馬涵玉+黃川友+殷彤+朱國宇

摘要：基于成都市水生態(tài)現(xiàn)狀，為提高其水生態(tài)承載力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高人民生活水平，運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)（SD）的方法，建立了成都市水生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-人口-水資源-水環(huán)境的耦合系統(tǒng)，模擬了現(xiàn)狀延續(xù)型、節(jié)約用水型、污染防治型和綜合協(xié)調(diào)型四種情景模式。模擬結(jié)果顯示：在模擬年限內(nèi)（2014年-2020年），現(xiàn)狀延續(xù)型和污染防治型未能有效降低水生態(tài)承載限制系數(shù)，水生態(tài)問題將進(jìn)一步加??；節(jié)約用水型和綜合防治型都可以降低水生態(tài)承載限制系數(shù)，但節(jié)約用水型不能顯著減低該系數(shù)，只有通過節(jié)約用水和污染防治相結(jié)合的綜合防治型，才可以更加有效的減低該系數(shù)，該情景模式是提高水生態(tài)承載力的最佳模式；到2020年，該情景模式下成都市的水生態(tài)承載限制系數(shù)下降為0.297，與2010年的相比，下降了59.4%。研究結(jié)果可為成都市水生態(tài)保護(hù)提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：SD模型；水生態(tài)承載力；決策變量；情景模擬

中圖分類號：TV213 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-1683（2017）04-0101-10

Abstract：In order to enhance the water ecological carrying capacity of Chengdu city whilst promoting the development of economy and improving the living standards of the people，System Dynamics （SD）method was applied to build a coupled system of water ecology-economy-population-water resources-water environment of the city based on the status quo of water ecology.Four scenario patterns including status-continuing，water-saving，pollution-controlling，and integrated-coordination were simulated by the SD model.Simulation results showed that：in the analog period （2014 to 2020），the status-continuing and pollution-controlling scenario patterns can not effectively reduce the limit coefficient of water ecological carrying capacity，resulting in further deterioration of water ecological problems.However，the water-saving and integrated-coordination scenario patterns can reduce the limit coefficient of water ecological carrying capacity.It should be noted that the water-saving scenario pattern can not significantly reduce the coefficient.The integrated-coordination pattern combining water-saving and pollution-controlling measures can reduce the coefficient more effectively.It is the best pattern to improve the water ecological carrying capacity.With the aforementioned recommended pattern，the limit coefficient of water ecological carrying capacity can be reduced to 0.297 for Chengdu City by 2020，down by 59.4% compared with that of 2010.The research results can provide technical basis for water ecological protection in Chengdu city.

Key words：SD model；water ecological carrying capacity；decision variable；scenario simulation

系統(tǒng)動力學(xué)最初是由美國麻省理工學(xué)院Forrester教授所創(chuàng)立，20世紀(jì)70年代末引入我國。經(jīng)過30多年來的發(fā)展，它幾乎被應(yīng)用于自然科學(xué)和人類社會的全部領(lǐng)域。當(dāng)前，系統(tǒng)動力學(xué)在可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)變化的預(yù)測研究中應(yīng)用相當(dāng)廣泛[1]，它作為系統(tǒng)科學(xué)理論與計(jì)算機(jī)仿真緊密結(jié)合、研究系統(tǒng)反饋與行為的一門科學(xué)，是系統(tǒng)科學(xué)與管理科學(xué)的一個重要分支[2]。我國的水生態(tài)承載力研究主要是沿著水資源承載力→水環(huán)境承載力→水生態(tài)承載力和環(huán)境承載力→生態(tài)承載力→水生態(tài)承載力這兩條主線逐步發(fā)展起來的[3]。目前對水生態(tài)承載力定義的敘述，不同的學(xué)者對此表述不一。李靖[4]等將水生態(tài)承載力表述為在一定的歷史階段，某一流域的水生態(tài)系統(tǒng)在滿足自身健康發(fā)展的前提下，在一定的環(huán)境背景下所能持續(xù)支持人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模的閾值。彭文啟[5]給出了水生態(tài)承載力的廣義定義：流域水生態(tài)承載力指維持良好狀態(tài)的流域水資源及水環(huán)境系統(tǒng)所能承受的一定水平的人口的最大數(shù)量和一定技術(shù)水平下的最大經(jīng)濟(jì)規(guī)模，從水資源、水環(huán)境等水體理化特性及水生態(tài)特征等方面考慮了水生態(tài)承載力的定義。

