摘要：針對(duì)河北省長(zhǎng)期存在水資源供需矛盾的問(wèn)題，采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法建立河北省水資源供需模型，依據(jù)研究區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、水資源利用狀況等因素，設(shè)計(jì)5種不同情景（現(xiàn)狀延續(xù)型情景W1、經(jīng)濟(jì)發(fā)展型情景W2、節(jié)約用水型情景W3、污染治理型情景W4、協(xié)調(diào)發(fā)展型情景W5），預(yù)測(cè)河北省2022—2050年的需水量。結(jié)果表明：①5種情景下總需水量均呈遞增趨勢(shì)，平均值分別為239.47億、258.51億、215.53億、239.47億、232.95億m3；②5種情景下均處于缺水狀態(tài)，平均缺水程度分別為0.243 8、0.302 6、0.137 5、0.146 7、0.129 0；③5種情景下農(nóng)業(yè)需水量均值占總需水量均值比重最大，分別為46.57%、43.14%、45.72%、46.57%和43.85%。因此，提高農(nóng)業(yè)用水效率對(duì)減少水資源消耗起到舉足輕重的作用。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；水資源供需平衡；缺水程度；情景分析；河北省

中圖分類號(hào)：TV213文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-9235（2024）08-0092-12

Supply-demand Balance Prediction of Water Resources in Hebei ProvinceBased on System Dynamics

WANG Jianquan1，QIN Huanhuan1，2*，HUANG Lixiang1，ZHU Shiyi1

（1.School of Water Resources and Environmental Engineering，East China University of Technology，Nanchang 330013，China;2.StateKey Laboratory of Nuclear Resources and Environment，East China University of Technology，Nanchang 330013，China）

Abstract：To ease the long-term contradiction between the supply and demand of water resources in Hebei Province，the system dynamics method was used to construct a supply-demand model of water resources in Hebei Province.Based on factors in the studied area including economic development level and water resources utilization，five different development scenarios were designed（status quo continuation scenario W1，economic development scenario W2，water conservation scenario W3，pollution control scenario W4，and coordinated development scenario W5）.Water demand in Hebei Province from 2022 to 2050 was thus predicted.According to the results，①the total water demand shows an increasing trend under the five scenarios，with average values of 23.947，25.851，21.553，23.947 and 23.295 billion m3 respectively;②all five scenarios are in a state of water shortage，with an average shortage degree of 0.243 8，0.302 6，0.137 5，0.146 7 and 0.129 0 respectively;③the average value of agricultural water demand，under the five scenarios，accounts for the largest proportion of the average value of total water demand，with 46.57%，43.14%，45.72%，46.57%，and 43.85%respectively.Therefore，agricultural water use efficiency improvement plays an important role in reducing water consumption.

Keywords：systemdynamics;supply-demand balance of water resources;water shortage degree;scenarioanalysis;Hebei Province

經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)導(dǎo)致水資源短缺被認(rèn)為是人類社會(huì)最重要的威脅之一，也是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的制約因素［1］，尤其在人口經(jīng)濟(jì)集中的城市，城市空間的擴(kuò)張和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的增長(zhǎng)均在持續(xù)驅(qū)動(dòng)水資源需求的增加［2］。中國(guó)的水資源總量長(zhǎng)期低于世界平均水平，人均水資源量遠(yuǎn)低于世界平均水平［3］。隨著城市化的發(fā)展，中國(guó)對(duì)水資源的需求不斷增加；由于人類活動(dòng)不斷進(jìn)行，全球范圍內(nèi)產(chǎn)生的廢水超過(guò)80%未經(jīng)處理就排入水環(huán)境當(dāng)中［4］，導(dǎo)致水資源受到不同程度的污染；許多地區(qū)的降雨呈現(xiàn)不穩(wěn)定變化，持續(xù)干旱天氣的范圍大、頻率高，眾多因素加劇了水資源的短缺［5］。河北省作為“首都圈”的省份之一，是國(guó)家區(qū)域發(fā)展規(guī)劃的重要一環(huán)，具有十分重要的樞紐作用，但全省多年人均水資源量占有量?jī)H307 m3［6］，是全國(guó)平均值的1/7［7］，遠(yuǎn)低于國(guó)際公認(rèn)的人均500 m3的“極度缺水標(biāo)準(zhǔn)”，是典型的資源型缺水省份［8-9］。隨著城市化和經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，水資源供需矛盾將更加突出，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)和水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，科學(xué)預(yù)測(cè)河北省未來(lái)水資源供需平衡，對(duì)水資源管理部門(mén)制定相關(guān)的水資源管理政策具有重要的指示意義。

