基于SD模型的河南省水資源承載力模擬研究

郭維紅， 黃珺嫦， 張二超

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.河南省土地整治與生態(tài)重建工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002)

水資源是人類社會(huì)的寶貴資源，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要的支撐條件。隨著人口的增加，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源短缺與貧乏的問(wèn)題越來(lái)越突出。近年來(lái)有關(guān)水資源承載力的研究日益增多，但水資源承載力的概念仍沒(méi)有統(tǒng)一的定義，通常用“可持續(xù)利用水量[1]”“水資源生態(tài)限度[2]”“水資源系統(tǒng)的極限[3]”或者“水資源緊缺程度[4]”“水資源的最大支撐能力[5]”等近似的表述，且一般指天然水資源開(kāi)發(fā)利用的極限量[6-7]，其研究方法主要有常規(guī)趨勢(shì)方法[8]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[9-12]、生態(tài)足跡法[13-16]、多目標(biāo)分析決策法[17-18]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法[19-22]等。常規(guī)趨勢(shì)法通常未全面細(xì)致的考慮水資源承載力影響因素之間相互制約與相互作用關(guān)系，因此其結(jié)果往往很難反映現(xiàn)狀；模糊綜合評(píng)價(jià)法往往局限于單因素的表現(xiàn)，不能深刻的反映多因素之間的關(guān)系，且評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立具有一定的主觀性；生態(tài)足跡法具有概念標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)獲取簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但其是基于現(xiàn)狀靜態(tài)數(shù)據(jù)的一種計(jì)算方法，且未設(shè)計(jì)成預(yù)測(cè)模型，所得結(jié)論具有瞬時(shí)性，不能反映未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)；多目標(biāo)分析決策法是一種規(guī)劃方法，多目標(biāo)函數(shù)的建立以及降維求解的技術(shù)方法較難，且一般情況下將目標(biāo)簡(jiǎn)化，所以較難反映系統(tǒng)內(nèi)部的復(fù)雜關(guān)系；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是一門分析研究信息反饋的學(xué)科，具有高階次、非線性、多變量、多反饋等特點(diǎn)，利用此模型可較好地把握系統(tǒng)的各種反饋關(guān)系，且系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型能夠?qū)Σ煌l(fā)展方案進(jìn)行模擬研究，得到最佳的發(fā)展方案及相應(yīng)的承載力狀態(tài)[23-24]。在水資源承載力方面，諸多學(xué)者運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行了研究。楊子江等[22]運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)昆明市水資源承載力進(jìn)行了研究，并提出相應(yīng)的對(duì)策和解決途徑；陳威等[25]運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和密切值法對(duì)武漢市的水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出5種不同的水資源承載力變化方案；何仁偉等[26]在分析貴州省畢節(jié)地區(qū)水資源、生態(tài)環(huán)境以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)反饋關(guān)系的基礎(chǔ)上，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法構(gòu)建水資源承載力模型，綜合分析得出畢節(jié)地區(qū)水資源可持續(xù)利用優(yōu)化方案。此外還有許多學(xué)者對(duì)于中國(guó)其他地區(qū)進(jìn)行了水資源承載力的研究，其中包括渭河流域、黑河流域、黃河中下游地區(qū)、西北地區(qū)、新疆地區(qū)、濱海新區(qū)等。

確保糧食產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)定增產(chǎn)是國(guó)家糧食安全的保障，而糧食產(chǎn)量穩(wěn)定增加的前提是水資源供需平衡性，河南省是國(guó)家糧食主產(chǎn)區(qū)的典型地域代表，水資源時(shí)空分布不均、地下水位下降等問(wèn)題明顯，因此模擬和預(yù)測(cè)河南省水資源承載力狀況，對(duì)于評(píng)估不同發(fā)展模式下水資源供需平衡狀況，保障國(guó)家糧食安全十分重要。

