基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的高原喀斯特山區(qū)水資源承載力評(píng)估及模擬

吳 迪，熊繼東，范國福，安莉娜，龍章發(fā)

（中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州貴陽 550081）

0 引言

水資源與人類的生存發(fā)展密切相關(guān)［1］。中國水資源總量居世界第四，總體較為豐富，但時(shí)空分布不均，總體呈現(xiàn)“南方多水、北方少水”的特點(diǎn)［2］，并且對(duì)于南方區(qū)域貴州、廣西等省份，由于降水分布不均及喀斯特地貌等因素，水資源量雖豐富，但可蓄積利用的水資源量亦不高［3］。中國自改革開放以來，經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展對(duì)水資源的可持續(xù)利用提出了較高要求［4，5］，中央確定“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略并明確西南地區(qū)的開發(fā)要和生態(tài)環(huán)境建設(shè)相協(xié)調(diào)的方針，20 年來西南地區(qū)取得了舉世矚目的成績。2020年《關(guān)于新時(shí)代推進(jìn)西部大開發(fā)形成新格局的指導(dǎo)意見》指出：新時(shí)代繼續(xù)做好西部大開發(fā)工作，堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先，筑牢國家生態(tài)安全屏障。西南地區(qū)地貌為典型的喀斯特地貌，是我國三大生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)之一，水資源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要支撐，人水關(guān)系矛盾突出，水資源可持續(xù)開發(fā)利用形勢相比其他區(qū)域更為嚴(yán)峻。研究高原喀斯特地貌區(qū)域水資源承載力具有重要意義。

關(guān)于水資源承載力的定義，不同學(xué)者有不同的理解，施雅風(fēng)等［7］認(rèn)為水資源承載力是指某一地區(qū)的水資源在某一歷史發(fā)展階段下，以可預(yù)見的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù)，以可持續(xù)發(fā)展為原則和生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展為條件，經(jīng)過合理優(yōu)化配置后對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的最大支撐能力。劉佳俊等［8］水資源承載力是指以可預(yù)見的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù)，以社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和水資源可持續(xù)利用為原則，以水資源得到合理開發(fā)和配置為前提，一定區(qū)域上的水資源可支撐的經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的規(guī)模。以上主要是從整個(gè)區(qū)域水資源的角度定義水資源承載力，反映的是水資源的潛力，但實(shí)際上部分水資源未能被利用，因此本文認(rèn)為應(yīng)從區(qū)域水資源及可供水量兩個(gè)角度評(píng)價(jià)水資源承載力，且重點(diǎn)應(yīng)從可供水量的角度評(píng)價(jià)水資源承載力，定義可供水量承載力為某一地區(qū)在某水平年下的可供水量可支撐區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的最大能力。此外，當(dāng)前水資源承載力評(píng)估的方法眾多，主要以指標(biāo)體系評(píng)價(jià)居多［9-12］，同時(shí)也有部分學(xué)者采用復(fù)雜的系統(tǒng)分析法評(píng)估區(qū)域水資源承載力，馮海燕等［13］采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法［14］對(duì)北京市水資源承載力進(jìn)行模擬，劉夏等［15］利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)塔里木河流域水資源能力進(jìn)行評(píng)估，并分析其隨時(shí)間的變化趨勢；均體現(xiàn)出了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在水資源承載力分析及評(píng)估方面的適用性及穩(wěn)定性。

以具有高原喀斯特地貌特征的山地城市遵義市主城區(qū)為研究對(duì)象，基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建遵義市主城區(qū)水資源承載力模擬模型，模擬分析遵義市主城區(qū)未來水資源承載力及可供水量承載力，為區(qū)域水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為管理者提供決策依據(jù)和指導(dǎo)方向。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

