长株潭地区2015—2030年水资源趋势分析与预测

邓婕+刘文+于晓华+刘佳琦

一、前言

水是生命之源，在经济和人民生活中地位极为重要。作为一个严重干旱缺水的国家，其人均淡水资源仅是1/4的世界平均水平，其也是最贫乏全球人均水资源国家之一。随着我国经济发展速度快速增长和水资源开发活动的大力开展，水资源的保护压力越来越大，同时，不断出现新的生态环境等各种不利于人类生存发展的问题。

我国对水资源进行了大量的研究，主要是从城市水资源短缺程度与风险评价体系、城市水资源短缺测度与分类、城市水资源配置理论与方法、水资源冲突与协调四个方面进行了研究。在国外，学者们认为在理论和技术方法革新的基础上，通过多维调控水资源与水循环过程，保证水的质量、生态及环境安全，满足自然和谐的发展需求，视线可持续发展，这也是研究水资源的关键因素。

湖南省“长株潭”地区水资源总量虽然相对较丰，然而由于时空分布不均和不尽合理的利用方式，与水资源可持续利用的要求相悖。因此研究长株潭地区的水资源就具有了重大的意义。

二、主要问题

长株潭地区位于湘江流域下游，该区多年平均本地产水量为35.21亿立方米，上游来水量为701.9亿立方米，多年平均水资源总量为737.1亿立方米。湘江岸边污染带仍未得到有效控制，长株潭三个城市都存在饮用水源安全隐患，其水污染情况严重，所以长株潭地区的水资源现状严峻。

城市生活用水也同样存在浪费现象。据长沙市节约用水办公室资料的《湖南水资源浪费污染严重守着江河湖泊缺水喝》中表明显示，仅长沙市一天的自来水浪费量就高达10万吨之多。

通过调查工业用水情况发现，仅仅有<30%的水资源是重复利用的，因此，造成较大体积的耗水量，所以导致长株潭地区工业需水量大。

通过对工业用水进行调查我们发现有色金属的污水排放量虽不是最多，但其污染含量远远高于其他企业，这个是污染的根本。在就是废水中的有害物质悬浮物含量最高，可知企业对于悬浮物的排量大，同时对悬浮物的处理也很少。

三、建模分析

3.1水资源预测模型

需水量主要由生活用水、工业用水、农业用水及其他用水构成，从经济、人口、政治、社会等影响关系下手，居于不同角度下的指标体系，得到如下模型：

3.3模型检验

将仿真值与实际值进行对比，得到总人口模型、GDP模型与总需水模型的误差均在2%以内，模型的AIC值与F值均在范围内，残差值均大于0.01。表3-2、表3-3及表3-4结果如下：

3.4仿真结果及方案

选择2011年为案例，模拟分析长株潭城市经济发展水平、水资源使用情况及群人口情况，以la为模拟步长，直至2030年均为模拟时间。采取拟合历史数据和初始化处理方案进行主要变量的初始值的计算，通过其它规划确定其它部分变量的变化率。根据控制变量的确定原则，提取敏感决策变量17个，结合系统目标变量和模拟过程的变化，扰动分析模型。通过调整组合几种变量，建立四种发展方案，分别是传统发展型、节水型、协调型和发展经济型。

（1）传统发展模式：在现代经济发展的现状中，人口及现状用水的增长情况的正常运行下，分析供需水资源的趋势。观察维持现有发展的各决策变量指标值。

（2）发展经济型模式：为了突出经济发展的重要作用，以传统发展模式为基础，进而促使各产业的增长值及增长率大幅度提高；扩大产业的规模性，进而增加生产所需的用水量。为此，加大水资源的开发力度，促使水利投资率的大幅度提升。随着经济水平的不断发展，日益提高我国的生活水平及质量，因此，略有增长生活用水，同时城乡人定额的生活用水也随之提高。

（3）节水型模式：本方案以提升管理及节水技术水平为宗旨，提倡节水型的生产及生活方式，模拟方案旨在提高节水技术水平和管理水平，提倡节水型生活方式和节水型生产方式，消除供需水资源过程中产生的矛盾。具体表现在下列几方面，①减少平均灌溉亩的用水增长率，②降低城乡定额人均生活用水，③减少定额万元产业增加值用水定額增长率，④降低在模型中的消耗率，⑤提高有效灌溉水的利用率等其它决策变量。

（4）协调型模式：以节水型模式为基础，由于考虑到短缺的水资源及受污染的水环境可能影响经济水平的发展，因此，调整了产业结构及经济发展的速度，在满足生产及生活用水的前提下尽量节水，使生态用水量明显增加同时提升了污水重复利用率及处理率；由于需要大量资金供应污水重复利用及处理的需求，因此，促使水利投资率也有所增加。

