基于供需構造的北京水循環動態失衡及修復機理

曹和平，顧興國，郭來喜（.北京大學經濟學院，北京 0087；.中國科學院地理科學與資源研究所，北京000）

基于供需構造的北京水循環動態失衡及修復機理

曹和平1*，顧興國1，郭來喜2（1.北京大學經濟學院，北京 100871；2.中國科學院地理科學與資源研究所，北京100101）

水資源短缺嚴重制約著北京21世紀世界城市宏偉目標的實現.在引入基于自然與人然良性互動基礎上的成水構造、蓄水構造與用水構造等跨學科概念之后，提出區域水生態“供需構造鏈條說”.進一步，本研究對半個世紀來北京水循環數據分析發現，水資源總量隨降水量而變化，相對多年平均量均減，北京水資源生態系統呈弱化態勢；2001～2012年用水總量超過水資源總量，水生態系統失衡.循上述發現，對北京區域水生態系統供需數據進行回歸分析、揭示北京氣候變化與人然活動水文關聯效應，指出水循環動態失衡機理的行為貢獻因子.最后，基于用水增長有行為上改進空間的思想，提出北京水循環動態失衡在短期運用行為矯正機制，采用總量管理和水市場調節合理用水，長期上運用水環境動態均衡修復原理，啟動北京和周邊地區的地下水位復升工程的政策建議.

都會化；人然水循環；供需構造；水位復升工程

北京建成21世紀世界城市的限制性條件中，水生態環境短缺最具挑戰性.第一，水資源總量短缺是剛性瓶頸，伴隨收入的增加，人均生活用水有絕對增加趨勢.這一點與大氣污染有差別，隨著能源基礎設施集中建設階段完成，霧霾有絕對下降的局勢；第二，工程調水和淡化海水有舒緩供給不足的作用，但無法涵蓋水生態所需要的各個方面，稍有不慎，可能會反向改變水生態環境.第三，水生態系統可持續是世界城市資質的門檻性條件，其存在若失卻，北京很難居于21世紀世界城市第一方陣之中.三個方面疊加起來，促成“基于供需構造的北京水循環動態失衡及其修復機理”的研究.其理論考量在于，長期以來決策界為調水和淡化水的工程解決思路分配了較多權重；對水權、水價等行為解決思路放置較少權重.工程思路僅是經濟學意義上的供給變量解決思路，而行為解決是需求解決思路.顯然，將二者集合起來，在供需構造上統籌解決水動態失衡問題，亦即在水生態文明意義上尋求一攬子解決水生態環境良性永續的頂層設計方案，尚不多見.

基于供需構造意義上的綜合探索北京水循環動態失衡機理需要跨學科知識的整合.本文擬從定義幾個必要的跨學科概念入手，概括半個世紀以來北京供需意義上的水循環均衡特征，進而討論北京水循環供需動態失衡機理及其行為因子，最后提出北京水循環動態失衡修復的對策性建議.

1 幾個必要的跨學科概念的定義

1.1 自然和人然概念的區分及其方法上的便利之處

自然是指獨立于人的群類活動之外的環境類實體及其動態過程的總和.當人類的群體活動以超大規模工程參與到自然過程的時候，原始條件下的自然過程就內置了人類活動因素.并且，其不再是一個可以忽略的微量，而是一個內生的變量.例如都會區的給排水道網不是動植物生態水的自循環過程，而是城市超大人群集聚區的生產和生活用水加入條件下的水循環過程.

基于此，把與自然相對的，給定時刻的人的群類活動內置的規律及其過程總和稱為人然.其是人類的，但是客觀的；獨立于個體人的，但又不是自然的.稱為人然還由于其更為重要特質:相對于自然而言，人類高密度集聚.超大規模活動的參與下，自然過程開始變得脆弱，人然過程居于主導，常常對自然過程造成傷害.建國后，我國失去了大大小小數百條河流和小溪，就是人然過程在給定范圍內影響力變得顯著并在某些區域起決定作用的結果.這些過程在工業革命以前或者在當今的原始森林中是不可想象的.