需水量預(yù)測(cè)是水資源規(guī)劃與管理的重要基礎(chǔ)和依據(jù)，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)區(qū)域需水量對(duì)于水資源可持續(xù)發(fā)展起到重要的指導(dǎo)作用。目前，常用的需水量預(yù)測(cè)方法有指標(biāo)法［10］、定額法［11］、時(shí)間序列法［12］、灰色預(yù)測(cè)法［13］、BP-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法［14］、多元線性回歸法［15］、主成分分析法［16］、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法（System Dynamics，SD）［17］。影響需水量的因素諸多，通常涉及到水文、社會(huì)、工程、經(jīng)濟(jì)和科技等方面，并且因素間的關(guān)系較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法不能系統(tǒng)、準(zhǔn)確地刻畫(huà)因素間的關(guān)系。然后SD法可以簡(jiǎn)明地反映各因素間的本質(zhì)聯(lián)系，真實(shí)有效地組織和揭示復(fù)雜水資源系統(tǒng)內(nèi)各因素之間和因素內(nèi)部的相互反饋機(jī)制［18］。相比之下，SD法能定量考慮影響需水量的各種水文、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科技等諸多因素，進(jìn)而較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)需水量。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是美國(guó)的福瑞斯特教授于1958年為分析生產(chǎn)管理及庫(kù)存管理等企業(yè)問(wèn)題而提出的系統(tǒng)仿真方法，被應(yīng)用于解決各種復(fù)雜系統(tǒng)性問(wèn)題，尤其在處理高度非線性、高階次、多變量、多重反饋問(wèn)題方面具有顯著優(yōu)勢(shì)［11，17-26，29-30］。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是以定性與定量相結(jié)合來(lái)研究如何有效解決復(fù)雜系統(tǒng)的方法。當(dāng)前，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如需水量預(yù)測(cè)、水資源規(guī)劃與管理、環(huán)境承載力、裝配式建筑、交通運(yùn)輸管理等方面［11，19-25］。

河北省缺水問(wèn)題引起了專家和學(xué)者的關(guān)注，因此做了一些研究工作。李騰等［27］采用水足跡法對(duì)河北省2004—2018年的水資源可持續(xù)性進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示水資源處于虧損狀態(tài)；段一明等［28］采用指標(biāo)體系法對(duì)河北省水資源脆弱性進(jìn)行分析，結(jié)果顯示水資源處于強(qiáng)、中等脆弱性狀況。然而針對(duì)河北省缺水問(wèn)題而展開(kāi)的工作大多數(shù)是對(duì)現(xiàn)狀的研究。因此，河北省未來(lái)需水量亟待預(yù)測(cè)。影響需水量預(yù)測(cè)的因素諸多，并且各因素的關(guān)系較為復(fù)雜。SD法建立的模型可以捕抓系統(tǒng)內(nèi)每一時(shí)刻各因素的狀態(tài)，進(jìn)而掌握其供需之間的關(guān)系。本文采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法建立河北省水資源供需SD模型，對(duì)多因素耦合的水資源復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行需水量預(yù)測(cè)，為河北省水資源可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與研究方法