成都市是我國西部地區(qū)重要的中心城市。隨著城市化建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，成都市對水資源的需求，特別是工業(yè)水量的需求不斷增加，供需矛盾日益突出，加之水資源利用率低，回用率更低，入河污染物排放過多，城市區(qū)域水環(huán)境污染嚴(yán)重，致使成都市在建設(shè)西部經(jīng)濟(jì)高地不斷前進(jìn)的道路上，面臨的水生態(tài)問題也越來越突出。針對以上問題，許多學(xué)者用不同的理論與方法進(jìn)行了分析與研究。薛小妮等[6]以可承載人口數(shù)量作為指標(biāo)，利用三層次分析方法和納污模型分別進(jìn)行了成都市的水資源和水環(huán)境承載力預(yù)測分析，但存在指標(biāo)單一的問題。陳琳[7]等運(yùn)用PSR模型建立水安全評價指標(biāo)體系，采用層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，最后用水安全評價綜合指數(shù)對成都市的水安全狀況進(jìn)行評價。歐陽銘[8]等利用生態(tài)足跡理論計(jì)算了2000年-2009年的水資源承載力，并運(yùn)用主成分分析法對影響承載力的因子進(jìn)行了分析，而未預(yù)測未來水資源承載力的發(fā)展變化。蘇敏[9]采用主成分分析法對主成分進(jìn)行特征值和貢獻(xiàn)率的計(jì)算，得到了影響成都市水資源承載力的主成分因子，而未對承載力進(jìn)行量化研究。因此，本文運(yùn)用Vensim軟件建立成都市水生態(tài)承載力SD模型來定性與定量地預(yù)測分析水生態(tài)承載力的變化情況，旨在分析影響成都市水生態(tài)承載力的兩個方面——水資源與水環(huán)境，預(yù)測水生態(tài)承載力的變化趨勢，為成都市節(jié)約用水和污染防治政策制定提供科學(xué)依據(jù)，提高水生態(tài)承載力。

1 區(qū)域概況

成都市位于東經(jīng)102°54′-104°53′，北緯30°05′-31°26′，地處四川省中部，四川盆地西部，屬長江水系岷江及沱江流域。其東部為龍泉山低山丘陵區(qū)和金堂縣沱江以東丘陵區(qū)，中部為成都平原，西部為龍門山和邛崍山山區(qū)。全市東西最大橫距192 km，南北最大縱距166 km，總面積為12 121.3 km2 [10]。成都市屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，其氣候特點(diǎn)為：夏無酷暑，冬無冰雪，氣候溫和，夏長東短，無霜期長，秋雨和夜雨較多，風(fēng)速小，濕度大，云霧多。全市多年平均降水量為900～1300 mm，其雨量主要集中在7月-8月，約占全年降水量的一半，年平均氣溫在15.2 ℃ ～16.6 ℃左右。

成都市是我國西南部經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的城市之一， 2015年年末全市常住人口1 465.8萬人，實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值10 801.2億元，占全四川省生產(chǎn)總值的35.9%[11]。成都市水資源量較為豐富，根據(jù)2004年-2013年統(tǒng)計(jì)[12]，年均水資源總量為81.72億m3；總用水量為54.15億m3，水資源開發(fā)利用率高達(dá)66.3%，多來年農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水比例為3∶[KG-*4]1∶[KG-*4]1，農(nóng)業(yè)用水占據(jù)了總用水量的60%。在水環(huán)境方面，多年來COD、氨氮的排放量分別為19.73萬t、2.31萬t，水質(zhì)污染情況嚴(yán)重[13]；城市水體富營養(yǎng)化指數(shù)為59.85[14]，為輕度富營養(yǎng)；2015年成都市重要江河湖泊水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為35%。這一系列亟待解決的問題，促使我們必須加快實(shí)施最嚴(yán)格的水資源管理制度和推進(jìn)成都市水生態(tài)文明建設(shè)，以此為指導(dǎo)來改善成都市的水生態(tài)承載能力。