遵義市位于貴州省北部，根據(jù)遵義市城市總體規(guī)劃，遵義市規(guī)劃主城區(qū)為紅花崗區(qū)下轄的14 個(gè)街道和深溪鎮(zhèn)、巷口鎮(zhèn)、新舟鎮(zhèn)、蝦子鎮(zhèn)、喇叭鎮(zhèn)，匯川區(qū)6 個(gè)街道和團(tuán)澤鎮(zhèn)，播州區(qū)5 個(gè)街道和三岔鎮(zhèn)、茍江鎮(zhèn)、三合鎮(zhèn)、龍坪鎮(zhèn)，綏陽縣洋川鎮(zhèn)、風(fēng)華鎮(zhèn)、蒲場鎮(zhèn)、鄭場鎮(zhèn)，共計(jì)25 個(gè)街道14 個(gè)鎮(zhèn)，總面積2 642 km2，是在現(xiàn)主城區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃的，具體包含范圍見圖1，本文以遵義市規(guī)劃主城區(qū)為研究區(qū)，分析研究未來遵義市主城區(qū)水資源承載力。

圖1 遵義市主城區(qū)范圍圖Fig.1 The main urban area of Zunyi City

遵義市主城區(qū)處于云貴高原向湖南丘陵和四川盆地過渡的斜坡地帶，在云貴高原的東北部，地形起伏大，地貌類型復(fù)雜，根據(jù)成因主要三大類：溶蝕地貌區(qū)、溶蝕構(gòu)造地貌區(qū)和侵蝕地貌區(qū)，是典型的喀斯特地貌。遵義市主城區(qū)的河流屬于長江流域，以大婁山山脈為分水嶺，把全市河流分為烏江、赤水河和綦江三大水系，多年平均地表水資源量為14.74 億m3。

遵義市主城區(qū)現(xiàn)狀供水工程主要為水庫工程及引提水工程，其中水庫工程年供水量為13 405萬m3，包括海龍水庫、水泊渡水庫、北關(guān)水庫、東風(fēng)水庫等，引提水工程年供水量為16 796萬m3。但隨著遵義市節(jié)水型城市建設(shè)，引提水等水源工程將逐漸關(guān)停。

1.2 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的水資源承載力評(píng)估模型

1.2.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法簡介

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics）是一門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學(xué)科，1956年由麻省理工學(xué)院J.W.Forrester教授提出，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是系統(tǒng)科學(xué)和管理科學(xué)的分支，是一門認(rèn)識(shí)和解決系統(tǒng)問題的交叉性、綜合性的學(xué)科，也是一門溝通自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域的橫向?qū)W科［14］。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基于系統(tǒng)論，汲取了控制論、控制理論與信息論的精髓，首先將由各類不同但又相互作用的元素組成的具有某種功能的集合體定義為系統(tǒng)，認(rèn)為系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和反饋機(jī)制決定了系統(tǒng)的行為模式與特性，也就是指隨著時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化系統(tǒng)呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)特性，系統(tǒng)內(nèi)部各類元素的因果關(guān)系和正負(fù)反饋會(huì)改變整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行軌跡，因此系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)適合于分析解決社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、生物和水資源等一類非線性復(fù)雜大系統(tǒng)的問題。在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理中，系統(tǒng)行為的性質(zhì)主要取決于系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在一定條件下，外部環(huán)境的改變會(huì)影響內(nèi)部元素從而改變系統(tǒng)的運(yùn)行，這與水資源承載力的特性是契合的。

1.2.2 模型設(shè)計(jì)