1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

河南省位于華北平原南部的黃河中下游地區(qū)，屬北亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡的大陸性季風(fēng)氣候，四季分明、雨熱同期，地跨長(zhǎng)江、淮河、黃河、海河4大流域，全省多年平均水資源總量403.5億m3、居全國(guó)第19位；人均水資源占有量約383 m3，相當(dāng)于全國(guó)平均水平的五分之一。但省內(nèi)水資源情況復(fù)雜，時(shí)空分布不均，呈現(xiàn)南多北少的趨勢(shì)。近年來(lái)，河南省人口總量不斷增加，非農(nóng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，占據(jù)農(nóng)業(yè)用水量，但河南省是糧食大省，糧食種植面積與糧食總產(chǎn)量居全國(guó)前列。因此，如何協(xié)調(diào)利用有限的水資源，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。

本研究建立的河南省水資源承載力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中所涉及的數(shù)據(jù)主要來(lái)自《2011—2019年河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》《2010—2018年河南省水資源公報(bào)》《2011—2019年中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》等；部分指標(biāo)的選取參考《2016—2030年河南省人口發(fā)展規(guī)劃》《河南省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》《2016—2030年河南省水資源綜合利用規(guī)劃》《河南省工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》《河南省農(nóng)業(yè)用水定額》等。

2 河南省水資源承載力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)邊界和模型基準(zhǔn)年的確定

基于承載力邊界以及行政邊界的完整性，本研究定義水資源承載力模型的系統(tǒng)邊界為河南省。系統(tǒng)的模擬時(shí)間邊界為2010—2030年，2010—2018年為歷史檢驗(yàn)時(shí)間段，2019—2030為模擬預(yù)測(cè)時(shí)間段，模擬步長(zhǎng)為1 a。模型基準(zhǔn)年為2018年，模型的各項(xiàng)初始值采用基準(zhǔn)年的各項(xiàng)指標(biāo)值，借此來(lái)預(yù)測(cè)2019—2030年的各種指標(biāo)值，從而反映河南水資源承載力狀況。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

河南省作為糧食主產(chǎn)區(qū)典型地域，水資源數(shù)量、水資源質(zhì)量等均會(huì)嚴(yán)重影響糧食產(chǎn)量與質(zhì)量，本研究以河南省自然資源稟賦為基礎(chǔ)，并參考相關(guān)文獻(xiàn)[22,26]，綜合考慮水資源供給與水資源需求相關(guān)因素，選取以下指標(biāo)來(lái)構(gòu)建水資源承載力系統(tǒng)，將水資源承載力系統(tǒng)分為4個(gè)子系統(tǒng)，即人口子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、水資源子系統(tǒng)和水污染子系統(tǒng)。各系統(tǒng)相關(guān)指標(biāo)選取如表1。

表1 水資源承載力系統(tǒng)指標(biāo)體系構(gòu)建Table 1 Construction of index system for water resources carrying capacity system

(1)人口子系統(tǒng)?？?cè)丝凇⒊鞘屑班l(xiāng)村人口是該系統(tǒng)的主要變量。人口數(shù)量的多少直接決定了生活用水量，因此通過(guò)人口變化來(lái)反映水資源變化狀況，進(jìn)而突出影響水資源的社會(huì)因素的作用，通過(guò)農(nóng)村以及城市人均用水量的變化來(lái)直接反映農(nóng)村與城市生活用水量，形成生活用水量這一關(guān)鍵變化量。

(2)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)。三大產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值以及其用水量是該系統(tǒng)主要變量。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化必然影響水資源需求的變化，故選取工業(yè)產(chǎn)業(yè)增加值、第三產(chǎn)業(yè)增加值以及農(nóng)田灌溉面積指標(biāo)來(lái)計(jì)算三大產(chǎn)業(yè)用水量，進(jìn)而確定生產(chǎn)用水量。本研究中第一產(chǎn)業(yè)用水量主要是指農(nóng)業(yè)用水總量，即通過(guò)農(nóng)田灌溉用水量與農(nóng)田灌溉用水比例求得。

(3)水資源子系統(tǒng)。主要是指水資源供水總量即水資源可利用量，主要包括地下水源供水量、地表水源供水量以及再生水量。供需差指標(biāo)是指水資源供水總量與用水總量之間的差額，供需差為正值，說(shuō)明水資源供給大于水資源需求，水量供給充足；供需差為負(fù)值說(shuō)明水資源供不應(yīng)求，水源短缺問(wèn)題存在。