2 材料與方法

2.1 水生態(tài)承載力系統(tǒng)耦合關(guān)系分析

本文所研究的水生態(tài)承載力系統(tǒng)是人類活動影響下的系統(tǒng)，它是由人類社會系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、自然生態(tài)系統(tǒng)組成的耦合系統(tǒng)，可以將其細(xì)分為5個子系統(tǒng)——人口子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、水資源子系統(tǒng)、水環(huán)境子系統(tǒng)和水生態(tài)子系統(tǒng)。人口子系統(tǒng)以人口數(shù)量為特征，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)以GDP為主要指標(biāo)，水資源子系統(tǒng)發(fā)揮水量供給的作用，水環(huán)境子系統(tǒng)具有自凈納污的重要功能，水生態(tài)子系統(tǒng)是水資源子系統(tǒng)和水環(huán)境子系統(tǒng)兩者的結(jié)合，通過水量供給和自凈納污來發(fā)揮作用。各個子系統(tǒng)之間相互作用，相互影響，共同對水生態(tài)承載力系統(tǒng)產(chǎn)生影響，決定水生態(tài)承載力的發(fā)展走向。成都市水生態(tài)承載力系統(tǒng)耦合關(guān)系見圖1。

2.2 SD模型原理及方法

SD模型具有分析速度快、構(gòu)造簡單、可運(yùn)用非線性方程等優(yōu)點(diǎn)[15]，是進(jìn)行情景分析和系統(tǒng)模擬的一個很好工具。社會-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)組成的水生態(tài)系統(tǒng)屬于非線性的高階次復(fù)雜時變系統(tǒng)，經(jīng)常表現(xiàn)出千差萬別、反直觀的動態(tài)特性，Vensim軟件作為系統(tǒng)動力學(xué)的專業(yè)建模軟件，其建立的SD模型可以作為此類系統(tǒng)的“實(shí)驗(yàn)室”，通過情景分析來定性與定量的研究此類系統(tǒng)。本文選取影響水生態(tài)承載力的五個指標(biāo)——總需水量、COD入河總量、水資源承載限制系數(shù)、水環(huán)境承載限制系數(shù)和水生態(tài)承載限制系數(shù)，進(jìn)行以需水狀況和水環(huán)境納污水平為主的水生態(tài)承載力預(yù)測研究，其中水資源分析是建立在水資源開發(fā)利用率不超過40%的基礎(chǔ)上，水環(huán)境分析是以COD水環(huán)境容量[16]為衡量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行具體的研究分析。運(yùn)用Vensim軟件建立成都市水生態(tài)承載力SD模型，并通過情景分析來定性與定量地分析水生態(tài)承載力的變化情況。

2.3 數(shù)據(jù)來源

本文中所使用的人口、工業(yè)GDP、糧食作物種植面積、禽畜養(yǎng)殖數(shù)量等資料來源于文獻(xiàn)[10，17-18]；水資源總量和工業(yè)萬元GDP用水量來自于文獻(xiàn)[12]；生活用水和農(nóng)業(yè)用水定額數(shù)據(jù)根據(jù)文獻(xiàn)[19]確定；居民生活和農(nóng)業(yè)的COD排放系數(shù)來自于文獻(xiàn)[20]；工業(yè)污水和污水處理廠排放的COD濃度數(shù)據(jù)取自于文獻(xiàn)[21]； COD水環(huán)境容量數(shù)據(jù)是按一維模型分別計(jì)算成都市每個水功能區(qū)的納污能力，匯總得到 [6]。并補(bǔ)充參考全國、四川及其他地方的相關(guān)數(shù)據(jù)和資料[22-24]，作為參考資料。