抽象出人然概念后，可以方便本文對人類參與條件下水生態過程進行“人然-自然”的復合性特征的理解，而且還可以將這種復合過程單獨分離出來，進行歸一化的單元對象理解.這無疑對都會城市水循環過程存在問題的全面理解有幫助.在“人然-自然”水循環視野下，原來的過程加入新的變量，其收斂均衡與動態失衡的理解也會大不相同.

1.2 成水構造、蓄水構造與用水構造概念及其合理意義

在“人然-自然”合一高度上來理解水循環動態過程，原本一些不被賦予重要性的概念可能變得更為重要.這里列出3個相對聯系的概念，它們不僅能夠刻畫水動態循環的工程學機理，也能容納經濟學意義上的市場供求關系原理. 這3個跨學科概念分別是成水構造、蓄水構造和用水構造.

成水構造是指在給定條件下，太陽和關聯熱源照（輻）射海洋和陸地等水富集區塊形成水分子，加入大氣循環形成運動，經過各種冷熱界面凝結成較大水分子團，以水滴匯聚或者落降等形式匯聚為溪流、江河、湖泊和海洋等的過程構造.此概念似與水文氣象學中降水概念一致，但成水構造本身是個結構抽象，符合工程學理解；它又有經濟學含義，成水構造是個水資源的生成過程，具有水供給的含義.降水概念難以與供給變量相聯系.

蓄水構造意為水資源經過成水構造生成后，以云層、落入地表地下等以自然或人然的方式匯聚成一定存量的儲蓄資源的過程構造.例如，大氣中的富水云團、長江水系中的太湖、一定地質構造形成的地下水湖、住宅社區中的水塔等.蓄水構造在水循環過程中發揮資源池和調節功能，其本質是個結構概念，不僅包容云團、河流、湖泊、涌泉等蓄水形式，土壤水、潛水、承壓水和基巖水等也容納其中.經濟學者可以將蓄水構造理解為供需過程的特定庫存變量，類似于經濟學預測中的先行指數，方便決策層了解水動態過程中不同期間的變化趨勢.

用水構造是指“人然-自然”意義上所有消耗和消費水的實體單元的過程總和.其中，自然域下的用水構造是兩然水循環的子消耗過程，比如自然域下的動植物消耗水等.在人然參與條件下，生產和生活用水使得用水構造更為復雜:都會區的給排水工程、社區的家庭用水、零售市場的銷售以及整個城區的污水處理系統等.沿“成水構造-蓄水構造-用水構造”邏輯線考察，可以發現自然的成分在減少，人然的成分在增加，但仍是二者合一的過程

2 都會城市區域水循環邏輯解構

在從鄉村發展成為城市的過程中，區域水循環隨人然活動程度的加深而發生顯著變化，如圖1.在城市化前期，區域內人口規模較小，生活用水較少，生產用水主要是農業灌溉，人然活動帶來的失衡因子對水循環動態均衡沒有造成顛覆性后果，區域水循環以自然特征為主.在城市化后期，區域內人口高度集中，產業集聚發展，建筑面積迅速擴大，蓄水工程大量興建，人然活動用水資源量猛增，局部地區甚至超過當地自然水循環的供給，造成水生態動態失衡.都會城市區是城市化完善時期的高級空間組織形式，其區域水循環具有顯著的人然特征.

圖1 都會城市形成過程中區域水循環變化示意Fig.1 The change of water ecology with metro expansion

2.1 都會區自然與人然水循環互動及均衡示意

依據水文學“二元水循環”理論［1］，可以描述區域水生態系統中自然水循環和人然水循環.