1.1研究區(qū)概況

河北?。?6°05′～42°40′N，113°27′～119°50′E）是位于中國(guó)華北平原的省級(jí)行政區(qū)，省會(huì)石家莊，東臨渤海，內(nèi)環(huán)京津，西為太行山地，北為燕山山地，是中國(guó)唯一兼有高原、山地、丘陵、平原、湖泊和海濱的省份，總面積為18.88萬(wàn)km2（平原區(qū)81 459 km2、山地90 280 km2、高原15 954 km2），屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。從圖1可知，2006—2021年的平均降水量、水資源量、總用水量分別為521.59 mm、164.01億m3和190.17億m3，多年水資源量小于總用水量（2012、2016、2021年除外），絕大多數(shù)年份處于缺水狀態(tài)；2021年末，河北省常住總?cè)丝? 448萬(wàn)人，其中，城鎮(zhèn)常住人口4 554萬(wàn)人，農(nóng)村常住人口2 894萬(wàn)人；社會(huì)生產(chǎn)總值穩(wěn)步增長(zhǎng)，到2021年末，生產(chǎn)總值為40 391.2億元，其中，第一、二、三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)值分別為4 030.3億、16 364.2億、19 996.7億元。

1.2研究方法簡(jiǎn)介

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)由麻省理工學(xué)院的J.W.Forrester教授提出，是一種以定性分析為先導(dǎo)、定量分析為支持的系統(tǒng)仿真方法，其以反饋控制理論為基礎(chǔ)，借助數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，研究復(fù)雜系統(tǒng)行為。當(dāng)前，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在國(guó)內(nèi)的研究已十分成熟，主要被應(yīng)用于解決各種復(fù)雜的系統(tǒng)性問(wèn)題，特別在需水量預(yù)測(cè)方面取得一系列的科研成果［11，17-21，29-30］。

通常，利用SD法建立水資源供需模型，可以劃分為生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境以及水資源5個(gè)子系統(tǒng)，從而達(dá)到簡(jiǎn)化模型的效果，在此基礎(chǔ)上再對(duì)5個(gè)子系統(tǒng)作進(jìn)一步的描述，以使模型逐漸充實(shí)。通常，變量在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中可以用狀態(tài)、流率、輔助變量以及常量表達(dá)，應(yīng)具體考慮變量的含義而作進(jìn)一步確定；明確變量之間的關(guān)系并以關(guān)系方程式進(jìn)行定量化，搜集模型需要的所有數(shù)據(jù)，輸入模型后運(yùn)行，將模擬數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后獲得模型參數(shù)后，方可利用模型預(yù)測(cè)需水量。

SD模型的實(shí)質(zhì)是使用微分方程組對(duì)各個(gè)系統(tǒng)及其變量間的關(guān)系進(jìn)行定量描述［29］。假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)要素變量si（i=1，2，3，…n）在其定義域內(nèi)均為可微的函數(shù)，并且滿足式（1），則這n個(gè)要素變量構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。若要考慮到依賴于時(shí)間和空間，則聯(lián)立方程組就須用偏微分方程表示。式（1）表示系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基本原理。

2河北省系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建

2.1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流程圖

河北省水資源供需系統(tǒng)由生活需水量、工業(yè)需水量、環(huán)境需水量、農(nóng)業(yè)需水量和總供水量子系統(tǒng)組成（圖2）。本文利用VENSIM Professional軟件并以缺水程度為核心建立河北省水資源供需SD模型，將與水資源有直接影響的變量考慮進(jìn)系統(tǒng)邊界內(nèi)，用歐文法數(shù)值積分形式定量刻畫(huà)變量之間的關(guān)系。在流圖中，狀態(tài)變量（表示累積效應(yīng)的變量）用來(lái)表示、流率變量（表示積累效應(yīng)變化快慢的變化率變量）用來(lái)表示、輔助變量（從積累效用變量到變化率變量及變化率之間的中間變量）、常量（某一時(shí)間區(qū)間內(nèi)不隨時(shí)間變化而變化的量）、表函數(shù)（用來(lái)表示無(wú)法用顯性方程來(lái)表示變量間關(guān)系的一種方程）用來(lái)表示，表示源匯項(xiàng)，→表示變量之間的因果關(guān)系。

2.2模型變量、方程與數(shù)據(jù)來(lái)源

河北省水資源供需SD模型包括7對(duì)狀態(tài)變量方程、大量的速率方程、輔助變量、常量以及表函數(shù)。通過(guò)這些方程和變量，把各變量間的邏輯關(guān)系“翻譯”成為數(shù)學(xué)語(yǔ)言，以顯示其定量關(guān)系。由于文章篇幅有限，本文列出部分主要方程，見(jiàn)表1。