3 成都市水生態(tài)承載力SD模型的構(gòu)建

3.1 模型邊界及基準(zhǔn)年的確定

本模型將對水生態(tài)有直接、重要影響的因素劃在邊界范圍之內(nèi)，同時考慮政策的可實(shí)施性和行政邊界的完整性，將模型邊界定義為成都市的行政區(qū)范圍。系統(tǒng)模型的模擬年限為2010年-2020年，其中2010年-2013年為歷史檢驗(yàn)?zāi)攴荩?014年-2020年為預(yù)測年份，規(guī)劃基準(zhǔn)年為2010年，模擬時間步長為年。模擬過程：首先以2010年的各項(xiàng)指標(biāo)值為初始數(shù)據(jù)模擬預(yù)測2010年-2013年的各項(xiàng)指標(biāo)值，然后檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行?，在此基礎(chǔ)上對模型進(jìn)行測試；在各項(xiàng)模擬指標(biāo)誤差都在某一范圍內(nèi)后，進(jìn)一步預(yù)測2014年-2020年成都市在不同情景方案下的水環(huán)境納污量和總需水量。

3.2 模型的結(jié)構(gòu)劃分及變量方程式

3.2.1 模型的結(jié)構(gòu)劃分及反饋回路

水生態(tài)承載力系統(tǒng)屬于高階非線性的復(fù)雜時變系統(tǒng)，里面主要包含納污和用水兩大子系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城市常住人口增長和城鎮(zhèn)化率提高是城市排污量和用水量增長的主要驅(qū)動因素[25]。模型組成結(jié)構(gòu)包括人口模塊、農(nóng)業(yè)模塊、工業(yè)模塊、污水處理及回用模塊[26]、水資源模塊、水環(huán)境模塊、水生態(tài)模塊。

（1）人口模塊。

人口模塊是根據(jù)區(qū)域人口現(xiàn)狀，進(jìn)行未來年份人口變化量預(yù)測，分為城鎮(zhèn)人口和農(nóng)村人口預(yù)測，用來預(yù)測人口數(shù)量變化帶來的生活需水量和生活排污量的變化。其中城鎮(zhèn)居民生活污水進(jìn)入污水處理廠處理后排放，作為點(diǎn)源污染進(jìn)入自然水體；農(nóng)村生活污水排放不經(jīng)任何處理直接排放，作為面源污染進(jìn)入自然水體。

（2）農(nóng)業(yè)模塊。

農(nóng)業(yè)主要包括種植業(yè)和禽畜養(yǎng)殖業(yè)，農(nóng)業(yè)模塊主要根據(jù)禽畜數(shù)量、農(nóng)作物種植面積和有效灌溉面積的變化量進(jìn)行需水量和排污量的預(yù)測。其中種植業(yè)由于不同農(nóng)作物用水量差異[27]比較大，將其分為水稻、其他農(nóng)作物、油菜、蔬菜和水果五大類，分別進(jìn)行需水量的計(jì)算；禽畜養(yǎng)殖業(yè)的禽畜數(shù)量通過豬與其他禽畜的數(shù)量換算關(guān)系統(tǒng)一折合成豬的數(shù)量；禽畜養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)污染物作為面源污染進(jìn)入自然水體。

（3）工業(yè)模塊。

工業(yè)模塊主要通過工業(yè)GDP和萬元工業(yè)增加值用水量來進(jìn)行需水量和排污量的預(yù)測。其中工業(yè)污水的排放主要分兩部分：未經(jīng)處理直排的量和經(jīng)污水處理廠處理后排放的量，兩者都作為點(diǎn)源污染最終進(jìn)入自然水體。

（4）污水處理及回用模塊。

污水處理及回用模塊主要包括城鎮(zhèn)居民生活污水處理模塊和工業(yè)污水處理模塊。污水處理廠的存在會大大降低污染物進(jìn)入自然水體的風(fēng)險，且經(jīng)處理的污水可以實(shí)現(xiàn)一定程度的重新利用，增加水資源供給，本模型也設(shè)置了污水回用量。

