来的生态用水决定。工业用水和农业用水都分别与各自的经济发展规模以及单位产值的用水效率有关。再生水由污水排放及其处理率,以及再生水利用率决定。污水排放则与工业发展和人口增长本身有关。按照上述分析,我们建立了系统因果关系图,可以一目了然地看到这些基本的关系(见图1)。图1水资源人口承载力的系统内在关系图Fig.1Interactionbetw
