基于未来经济发展的南宁市用水量研究

基于未来经济发展的南宁市用水量研究

［摘要］本文在界定系统边界的基础上,采用系统动力学的方法,构建南宁市水资源—社会经济—生态环境系统模型,并给出主要系统动力学方程。然后对南宁市不同发展情景进行模拟,预测其在2005—2020年的各种用水量,并对结果进行比较和分析,旨在对南宁市的发展提供参考和支持。

［关键词］系统动力学；用水量；南宁市

水资源作为社会经济发展的必需条件,其供应能力直接影响到地区经济发展的空间。南宁市地处亚热带,气候湿润,雨量充沛,水资源总体较为丰富,但由于降水和河川径流的时空分布很不均匀,有时候用水量会超出供水量,进而影响南宁市的经济发展和人民生活。本文针对这种情况,采用系统动力学的方法,通过对南宁市水资源—社会经济—生态环境系统建立模型,模拟分析南宁市未来的用水情况,为南宁市的发展提供参考。

1 南宁市水资源—社会经济—生态环境系统模型的建立

1.1 系统建模目的及模型边界

通过建立SD模型,模拟三种发展模式下,南宁市2005—2020年的水资源和社会经济的发展趋势,并分析其原因,为南宁市对水资源的开发和利用提供参考。南宁市水资源—社会经济—生态环境系统SD模型以南宁市行政区域为界。

1.2 关键变量及因果关系图

南宁市SD模型由三个子系统组成：水资源系统、社会经济系统和生态环境系统。水资源是生态环境的一部分,社会经济的发展影响到水资源的利用情况、生态环境的好坏,反过来,水资源、生态环境又会制约或促进社会经济的发展,三者之间互相作用、错综复杂的关系,可以通过几个关键变量联系起来。水资源系统的总用水量、总供水量、缺水量,社会经济系统的GDP、总人口和生态环境系统的污水回收量,它们之间的关系如图1所示：

1.3 流图的建立

(1)仿真周期与步长

本模型以2005年为基准年,仿真2005—2020年,运行步长为一年。

(2)状态变量及方程的设置

模型共使用60个变量,其中4个状态变量、4个速率变量、52个辅助变量。状态变量分别为：GDP、总人口、水利投资、污水处理投资。GDP是反映一个地区经济发展情况的典型指标；总人口既会直接影响到水资源的使用,又对社会经济的发展起着重要作用；水利投资和污水处理投资是社会经济作用到水资源的关键变量。

其中状态变量的模型表达式为：

GDP水平=INTEG (GDP年增加值,5.16356e+006)(1)

总人口=INTEG (人口年增加值,659.54)(2)

水利投资=INTEG (水利投资年增加值,75271)(3)

污水处理投资=INTEG (污水处理投资年增加值,5163.56)(4)

(3)其他参数的说明

参数的准确与否直接关系到模型预测的准确度。本模型利用软件SPSS17.0,采用回归分析、插值法等对参数间的关系进行估测分析。有些参数确定为常数的,均参考南宁市的历史数据或国家城市平均水平确定,本模型的数据主要来自《南宁市统计年鉴》、《南宁市水资源公报》以及《广西北部湾经济区水资源综合规划》。

模型中通过回归分析的变量方程为:

城镇人均可支配收入=4064.53+0.784×人均GDP(5)

城镇生活水价=0.9125+0.0325×(Time-1999)(6)

城镇生活用水定额=178.421-(城镇生活水价) .176+0.15×(城镇人均可支配收入) .48(7)

工业水价=1.1433+0.0263×(Time-1999)(8)

工业万元GDP用水量=-0.015+0.1×EXP(-0.743×工业水价)(9)

建筑及三产水价=0.55+0.15×(Time-1999)(10)