自然界中各種形態的水在太陽輻射、地心引力等作用下，通過蒸發、水汽擴散與輸送、降水凝水、下滲以及徑流等環節而持續不斷的運動過程［2］.其動力主要源于太陽輻射、地心引力等.水的理化性質獨特，具有較大的比熱容和很強的溶解能力，不僅能夠傳輸和儲存大量能量，而且能攜帶和轉移各種營養元素和有害物質，對生命體和自然界會產生不可估量的影響.在自然水循環中，大氣降水后，除一部分蒸發變回水汽外，余者形成地表徑流和地下徑流.在一定區域內，入境水連同降水蒸發形成的地表水、地下水中可以被人類開發利用的部分稱之為水資源，一旦被開發則納入經濟社會.

進入社會的水資源供人類生產、生活使用，然后以廢棄水的形式返回到地表或地下的過程是人然水循環.通過人然水循環獲取、利用水資源，向自然界排放廢棄水，而與自然水循環進行一定數量的水交換.在獲取水資源的途徑中，除了對本區域內地表水和地下水進行開采外，調水、淡化水和虛擬水也常成為區域內人然水循環的來源.

都會城市區以自然水循環為基礎，形成顯著的人然水循環，兩大水循環共同組成都會城市區域水生態系統.根據圖，自然水循環在自然力的作用下運行，人然水循環截取徑流而獲得水資源，利用后向自然水循環排放廢棄水或處理水.從水分流動的過程上看，人然水循環的水流可以看作是自然水循環派生的“支流”，前者依賴后者而存在，二者運動合一.為保證都會城市自然與人然水循環的良性互動，水資源的開發利用要與其更新速度相匹配，否則易造成水生態破壞、供需失衡等問題.

2.2 區域水循環“供需構造成鏈條說”

如圖3，在人然水循環與自然水循環二者合一的大循環中，成水構造、蓄水構造、用水構造受人然活動與自然變化不同程度的影響，具有內在動態過程聯結邏輯的一致性.當人然活動較弱時，“成水構造-蓄水構造-用水構造”三大過程環節聯結成區域水生態鏈條，區域水循環均衡.當人然活動加強時，用水構造在生產消耗和生活消費兩種主要力量作用下不斷加強，成水構造與蓄水構造同時發生引致變化，區域水生態鏈條局部斷裂，造成“人然-自然”意義上的水循環動態失衡.

針對水資源供給與需求間差距，區域管理者一方面在區域內節水與提高水資源利用效率，另一方面可能實施跨區域轉移水來解決失衡.再生水與轉移水環節的加入形成新的補償型區域水生態鏈條，區域水循環暫時恢復均衡.在這條補償型區域水生態鏈條中，局部斷裂被恢復，但成水構造與蓄水構造的引致變化短期內無法修復.

圖2 都會城市自然與人然水循環動態均衡示意Fig.2 A quasi-nature water dynamics in metro area

圖3 “自然-人然”意義上的水循環“供需構造成鏈條”示意Fig.3 The structure chain of the quasi-nature water ecology

2.3 北京水資源供需意義上的描述性統計 北京位于華北平原北部邊緣，靠近渤海，屬于北溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候.其西部為太行山脈，北部和東北部屬燕山山脈，中南部為平原區，地形極像半封閉的海灣，地史上曾受海侵，常被稱作“北京灣”.在自然地理上，北京屬海河流域，其境內包含大清河、永定河、北運河、潮白河與薊運河5大水系，41處湖泊，大、中、小型水庫88 座，地表水網發達.歷史上北京地下水資源豐富，占水資源總量的一半以上，目前共有水源地83處，其中特大型水源地5處，大型水源地7處［3］.

2.3.1 降水量與水資源量供給統計分析 北京多年平均降水量（1956～2000年）為585mm，總降水量98.0億m3，形成水資源37.4億m3［4］.2001～2012年，北京年降水量分布不均，干濕交替，總體上降水略升，如圖4.北京以平原為主，入境水量較少，且上游攔截增多，其年水資源總量的變化趨勢與年降水量相當，如圖5.2001～2012年北京年平均降水量494.5mm，形成年平均水資源總量24.1 億m3，與多年平均相比它們分別減少15.5%和35.6%.降水量與水資源總量作為區域自然水流量的重要衡量標準，其動態變化直接反映北京地區自然水循環的變化情況.