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)需要借助計(jì)算機(jī)語言或相關(guān)軟件來構(gòu)建系統(tǒng)模型，目前Vensim DSS Development Tool 是國內(nèi)外得到廣泛使用的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件之一，本文基于Vensim 軟件對(duì)水資源承載力評(píng)估模型（WRCC-SEM）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展是水資源系統(tǒng)中主要的用水戶，是造成水資源壓力的主要驅(qū)動(dòng)因子，而區(qū)域水資源及可供水量是水資源系統(tǒng)中的支持力，結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力模型原理，將WRCC-SEM 模型分4 個(gè)子模塊：經(jīng)濟(jì)社會(huì)模塊、水資源壓力模塊、水資源支持力模塊、水資源承壓分析及承載力計(jì)算模塊。子模塊之間通過經(jīng)濟(jì)社會(huì)驅(qū)動(dòng)力-水資源壓力響應(yīng)關(guān)系和水資源壓力-支持力承壓關(guān)系進(jìn)行連接反饋，經(jīng)濟(jì)社會(huì)模塊模擬區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)驅(qū)動(dòng)力因子；水資源壓力模塊通過驅(qū)動(dòng)力-壓力響應(yīng)關(guān)系模擬計(jì)算區(qū)域水資源壓力因子，即水源端用水總量；水資源支持力模塊計(jì)算水資源支持力因子，主要為區(qū)域地表水資源可利用量及可供水量；水資源承壓分析及承載力計(jì)算模塊主要根據(jù)水資源壓力因子及水資源支持力因子分析承壓關(guān)系，并且計(jì)算相應(yīng)條件下的可供水量承載力。

（1）經(jīng)濟(jì)社會(huì)模塊。該模塊需模擬區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)驅(qū)動(dòng)力因子，即對(duì)區(qū)域人口變化趨勢進(jìn)行預(yù)測，核心指標(biāo)是人口數(shù)量；并根據(jù)現(xiàn)狀年經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢和相關(guān)規(guī)劃對(duì)未來的城市發(fā)展水平進(jìn)行預(yù)測，其核心指標(biāo)是國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP），除此之外，經(jīng)濟(jì)社會(huì)驅(qū)動(dòng)力因子還包括農(nóng)村牲畜、城市道路面積及綠地面積等。

人口變化受區(qū)域的發(fā)展水平、歷史因素、文化因素、人口政策、自然條件等多方面因素影響，定量模擬需要結(jié)合這些因素具體問題具體分析。本模型采用指標(biāo)預(yù)測法，將影響人口數(shù)量和城鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)變化的主要因素可以歸結(jié)為以下幾個(gè)指標(biāo)：人口出生率、人口死亡率、機(jī)械增長人口數(shù)量和城鎮(zhèn)化率等，具體計(jì)算公式如下：

式中：Pt和Pt+1分別為t年和t+1 年的人口數(shù)量，萬人；PB、PD分別為人口出生率、人口死亡率；PI為機(jī)械增長人口數(shù)量，萬人；Pu和Pr分別為城鎮(zhèn)人口數(shù)量和農(nóng)村人口數(shù)量，萬人；UR為城鎮(zhèn)化率。

此外，根據(jù)農(nóng)村發(fā)展趨勢，牲畜數(shù)量可通過農(nóng)村人口數(shù)量與人均牲畜頭數(shù)進(jìn)行預(yù)測。

式中：LSb和LSl分別為大牲畜和小牲畜數(shù)量，萬頭；LPb和LPl分別為人均大牲畜頭數(shù)和人均小牲畜頭數(shù)，頭/人。

GDP 由各產(chǎn)業(yè)增加值組成，本模型采用增長率預(yù)測法預(yù)測區(qū)域各產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

式中：INi（t+1）和INi（t）分別為t+1和t年的i類產(chǎn)業(yè)增加值，萬元；i分別為工業(yè)、建筑業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)；ri表示i類產(chǎn)業(yè)增加值增長率；η為二、三產(chǎn)比例。

同理，對(duì)于城市道路及綠地面積亦采用增長率預(yù)測法進(jìn)行預(yù)測。

（2）水資源壓力模塊。經(jīng)濟(jì)社會(huì)驅(qū)動(dòng)力因子產(chǎn)生用水量，通過計(jì)算得到水源端用水總量表示水資源壓力因子，水源端用水總量是指各類用戶用水量考慮管網(wǎng)漏損、水廠自用水以及水庫至水廠輸水損失后折算到水源端的毛用水量。模型首先是預(yù)測用戶端的用水量，按工業(yè)、建筑業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、城鎮(zhèn)居民生活、農(nóng)村居民生活、牲畜、河道外生態(tài)統(tǒng)計(jì)用水量，其中河道外生態(tài)環(huán)境用水量由綠化用水量和澆灑道路用水量組成。本模塊采用定額計(jì)算法進(jìn)行用水量的計(jì)算和預(yù)測。各類用水定額是其用水效率、技術(shù)方法、工藝水平的綜合體現(xiàn)，本模塊參考區(qū)域統(tǒng)計(jì)年鑒和水資源公報(bào)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平采確定各類用戶用水定額。