（5）水資源模塊。

水資源模塊預(yù)測的總需水量主要包括農(nóng)業(yè)需水量、工業(yè)需水量、居民生活需水量和生態(tài)需水量四部分。根據(jù)成都市的實(shí)際情況，將農(nóng)業(yè)需水量分為灌溉需水量和禽畜養(yǎng)殖需水量；居民生活需水量分為城鎮(zhèn)居民生活需水量和農(nóng)村居民生活需水量。這樣的分類便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)也符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，具有可操作性。

（6）水環(huán)境模塊。

水環(huán)境模塊中通過模型模擬成都市COD入河總量，與計(jì)算得到的水功能區(qū)COD水環(huán)境容量做比，分析水環(huán)境的納污狀況。其中城鎮(zhèn)居民生活和工業(yè)排放的COD作為點(diǎn)源入河，農(nóng)村居民生活、農(nóng)田徑流和禽畜養(yǎng)殖排放的COD作為非點(diǎn)源入河。[HJ1.95mm]

（7）水生態(tài)模塊。

水生態(tài)模塊通過構(gòu)造水環(huán)境承載限制系數(shù)和水資源承載限制系數(shù)，最后取兩者的最大值來作為水生態(tài)承載限制系數(shù)。其中水環(huán)境承載限制系數(shù)由COD入河總量和COD水環(huán)境容量決定；水資源承載限制系數(shù)由總需水量、水資源總量、水資源開發(fā)利用率及污水回用量決定。

3.2.2 模型主要變量參數(shù)及方程式

根據(jù)前人對水生態(tài)承載力的定義和兩條研究主線，本模型主要通過三個系數(shù)：水環(huán)境承載限制系數(shù)、水資源承載限制系數(shù)和水生態(tài)承載限制系數(shù)來量化水環(huán)境、水資源和水生態(tài)的超載狀態(tài)。其中，水環(huán)境承載限制系數(shù)作為一個比值變量，首先計(jì)算COD入河總量與COD水環(huán)境容量的差值，然后用差值與COD水環(huán)境容量的比值來描述水環(huán)境的承載能力，當(dāng)其比值大于0時，說明水環(huán)境已處于超載狀態(tài)；水資源承載限制系數(shù)也為比值變量，首先計(jì)算總需水量與可供水量的差值，然后用差值與可供水量的比值來描述水資源的承載能力，當(dāng)其值大于0時，說明水資源已處于超載狀態(tài)；最后綜合前兩個系數(shù)的最大值，得水生態(tài)承載限制系數(shù)來描述水生態(tài)承載力超載狀態(tài)。承載限制系數(shù)的值越大，其反映的水環(huán)境、水資源和水生態(tài)的超載狀態(tài)越嚴(yán)重。主要變量參數(shù)及方程式見表1。

3.3 系統(tǒng)流圖的構(gòu)建

通過分析各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系和系統(tǒng)中各因素之間的反饋關(guān)系，本文運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)專用建模軟件Vensim建立了以成都市水生態(tài)承載力系統(tǒng)耦合關(guān)系圖（圖1）為基礎(chǔ)的成都市水生態(tài)承載力SD模型。模型系統(tǒng)總流圖見圖2。

3.4 模型參數(shù)的選取

系統(tǒng)動力學(xué)模型的行為模式與結(jié)果主要取決于模型結(jié)構(gòu)，即反饋模型的行為對參數(shù)的變化是不敏感的，模型對參數(shù)的準(zhǔn)確度滿足模型要求即可[29]。本文選取的主要參數(shù)變量的數(shù)值均取自“材料與方法—數(shù)據(jù)來源”中的數(shù)據(jù)。其初始值見表1。

4 成都市水生態(tài)承載力的有效性檢驗(yàn)

本文對成都市水生態(tài)承載力SD模型進(jìn)行有效性檢驗(yàn)采用的是歷史性檢驗(yàn)[29]，將2010年-2013年的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入模型，將模擬的仿真結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)對比，驗(yàn)證其吻合度。