圖4 北京2001～2012年降水量變化與多年平均降水量Fig.4 The annual precipitation in 2001～2012，and the long-term annual average， Beijing數據來自文獻［8］

2.3.2 供水結構與供需失衡分析 從供水結構上看，2001～2012年北京地下水用水量呈下降趨勢，再生水、南水北調引水呈上升趨勢，應急水基本不變.北京近年來的用水水源主要是地表水、地下水、再生水、南水北調和應急水.再生水于2003年開始啟用.應急水源地建于2003年， 2005年啟用，主要取自懷柔、平谷、昌平等地的地下水，因此在計算供水結構時可以歸為地下水用水.南水北調中線工程預計于2014年汛后通水，2008年以來的所謂“南水北調”是從河北省崗南、黃璧莊和王快3座水庫向京輸送的救急水.

2001～2012年北京年用水總量變幅不大，處于35.1～38.9億m3之間，如圖5.計算得北京年平均用水總量為35.4億m3，高出年平均水資源總量達11.3億m3.這表明北京地區人然水循環“支流”較穩定，但超過自然水循環“干流”的供給量，北京處于水供需失衡狀態.

圖5 北京2001～2012年水資源總量、用水總量與多年平均水資源總量Fig.5 The local potential supply， consumption in 2001～2012 and annual average potential supply in 2001～2012， Beijing

從圖6可以看出，地表水和地下水為北京主要用水來源，其中地下水用水量占用水總量68.3%.北京市地下水補給主要來源于大氣降水入滲、山區河谷潛流和地表水體下滲，平原區地下水多年平均補給量約為16.8億m3［5］.由于降水量和地表水水資源的減少，北京2001～2011年地下水用水量一直大于地下水資源量，導致地下水埋深不斷下降，如圖7.2014年1月，北京平原區地下水平均埋深24.5m，與超采前的1998年同期相比，地下水位下降12.83m，地下水儲量減少65億m3.目前北京地下已經形成約1000km2的地下水降落漏斗區［6］，這是水資源供需失衡的具體表現.

圖6 北京2001～2012年供水結構Fig.6 The water supply share of Beijing from 2001 to 2012

圖7 北京2001～2012年地下水資源量與地下水缺水量Fig.7 The groundwater resources and its shortage quantity of Beijing from 2001 to 2012

3 北京水循環供需動態失衡機理及其行為因子分析

由于自然或人為因素，使地理環境發生改變，從而引起水循環要素、過程、水文情勢發生改變，即水文效應［7］.本節基于區域水生態供需構造說，從北京水循環自身出發，研究北京水供需動態失衡的根本機理，闡述氣候變化與人然活動的水文效應，分析北京水循環動態失衡的行為因子.

3.1 都會區用水爆發增長誘發水循環動態失衡機理

在人然活動參與條件下，都會城市水循環不斷發生動態改變，自然與人然兩大水循環之間的供需數量關系隨人然活動作用的增進而此消彼長.圖2與圖8分別反映都會城市自然與人然水循環動態均衡與失衡狀態，對照二者可以得出:水資源在兩種狀態下的流動路線與方向沒有發生改變，改變的是兩大循環中水流量供求的對比關系；在均衡狀態下，人然水循環的水流量需求小于自然水循環的水流量供給，即人然水資源開發利用沒有超過自然水資源更新速度，而在失衡狀態下，反之.從根本上看，區域人然水循環的水流是自然水循環分出的“支流”，都會城市區用水爆發引起“支流”水量需求超越了本地“干流”供給量，而導致其水循環動態失衡.