(4)水污染子系統(tǒng)。水污染主要是指工業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的工業(yè)污水的排放以及生活污水的排放以及污水處理量等主要變量。工業(yè)污水以及生活污水排放系數(shù)的變化會(huì)影響污水排放量的變化。

2.3 模型構(gòu)建

2.3.1 系統(tǒng)流圖繪制 通過(guò)分析各系統(tǒng)各要素之間的正負(fù)反饋關(guān)系，以因果關(guān)系為依據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模軟件Vensim PLE構(gòu)建人口-經(jīng)濟(jì)-水資源-水污染系統(tǒng)流圖(圖1)。主要選取總?cè)丝跀?shù)量、工業(yè)增加值、農(nóng)田灌溉面積以及第三產(chǎn)業(yè)增加值作為水平變量，其他為輔助變量。

2.3.2 系統(tǒng)主要方程的設(shè)定 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型主要是由水平變量、速率變量、表函數(shù)以及常量變量組成，本研究中模型設(shè)計(jì)的變量較多，其主要方程如下。

(1)農(nóng)村人口數(shù)量=總?cè)丝跀?shù)量-城市人口數(shù)量

(2)城市人口數(shù)量=總?cè)丝跀?shù)量×城鎮(zhèn)化率

(3)農(nóng)村生活用水量=農(nóng)村人口數(shù)量×農(nóng)村人均生活用水量

(4)城市生活用水量=城市人口數(shù)量×城市人均生活用水量

(5)生活用水總量=農(nóng)村生活用水量+城市生活用水量

(6)生活污水排放量=生活用水總量×生活污水排放系數(shù)

(7)工業(yè)污水排放量=工業(yè)用水總量×工業(yè)污水排放系數(shù)

圖1 水資源承載力系統(tǒng)流程圖

(8)污水排放總量=生活污水排放量+工業(yè)污水排放量

(9)農(nóng)田灌溉用水量=農(nóng)田灌溉面積×單位面積農(nóng)田灌溉用水量

(10)農(nóng)業(yè)用水總量=農(nóng)田灌溉用水量/農(nóng)田灌溉用水比例

(11)工業(yè)用水量=工業(yè)產(chǎn)業(yè)增加值×萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量

(12)生產(chǎn)用水總量=農(nóng)業(yè)用水總量+工業(yè)用水量+第三產(chǎn)業(yè)用水量

(13)水資源供水總量=地表水源供水量+地下水源供水量+再生水量

(14)供需差=水資源供水總量-總用水量

上述方程式中，總?cè)丝跀?shù)量、農(nóng)村人口數(shù)量以及城市人口數(shù)量的單位都是萬(wàn)人，農(nóng)村以及城市人均用水量的單位是L·d-1，生活用水總量、農(nóng)村以及城市生活用水量、農(nóng)田灌溉用水量、農(nóng)業(yè)用水總量、工業(yè)用水量、生產(chǎn)用水總量、水資源供水總量以及地下和地表水源供水量、供需差的單位是108m3，農(nóng)田灌溉面積的單位是khm2，單位面積農(nóng)田灌溉用水量的單位是m3·hm-2。

3 河南省水資源承載力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型分析

3.1 模型有效性檢驗(yàn)

本研究將2010—2018年作為模型有效性檢驗(yàn)時(shí)間段，將模擬值與實(shí)際值進(jìn)行比較，認(rèn)為誤差在10%以內(nèi)模型是有效的[25-26]，故可以用來(lái)預(yù)測(cè)2019—2030年河南省的水資源承載力狀況。本研究主要選取以下幾個(gè)變量檢驗(yàn)誤差，其誤差檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和表3。由表2和表3可以看出，除2014年的農(nóng)業(yè)用水總量模擬值與實(shí)際值差別較大，其他指標(biāo)的模擬值與實(shí)際值之間的誤差都在10%以內(nèi)，這表明模型的可信度較高，能夠用于進(jìn)一步的模擬與預(yù)測(cè)分析。