由于模型結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，參數(shù)較多，本文僅對2010年-2013年的人口數(shù)、總需水量、工業(yè)需水量、COD入河總量的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行歷史驗(yàn)證，結(jié)果見表3。

由誤差值分析可知，除2011年總需水量和2010年COD入河總量模擬值誤差略大于5%，其余模擬值誤差都低于5%，模擬結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)基本吻合，因此認(rèn)為模型模擬結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)擬合較好，模型結(jié)構(gòu)合理，可信度較高。

5 成都市水生態(tài)承載力模型情景設(shè)計(jì)與分析

情景分析法[30-31]是一種以某種趨勢和現(xiàn)象將一直持續(xù)為前提，通過定性和定量的分析，對事件可能出現(xiàn)的情況作出預(yù)測的方法。在研究成都市水生態(tài)承載力的過程中，運(yùn)用情景分析法提出不同的情景方案，在不同的情景模式下，對水生態(tài)承載力進(jìn)行預(yù)測分析，選擇出最為有效緩解承載力的情景方案。

5.1 決策變量的選取

參考相關(guān)研究[32-35]，選取萬元工業(yè)增加值用水量、工業(yè)用水重復(fù)利用率、污水處理率、污水回用率、灌溉水利用系數(shù)、禽畜集約化養(yǎng)殖比例、城鎮(zhèn)居民生活用水定額、農(nóng)村居民生活用水定額、工業(yè)污水直排COD平均濃度、污水處理廠COD平均出水濃度、城鎮(zhèn)居民生活人均COD產(chǎn)污系數(shù)、農(nóng)村居民生活人均COD產(chǎn)污系數(shù)、農(nóng)田單位面積COD排放量作為決策變量。

為綜合反映成都市水生態(tài)承載力狀況，選取總需水量、COD入河總量、水環(huán)境承載限制系數(shù)、水資源承載限制系數(shù)、水生態(tài)承載限制系數(shù)作為評價模型的主要指標(biāo)。

5.2 情景設(shè)計(jì)

（1）現(xiàn)狀延續(xù)型。假定從2013年至2020年，工業(yè)用水重復(fù)利用率、污水處理率、污水回用率、禽畜集約化養(yǎng)殖比例、灌溉水利用系數(shù)、城市居民生活用水定額和農(nóng)村居民生活用水定額按照現(xiàn)在的增長趨勢線性增加，即每年分別增加1%、0.5%、2%、2%、0.005、12 L/（人·d）、3 L/（人·d），則到2020年底，工業(yè)用水重復(fù)利用率達(dá)到90%、污水處理率達(dá)到85%、污水回用率達(dá)到20%、禽畜集約化養(yǎng)殖比例達(dá)到60%、灌溉水利用系數(shù)提高到0.52、城市居民生活用水定額提高至450 L/（人·d）、農(nóng)村居民生活用水定額提高至180 L/（人·d）。根據(jù)相關(guān)工作方案和最嚴(yán)水資源管理制度[36-37]，到2020年，工業(yè)用水方面逐漸降低萬元工業(yè)增加值用水量降至2013年的70%。

（2）節(jié)約水量型。為保證水資源的可持續(xù)利用，大力推行節(jié)約用水、循環(huán)用水和污水回用。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃、工作方案及最嚴(yán)水資源管理制度[36-39]，到2017年，全市農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)到0.535；到2020年，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)到0.56以上的要求來制定節(jié)約用水方案。即從2014年開始到2020年底，居民生活用水定額方面逐步消減至2013年的80%，工業(yè)用水方面逐漸降低萬元工業(yè)增加值用水量至2013年的50%，工業(yè)用水重復(fù)利用率逐漸提高至95%，灌溉水利用系數(shù)提高至0.56，污水回用率逐步提高至40%。