圖8 都會城市自然與人然水循環動態失衡示意Fig.8 The schematic diagram of natural and human water cycling dynamic unbalance in metropolis city

3.2 人然參與條件下的氣候變化水文效應

成水過程中，水汽形成、轉移和液化降落一方面對大氣的成分比例變化、能量傳輸轉化產生重要影響，另一方面它基本屬于大氣環流活動的一部分，因此也會受到氣候變化的制約.統計意義上的水資源量是由區域內水汽的液化和汽化的對比關系來決定，不受入境水量的影響.受蒸發量數據難以獲取的限制，本文以降水量與平均氣溫（溫度是影響水面、陸面蒸發量大小的重要因素，在其他影響因素不變的前提下，氣溫越高，蒸發量越大）作為衡量區域內水汽液化和汽化的氣候指標，以分析氣候變化對北京地區成水構造的水文效應.

圖9 北京1978～2012年平均氣溫變化趨勢Fig.9 The changing trend of average temperature of Beijing from 1978 to 2012

受溫室效應、城市熱島效應等因素影響，北京1978～2012年年平均氣溫呈明顯上升趨勢（圖9）.根據年平均氣溫的線性趨勢線，可以計算出北京2012年的線性年平均氣溫高于1978年1.64℃，而2012年的實際平均氣溫也比1978年高出1.3℃，升幅達0.038℃/a.平均氣溫的上升必然會對北京地區蒸發量及其他氣候特征產生影響，但由于影響區域蒸發的因素復雜多樣，氣溫與蒸發量關系難以精確衡量.

北京2001～2012年的氣溫較穩定，短期內北京地區的蒸發量對水資源產生的影響可以忽略. 圖4與圖5分別給出了北京2001～2012年降水量與水資源總量的變化.將兩者結合起來進行趨勢分析，可以得到近年北京降水量與水資源總量之間的關系（圖10）.回歸分析結果表明，北京的降水量與水資源總量之間存在良好的相關性，相關系數為0.81，線性方程為y=0.0393x+4.7237（R2值為0.6568）.因此，降水量作為北京地區水資源的主要補給，對水資源總量的影響很大.

圖10 北京2001～2012年降水量與水資源總量之間關系Fig.10 The relation between rainfall and total water resources of Beijing from 2001 to 2012數據來自文獻［8］

3.3 供需構造中的人然活動水文效應

人然活動對北京水循環的影響可以分為直接影響和間接影響，直接影響即人類直接對水資源的質和量進行作用，而間接影響是人類通過對除水資源以外的資源環境發生作用而影響水循環各要素.從作用機理上看，用水構造、蓄水構造受人然活動的直接影響，成水構造受間接影響.

圖11 北京2001～2012年用水結構Fig.11 The water consumption structure of Beijing in 2001～2012

用水構造是基于人然活動形成的獨立過程，北京地區用水構造總體上可以分成“用水”和“補水”兩方面來分析.北京用水總量主要分配在農業、工業、生活和環境四個方面，即用水結構.總的來看，北京2001～2012年用水總量基本穩定，其中工業、農業用水量呈下降趨勢，生活與環境用水量呈上升趨勢，如圖11.（1）農業用水方面.農業用水效率遠低于其他產業，但隨著節水灌溉率的提高和種植結構的不斷調整， 北京農業用水逐年減少.（2）工業用水方面.2001～2012年，北京工業產值在總產值中的占比由25.3%降至18.4%，而工業用水量在用水總量中占比由23.7%降至13.6%，萬元工業增加值用水水平處于全國領先地位.這種變化一方面由于北京工業規模的縮小和工業內部的產業調整，例如電力工業、金屬冶煉等耗水企業的退出；另一方面工業用水發展循環利用，北京工業用水重復利用率已超90%，接近世界先進水平.（3）生活用水方面.北京近年人口的不斷增長和城鎮化水平的提高，形成生活用水剛性需求增加.據新京報，北京人均生活日用水量為210dm3左右，約為德國人的1.73倍，因此生活用水節水還有上升空間.（4）環境用水方面.環境用水主要以河湖補給、園林綠化為主，用以維持和改善生態環境.隨著生活水平的提高，對生活環境的要求必將日益提高.總體來看，北京用水結構逐步趨向合理，用水總量仍有下降空間.

