長株潭地區(qū)2015—2030年水資源趨勢分析與預(yù)測

鄧婕+劉文+于曉華+劉佳琦

一、前言

水是生命之源，在經(jīng)濟(jì)和人民生活中地位極為重要。作為一個(gè)嚴(yán)重干旱缺水的國家，其人均淡水資源僅是1/4的世界平均水平，其也是最貧乏全球人均水資源國家之一。隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快速增長和水資源開發(fā)活動(dòng)的大力開展，水資源的保護(hù)壓力越來越大，同時(shí)，不斷出現(xiàn)新的生態(tài)環(huán)境等各種不利于人類生存發(fā)展的問題。

我國對水資源進(jìn)行了大量的研究，主要是從城市水資源短缺程度與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系、城市水資源短缺測度與分類、城市水資源配置理論與方法、水資源沖突與協(xié)調(diào)四個(gè)方面進(jìn)行了研究。在國外，學(xué)者們認(rèn)為在理論和技術(shù)方法革新的基礎(chǔ)上，通過多維調(diào)控水資源與水循環(huán)過程，保證水的質(zhì)量、生態(tài)及環(huán)境安全，滿足自然和諧的發(fā)展需求，視線可持續(xù)發(fā)展，這也是研究水資源的關(guān)鍵因素。

湖南省“長株潭”地區(qū)水資源總量雖然相對較豐，然而由于時(shí)空分布不均和不盡合理的利用方式，與水資源可持續(xù)利用的要求相悖。因此研究長株潭地區(qū)的水資源就具有了重大的意義。

二、主要問題

長株潭地區(qū)位于湘江流域下游，該區(qū)多年平均本地產(chǎn)水量為35.21億立方米，上游來水量為701.9億立方米，多年平均水資源總量為737.1億立方米。湘江岸邊污染帶仍未得到有效控制，長株潭三個(gè)城市都存在飲用水源安全隱患，其水污染情況嚴(yán)重，所以長株潭地區(qū)的水資源現(xiàn)狀嚴(yán)峻。

城市生活用水也同樣存在浪費(fèi)現(xiàn)象。據(jù)長沙市節(jié)約用水辦公室資料的《湖南水資源浪費(fèi)污染嚴(yán)重守著江河湖泊缺水喝》中表明顯示，僅長沙市一天的自來水浪費(fèi)量就高達(dá)10萬噸之多。

通過調(diào)查工業(yè)用水情況發(fā)現(xiàn)，僅僅有<30%的水資源是重復(fù)利用的，因此，造成較大體積的耗水量，所以導(dǎo)致長株潭地區(qū)工業(yè)需水量大。

通過對工業(yè)用水進(jìn)行調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)有色金屬的污水排放量雖不是最多，但其污染含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他企業(yè)，這個(gè)是污染的根本。在就是廢水中的有害物質(zhì)懸浮物含量最高，可知企業(yè)對于懸浮物的排量大，同時(shí)對懸浮物的處理也很少。

三、建模分析

3.1水資源預(yù)測模型

需水量主要由生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水及其他用水構(gòu)成，從經(jīng)濟(jì)、人口、政治、社會等影響關(guān)系下手，居于不同角度下的指標(biāo)體系，得到如下模型：

3.3模型檢驗(yàn)

將仿真值與實(shí)際值進(jìn)行對比，得到總?cè)丝谀Ｐ?、GDP模型與總需水模型的誤差均在2%以內(nèi)，模型的AIC值與F值均在范圍內(nèi)，殘差值均大于0.01。表3-2、表3-3及表3-4結(jié)果如下：

3.4仿真結(jié)果及方案

選擇2011年為案例，模擬分析長株潭城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、水資源使用情況及群人口情況，以la為模擬步長，直至2030年均為模擬時(shí)間。采取擬合歷史數(shù)據(jù)和初始化處理方案進(jìn)行主要變量的初始值的計(jì)算，通過其它規(guī)劃確定其它部分變量的變化率。根據(jù)控制變量的確定原則，提取敏感決策變量17個(gè)，結(jié)合系統(tǒng)目標(biāo)變量和模擬過程的變化，擾動(dòng)分析模型。通過調(diào)整組合幾種變量，建立四種發(fā)展方案，分別是傳統(tǒng)發(fā)展型、節(jié)水型、協(xié)調(diào)型和發(fā)展經(jīng)濟(jì)型。