模型中所用數(shù)據(jù)主要包括水資源數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和環(huán)境污染數(shù)據(jù)。其中，地下水供水量、地表水供水量、各類用水定額來(lái)自2006—2021年河北省水資源公報(bào)；人口、區(qū)域生產(chǎn)總值、牲畜數(shù)量和有效灌溉面積來(lái)源于2007—2022年河北省統(tǒng)計(jì)年鑒；污水排放系數(shù)、污水處理率和污水回用率參考2007—2022年河北省統(tǒng)計(jì)年鑒、《第一次全國(guó)污染源普查城鎮(zhèn)生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》。

模擬時(shí)間為2006—2050年，基準(zhǔn)年為2006年，時(shí)間步長(zhǎng)為1 a。其中，2006—2021年為校準(zhǔn)年份（借助表函數(shù)將增長(zhǎng)率、用水定額、地下和地表供水量、廢污水排放系數(shù)、污水處理率和回用率等均作為模型的輸入?yún)?shù)，輸入狀態(tài)變量的初始值、常量和參數(shù)后運(yùn)行模型，直至模擬結(jié)束后，輸出生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和總需水量的模擬數(shù)據(jù)，將其與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，從而獲得和歷史數(shù)據(jù)擬合度較好的模型參數(shù)，以供模型的預(yù)測(cè)階段使用）；2022—2050年為預(yù)測(cè)年份（利用前一階段獲得的參數(shù)，模擬出5種情景下各行業(yè)未來(lái)需水量、總需水量、污水回用量、水資源供需缺口和缺水程度）。

2.3模型的有效性檢驗(yàn)與敏感性檢測(cè)

有效性檢驗(yàn)是判斷模型具備反映客觀事實(shí)能力的重要依據(jù)。為此，選取4個(gè)指標(biāo)（生活需水量、工業(yè)需水量、農(nóng)業(yè)需水量和總需水量）對(duì)模型進(jìn)行有效性檢驗(yàn)。將歷史數(shù)據(jù)輸入模型中，檢查變量單位、模擬時(shí)長(zhǎng)以及變量間的定量關(guān)系，確定無(wú)誤后運(yùn)行模型，直至模擬結(jié)束后，輸出4個(gè)待檢驗(yàn)指標(biāo)的模擬數(shù)據(jù)，將與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析。相對(duì)誤差值均在±5%以內(nèi)（表2），兩者的吻合度較好，說(shuō)明河北省SD模型是有效的［29］，能夠較準(zhǔn)確地刻畫(huà)、模擬研究區(qū)的系統(tǒng)行為。

敏感性檢測(cè)可以驗(yàn)證模型的可靠性與準(zhǔn)確性。一般而言，具有較好強(qiáng)壯性的模型表現(xiàn)在目標(biāo)變量對(duì)大部分外生變量是不敏感的。由于文章篇幅有限，因此，本研究展示模型中僅有2個(gè)常量（綠化用水定額、林地用水定額）的敏感性檢測(cè)結(jié)果。假設(shè)綠化用水定額、林地用水定額分別在0.001～0.700m3/m2（圖3a、3c）和800～1 400 m3/hm2（圖3b、3d）區(qū)間內(nèi)服從隨機(jī)分布，分別觀察生態(tài)環(huán)境需水量、水資源供需缺口、林牧業(yè)需水量的靈敏度，見(jiàn)圖3。秦劍［30］構(gòu)建了北京市水資源供需平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)模型進(jìn)行了敏感性檢測(cè)，結(jié)果顯示模型具有可靠性?；谖墨I(xiàn)［30］的判別法則，從圖3可知，模型對(duì)外生變量不敏感。結(jié)合有效性檢驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步說(shuō)明模型是可靠的，具有準(zhǔn)確性。

2.4情景設(shè)計(jì)