在“補水”方面，北控水務集團預計2019年北京引入渤海的淡化水（日產100萬t）.虛擬水是生產商品和服務所需要的水資源量［9］，但目前還只是作為新研究方向停留在概念層面，只有南水北調工程已經為緩解北京水資源短缺真正做出了貢獻.自2008年以來，利用南水北調京石段工程每年從河北水庫向京已經輸送0.7億～2.88億m3的水.2014年10月南水北調中線工程通水以后，預計每年向北京分配12.4億m3的漢江水.南水北調中線工程未來短期內能夠有效緩解北京人然水循環與自然水循環之間的水缺口壓力，但是大規模跨流域調水會影響舊的水生態平衡狀態，改變至少兩個區域的水循環路徑，可能會引起調水相關區域一系列水環境效應，不利于北京水循環動態均衡的長期發展.

人然活動對蓄水構造的影響主要通過對動態水循環中地表徑流與地下徑流（包括壤中徑流）的載體改造來實施，可以從三個方面來分析:其一，水利工程對地表徑流的影響.北京地區自20世紀50年代初期開始建設新中國的第一座水庫——官廳水庫以來，陸續建成大、中、小型水庫88座，總庫容93.75億m3.水庫具有攔截地表徑流、減少出境水量的作用，能夠為北京地區積聚水資源，從而改變區域水量平衡的對比關系.2012年北京18座大中型水庫年蓄水量為15.06億m3①，占地表水資源的84%.其二，城市化對下墊面的改造.地下水的補給主要來源于降水和地表水的下滲，城市的興建和發展會在一定程度上阻斷下滲過程，不僅會減少地下水供給，還會形成城市雨島效應［10］.北京自1985年以來城市化水平不斷提高，北京建成區面積變化情況如圖12.城市基礎設施和地面建筑的覆蓋會減弱北京城市集水區內的天然調蓄能力，減少下滲，增大地表徑流.其三，城市建設對地下水層水運動的破壞.北京作為我國的特大城市，其空間擴展不僅局限于水平方向，而且垂直方向亦不斷延伸，例如地下商場、地下車庫、地下交通等設施.地鐵作為代表性城市地下軌道交通，深入地下達數十米，必然會對城市地下水層產生干擾和破壞.北京地鐵目前共有17條運營線路，線路長度共465km，是世界上規模最大的城市地鐵系統之一.②公路網加速地表水和淺層地下水運動的改變，惡化了自然水流動.

圖12 北京1985～2011年建成區面積Fig.12 The metro area of Beijing from 1985 to 2011

另外，根據國內外近年來對氣候變化的相關研究，工業化、城市化帶來的溫室效應使全球氣候在近50年快速變暖，引發區域溫濕度、蒸發、降水等氣象因素的變化.人然活動通過氣候變化也對北京地區的成水構造產生間接影響，因此人然活動的水文效應是造成北京水生態系統失衡的主要原因.

3.4 北京水循環動態失衡的行為因子分析

對造成北京水循環動態失衡的人然活動分析，可以總結提煉其主要相關行為因子:

（1）人口數量持續增加.北京人口數量多，且持續增長，城鎮化水平高.1978～2000年，改革開放為人們帶來巨大經濟和社會效益，生產高速發展需要與生活質量提高要求使得北京人均用水量總體上升，配合增長的人口數量因數，產生都會城市生活用水爆發增長.2001～2012年，北京常住人口由1385.1萬人增至2069.3萬人，年平均增長人數達57.0萬人，由于年人均用水量的持續下降，才使得年用水總量維持在35.5億m3左右，而2001～2012年北京平均年水資源總量僅為24.1 億m3.