式中：Wk表示k類用戶用水量，萬m3；NUk表示k類用戶產(chǎn)業(yè)增加值、數(shù)量或面積；Qk表示k類用戶用水定額。本模型中k類用戶分別為工業(yè)、建筑業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、城鎮(zhèn)居民生活、農(nóng)村居民生活、大牲畜、小牲畜、綠化用水、澆灑道路用水共計(jì)9 類；WT為用戶端用水總量，萬m3；WTy為水源端用水總量，萬m3；α、β、γ分別為管網(wǎng)漏損率、水廠自用水率、水庫-水廠輸水損失率。

（3）水資源支持力模塊。根據(jù)水資源壓力-支持力承壓關(guān)系，水資源系統(tǒng)一方面受到來自經(jīng)濟(jì)社會(huì)驅(qū)動(dòng)力因子的壓力，一方面又為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供支持力，本模塊主要計(jì)算水資源可利用量和區(qū)域內(nèi)可供水量，前者體現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)水資源的絕對(duì)閾值，后者則代表了區(qū)域內(nèi)不同時(shí)期人類活動(dòng)參與下的水資源承載力?？紤]喀斯特地區(qū)地貌的特性，水資源可利用量主要考慮地表水資源可利用量，區(qū)域內(nèi)可供水量分別模擬區(qū)域內(nèi)可供水量。

地表水資源可利用量采用倒扣計(jì)算法，原理是認(rèn)為地表水資源量包含不允許被利用的水量和不能夠被利用的水量，地表水資源量扣除這兩項(xiàng)即為地表水資源可利用量。不允許被利用的水量是指為避免水生態(tài)環(huán)境遭到破壞必須保證的河流生態(tài)需水量；而不能夠被利用的水量是指受自然條件、技術(shù)水平、用水特征等因素限制，無法實(shí)現(xiàn)有效利用的水量，主要為汛期無法利用的洪水（即汛期棄水量）。

式中：Wsa表示地表水資源可利用量，萬m3；Ws表示地表水資源量，萬m3；Wre表示河道內(nèi)生態(tài)需水量，萬m3；Wf表示汛期棄水量，萬m3；Wre及Wf可根據(jù)水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用占地表水資源量的比例進(jìn)行估算。

區(qū)域內(nèi)可供水量則根據(jù)區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀及規(guī)劃水源工程進(jìn)行計(jì)算得到，主要是從工程角度進(jìn)行考慮。此外，本模塊還引入可再生量的概念，定義可再生水為居民生活污水及工業(yè)污水經(jīng)污水處理廠及再生水廠處理后的水量，可直接抵扣部分壓力因子或轉(zhuǎn)換為支持力，使用優(yōu)先順序?yàn)榫G地及道路澆灑，若有剩余則進(jìn)一步用于灌溉水庫供水量置換，其中用于灌溉水庫供水量置換部分可直接轉(zhuǎn)換為可供水量，用于綠地、道路澆灑部分則直接從壓力因子中扣除。

（4）水資源承壓分析及承載力計(jì)算模塊。本模塊采用兩個(gè)承載度分析水資源承壓關(guān)系，一是從區(qū)域內(nèi)資源可利用角度出發(fā)，分析在系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下區(qū)域水資源能提供支持力的最大值，以WTy與Wsa之比表征，即水資源承載度（RCC）；二是從獲取資源程度出發(fā)，分析在區(qū)域發(fā)展水平和相應(yīng)的技術(shù)條件下所能獲取到的支持力的最大值，以WTy與可供水量之比表征，即可供水量承載度（RA）；RCC 或RA 大于1 則表示超載。前者主要是體現(xiàn)區(qū)域水資源潛在的承載力，后者主要反映區(qū)域水資源真實(shí)承載力。此外，本文基于可供水量計(jì)算可供水量承載力，公式如下：

