基于SD模型的深圳市水资源承载力研究

张 斌，陆桂华，胡震云

（l.河海大学水文水资源学院，210098，南京；2.河海大学商学院，210098，南京）

广东省深圳市地表径流量主要靠降雨补给，多年平均年径流量18.3亿m3，全市地下水资源总量约5亿m3/a，可开采资源量仅为1.92亿m3/a，深圳人均占有水资源量极低。随着经济社会的发展、人口的膨胀，深圳用水不断增加，废污水排放量也逐年增加。据统计，1979年深圳全市生产总值仅为1.96亿元，2006年增加到5 813.56亿元，增加了2966倍，创造了深圳速度和经济发展奇迹。与此同时，用水人口由30万人增至846万余人，增加了28倍多，用水量由0.5亿m3增加到17.3亿m3，增加了近35倍，废污水排放量从0.37亿m3增加到12.41亿m3，增加了33倍多。未来30年深圳市仍处于经济高速发展时期，水资源的匮乏和水环境恶化的趋势将进一步加剧，水资源承载力将成为制约深圳市可持续发展的主要因素，因此，研究水资源承载力，对于深圳市全面、协调和可持续发展具有重要的现实意义。

系统动力学（systemdynamic,SD）是以反馈控制理论为基础，以计算机仿真技术为手段，研究复杂系统的方法，可较好地把握系统的各种反馈关系。近年，国内已有学者利用SD模型对本溪市、乌鲁木齐市、北京市、包头市、大连市等进行了水资源承载力研究。本文采用SD方法，旨在通过对深圳市未来水资源承载能力变化趋势的模拟，寻求提高深圳市水资源承载力的最佳方案。

一、深圳市水资源承载力评价模型

1.深圳市水资源承载力评价概念模型

本文根据深圳市水资源、社会、经济、环境特点，将深圳水资源承载力定义为：在可以预见的社会经济技术发展水平下，可利用水资源能够支撑该市社会、经济、生态环境和谐、有序、可持续发展的能力。其基本内涵是要能保证用水安全和生态安全，所以深圳水资源承载力CZL用水量承载力系数和水环境承载力系数综合表示，概念模型如下：

式中，NJZ为水量承载力系数，表示相对于某一经济社会发展水平和水资源开发利用水平，水资源供需的紧张程度。STHJCE为水环境承载力系数，表示相对于某一社会经济发展水平和水环境容量，污染物排放量与水环境容量之间的紧张关系。

式中，SS为实际可供水量，ES为社会经济发展需水量，EE为生态环境需水量。

式中，SHJRL为水环境容量，WRWPFL为污染物排放量。

由式（1）可见，当 CZL大于或等于1时，表明深圳市的水资源能够承载社会、经济与生态环境的发展目标；当CZL小于1时，表明深圳市的水资源已难以承载生态环境、社会和经济的发展目标，需要通过调整产业结构、调整相关政策、加强污染物排放控制、提高水资源开发程度、提高中水回用程度，以期与水资源承载能力相适应，实现经济社会与生态环境的协调发展。

2.深圳市经济子系统动力学模型

（1）深圳市二产子系统动力学模型

深圳市整体呈现轻工业比重不断下降、重工业比重逐年上升的态势，1996年至今深圳的高新技术产业崛起，成为深圳经济增长最快的部门。深圳的重工业以电子及通信设备制造业为主，通信设备、计算机及其他电子设备制造业占工业总产值的比重达59.79%，电子信息产业一业独大。针对深圳二产的这些特点，把深圳二产分为工业和建筑业两部分考虑，工业按纺织缝纫木材加工和造纸业、石油化学和建材业、机械电气制造业、电子制造业、其他二产进行分类。由此建立了二产子系统动力学模型，模型图略。

（2）深圳市三产子系统动力学模型

深圳市第三产业发展较快，物流产业群基本形成，商业发展成熟，金融业已成为深圳支柱产业之一。根据深圳第三产业的特点，深圳三产结构可分为交通运输仓储邮政业、批发零售和房地产业、住宿和餐饮业、金融业、其他。由此建立了三产子系统动力学模型，模型图略。

（3）深圳市一产子系统动力学模型

由于深圳市农业用水量所占比重较小，所以本文简化对该子系统的研究。

3.深圳市人口子系统的动力学模型

根据深圳市人口增长迅速，非户籍人口的大量迁入是人口增长的主体等特点，模型中把人口分为户籍人口和暂住人口两类。由于户籍人口的比重较小，相关因素简略考虑，而暂住人口从事第一、二、三产业的比例分别为1.6%、53.5%、27.2%，所以模型中考虑二产和三产发展对暂住人口的影响。动力学模型图略。