3.2 模型預(yù)測(cè)分析

在模型檢驗(yàn)有效性的基礎(chǔ)上，本研究以2018年為模型預(yù)測(cè)基準(zhǔn)年，預(yù)測(cè)時(shí)間段為2019—2030年，通過(guò)所構(gòu)建的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型運(yùn)行，得到2019—2030年河南省水資源承載力系統(tǒng)主要指標(biāo)(總?cè)丝跀?shù)量、農(nóng)業(yè)用水總量、工業(yè)用水總量、生活用水總量、供需差以及污水排放總量)的變化趨勢(shì)，詳見(jiàn)圖2。

表2 2010—2018年河南省水資源承載力系統(tǒng)主要指標(biāo)檢驗(yàn)Table 2 Main index test of water resources carrying capacity system in Henan Province from 2010 to 2018

表3 2010—2018年河南省水資源承載力系統(tǒng)主要指標(biāo)檢驗(yàn)Table 3 Main index test of water resources carrying capacity system in Henan Province from 2010 to 2018

由圖2各評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化趨勢(shì)可知，2019—2030年期間，農(nóng)業(yè)用水總量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，主要是河南省作為農(nóng)業(yè)大省，維持穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要大量的水資源供給，而現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展較為緩慢，其減少農(nóng)業(yè)用水的力度有限；工業(yè)用水總量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，主要是河南省位于中國(guó)中部區(qū)域，發(fā)展優(yōu)勢(shì)明顯，工業(yè)的發(fā)展較為明顯，進(jìn)而帶來(lái)工業(yè)用水總量的增加；生活用水量呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，主要是受人口因素的影響，人口的變化，帶來(lái)生活用水量的改變；供需差指標(biāo)短期內(nèi)為正值，說(shuō)明河南省的水資源供給基本滿足水資源的需求量，但其下降趨勢(shì)明顯，并逐漸變?yōu)樨?fù)值，水資源短缺問(wèn)題依然存在；污水排放總量也處于快速增長(zhǎng)狀態(tài)，水污染治理的壓力較大，隨著生產(chǎn)生活以及社會(huì)的不斷發(fā)展，水資源壓力不斷上升，而此時(shí)如何提高水資源的利用率，在有限的供水情況下，實(shí)現(xiàn)水資源利用效益的最大化，是政府制定水資源利用政策的主要依據(jù)。

4 河南省水資源承載力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型情景模擬分析

4.1 決策參數(shù)與情景設(shè)定

本研究參考相關(guān)文獻(xiàn)[27-29]，結(jié)合河南省水資源利用現(xiàn)狀以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，選取人口增長(zhǎng)率、城鎮(zhèn)化率、工業(yè)增加值增長(zhǎng)率、萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量、單位面積農(nóng)田灌溉用水量、農(nóng)村人均生活用水量、城市人均生活用水量、污水處理率、再生水利用系數(shù)作為決策參數(shù)，設(shè)定現(xiàn)狀型、節(jié)約型、發(fā)展型、綜合型4種情景來(lái)模擬預(yù)測(cè)2019—2030年河南省的水資源承載力狀況。在情景模式設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)調(diào)整決策參數(shù)輸入值來(lái)模擬不同的發(fā)展模式，參數(shù)值的調(diào)整主要依據(jù)《2016—2030年河南省人口發(fā)展規(guī)劃》《河南省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》《2016—2030年河南省水資源綜合利用規(guī)劃》《2010—2018年河南省水資源公報(bào)》《河南省工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》《河南省農(nóng)業(yè)用水定額》等。

圖2 2019—2030年河南省水資源承載力系統(tǒng)主要指標(biāo)變化趨勢(shì)圖Fig.2 Variation trend chart of main indexes of water resource carrying capacity system in Henan Province from 2019 to 2030