式中：Sa為區(qū)域可供水量，萬m3；Ps、GDPs分別為Sa下所能夠承載的適宜的人口數(shù)量及GDP，萬人，萬元；Wi、Wb、W3、Wg、Wro、Wpu、Wpr分別為工業(yè)用水量、建筑業(yè)用水量、第三產(chǎn)業(yè)用水量、河道外生態(tài)環(huán)境用水量、牲畜用水量、城鎮(zhèn)生活用水量及農(nóng)村生活用水量，萬m3；QGDP為萬元GDP用水量，m3/萬元。

當(dāng)供水量與水源端用水總量相等時(shí)為經(jīng)濟(jì)規(guī)模與人口數(shù)量較為匹配的可承載經(jīng)濟(jì)社會(huì)規(guī)模，即當(dāng)承載度大于或小于1時(shí)需要調(diào)整經(jīng)濟(jì)社會(huì)模塊，反算可供水量可承載的合理經(jīng)濟(jì)社會(huì)規(guī)模，即GDP 與人口數(shù)量匹配的經(jīng)濟(jì)社會(huì)規(guī)模，即為區(qū)域水資源承載力。

綜上，本文設(shè)計(jì)的基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的水資源承載力評(píng)估模型框架見圖2。

圖2 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的水資源承載力評(píng)估模型框架圖Fig.2 Framework diagram of water resources carrying capacity assessment model based on system dynamics

1.3 遵義市主城區(qū)WRCC-SEM 模型構(gòu)建與檢驗(yàn)

結(jié)合遵義市主城區(qū)特點(diǎn)，基于設(shè)計(jì)的WRCC-SEM 模型構(gòu)建遵義市主城區(qū)WRCC-SEM 模型，其中模型構(gòu)建中采用的數(shù)據(jù)主要來源于遵義市統(tǒng)計(jì)年鑒、水資源公報(bào)以及城市總體規(guī)劃報(bào)告。其中經(jīng)濟(jì)社會(huì)模塊中人口死亡率、人口出生率、機(jī)械增長人口、城鎮(zhèn)化率、各產(chǎn)業(yè)增加值增長率等參數(shù)結(jié)合統(tǒng)計(jì)年鑒中的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢分析后進(jìn)行取值，未來年份的則結(jié)合現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測；各類用水戶用水定額則結(jié)合水資源公報(bào)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢分析后進(jìn)行取值，未來年份的則結(jié)合現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，并考慮國家及當(dāng)?shù)毓?jié)水要求進(jìn)行取值；管網(wǎng)漏損率、水廠自用水率及水庫-水廠輸水損失率則在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)查得知，未來年份的取值考慮節(jié)水要求進(jìn)行取值。

模型構(gòu)建后需對(duì)模型進(jìn)行真實(shí)性檢驗(yàn)，也稱為歷史檢驗(yàn)，主要是指將WRCC-SEM 模型的運(yùn)行結(jié)果與同期歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，據(jù)此驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。本文采用遵義市主城區(qū)2015-2019 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)WRCC-SEM 模型主要變量的模擬結(jié)果進(jìn)行真實(shí)性檢驗(yàn)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的可靠性，選擇人口數(shù)量及水源端用水總量2 個(gè)主要變量。并采用相對(duì)誤差對(duì)模型效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.4 遵義市主城區(qū)未來水資源承載力分析情景

結(jié)合遵義市資料情況及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)公布情況，選擇2019年為現(xiàn)狀基準(zhǔn)年，從2020 年起模擬分析未來水資源承壓關(guān)系情況，并基于可供水量及相應(yīng)水源端用水總量對(duì)可承載的人口及GDP 進(jìn)行模擬計(jì)算，其中未來年份模擬至2035 年，與當(dāng)前國家遠(yuǎn)景目標(biāo)年份一致。