（3）污染防治型。為保證水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，提高水環(huán)境對外界干擾的抵抗力和水體的自凈能力，通過降低產(chǎn)污系數(shù)和提高污水處理率來提高水環(huán)境質(zhì)量。根據(jù)相關(guān)工作方案及國家標(biāo)準(zhǔn)[21，36]，2020年底前，新建城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施執(zhí)行一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，中心城區(qū)、郊區(qū)（市）縣城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水集中處理率分別達(dá)到98%、88%、75%以上，推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染防治和控制農(nóng)業(yè)面源污染的基礎(chǔ)上來制定詳細(xì)的污染防治方案。即工業(yè)污水直排COD平均濃度從2014年起由150 mg/L降為100 mg/L，污水處理廠COD平均出水濃度由60 mg/L降為50 mg/L。從2014年開始到2020年底，居民生活COD人均產(chǎn)污系數(shù)和農(nóng)村居民COD人均產(chǎn)污系數(shù)逐年消減至基準(zhǔn)年的80%，農(nóng)田單位面積COD排放量逐年消減至基準(zhǔn)年的70%，污水處理率逐年提高到90%，禽畜集約化養(yǎng)殖比例逐年提高到80%。

（4）綜合協(xié)調(diào)型。綜合協(xié)調(diào)型即在同時考慮節(jié)約用水和污染防治的基礎(chǔ)上進(jìn)行情景模擬。具體方案為：工業(yè)污水直排COD平均濃度從2014年起由150 mg/L降為100 mg/L，污水處理廠COD平均出水濃度由60 mg/L降為50 mg/L。從2014年開始到2020年底，居民生活用水定額方面逐步消減至2013年的80%，工業(yè)用水方面逐漸降低萬元工業(yè)增加值用水量至2013年的50%，工業(yè)用水重復(fù)利用率逐漸提高至95%，灌溉水利用系數(shù)提高至0.56，污水回用率逐步提高至40%。居民生活COD人均產(chǎn)污系數(shù)和農(nóng)村居民COD人均產(chǎn)污系數(shù)逐年消減至基準(zhǔn)年的80%，農(nóng)田單位面積COD排放量逐年消減至基準(zhǔn)年的70%，污水處理率逐年提高到90%，禽畜集約化養(yǎng)殖比例逐年提高到80%。

5.3 結(jié)果分析與討論

按照情景設(shè)計(jì)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，運(yùn)行成都市水生態(tài)承載力SD模型，模擬結(jié)果見圖3-圖7。

（1）總需水量模擬結(jié)果（圖3）中，現(xiàn)狀延續(xù)型和污染防治型總需水量逐年上升，綜合協(xié)調(diào)型和節(jié)約用水型總需水量逐年下降，且現(xiàn)狀延續(xù)型與污染防治型上升速度一致，綜合協(xié)調(diào)型與節(jié)約用水型下降速度一致。節(jié)約用水型的情景模擬，2020年總需水量降低到48.39 億m3，與2013年相比下降了8%，說明本情景中對居民生活用水、工業(yè)用水重復(fù)率、污水回用率、灌溉水有效利用系數(shù)的調(diào)整對總需水量的影響較大。

（2）COD入河總量模擬結(jié)果（圖4）中，綜合協(xié)調(diào)型<污染防治型<節(jié)約用水型<現(xiàn)狀延續(xù)型，在情景模擬中，污染防治型COD入河總量與2013年相比下降了11.71%，節(jié)約用水型下降了4.12%，而將兩種情景綜合協(xié)調(diào)后，COD入河總量下降了29.04%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩者的加和。以上三種情景說明，污染防治型比節(jié)約用水型對減少COD入河總量效果更好，但是，如果將兩者綜合，對減少COD的入河總量的控制將會達(dá)到最佳。