現(xiàn)狀型是指保持現(xiàn)有的發(fā)展情況不變，所有參數(shù)的初始值以2018年的參數(shù)值為基礎(chǔ)，進(jìn)行2019—2030年的水資源承載力模擬預(yù)測(cè)；節(jié)約型是指在現(xiàn)狀型的基礎(chǔ)上，從農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、污水處理和再生水的利用等方面考慮，注重水資源的保護(hù)，以較少的投入獲得較高的產(chǎn)出；發(fā)展型主要是在現(xiàn)狀型基礎(chǔ)上，單純追求社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在符合河南省“十三五”經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)前提下，經(jīng)濟(jì)保持快速發(fā)展?fàn)顟B(tài)；綜合型情境下，強(qiáng)調(diào)綜合協(xié)調(diào)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度保持中高速發(fā)展，但同時(shí)注重水資源利用效率的提高以及污水回用量的增加，以此達(dá)到節(jié)水的效果。各情景模式下主要變量的參數(shù)值如表4。

4.2 情景分析

通過(guò)決策參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整，得到在4種情景模式下河南省2019—2030年的總?cè)丝跀?shù)量、農(nóng)業(yè)用水總量、工業(yè)用水總量、生活用水總量、供需差以及污水排放總量的變化趨勢(shì)圖(圖3)。從圖3可以看到，在4種情境下，總?cè)丝跀?shù)量呈上升趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及生活用水總量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，污水排放總量不斷增加，供需差不斷擴(kuò)大。從供需差指標(biāo)來(lái)看，節(jié)約型情景下供需差最小，且大于0，表明水資源供給能夠滿足需求，但限制了經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度；綜合型情景下，供需差高于節(jié)約型情景，但其保證了社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展，確保了經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長(zhǎng)，與發(fā)展型和現(xiàn)狀型模式相比水資源供給壓力較小。

4.2.1 現(xiàn)狀型 假設(shè)到2030年河南省發(fā)展政策依然維持現(xiàn)狀，各主要變量基本維持不變。到2030年，河南省總?cè)丝趯⒃黾拥?1 647.8萬(wàn)人，工業(yè)增加值達(dá)到28 711.2億元，工業(yè)用水量達(dá)到98.97億m3，農(nóng)業(yè)用水量達(dá)到161.41億m3，供需差到2030年為-32.60億m3，水資源短缺問(wèn)題依然嚴(yán)峻；污水排放總量達(dá)到87億m3，水環(huán)境狀況壓力較大，在此情景下，河南省工業(yè)用水量增加較快，主要是為了保證工業(yè)生產(chǎn)，短時(shí)間之內(nèi)，水資源的供給以及污染壓力較小，但從長(zhǎng)期看，水資源的短缺以及污水排放量的增加將會(huì)嚴(yán)重制約河南省社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

表4 各情景模式主要參數(shù)設(shè)置Table 4 Main parameter settings of each scene mode

4.2.2 節(jié)約型 假設(shè)河南省發(fā)展政策從節(jié)約資源的角度出發(fā)，注重資源的節(jié)約與保護(hù)，降低水資源的消耗能力以此增加水資源的供給能力，在此情景下，以現(xiàn)狀型參數(shù)值為基礎(chǔ)，設(shè)定人口增長(zhǎng)率為5‰，城鎮(zhèn)化率與工業(yè)增加值增長(zhǎng)率降低30%?，F(xiàn)狀型情景下河南省的單位面積農(nóng)田灌溉用水量、萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量、農(nóng)村人均生活用水量等較大，有下降的空間，而污水處理率和再生水利用系數(shù)等有一定的上升空間，故在適當(dāng)降低經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的狀況下，調(diào)整單位面積農(nóng)田灌溉用水量、萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量、農(nóng)村人均用水量以及城市人均用水量降低10%，污水處理率和再生水利用系數(shù)參考《河南省水資源綜合利用規(guī)劃》目標(biāo)值，設(shè)定為95%和20%。到2030年，總需水量增加趨勢(shì)較緩，水資源供需差呈下降趨勢(shì)，其為5.933 6億m3，說(shuō)明水資源供給量能夠滿足水資源的總需求量，短期內(nèi)能夠改善水資源短缺問(wèn)題。

