基于SD模型的深圳市水資源承載力研究

張 斌，陸桂華，胡震云

（l.河海大學水文水資源學院，210098，南京；2.河海大學商學院，210098，南京）

廣東省深圳市地表徑流量主要靠降雨補給，多年平均年徑流量18.3億m3，全市地下水資源總量約5億m3/a，可開采資源量僅為1.92億m3/a，深圳人均占有水資源量極低。隨著經濟社會的發展、人口的膨脹，深圳用水不斷增加，廢污水排放量也逐年增加。據統計，1979年深圳全市生產總值僅為1.96億元，2006年增加到5 813.56億元，增加了2966倍，創造了深圳速度和經濟發展奇跡。與此同時，用水人口由30萬人增至846萬余人，增加了28倍多，用水量由0.5億m3增加到17.3億m3，增加了近35倍，廢污水排放量從0.37億m3增加到12.41億m3，增加了33倍多。未來30年深圳市仍處于經濟高速發展時期，水資源的匱乏和水環境惡化的趨勢將進一步加劇，水資源承載力將成為制約深圳市可持續發展的主要因素，因此，研究水資源承載力，對于深圳市全面、協調和可持續發展具有重要的現實意義。

系統動力學（systemdynamic,SD）是以反饋控制理論為基礎，以計算機仿真技術為手段，研究復雜系統的方法，可較好地把握系統的各種反饋關系。近年，國內已有學者利用SD模型對本溪市、烏魯木齊市、北京市、包頭市、大連市等進行了水資源承載力研究。本文采用SD方法，旨在通過對深圳市未來水資源承載能力變化趨勢的模擬，尋求提高深圳市水資源承載力的最佳方案。

一、深圳市水資源承載力評價模型

1.深圳市水資源承載力評價概念模型

本文根據深圳市水資源、社會、經濟、環境特點，將深圳水資源承載力定義為：在可以預見的社會經濟技術發展水平下，可利用水資源能夠支撐該市社會、經濟、生態環境和諧、有序、可持續發展的能力。其基本內涵是要能保證用水安全和生態安全，所以深圳水資源承載力CZL用水量承載力系數和水環境承載力系數綜合表示，概念模型如下：

式中，NJZ為水量承載力系數，表示相對于某一經濟社會發展水平和水資源開發利用水平，水資源供需的緊張程度。STHJCE為水環境承載力系數，表示相對于某一社會經濟發展水平和水環境容量，污染物排放量與水環境容量之間的緊張關系。

式中，SS為實際可供水量，ES為社會經濟發展需水量，EE為生態環境需水量。

式中，SHJRL為水環境容量，WRWPFL為污染物排放量。

由式（1）可見，當 CZL大于或等于1時，表明深圳市的水資源能夠承載社會、經濟與生態環境的發展目標；當CZL小于1時，表明深圳市的水資源已難以承載生態環境、社會和經濟的發展目標，需要通過調整產業結構、調整相關政策、加強污染物排放控制、提高水資源開發程度、提高中水回用程度，以期與水資源承載能力相適應，實現經濟社會與生態環境的協調發展。

2.深圳市經濟子系統動力學模型

（1）深圳市二產子系統動力學模型

深圳市整體呈現輕工業比重不斷下降、重工業比重逐年上升的態勢，1996年至今深圳的高新技術產業崛起，成為深圳經濟增長最快的部門。深圳的重工業以電子及通信設備制造業為主，通信設備、計算機及其他電子設備制造業占工業總產值的比重達59.79%，電子信息產業一業獨大。針對深圳二產的這些特點，把深圳二產分為工業和建筑業兩部分考慮，工業按紡織縫紉木材加工和造紙業、石油化學和建材業、機械電氣制造業、電子制造業、其他二產進行分類。由此建立了二產子系統動力學模型，模型圖略。

（2）深圳市三產子系統動力學模型

深圳市第三產業發展較快，物流產業群基本形成，商業發展成熟，金融業已成為深圳支柱產業之一。根據深圳第三產業的特點，深圳三產結構可分為交通運輸倉儲郵政業、批發零售和房地產業、住宿和餐飲業、金融業、其他。由此建立了三產子系統動力學模型，模型圖略。