尋找適合河北省未來(lái)發(fā)展情景對(duì)解決水資源供需矛盾具有重要的實(shí)際意義。因此，依據(jù)河北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀和水資源利用情況，充分考慮了河北省未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中影響水資源可持續(xù)利用的因素，綜合考慮而設(shè)計(jì)了5種情景（現(xiàn)狀延續(xù)型情景W1、經(jīng)濟(jì)發(fā)展型情景W2、節(jié)約用水型情景W3、污染治理型情景W4和協(xié)調(diào)發(fā)展型情景W5），各情景下決策變量參數(shù)值見(jiàn)表3。決策變量預(yù)測(cè)值是依據(jù)河北省人口增長(zhǎng)情況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、水資源利用情況和工農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)水平等因素，綜合評(píng)價(jià)并考慮各情景強(qiáng)調(diào)的側(cè)重點(diǎn)不同而確定的參數(shù)值。

3結(jié)果與分析

3.1需水量模擬結(jié)果

通過(guò)圖4、5和表4，分析河北省未來(lái)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活、生態(tài)環(huán)境和總需水量。

a）從工業(yè)需水量角度分析，5種情景的工業(yè)需水量均呈遞增趨勢(shì)。其中，情景W2（均值為75.69億m3）的增長(zhǎng)速度最快，從20.81億m3升至189.30億m3，上升了8.1倍，其占總需水量比重在11.23%～46.88%，比重呈逐年遞增趨勢(shì)，出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因是情景W2更強(qiáng)調(diào)未來(lái)工業(yè)發(fā)展，從而導(dǎo)致工業(yè)需水量增加；情景W1（均值為57.49億m3）、情景W4（均值為57.49億m3）和情景W5（均值為62.28億m3）的增長(zhǎng)速度次之。情景W1、W4均從20.81億m3升至106.2億m3，上升了4.1倍，其占總需水量比重分別為11.23%～33.36%、11.23%～33.38%。情景W5從20.65億m3升至140.6億m3，上升了5.8倍，其占總需水量比重為11.20%～42.68%；情景W3（均值為49.25億m3）的增長(zhǎng)速度最慢，從20.58億m3升至85.1億m3，上升了3.14倍，是情景W2的0.39倍，其占總需水量比重為11.20%～31.75%。

b）從農(nóng)業(yè)需水量角度分析，5種情景的農(nóng)業(yè)需水量均值占總需水量均值比例最大（表4），均值依次為111.51億、111.51億、98.54億、111.51億、102.15億m3，比重依次為46.57%、43.14%、45.72%、46.57%、43.85%，均超過(guò)43.0%，表明河北省在未來(lái)仍以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)為主。農(nóng)業(yè)需水量均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中，情景W1、W2和W4均從97.53億m3升至137.90億m3，漲幅為41.39%；情景W5從96.95億m3升至117.5億m3，漲幅為21.20%，漲幅是前三者的0.51倍；情景W3呈先降后升趨勢(shì)，總體上從96.53億m3升至112.20億m3，漲幅為16.23%，占總需水量比重依次為52.63%～43.32%、52.63%～34.15%、52.52%～41.87%、52.63%～43.33%和52.58%～35.67%，比重均呈遞減趨勢(shì)，可能與提高農(nóng)業(yè)用水效率、改變種植結(jié)構(gòu)和耕地面積減少等因素有關(guān)聯(lián)。

c）從生活需水量角度分析，相比工農(nóng)業(yè)需水量，生活需水量的漲幅處于穩(wěn)定狀態(tài)。5種情景的漲幅依次為25.6%、34.3%、14.3%、25.6%和16.1%，依次從27.75億m3漲至34.85億m3、從27.75億m3漲至37.26億m3、從27.44億m3漲至31.37億m3、從27.75億m3漲至34.85億m3、從27.56億m3漲至32.00億m3，占總需水量比重均呈遞減趨勢(shì)，依次從14.98%降至10.95%、從14.98%降至9.23%、從14.93%降至11.71%、從14.98%降至10.94%、從14.95%降至9.71%，比重逐年下降可能與推廣節(jié)水技術(shù)、提高節(jié)水意識(shí)有關(guān)。