（1）傳統(tǒng)發(fā)展模式：在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)狀中，人口及現(xiàn)狀用水的增長情況的正常運(yùn)行下，分析供需水資源的趨勢。觀察維持現(xiàn)有發(fā)展的各決策變量指標(biāo)值。

（2）發(fā)展經(jīng)濟(jì)型模式：為了突出經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要作用，以傳統(tǒng)發(fā)展模式為基礎(chǔ)，進(jìn)而促使各產(chǎn)業(yè)的增長值及增長率大幅度提高；擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)的規(guī)模性，進(jìn)而增加生產(chǎn)所需的用水量。為此，加大水資源的開發(fā)力度，促使水利投資率的大幅度提升。隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，日益提高我國的生活水平及質(zhì)量，因此，略有增長生活用水，同時(shí)城鄉(xiāng)人定額的生活用水也隨之提高。

（3）節(jié)水型模式：本方案以提升管理及節(jié)水技術(shù)水平為宗旨，提倡節(jié)水型的生產(chǎn)及生活方式，模擬方案旨在提高節(jié)水技術(shù)水平和管理水平，提倡節(jié)水型生活方式和節(jié)水型生產(chǎn)方式，消除供需水資源過程中產(chǎn)生的矛盾。具體表現(xiàn)在下列幾方面，①減少平均灌溉畝的用水增長率，②降低城鄉(xiāng)定額人均生活用水，③減少定額萬元產(chǎn)業(yè)增加值用水定額增長率，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決策變量。

（4）協(xié)調(diào)型模式：以節(jié)水型模式為基礎(chǔ)，由于考慮到短缺的水資源及受污染的水環(huán)境可能影響經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，因此，調(diào)整了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度，在滿足生產(chǎn)及生活用水的前提下盡量節(jié)水，使生態(tài)用水量明顯增加同時(shí)提升了污水重復(fù)利用率及處理率；由于需要大量資金供應(yīng)污水重復(fù)利用及處理的需求，因此，促使水利投資率也有所增加。

通過模擬模型仿真的結(jié)果顯示，直至2020年，預(yù)計(jì)長株潭城市總?cè)丝跀?shù)約達(dá)到1500×104；直至2030年，總?cè)丝?1600×104。

從上述表格看出，在傳統(tǒng)模式下，長株潭城市群的水資源及水環(huán)境問題日益加重。在發(fā)展經(jīng)濟(jì)型模式下為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展加大了對水資源的需求，因此，其水資源及環(huán)境問題嚴(yán)重超過傳統(tǒng)發(fā)展模式，因此，說明這也不是一種可持續(xù)發(fā)展的模式。在節(jié)水型的模式中，其節(jié)水措施雖然可有效改善供需矛盾，但是依然沒有改善水污染問題，實(shí)施節(jié)水措施對緩解供需矛盾非常有效，但依然沒有改善水環(huán)境污染問題。在協(xié)調(diào)型模式中，其GDP減少值均顯著低于前三種方案，且大幅度提升了城市承載人口的數(shù)量，高達(dá)1647.9×104人。

四、方法對策

株潭城市節(jié)水信息技術(shù)不僅僅可以共享節(jié)水信息資源，還可科學(xué)化地提升節(jié)水策略，有利于加強(qiáng)節(jié)水管理，通過用水審計(jì)、節(jié)水經(jīng)濟(jì)激勵(lì)、立法、公眾宣傳等也可以加強(qiáng)和規(guī)范節(jié)水管理。

長株潭城區(qū)的雨水利用，可以推廣城市綠地草坪直接利用滯蓄技術(shù)，即對于綠地草坪直接采用雨水進(jìn)行澆灌，還可以收集道路雨水應(yīng)用于城市雜用水；將雨水利用與天然洼地和公園的河湖等濕地保護(hù)和濕地恢復(fù)相結(jié)合。培養(yǎng)節(jié)約用水、合理用水的習(xí)慣，避免浪費(fèi)用水；避免將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，建立環(huán)保意識。endprint

工業(yè)節(jié)水可以從以下幾個(gè)方面入手：系統(tǒng)節(jié)水、管理節(jié)水、工藝節(jié)水、廠際間供調(diào)補(bǔ)缺。