（2）區域經濟集聚增長.產業集聚能夠產生很好的外部規模經濟和外部范圍經濟.作為中國的首都城市，北京必然成為各種經濟活動的集聚地，成為帶動區域經濟的增長極.按照當年價格計算，北京2001～2012年萬元地區生產總值水耗從104.91m3降為20.07m3，但地區生產總值增長4.82倍，產業結構調整和用水效率的提高才使北京用水總量基本持平.

（3）城市建設規模擴大.生活、生產需要帶動城市建設面積攀升，產生對區域下墊面的重大影響.根據圖12，北京2011年的建成區面積相當于2000年的近3倍大，占市轄區面積的11.7%.高速增長與高比重的建設規模必然在一定程度上阻斷地表與地下水之間聯系，從而引起北京地區蓄水構造甚至是成水構造的重大不可逆變化.

（4）基礎設施建設.水利工程、交通設施、水資源、能源供應管網等是為滿足城市生活、生產需要的公共產品.基礎設施建設不僅為生活、生產提供便利，也會改變原有的地表水系和地下含水層，給北京水環境與水循環構造帶來負面影響.例如2008年引冀水進京時發生“水黃”現象，境外水通過水利工程進入境內可能會產生新的水問題.

4 北京水循環動態均衡修復的對策性建議

北京水循環的動態失衡本質上系自然水循環與人然水循環不相匹配而造成的水資源供不應求，根源在于都會城市區域人然水循環的爆發式增長.為修復北京水循環動態均衡，依據首都水循環失衡機理提出對策性建議.

4.1 完善水資源管理模式，運用市場機制合理配置水資源

以水定人，以水定產，以水定都，推動首都人口和功能疏解.控制人口規模，防止人口進一步無序過快增長，以匹配水資源承載力.實施首都產業瘦身計劃，堅決轉移耗水耗能耗勞耗地產業，發展節水綠色特色經濟，突出首都核心產業功能.

建立健全水權制度，構建水交易的平臺和機制，優化水資源配置.打破國家壟斷水的所有權和使用權、行政手段強行分配的機制，將行政配置和市場化相結合，對水資源增量需求進行合理配置.借鑒國內外水市場發展經驗，在國家水權制度的基礎上成立北京水資源交易所，通過市場長鏈，促進水權合理流轉，健全水量配額、排污權、生態補償交易等配套機制，形成北京經濟用水市場價格，爭取水交易的國際話語權.

通過虛擬水交易可以實現從富水區購買水密集型產品（糧食、肉類等），以獲得虛擬水形式的水資源.北京地區應大力推行虛擬水戰略，加強虛擬水理論的研究力度，實現虛擬水交易的廣泛實施.

4.2 啟動地下水位復升工程，修復與改善蓄水構造

提議市委市政府領導一把手牽頭，動員多學科、多部門協調，科學運用水環境生態修復原理，盡快啟動北京地下水位復升工程并分“三步走”實施建議:

第一步（2015～2018年）:勘察與實驗階段；基于京津冀一體化戰略，率先在北京啟動“用水構造-蓄水構造-成水構造”的系統性勘察修復研究工程.成立市領導掛帥的領導小組，設置3～5個多學科領域的科研實驗分組，建立首席科學家和首席經濟學家負責制；建立3～5個水環境動態修復關聯系統實驗室和試驗區域，爭取在2018年前完成總體勘察實驗任務:拿出基于勘察數據基礎之上，又有實驗室修復模擬和小范圍試驗支持的方案.