d）從生態(tài)需水量角度分析，5種情景的生態(tài)環(huán)境需水量的變化幅度較小，均值依次為39.26億、39.27億、39.26億、39.26億、39.27億m3，其占總需水量比重呈遞減趨勢(shì)。河北省在未來(lái)需重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)這一方面的管理力度，確保生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

e）5種情景的總需水量均呈遞增趨勢(shì)。其中，情景W2（均值為258.51億m3）的增長(zhǎng)速度最快，情景W1（均值為239.47億m3）、情景W4（均值為239.47億m3）、情景W5（均值為232.95億m3）的增長(zhǎng)速度次之，情景W3（均值為215.53億m3）的增長(zhǎng)速度最慢。3.2水資源供需平衡和污水回用量模擬結(jié)果

5種情景的水資源供需缺口均呈遞增趨勢(shì)（圖6），供需不平衡程度加劇。其中，情景W2的增長(zhǎng)速度最快，從3.35億m3升至177.9億m3，上升了174.55億m3，表明強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展將導(dǎo)致需水量增加，進(jìn)而加劇水資源供需不平衡；情景W1的增長(zhǎng)速度次之，從3.35億m3升至113.5億m3，上升了110.15億m3，是情景W2上升量的0.631倍；情景W3、W4和W5供需缺口增加量分別為67.32億、66.97億、80.60億m3，在模擬前期，情景W4供需缺口量均大于情景W3和W5，但在模擬后期，情景W5供需缺口增長(zhǎng)速度變快，超過(guò)情景W3和W4。供需缺口均值依次為47.77億、62.12億、26.50億、31.86億、28.09億m3。

5種情景的污水回用量均呈遞增趨勢(shì)（圖7）。情景W2、W4和W5的增長(zhǎng)速度比情景W1和W3快，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是情景W4較W1強(qiáng)調(diào)污水處理率、回用率，2種情景的平均總需水量均為239.47億m3，但缺水程度分別為0.146 7、0.243 8（表5），表明提高污水處理技術(shù)可以緩解缺水壓力；情景W2較W1強(qiáng)調(diào)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在污水處理率、回用率相等情況下，情景W2（26.31億m3）的平均污水回用量比W1（21.63億m3）多4.68億m3，但情景W2的缺水程度比W1大0.059，說(shuō)明污水回用量對(duì)緩解缺水壓力起到較小的作用；情景W5較W1更加全面考慮了人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、節(jié)水技術(shù)等因素，情景W5的污水回用量均值比W1多5.22億m3，缺水程度均值比情景W1少0.114 8，表明情景W5對(duì)緩解缺水壓力取得較好的效果。

3.3缺水程度模擬結(jié)果

缺水程度在模型中以IF THEN ELSE（水資源供需缺口大于0，水資源供需缺口/總供水量，0）的方式進(jìn)行定量表達(dá)。5種情景均處于缺水狀態(tài)（圖8），且缺水程度不斷加劇。其中，情景W2（均值為0.302 6）的缺水速度最快，情景W1（均值為0.243 8）的缺水速度次之，情景W3（均值為0.137 5）、W4（均值為0.146 7）、W5（均值為0.129 0）的缺水速度較緩慢。在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，若河北省注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展（情景W2），則缺水程度較情景W1將進(jìn)一步加??；若河北省加強(qiáng)宣傳節(jié)水力度，降低用水定額（情景W3），缺水矛盾較情景W1得到緩解，但缺水問(wèn)題仍存在，需從多方面采取行動(dòng)解決缺水問(wèn)題；若河北省提高污水處理技術(shù)同時(shí)引進(jìn)水資源量（情景W4），缺水程度較情景W1得到緩解，且在模擬期末，其缺水程度值最?。蝗艉颖笔【C合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、污水處理技術(shù)、引水工程（情景W5），那么缺水矛盾將得到有效的緩解。

總體而言，情景W2在未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度最快，但缺水問(wèn)題較其他情景更為嚴(yán)重，不利于河北省水資源長(zhǎng)期安全利用；情景W3和W4在未來(lái)的節(jié)水力度最大和污水處理效率最高，缺水矛盾較情景W1得到緩解，但大力支撐河北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下很難被采納；情景W5在未來(lái)適度強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高污水處理技術(shù)，同時(shí)考慮水資源利用情況，從模擬結(jié)果看來(lái)，此情景較符合河北省未來(lái)發(fā)展情況。

