北京水资源风险评估报告

北京市水资源风险评估报告

胡凯逢，王在洪，周莹

（新疆大学数学与系统科学学院乌鲁木齐830046）

摘要

北京属水资源重度缺乏地区，是世界上111个特贫水城市之一，是全国库存水量下降最快的三个城市之一。2009年北京市人均水资源只有210立方米，是世界年人均水资源的1/40，远远低于世界人均1000立方米的缺水下限，属重度缺水地区。水资源紧缺已成为影响和制约首都社会和经济发展的重要因素。经过对北京多年水资源资料的整理分析，在对水资源短缺风险因素分析后，我们建立了相应的风险指标体系，如图（1）所示，该指标体系分为3个层次,共由13个指标组成。在风险指标体系建立起之后，首先，我们采用主成分分析法对高维变量系统进行最佳综合与简化，同时客观地确定各个指标的贡献率，从而筛选出贡献率较大（绝对值）的指标，确定敏感因子。其次，我们利用灰色关联方法再次对风险指标进行定量筛选，找出风险敏感因子，并将其结果与主成分分析法的结果互相对比和验证，最终得出导致北京水资源短缺风险的敏感因子。根据对风险敏感因子的筛选，评定出风险基础因子为GDP、人口、降雨量、水资源总量。依据1978-2010年北京年鉴统计数据，针对风险基础因子，构建水资源风险评价指数，建立起水资源风险指数模型

)10/(W G P K C ⋅⋅⋅

=，对北京各年水资源风险进行综合评价。利

用MATLAB 软件分别对基础风险因子拟合，GDP 符合指数模型kt

pe y =，人口

符合直线-logistic 增长模型

rt

c e

k

bt a y −++

+=1进行非线性拟合，

并预测2010，2011，2012,2013的水资源风险等级均为高风险状态。经过再生水利用和外调水补给，预测到北京市未来4年水资源风险指数明显降低。研究表明，北京2001年至2009年平均风险评价指数为10.4，水资源短缺状况处于高风险状态，为了维持社会可持续发展和生态系统平衡，必须严格控制人口规模、控制经济规模快速膨胀、提高再生水利用量、加快南水北调工程，到2014年，虽然南

水北调工程能在相当程度上缓解北京水压力，但这不是根本措施。根据数据分析可得：北京全年用水总量中，农业和工业用水量呈逐年下降趋势，而生活用水和环境用水则呈逐年增长趋势，同时北京市的人口数量也呈逐年增长趋势，这些都将使南水北调的作用微乎其微。因此解决北京水资源的根本方法是限制人口规模，合理制约城市快速膨胀。

关键词：水资源主成分分析灰色关联度风险因子风险指数风险等级非线性拟合

一、问题重述

北京是世界上水资源严重缺乏的大都市之一，其年人均水资源占有量不足

m，是中国年人均水资源的1/10，是世界年人均水资源的1/40,属重度2103

缺水地区,附表中所列的数据给出了1978年至2009年北京市水资源短缺的状况。北京市水资源短缺已经成为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素。政府采取了一系列措施,如南水北调工程建设,建立污水处理厂,调整产业结构等。但是，气候变化和经济社会不断发展，水资源短缺风险始终存在。如何对水资源风险的主要因子进行识别，对风险造成的危害等级进行划分，对不同风险因子采取相应的有效措施规避风险或减少其造成的危害，这对北京经济的稳定、可持续发展战略的实施具有重要的意义。

（1）根据《北京2009统计年鉴》及市政统计数据及北京市水资源的其他资料，我们经讨论得知，北京市水资源短缺的主要矛盾是水资源总量与城市经济膨胀和人口不断增加之间的矛盾。想要解决这个问题，就必须从影响因子着手，所以我们将问题细分为：

（2）影响北京市水资源短缺的主要因子是什么？

（3）各因子对风险程度的贡献是多少？

（4）北京市水资源风险程度？

（5）采用何种应对措施来降低风险，来有效管理水资源利用总量？

（6）未来几年北京市将面临何种等级的水资源短缺风险指数，如何应对？（7）通过建模等一系列工作并对其进行分析检验后得出结论，然后向北京市主管部门写一份建议报告。

二、问题分析

鉴于北京水资源短缺现状，本组成员经过资料搜查和讨论等一系列工作。

首先，确定出影响水资源短缺风险的风险因子并进行分析得到如下因素可以导致水资源短缺风险变化：

（1）降水量：降水是地球表面主要的水资源供给来源之一，降水量变化直接影响到水资源量的多少。

（2）水源涵养指标(以植被覆盖率表示)：一般植被覆盖率越大,涵养水源越好,越能有效降低水资源短缺风险。

（3）地下水天然补给量：此补给量越大,可用地下水也越多。

（4）地表水资源量：补给量越大,可用地表水也越多,降低水资源短缺风险。（5）人均水资源：人均水资源越高表明水资源越充足，将会降低水资源短缺的风险。

（6）农业用水：此值越高表明当年降雨量越少，应充分考虑水资源不足，减少农业用水量，改进技术，降低风险。

（7）GDP：此值越高,表明经济实力越强,可以对水资源的开发和利用进行更大的投资,原则上能够降低水资源短缺风险。

（8）万元产值GDP水耗：在保证产值的情况下耗水率越低,水资源利用率越高,相应地能够降低水资源短缺风险。

（9）工业用水：一般工业产生污染比较严重,工业用水越高,则水污染越严重,所以该值增大会加大水资源短缺风险。

(10)人口规模：人口规模大将导致水资源使用更加紧张,此值增大将加大水资源短缺风险。

(11)生活用水:在北京，用水一般较紧张,普遍提倡节约用水,因此在保证人们正常生活用水情况下,生活用水越小,水资源短缺风险也越低。

（12）环境用水：北京环境用水量越少，水资源短缺风险越低。

（13）水资源总量：此值越高，水资源短缺风险越低。

其次，我们运用主成分分析法和灰色关联度法得出敏感风险因子。

再次，对数据进行拟合，运用构建水资源风险评价指数，对水资源短缺风险进行评估并进行预测。

最后，对拟合评估的各年风险指数，加入外调水以及再生水利用的影响对风险指