（3）深圳市一產子系統動力學模型

由于深圳市農業用水量所占比重較小，所以本文簡化對該子系統的研究。

3.深圳市人口子系統的動力學模型

根據深圳市人口增長迅速，非戶籍人口的大量遷入是人口增長的主體等特點，模型中把人口分為戶籍人口和暫住人口兩類。由于戶籍人口的比重較小，相關因素簡略考慮，而暫住人口從事第一、二、三產業的比例分別為1.6%、53.5%、27.2%，所以模型中考慮二產和三產發展對暫住人口的影響。動力學模型圖略。

4.深圳市水資源生態子系統動力學模型

隨著深圳的城市建設，城市生活污水處理率雖然呈現較快的上升趨勢，但到2006年仍然只有65.23%，還有很大的建設空間；工業廢水排放達標率較高，2006年為95.25%。由于深圳農業用水量很小，隨著城市化進程加快，全市已基本普及自來水，因此其廢污水主要由城市生活污水 （包括居民生活、三產和建筑業）及工業廢水兩大部分組成。由此建立了水資源生態環境子系統動力學模型，模型圖略。

二、深圳市水資源承載力評價結果

1.深圳市水資源承載力評價方案

（1）情景設計

①產業結構調整，分為產業結構調整方案一和產業結構調整方案二。

深圳產業結構調整主要是調整二產、三產的發展速度。方案一：2020年、2030年二產發展速度分別為6%和5%，三產發展速度分別為7%和5.5%；方案二：2020年、2030年二產發展速度分別為4.5%和3.5%，三產發展速度分別為8.5%和7%。

②針對污水處理狀況，分一般污水治理和全部污水通過污水處理廠深度處理兩種情況進行分析。

③針對節水情況，分為基本節水方案和深度節水方案兩種情況進行分析。

此處是指通過相關政策鼓勵各用水戶采用節水器具進行節水和相關技術改造等，體現在二產政策ECZC和三產政策SCZC兩個指標中，通過這兩個指標影響工業萬元產值用水量GYWYYSL和三產萬元產值用水量SCWYYSL。

④針對人口情況，分基本人口方案和人口控制方案兩種情況進行分析。主要是通過人口政策RKZC指標影響暫住人口增長率ZZRKIR。

（2）方案組合

針對情景①②③④進行組合，有16種方案，具體見表1。

2.深圳市水資源承載力評價結果及分析

（1）計算結果

針對16種情況分別進行計算，結果見表2。

（2）結果分析

①調整產業結構措施下各種情形比較分析

單純調整產業結構后 （方案一）與基本方案比較，水資源承載力2020年提高了3.4%，2030年提高了7.1%；在調整產業結構的前提下，進一步采取節水措施（方案六）其效果較好，因為該措施既節約了用水量，提高了水量承載能力，也減少了廢水量的排放，相應地提高了水環境的承載能力,與基本方案相比，水資源承載力2020年提高了22.07%，2030年提高了28.55%；在調整產業結構的前提下，提高污水處理程度（方案五），可以改善水環境承載能力，與基本方案相比，水環境承載能力2020年提高了87.47%，2030年提高了117.63%；在調整產業結構前提下，采取三種措施的三種組合中，既提高節水程度又加強人口控制的情況比較理想（方案十三），與基本方案相比，水資源承載力2020年提高了30.56%，2030年提高了46.29%。

表1 深圳市水資源承載力評價方案表

表2 深圳市水資源承載力評價結果表

②提高污水治理程度措施下各種情形比較分析

所謂調整污水治理程度，是指全部污水經過污水處理廠處理，且達到一級A標準，采取這種措施，主要改善水環境的承載能力。通過計算可知：在原有的措施上，增加提高污水處理程度措施，能大大提高水環境承載能力，平均提高1倍左右。

③提高節水程度措施下各種情形比較分析

通過計算可知，提高節水水平可以大大提高水量承載能力，一般能提高20%左右。

④調整人口控制程度措施下各種情形比較分析

加強人口控制可以大大減少人口總量，使得人口在2020—2030年間增長平緩，如采用全部措施，效果最好。這時，水量承載能力逐漸好轉，到2030年可大于1。

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