3.4情景對(duì)比結(jié)果

從表5可知，在預(yù)測(cè)期內(nèi)，情景W5的平均需水量?jī)H大于情景W3的215.53億m3，而小于情景W1、W2和W4；情景W5的平均缺水程度是所有情景中最低，均小于情景W1、W2、W3和W4；情景W5的平均供需缺口在所有情景中處于倒數(shù)第二，僅大于情景W3的26.50億m3；情景W5的平均污水回用量?jī)H小于情景W4（29.66億m3），大于情景W1、W2和W3；情景W5的平均GDP增長(zhǎng)率大于情景W1、W3和W4（均為5%），僅小于情景W2的8%。綜上所述，較其余4種情景，情景W5既能以適當(dāng)?shù)乃俣缺ＷC未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，又能緩解水資源利用壓力，是最符合河北省未來(lái)的發(fā)展情景。

3.5政策建議

從情景對(duì)比結(jié)果可知，情景W5在模擬期內(nèi)平均需水量為232.95億m3，大于情景W3（215.53億m3），小于情景W1和W4（239.47億m3）、情景W2（258.51億m3）；情景W5的平均缺水程度為0.129 0，小于其余4種情景（W1為0.243 8，W2為0.302 6，W3為0.137 5，W4為0.146 7）。故而，在5種情景中，情景W5綜合考慮人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、節(jié)水技術(shù)、居民用水習(xí)慣等因素，是符合綠色發(fā)展理念，也是研究區(qū)在未來(lái)應(yīng)該采納的發(fā)展方案。研究區(qū)的政府決策人員在制定社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源保護(hù)等政策時(shí)，應(yīng)該考慮情景W5所提出的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方案。

河北省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)國(guó)家區(qū)域發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。然而，河北省缺水問(wèn)題將極大地制約當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在現(xiàn)有的水資源情況下，一味地發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)而不考慮水資源承載力，顯然對(duì)河北省的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展是極為不利。因此，河北省在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的同時(shí)應(yīng)兼顧對(duì)水資源的保護(hù)。情景W5既保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展有一個(gè)適當(dāng)?shù)脑鲩L(zhǎng)速度，又采取一定的措施保護(hù)水資源，有效地緩解缺水壓力，適合研究區(qū)的未來(lái)發(fā)展，可以給政府有關(guān)部門(mén)制定政策提供參考。

4結(jié)論

a）5種情景的總需水量均呈遞增趨勢(shì)。其中，情景W2（均值為258.51億m3）的增長(zhǎng)速度最快，情景W1（均值為239.47億m3）、情景W4（均值為239.47億m3）、情景W5（均值為232.95億m3）的增長(zhǎng)速度次之，情景W3（均值為215.53億m3）的增長(zhǎng)速度慢；污水回用量均值依次為21.63億、26.31億、18.95億、29.66億、26.85億m3。

b）5種情景下水資源供需缺口均值依次為47.77億、62.12億、26.50億、31.86億、28.09億m3，缺水程度均值依次為0.243 8、0.302 6、0.137 5、0.146 7、0.129 0，表明河北省在未來(lái)仍存在缺水問(wèn)題，這是由河北省是典型的資源型缺水省份的實(shí)際情況所決定，現(xiàn)有水資源不足以支撐未來(lái)發(fā)展，但通過(guò)采取積極的措施可以緩解未來(lái)水資源利用壓力。

c）尋找河北省水資源供需矛盾問(wèn)題的解決方案，情景W5是最應(yīng)該被采納的方案，既能保證河北省在未來(lái)以適度的速度發(fā)展經(jīng)濟(jì)，又能緩解水資源利用壓力。在未來(lái)水資源利用過(guò)程中，需加強(qiáng)水資源規(guī)劃管理、推廣節(jié)水技術(shù)、加強(qiáng)污水處理技術(shù)、發(fā)展水資源多元化利用，才能實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用。

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