北京城市水资源供需系统研究.pdfVIP

第 41卷第 12期 数学的实践与认识 Vo1．41，No．12 2011年 6月 MATHEM ATICSIN PRACTICE AND THE0RY Jun．，2011 _’’I’’’’，，、 ；工工 程程 ii ‘。 。 I t I 。 。 。 。 ‘ · 北京城市水资源供需系统研究 云 逸，邹志红 ，王惠文 (北京航空航天大学 经济管理学院，北京 100191) 摘 要：在研究北京市水资源供需现状的基础上，采用系统动力学方法构建了城市 水资源供需模型．利用系统思考 中学习型组织的信息反馈 回路模式，引入基于可持 续发展系统生存回路的水资源供需平衡指标，采用反映供需关系紧张的水供需一 次、二次平衡作为衡量地区水危机的变量．按照人口增长与人均综合用水定额不同 组合下的城市水需求总量，得到未来北京市水资源供需平衡变化的四种情境，通过 动态模拟，分析不同情况下满足水需求的供应方案．结果显示，北京市现有的水资源 条件与城市发展需水要求还有较大距离，应在挖掘本地水资源的基础上，依靠南水 北调工程等境外调水，解决地区缺水的矛盾． 关键词：水资源；供需平衡；系统动力学；北京市 1 引言 水资源是生态系统赖以生存的自然因素，也是国民经济和社会可持续发展的基本保障． 伴随着我国高速经济发展，地区水质污染却 日趋恶化，水资源的缺乏与浪费也加剧了水环境 问题 1【)．由于人 口的规模持续增长及其向城市地区转移的趋势，水需求的增长将聚焦于快速 扩张的城市，城市化将对地区和全球环境产生巨大影响，城市 自身则面临水污染加剧和水传 播病的巨大挑战 [2-a1．因此对城市水资源环境系统的研究具有十分重要的意义，它可为城市 水管理决策提供可靠的理论依据． 水资源环境问题是复杂 、综合的难题，它涉及一系列社会、经济、环境、管理、规范和认 知等各类因素，以及它们之间存在的动态相互作用．系统动力学 (SystemDynamics，SD)作为 一 种研究系统动态行为的计算机仿真技术，通过建立动态系统的数学建模以及动态系统的相 应分析，从而理解每个系统的动态特性，进而可改进系统的性能 4【】．它能够分析仿真模型中 各种因子之间相互作用和反馈的关系模式，对于预测相互作用的动态结果和分析拥有复杂性 的不同政策的应用行之有效 5【j．目前系统动力学 已被广泛应用于水环境资源评价预测和管 理的各个方面，包括大型复杂水资源系统研究 [6-7】，流域水资源规划与管理 IS]，区域水环境 承载力模型 [9-1o】，区域水安全模拟系统 [11】等． 本文将系统动力学运用于北京城市水资源环境，建立城市水资源供需系统模型，在分析 收稿 日期：2009—03—24 资助项 目：国家 自然科学基金 ；国家环境保护部 (200809074) 通讯作者 130 数 学 的 实 践 与 认 识 41卷 北京水资源开发利用现状的基础上，预测未来水资源的供需形势，研究北京市水资源供需矛 盾，为解决北京水资源问题提供管理思路和决策依据． 2 研究对象 北京地区属暖温带半湿润半干旱季风型大陆气候，冬春少雨雪，夏秋多阴雨．平均多年降 水量为b95毫米，年际、年内降水分布极不均匀 1【2]．城市处于海河流域，从东到西分布有蓟 运河、朝白河、北运河、永定河和大清河 5大水系，其中蓟运河和潮 自河为饮用水和市政用 水服务，永定河和大清河为工业用水服务，北运河用于排放污水 [13]．北京水资源人均占有量 约 300立方米，远低于国际公认的人均 1000立方米下限，属重度缺水地区，水资源短缺已成 为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素 1【4_．长期以来，用水需求已经超过了当地水 资源的承载能力和环境容量，造成地下水严重超采 L15J． 由于水资源短缺和近年来水供需矛盾加剧，北京市水危机问题主要体现在 [16】：1)降水 季节和年际变化大，气候趋于干暖化；2)长期超采地下水导致地下水位下降；3)入境地表水 量和地表水可用量连年衰减；4)水污染加重了水危机；5)人 口膨