4.2.3 發(fā)展型 根據(jù)河南省“十三五”規(guī)劃目標(biāo)，河南省要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)中高速發(fā)展，充分發(fā)揮國(guó)家中心城市與新一線城市帶動(dòng)作用。假定其他參數(shù)值與現(xiàn)狀型發(fā)展模式相同的前提下，調(diào)整工業(yè)產(chǎn)業(yè)增加值增長(zhǎng)率為9.5%，城鎮(zhèn)化率為65%。到2030年，河南省的工業(yè)產(chǎn)業(yè)增加值35 893.6億元，第三產(chǎn)業(yè)增加值達(dá)到31 726.1億元，這雖然確保了經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，但是污水排放總量快速增長(zhǎng)，各類產(chǎn)業(yè)用水量急劇增加，供需差達(dá)到60.68億m3，這極大地加劇了水資源供需矛盾，生態(tài)環(huán)境壓力加大，急劇的缺水也會(huì)限制社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，影響社會(huì)穩(wěn)定。

4.2.4 綜合型 結(jié)合以上3種模式分析，在保障河南省經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展的基礎(chǔ)上，提高水資源利用率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展與水資源利用率提高共存，設(shè)計(jì)綜合型的情景方案。到2030年工業(yè)產(chǎn)業(yè)增加值為35 893.6億元，第三產(chǎn)業(yè)增加值達(dá)到31 726.1億元，經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)有序發(fā)展，供需差27.92億m3，雖然依然存在缺水問(wèn)題，但與其他3種模式相比，此種模式下，水資源供需差增長(zhǎng)趨勢(shì)最低， 表明水資源供需矛盾最小，在保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，有力地減緩了水資源的供需矛盾。

5 結(jié)論與討論

本研究依據(jù)對(duì)水資源承載有影響的人口、經(jīng)濟(jì)、水資源、水污染等方面選取指標(biāo)，基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，構(gòu)建河南省水資源承載力模型，采用2010—2018年的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，之后模擬預(yù)測(cè)了2019—2030年河南省水資源承載力在現(xiàn)狀型、發(fā)展型、節(jié)約型、綜合型4種情景下的發(fā)展趨勢(shì)，其結(jié)果表明見(jiàn)圖3。

圖3 4種情景下主要指標(biāo)仿真

(1)從4種方案的模擬結(jié)果上看，在4種情景下，總?cè)丝跀?shù)量、農(nóng)業(yè)用水總量、工業(yè)用水總量、生活用水總量以及污水排放總量都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，水資源供需差不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)狀型情景下，短期內(nèi)水資源供給能實(shí)現(xiàn)基本平衡，但長(zhǎng)期看水資源供需矛盾愈加突出；發(fā)展型情景下，保證了經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，但水資源供給失衡嚴(yán)重；節(jié)約型情景下，水資源供需差最小，表明水資源供給壓力最小，但同時(shí)其限制了經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，相比之下，綜合型情景最優(yōu)，其變化趨勢(shì)顯示，在保證經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的同時(shí)，通過(guò)提高生產(chǎn)生活用水集約利用效率、加強(qiáng)污水處理能力，促進(jìn)污水再生利用等措施可以在長(zhǎng)期內(nèi)保障水資源供給平衡。

(2)河南省水資源可利用量有限，存在水資源短缺問(wèn)題，水資源供需矛盾日益突出；作為糧食主產(chǎn)區(qū)典型地域，在今后的發(fā)展中要更加重視水資源利用效率的提高，通過(guò)減少水資源的消耗，治理水污染，注重保護(hù)南水北調(diào)、三門峽、小浪底等重點(diǎn)水資源，提高集水工程與農(nóng)田蓄水保水能力等有效途徑破解水資源供需矛盾，為國(guó)家糧食安全、地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)步增長(zhǎng)提供保障。

依據(jù)本研究的發(fā)展情景設(shè)定，即使是在綜合型情景下，河南省仍然存在一定的水資源供需差，所以本研究以無(wú)水資源供需差為限定條件，反推水資源承載力系統(tǒng)中各指標(biāo)的變化情況，得出在綜合型情景的基礎(chǔ)上，提高再生水利用系數(shù)為40%，污水處理率為97%，降低萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量為26 m3，單位面積農(nóng)田灌溉用水量為2 175 m3，即可實(shí)現(xiàn)水資源供給充足，達(dá)到水資源無(wú)供需差狀態(tài)。因此，在水資源利用與管理上，注重提高水資源利用效率，降低水資源消耗量，才能達(dá)到水資源供給平衡。