2 結(jié)果與分析

2.1 模型檢驗(yàn)結(jié)果

采用遵義市主城區(qū)WRCC-SEM 模型對(duì)2015-2019 年的人口數(shù)量及水源端用水總量進(jìn)行模擬，與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果見表1。

表1 遵義市主城區(qū)WRCC-SEM 模型真實(shí)性檢驗(yàn)結(jié)果表Tab.1 Authenticity test result of WRCC-SEM model in the main urban area of Zunyi City

由圖3可知，遵義市主城區(qū)WRCC-SEM 模型模擬值與統(tǒng)計(jì)值基本接近，各年人口數(shù)量模擬值與統(tǒng)計(jì)值的相對(duì)誤差絕對(duì)值均控制在5%以內(nèi)，水源端用水總量的相對(duì)誤差絕對(duì)值均低于15%，證明了模型結(jié)構(gòu)的合理性、模型模擬的有效性及準(zhǔn)確性，可用于模擬遵義市主城區(qū)現(xiàn)狀及未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)驅(qū)動(dòng)因子、水資源壓力因子等，并可進(jìn)一步對(duì)水資源承載力、可供水量承載力進(jìn)行計(jì)算及評(píng)價(jià)。

2.2 遵義市主城區(qū)未來水資源承載力評(píng)價(jià)及模擬

2.2.1 社會(huì)驅(qū)動(dòng)因子計(jì)算

基于WRCC-SEM 經(jīng)濟(jì)社會(huì)模塊，參考遵義市主城區(qū)現(xiàn)狀發(fā)展規(guī)律基礎(chǔ)和相關(guān)規(guī)劃，根據(jù)指標(biāo)預(yù)測法預(yù)測2020-2035 年遵義市主城區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)驅(qū)動(dòng)因子。遵義市是黔川渝結(jié)合部的綜合交通樞紐，國家紅色文化傳承基地、世界醬香白酒之都和美麗中國示范區(qū)，與貴陽同為引領(lǐng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長的雙核城市，是未來貴州省主要產(chǎn)業(yè)和人口的集聚地，根據(jù)模擬計(jì)算人口數(shù)量及GDP的預(yù)測結(jié)果及變化見圖3。

圖3 遵義市主城區(qū)人口及GDP模擬結(jié)果及變化圖Fig.3 The population and GDP simulation results and change map of the main urban area of Zunyi City

2.2.2 水資源壓力因子及支持力因子計(jì)算

（1）水資源壓力因子。水資源壓力因子即為區(qū)域水源端用水總量，基于WRCC-SEM 模型中的水資源壓力模塊，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)驅(qū)動(dòng)因子預(yù)測基礎(chǔ)上利用水資源壓力模塊模擬計(jì)算得到各年的水資源壓力因子，根據(jù)模擬結(jié)果可知，2035 年遵義市主城區(qū)水源端用水總量達(dá)到62 113 萬m3。

（2）水資源支持力因子。水資源支持力因子主要為地表水資源利用量和區(qū)域可供水量，取汛期棄水和河道內(nèi)生態(tài)需水為多年平均地表水資源量的20%和10%，計(jì)算得到地表水資源可利用量為10.32 億m3。區(qū)域可供水量則根據(jù)遵義市主城區(qū)現(xiàn)狀及規(guī)劃的水源工程供水量，并結(jié)合模型中再生水量置換周邊灌溉水庫供水量進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算得到，2035 年遵義市主城區(qū)可供水量為60 562 萬m3。

根據(jù)模擬計(jì)算，遵義市主城區(qū)水源端用水總量及區(qū)域可供水量的模擬結(jié)果及變化見圖4。

圖4 遵義市主城區(qū)用水量及供水量模擬結(jié)果及變化圖Fig.4 Simulation results and change diagrams of water consumption and water supply in the main urban area of Zunyi City

2.2.3 水資源承壓分析及承載力計(jì)算

（1）水資源承壓分析?；赪RCC-SEM 模型的水資源承壓分析及承載力計(jì)算模塊，在水資源壓力因子及支持力因子模擬的基礎(chǔ)上對(duì)RCC及RA進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果如圖5所示。