4.深圳市水资源生态子系统动力学模型

随着深圳的城市建设，城市生活污水处理率虽然呈现较快的上升趋势，但到2006年仍然只有65.23%，还有很大的建设空间；工业废水排放达标率较高，2006年为95.25%。由于深圳农业用水量很小，随着城市化进程加快，全市已基本普及自来水，因此其废污水主要由城市生活污水 （包括居民生活、三产和建筑业）及工业废水两大部分组成。由此建立了水资源生态环境子系统动力学模型，模型图略。

二、深圳市水资源承载力评价结果

1.深圳市水资源承载力评价方案

（1）情景设计

①产业结构调整，分为产业结构调整方案一和产业结构调整方案二。

深圳产业结构调整主要是调整二产、三产的发展速度。方案一：2020年、2030年二产发展速度分别为6%和5%，三产发展速度分别为7%和5.5%；方案二：2020年、2030年二产发展速度分别为4.5%和3.5%，三产发展速度分别为8.5%和7%。

②针对污水处理状况，分一般污水治理和全部污水通过污水处理厂深度处理两种情况进行分析。

③针对节水情况，分为基本节水方案和深度节水方案两种情况进行分析。

此处是指通过相关政策鼓励各用水户采用节水器具进行节水和相关技术改造等，体现在二产政策ECZC和三产政策SCZC两个指标中，通过这两个指标影响工业万元产值用水量GYWYYSL和三产万元产值用水量SCWYYSL。

④针对人口情况，分基本人口方案和人口控制方案两种情况进行分析。主要是通过人口政策RKZC指标影响暂住人口增长率ZZRKIR。

（2）方案组合

针对情景①②③④进行组合，有16种方案，具体见表1。

2.深圳市水资源承载力评价结果及分析

（1）计算结果

针对16种情况分别进行计算，结果见表2。

（2）结果分析

①调整产业结构措施下各种情形比较分析

单纯调整产业结构后 （方案一）与基本方案比较，水资源承载力2020年提高了3.4%，2030年提高了7.1%；在调整产业结构的前提下，进一步采取节水措施（方案六）其效果较好，因为该措施既节约了用水量，提高了水量承载能力，也减少了废水量的排放，相应地提高了水环境的承载能力,与基本方案相比，水资源承载力2020年提高了22.07%，2030年提高了28.55%；在调整产业结构的前提下，提高污水处理程度（方案五），可以改善水环境承载能力，与基本方案相比，水环境承载能力2020年提高了87.47%，2030年提高了117.63%；在调整产业结构前提下，采取三种措施的三种组合中，既提高节水程度又加强人口控制的情况比较理想（方案十三），与基本方案相比，水资源承载力2020年提高了30.56%，2030年提高了46.29%。

表1 深圳市水资源承载力评价方案表

表2 深圳市水资源承载力评价结果表

②提高污水治理程度措施下各种情形比较分析

所谓调整污水治理程度，是指全部污水经过污水处理厂处理，且达到一级A标准，采取这种措施，主要改善水环境的承载能力。通过计算可知：在原有的措施上，增加提高污水处理程度措施，能大大提高水环境承载能力，平均提高1倍左右。

③提高节水程度措施下各种情形比较分析

通过计算可知，提高节水水平可以大大提高水量承载能力，一般能提高20%左右。

④调整人口控制程度措施下各种情形比较分析

加强人口控制可以大大减少人口总量，使得人口在2020—2030年间增长平缓，如采用全部措施，效果最好。这时，水量承载能力逐渐好转，到2030年可大于1。

[1]王其藩．高级系统动力学[M]．北京：清华大学出版社，1995.

[2]魏斌，张霞．城市水资源合理利用分析与水资源承载力研究——以本溪市为例[J]．城市环境与城市生态，1995（8）.

[3]王建华，江东，顾定法，等.基于SD模型的干旱区域城市水资源承载力预测研究[J].地理学与国土研究，1999（15）.

[4]冯海燕，张昕，李光永，穆乃君，陈瑾．北京市水资源承载力系统动力学模拟[J]．中国农业大学学报，2006（11）.

[5]韩俊丽，段文阁，李百岁．基于SD模型的干旱区城市水资源承载力模拟与预测——以包头市为例[J]．干旱区资源与环境，2005（4）.

[6]徐毅，孙才志．基于系统动力学模型的大连市水资源承载力研究[J]．安全与环境学报，2008（8）.

[7]左东启，戴树声，袁汝华．水资源评价指标体系研究[J]．水科学进展，1996（7）.

[8]何希吾．水资源承载力[M]．北京：中国大百科全书出版社，2000.