2 模型的运行及检验

2.1 模型运行情景的设定

模型主要运行包括三种情景：稳健型增长、积极型增长和跨越式增长。通过分别设定三种模式下GDP的增长率,来看南宁市水资源利用情况。其中,稳健型增长模式为：(2005,9%)(2010,9%)(2015,9%)(2020,9%),积极型增长模式为：(2005,9%)(2010,11%)(2015,13%)(2020,15%),跨越式增长模式为：(2005,9%)(2010,13%)(2015,17%)(2020,21%)。

2.2 模型的检验

(1)模型的直观检验与运行检验

用Vensim对模型进行直观检验和运行检验,观察方程等式两边的量纲是否一致,因果关系、流图结构、变量的设置、方程的表述是否合理,运行是否有错。经检验,发现模型运行良好、无误。

(2)模型的历史检验

模型以2005年为基准年,可选定2005—2008年的模拟数据与历史数据进行对比,一般主要变量的模拟值与实际值之间的差额不超过5%,模型可视为有效。现选定总用水量和总人口两个变量进行检验，如下表所示,发现它们的误差均在5%以内,预测值比较准确,模型的有效性较好。

说明：因为跨越式比较接近南宁市的发展情况,所以此处的模拟数据采用了跨越式增长模式中的数据。

3 模型结果分析

(1)农业用水量分析

2005—2020年,农业用水量呈微下降趋势,在稳健型增长模式下,农业用水量从228556万立方米下降到了210022万立方米,下降了8.11%；在积极型增长模式下，下降到205794万立方米,下降了9.96%；在跨越式增长模式下,下降到203662万立方米,下降了10.89%,主要是由于2005—2020年,南宁市的城镇化率从26.89%增长到63.29%,节水投资从6371.64万元分别增加到6957.96万元、7095.53万元、7164.89万元,城市化速度越来越快、耕地规模不断缩减,节水力度不断加大，如图2所示。

(2)第二产业用水量分析

第二产业用水量逐渐增加,三种发展模式下从2005年的26698.8万立方米,上升至2020年的61142.8万立方米、89130.5万立方米,128344万立方米,分别增长了1.2901倍、2.3384倍、3.8071倍。其中工业用水占较大比重,2005年工业用水约为建筑业用水的65倍。随着南宁经济的发展,建筑业、工业化进程不断加快,第二产业用水已经成为新的需水增长点,如图3所示。

(3)第三产业用水量分析(图4)

第三产业用水量逐渐增加,南宁市产业结构中第三产业比重较大,约为60%,但由于第三产业单位产值用水量远小于第二产业单位产值用水量,导致第三产业用水量的绝对值不大。在三种发展模式下,第三产业用水量从7224.13万立方米分别增长到9827.67万立方米、10007.5万立方米、10186.3万立方米。

(4)生活用水总量分析(图5)

生活用水总量包括农村生活用水量和城镇生活用水量,随着经济的发展,农村人口逐渐减少,城镇人口逐渐增多,农村生活用水量逐渐减少,从2005—2020年下降了37.71%,但城镇生活用水量增长了2倍左右,所以生活用水总量呈总体上升趋势,主要是由于社会经济的快速发展促使人们生活的改善与提高,使得人们总体每人每日用水量增大,另外,人口的逐渐增多也起了一定作用。

(5)总用水量分析(图6)

由图6可见,南宁市2005—2020年,总用水量在三种发展模式下都呈上升趋势,开始缓慢增长,随着时间的推移,用水量增长速度加快,其中,在稳健型增长模式下,总用水量从299854万立方米增长到336774万立方米,增长了12.31%,在积极型增长模式下2005—2020年增长了20.51%,而在跨越式增长模式下增长了33.19%。由于发展速度的加快,南宁市经济发展水平逐渐提高,农业用水虽然缓慢降低,但工业、建筑业、第三产业以及生态用水量大幅上升,最终导致总用水量的增加。

4 结论

本文通过对南宁市水资源—社会经济—生态环境系统的分析,建立了SD模型,通过调整系统参数,设定三种发展模式：稳健型增长模式、积极型增长模式和跨越式增长模式,模拟了南宁市2005—2020年水资源的耗用情况,并作了相应分析。