通过模拟模型仿真的结果显示，直至2020年，预计长株潭城市总人口数约达到1500×104；直至2030年，总人口>1600×104。

从上述表格看出，在传统模式下，长株潭城市群的水资源及水环境问题日益加重。在发展经济型模式下为了适应经济的快速发展加大了对水资源的需求，因此，其水资源及环境问题严重超过传统发展模式，因此，说明这也不是一种可持续发展的模式。在节水型的模式中，其节水措施虽然可有效改善供需矛盾，但是依然没有改善水污染问题，实施节水措施对缓解供需矛盾非常有效，但依然没有改善水环境污染问题。在协调型模式中，其GDP减少值均显著低于前三种方案，且大幅度提升了城市承载人口的数量，高达1647.9×104人。

四、方法对策

株潭城市节水信息技术不仅仅可以共享节水信息资源，还可科学化地提升节水策略，有利于加强节水管理，通过用水审计、节水经济激励、立法、公众宣传等也可以加强和规范节水管理。

长株潭城区的雨水利用，可以推广城市绿地草坪直接利用滞蓄技术，即对于绿地草坪直接采用雨水进行浇灌，还可以收集道路雨水应用于城市杂用水；将雨水利用与天然洼地和公园的河湖等湿地保护和湿地恢复相结合。培养节约用水、合理用水的习惯，避免浪费用水；避免将生活垃圾以及其他污染物直接投入水源，避免污染物污染水源，建立环保意识。endprint

工业节水可以从以下几个方面入手：系统节水、管理节水、工艺节水、厂际间供调补缺。

改进传统的农业漫灌方式，采用先进的滴灌、喷灌节水技术，不仅可以进行灌溉，节约水量，不会产生深层渗漏，提高了水的利用率，同时，喷灌供水管道占地非常小，因此可提高土地利用率，还可以节省劳力。减少化肥和农药的使用量，防止对水域造成污染。

坚持以人为本，加大水利投入，加强污水处理能力及废水利用，严格控制排污加快第二水源配置计划的落实。“长株潭”地区大部分城市乡镇都是以湘江干流地表水为主要水源，供水渠道单一，若取水段水质污染严重或遇到重大旱情，地区供水将会受到严重威胁。为了做到有备无患，政府应该加快规划跨地区的水资源引用方案；充分利用现代先进技术，如雨洪资源化技术、节水灌溉技术、污水处理利用技术。可再生水也是一种第二水源，加快改进污水处理设备，提高污水净化效率，為提高水资源管理水平提供技术支撑。总结：本文应用系统动力学的原理和方法，以株潭城市群为研究对象，建立水资源供需系统仿真模拟模型，通过对比不同的模型对该城市群的水资源供需情况的影响，得到以下结论：

（1）随着长株潭城市群城镇化与工业化的飞速发展，不断加大对水资源的需求，致使城市的水资源供求问题日益紧张。主要表现为呈逐年上升的需水总量，显著改变了用水结构，显著减少农田灌溉需水量，快速增长工业需水量，第三产业需水量平稳增加，逐渐减少农村生活需水量，小幅度增长城镇生活需水量。

（2）在协调型模式下，整个仿真模拟的运行状态较好，是最有利于长株潭城市群水资源开发的方案。即使2030年总需水量高达105.1×108m3时，长株潭城市群依然能富余5.4×108m3供水量。在模拟期间就可满足社会需求，说明可享受最大的经济及综合效益。

（3）为实现水资源可持续利用和落实“两型社会”建设目标，必须坚持发展经济、开发资源、提升效率、维护环境并重的水资源开发和利用政策，提高区域水资源时空调控和城乡供水保障能力；严格市场准入及限制行业盲目发展，构建节水型产业体系；加快水资源循环利用，根据水资源的承载能力实行以水定产发展模式；同时增强保护污染防治和水生态，保障水质安全；此外，进一步增强节水意识，树立保护水资源就是维持经济发展的观念。

由于水资源供需系统具有一定复杂性，因此，要解决长株潭城市群的水资源供需问题，必须深入剖析对长株潭城市群的社会、资源、经济、环境之间的关系。一方面要把水资源供需系统大范围推广，不仅仅是应用于湘江流域，还应推广至整个长江流域；另一方面，要根据水资源分布和经济社会发展状况，探讨不同区域的缺水的相关问题。但是由于本研究的指标监测时间较短，还应长期监测模拟系统的相关指标及数据，深入研究水价的影响、空间配水及分配生态、生产和生活用水之间的关系。endprint