第二步（2019～2025年）:北京地區修復階段.北京在京津冀一體化中應該先走一步，在水環境修復工程方面北京擁有該地區最雄厚的科研基礎，一系列院校和關聯環境科研單位能夠很好地支持勘察和實驗所需的人力和設備條件，北京的地理尺度也具備和適宜在小范圍實點試驗的條件.在勘察實驗和用水構造失衡啟動矯正的同時，適時啟動北京地下水位沉降復升工程.復升工程的原理在于:（1）北京筒狀水環境立體空間中，99.99%的用水在總量意義上是循環用水而不是耗散用水.例如人畜飲用1t水資源后，從人畜體中釋放的水也大概是1t，工業清洗冷卻過程也一樣，只有非常少量的用水是化學過程用水，水分子的構成被一次性打破而消失了.（2）北京筒狀立體水空間與周邊大環境的關系在過去1000年間沒有出現災變周期，公元1153年時的完顏亮率人第一次大規模進京后遇到的水環境供給條件，除了遠距離調水部分之外，基本上沒有改變，這是北京地下水位復升的可行性基礎.問題是水的分類保潔工程的管理優良與否、地下密集式豎井取水工程造成地下蓄水構造漏洞的堵漏成功與否，以及將1960年以后大面積排洪和城建設施形成的排水網對自然蓄水構造的“吸納-排放”均衡程度的破壞能夠恢復成功與否.

第三步（2025～2030年）:北京周邊——華北板塊水環境修復階段.北京地區先走一步的同時，勘察研究可與津冀合作，待北京取得試驗成果后，在京津冀——華北板塊展開.當然，京津冀同步走是一個更好的選擇.

北京水環境生態修復童話式展望.在全球范圍，北京水環境生態修復工程是一個時代亟需、規模超大、勘察超難、研究又滯后的中國人面臨的人類未來工程.但是，該工程的啟動又具有劃時代和寓意未來的巨大魅力.摸清超大城市水資源動態過程失衡的機理，找出堵住失衡漏洞的各種途徑和工具；逆向啟動水生態修復型工程，使北京地下水位復升到1965年以前的水平，再現海淀有“海子”，昆玉河有“萬泉”，蓮花池有邊藕， “南海-中海-北海-后海人然水系”與自然水系和諧并存；在更大的華北范圍，恢復“白洋淀萬頃蘆蕩”， “保定到天津可行船”的故北國美景，不僅是北京人，不僅是北國人，不僅是中國人，而且也是世界人的一個童話式夢想.當天宮一號上天時，誰能說嫦娥奔月的童話僅僅是個幻想？當人然生態和自然生態在中國夢的實現過程中于北京試點成功時，誰能說它僅僅是個童話式幻想呢！

［1］Qin Dayong， Lu Chuiyu， Liu Jiahong， et al. Theoretical framework of dualistic nature-social water cycle ［J］. Chinese Science Bulletin， 2014，59（8）:810-820.

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Dynamic disequilibrium and restoration mechanism of Beijing’s water resources in a supply-demand perspective.

CAO He-ping1*， GU Xing-guo1， GUO Lai-xi2（1.School of Economics， Peking University， Beijing 100871， China；2.Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101，China）. China Environmental Science， 2015，35（4）：1271～1280

The shortage of water resources restricts Beijing’s global city position in the 21th Century. With the assistance of the definition of a quasi-nature process of water dynamics by a metro-population body， this paper presents a construct chain consisting of water-genesis structure， water conservation structure and water-consumption structure， which enabling the authors to argue that the dynamic disequilibrium of the chain is caused by the metro-sized urbanization. With the analysis of Beijing’s water supply-demand cycle over half a century， the authors indicate that: The marginal reservation of water resources is roughly equal to variation of the precipitation， and both decrease relative to their long-term levels； the consumption in 2001～2012 was up to a higher level than the annual amount the local could supplied， a dynamic disequilibrium of water ecological system. Through regressions， the authors， then， reveals that there exists a correlation between the climate change and human activities， and points out the behavioral pattern of metro population body is a contribution factor of the disequilibrium. In the end， the authors raises up some advice for reform and projects inversing the disequilibrium.

urbanization；a quasi-nature water ecology；water supply-demand disequilibrium；ecological restoration

X32

A

1000-6923（2015）04-1271-10

曹和平（1957-），男，陜西富平人，教授，博士，主要從事環境與資源經濟、發展金融與資本市場研究.發表論文50余篇.

2014-09-20

北京市中國特色社會主義理論體系研究中心重大項目（ZD2013004）

* 責任作者， 教授， cheping@pku.edu.cn