（4）水環(huán)境承載限制系數(shù)模擬結(jié)果（圖6）中，綜合協(xié)調(diào)型<污染防治型<節(jié)約用水型<現(xiàn)狀延續(xù)型，其中除了現(xiàn)狀延續(xù)型，其他三種情景的水環(huán)境承載系數(shù)自2013年以來逐年變小，說明成都市的水環(huán)境現(xiàn)狀在這三種情境下會逐年變好。通過曲線可以看出，節(jié)約用水型情境下，曲線的下降速率最??；綜合協(xié)調(diào)型情境下，曲線的下降速率最大；污染防治型情景下，曲線的下降速率居中。到2020年，節(jié)約用水型情境下的水環(huán)境承載限制系數(shù)為0.53，污染防治型情境下的水環(huán)境承載限制系數(shù)為0.41，綜合協(xié)調(diào)型情境下的水環(huán)境承載限制系數(shù)為0.13，說明了只有通過節(jié)約用水和污染防治的綜合協(xié)調(diào)，才能使水環(huán)境的質(zhì)量得到更好的改善。

（5）水生態(tài)承載限制系數(shù)模擬結(jié)果曲線（圖7）是水資源承載限制系數(shù)和水環(huán)境承載限制系數(shù)綜合后的一條曲線，該曲線反映出了水生態(tài)的兩個方面水資源與水環(huán)境。在該曲線中，綜合協(xié)調(diào)型<節(jié)約用水型<污染防治型<現(xiàn)狀延續(xù)型，同時在污染防治型和現(xiàn)狀延續(xù)型情景下，水生態(tài)承載限制系數(shù)逐年變大，說明節(jié)約用水才是影響水生態(tài)承載力的主要因素。比較節(jié)約用水型和綜合協(xié)調(diào)型曲線的下降速率，發(fā)現(xiàn)節(jié)約用水型下降速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于綜合協(xié)調(diào)型，更進(jìn)一步說明了1+1>2這種現(xiàn)象在科研中和生活中的普遍性，只有通過節(jié)約用水和污染防治的綜合協(xié)調(diào)，才能使水生態(tài)的質(zhì)量得到更快的改善，滿足水生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

由模擬結(jié)果可知，從2014年-2020年，成都市的水生態(tài)承載力在四種情景下由大到小的順序?yàn)椋壕C合協(xié)調(diào)型，節(jié)約用水型，污染防治型，現(xiàn)狀延續(xù)型。若成都市按當(dāng)前的現(xiàn)狀發(fā)展，其水生態(tài)承載力將越來越弱，最終可能造成生態(tài)嚴(yán)重破壞和經(jīng)濟(jì)巨大損失；當(dāng)單獨(dú)考慮污染防治或者節(jié)約用水時，得到的水生態(tài)承載限制年變化曲線減小速率較慢；若同時考慮污染防治和節(jié)約用水，就可以得到減小速率較快的水生態(tài)承載限制系數(shù)年變化曲線，到2020年的水生態(tài)承載限制系數(shù)與節(jié)約用水型情景相比，將降至節(jié)約用水型的一半。因此，污染防治與節(jié)約用水相結(jié)合，是提高成都市水生態(tài)承載力的關(guān)鍵。

6 結(jié)論

根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)方法建立了成都市水生態(tài)承載力模型，以圖形的形式直觀的反映出4種不同情景下的總需水量、COD入河總量、水環(huán)境承載限制系數(shù)、水資源承載限制系數(shù)、水生態(tài)承載限制系數(shù)隨時間的變化趨勢。模擬結(jié)果可為成都市的社會經(jīng)濟(jì)和資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供較為有價值的技術(shù)依據(jù)。

與前人在水生態(tài)承載力方面的研究相比，本文給出了影響水生態(tài)承載力主要因素的計(jì)算結(jié)果，同時提出的水生態(tài)承載系數(shù)可更加綜合、精確地反映承載力的大小，使不同地區(qū)的水生態(tài)承載力具有了可比性，有利于模型的推廣和使用。建議在以后的研究中考慮水環(huán)境容量的歷年變化情況，以期獲得更為準(zhǔn)確、客觀的成果。

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[39] 成都市人民政府.成都市循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃[Z].成都：成都市人民政府，2012.（People′s Government of Chengdu.The 12th five- year plan of circular economy development in Chengdu City [Z].Chengdu：People′s Government of Chengdu，2012.（in Chinese））