改進(jìn)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)漫灌方式，采用先進(jìn)的滴灌、噴灌節(jié)水技術(shù)，不僅可以進(jìn)行灌溉，節(jié)約水量，不會產(chǎn)生深層滲漏，提高了水的利用率，同時(shí)，噴灌供水管道占地非常小，因此可提高土地利用率，還可以節(jié)省勞力。減少化肥和農(nóng)藥的使用量，防止對水域造成污染。

堅(jiān)持以人為本，加大水利投入，加強(qiáng)污水處理能力及廢水利用，嚴(yán)格控制排污加快第二水源配置計(jì)劃的落實(shí)?！伴L株潭”地區(qū)大部分城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)都是以湘江干流地表水為主要水源，供水渠道單一，若取水段水質(zhì)污染嚴(yán)重或遇到重大旱情，地區(qū)供水將會受到嚴(yán)重威脅。為了做到有備無患，政府應(yīng)該加快規(guī)劃跨地區(qū)的水資源引用方案；充分利用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，如雨洪資源化技術(shù)、節(jié)水灌溉技術(shù)、污水處理利用技術(shù)?？稍偕彩且环N第二水源，加快改進(jìn)污水處理設(shè)備，提高污水凈化效率，為提高水資源管理水平提供技術(shù)支撐?？偨Y(jié)：本文應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的原理和方法，以株潭城市群為研究對象，建立水資源供需系統(tǒng)仿真模擬模型，通過對比不同的模型對該城市群的水資源供需情況的影響，得到以下結(jié)論：

（1）隨著長株潭城市群城鎮(zhèn)化與工業(yè)化的飛速發(fā)展，不斷加大對水資源的需求，致使城市的水資源供求問題日益緊張。主要表現(xiàn)為呈逐年上升的需水總量，顯著改變了用水結(jié)構(gòu)，顯著減少農(nóng)田灌溉需水量，快速增長工業(yè)需水量，第三產(chǎn)業(yè)需水量平穩(wěn)增加，逐漸減少農(nóng)村生活需水量，小幅度增長城鎮(zhèn)生活需水量。

（2）在協(xié)調(diào)型模式下，整個(gè)仿真模擬的運(yùn)行狀態(tài)較好，是最有利于長株潭城市群水資源開發(fā)的方案。即使2030年總需水量高達(dá)105.1×108m3時(shí)，長株潭城市群依然能富余5.4×108m3供水量。在模擬期間就可滿足社會需求，說明可享受最大的經(jīng)濟(jì)及綜合效益。

（3）為實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和落實(shí)“兩型社會”建設(shè)目標(biāo)，必須堅(jiān)持發(fā)展經(jīng)濟(jì)、開發(fā)資源、提升效率、維護(hù)環(huán)境并重的水資源開發(fā)和利用政策，提高區(qū)域水資源時(shí)空調(diào)控和城鄉(xiāng)供水保障能力；嚴(yán)格市場準(zhǔn)入及限制行業(yè)盲目發(fā)展，構(gòu)建節(jié)水型產(chǎn)業(yè)體系；加快水資源循環(huán)利用，根據(jù)水資源的承載能力實(shí)行以水定產(chǎn)發(fā)展模式；同時(shí)增強(qiáng)保護(hù)污染防治和水生態(tài)，保障水質(zhì)安全；此外，進(jìn)一步增強(qiáng)節(jié)水意識，樹立保護(hù)水資源就是維持經(jīng)濟(jì)發(fā)展的觀念。

由于水資源供需系統(tǒng)具有一定復(fù)雜性，因此，要解決長株潭城市群的水資源供需問題，必須深入剖析對長株潭城市群的社會、資源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境之間的關(guān)系。一方面要把水資源供需系統(tǒng)大范圍推廣，不僅僅是應(yīng)用于湘江流域，還應(yīng)推廣至整個(gè)長江流域；另一方面，要根據(jù)水資源分布和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r，探討不同區(qū)域的缺水的相關(guān)問題。但是由于本研究的指標(biāo)監(jiān)測時(shí)間較短，還應(yīng)長期監(jiān)測模擬系統(tǒng)的相關(guān)指標(biāo)及數(shù)據(jù)，深入研究水價(jià)的影響、空間配水及分配生態(tài)、生產(chǎn)和生活用水之間的關(guān)系。endprint