圖5 遵義市主城區(qū)水資源承載度結(jié)果及變化圖Fig.5 The results and changes of water resources carrying degree in the main urban area of Zunyi City

由圖5 可知，從2020 年至2035 年，RCC均小于1，即從水資源潛在的承載力來看，遵義市主城區(qū)水資源量可支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。但從工程可供水量的角度，2020-2024 年，RA均大于1，即為超載狀態(tài)，說明區(qū)域可供水量不能滿足遵義市主城區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展；至2025年RA明顯轉(zhuǎn)折變小，主要原因是2025年有新建水庫投產(chǎn)，區(qū)域可供水量增加（見圖4），緩解了遵義市主城區(qū)的供水壓力；2026-2029 年，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，RA逐漸增大，至2030年由于新增水庫供水（見圖4），RA在當(dāng)年又有所降低；之后RA又不斷增大，至2035 年是為1.03，處于超載狀態(tài)，即2035年的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)模將受限，且主要是工程性缺水所致。

（2）水資源承載力模擬分析。由圖5 可知，2020-2035 年，遵義市主城區(qū)RA是隨著水源端用水總量及區(qū)域可供水量動(dòng)態(tài)變化的，當(dāng)RA大于1 時(shí)，可供水量不能承載當(dāng)年經(jīng)濟(jì)社會(huì)規(guī)模帶來的水資源壓力，當(dāng)RA小于1 時(shí)，可供水量可承載的水資源壓力可更大，僅當(dāng)RA=1 時(shí)，可供水量剛好可承載當(dāng)年經(jīng)濟(jì)社會(huì)規(guī)模。針對(duì)2020-2035 年，采用模型試算使得各年的RA=1，從而得到可供水量可承載的合理經(jīng)濟(jì)社會(huì)規(guī)模，即為區(qū)域水資源承載力，結(jié)果見圖6。

圖6 遵義市主城區(qū)水資源承載力模擬結(jié)果及變化圖Fig.6 Simulation results and changes of water resources carrying capacity in the main urban area of Zunyi City

由圖6可知，遵義市主城區(qū)水資源承載力是逐漸增大的，且可承載的人口及GDP 的變化趨勢基本一致，符合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)律，且在2025 年出現(xiàn)較大增幅，主要原因是2025 年新增水庫供水較多。根據(jù)模擬結(jié)果，對(duì)于圖5中RA大于1 的年份，可承載的人口及GDP 均低于按發(fā)展趨勢預(yù)測的人口及GDP，例如2035 年可承載的人口數(shù)量為307 萬人，GDP 為2 532 億元，低于按發(fā)展趨勢預(yù)測的311.5 萬人及2 570 億元，即至2035 年由于工程供水量不足，遵義市主城區(qū)發(fā)展將受限。

3 結(jié)語

基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)合區(qū)域水資源系統(tǒng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的水資源承載力評(píng)估模型，包括經(jīng)濟(jì)社會(huì)模塊、水資源壓力模塊、水資源支持力模塊、水資源承壓分析及承載力計(jì)算模塊4個(gè)子模塊。并采用該模型對(duì)遵義市主城區(qū)未來水資源承載力進(jìn)行評(píng)估及模擬（見圖5、6），結(jié)果顯示，從水資源潛在的承載力來看，遵義市主城區(qū)水資源量可支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，但從工程可供水量的角度，2020-2024年由于工程性缺水，遵義市主城區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展將受限，2025 年新增水庫供水較多，區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展限制得到緩解，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，至2035 年，再次由于工程性缺水導(dǎo)致水資源承壓關(guān)系為超載，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展受限。結(jié)合遵義市主城區(qū)未來水資源承載力評(píng)估及模擬，為進(jìn)一步提高區(qū)域水資源承載力及協(xié)調(diào)水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展之間的關(guān)系，區(qū)域管理者可合理布局水源工程規(guī)模及投產(chǎn)時(shí)序。