長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”與社會經(jīng)濟(jì)SD模型構(gòu)建及應(yīng)用Ⅱ

楊麗 張睿齊 劉海軍 王紅瑞 趙自陽

摘要：基于構(gòu)建的長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)動力學(xué)模型，選用靈敏度大于5%的參數(shù)設(shè)置了16個不同的發(fā)展情景，并對不同情景進(jìn)行了模擬和評價。研究結(jié)果表明：不同情景之間人均GDP相差較小;在社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展、水資源和水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)常規(guī)發(fā)展情景下，廢水排放總量、COD排放總量和氨氮排放總量最大，分別為4.37×106萬 t、2.56×106 t和2.26×105 t;在社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)常規(guī)發(fā)展、水資源和水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展情景下，廢水排放總量、COD排放總量和氨氮排放總量最小，分別為3.68×106萬t、2.07×106 t和1.82×105 t;在社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和水災(zāi)害子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展情景下，洪旱治理投資增加;在預(yù)測年份，區(qū)域整體水安全朝著更為安全的方向發(fā)展，在現(xiàn)狀仿真情景下（情景1），到2035年水安全評價指數(shù)達(dá)到64分（等級4）;對于單一子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展，它對區(qū)域整體水安全性的影響順序由大到小排列依次為水生態(tài)環(huán)境>水資源>水災(zāi)害>社會經(jīng)濟(jì)。因此，社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)常規(guī)發(fā)展，水資源、水生態(tài)環(huán)境和水災(zāi)害子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展的模式為最優(yōu)發(fā)展模式。

關(guān) 鍵 詞：水生態(tài); 水環(huán)境; 水資源; 水災(zāi)害; 系統(tǒng)動力學(xué)模型; 情景設(shè)置; 模擬評價; 長江經(jīng)濟(jì)帶

中圖法分類號： F205

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.04.001

0 引 言

2008年，長江經(jīng)濟(jì)帶地區(qū)GDP為1.3×105億元，常住人口為5.69億人，分別占全國的40.7%和42.8%。2019年，長江經(jīng)濟(jì)帶地區(qū)GDP為4.6×105億元，常住人口為6.02億人，分別占全國的46.2%和43.0% [1]。而2008年長江經(jīng)濟(jì)帶水資源總量為1.25×104億m3，占全國的45.5%;2019年水資源總量為1.28×104億m3，占全國的44.1%?？梢钥闯觯?008～2019年間，長江經(jīng)濟(jì)帶GDP和人口增速均高于全國平均水平，而水資源總量增長幅度卻低于全國平均水平。隨著長江經(jīng)濟(jì)帶經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的聚集，使得該地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)與“四水”（水資源、水環(huán)境、水生態(tài)和水災(zāi)害）發(fā)展不匹配[2-5]。因此，如何正確把握長江經(jīng)濟(jì)帶社會經(jīng)濟(jì)與“四水”之間的發(fā)展關(guān)系，對長江經(jīng)濟(jì)帶的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

關(guān)于長江經(jīng)濟(jì)帶社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，已有學(xué)者開展了相關(guān)研究。史安娜等[6]利用DPSIR框架模型展開的研究發(fā)現(xiàn)，長江經(jīng)濟(jì)帶水資源保護(hù)的主要制約因素為單位產(chǎn)值耗水量、污水排放量、節(jié)水政策推廣程度以及污水處理能力。李寧等[7]利用水足跡計算模型和水資源利用與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展脫鉤評價模型進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，2000～2015年，長江中游城市群農(nóng)業(yè)用水量比重過大，水資源與經(jīng)濟(jì)增長基本處于相對脫鉤的初級協(xié)調(diào)狀態(tài)。沈曉梅等[8]借助于增長阻尼模型的研究發(fā)現(xiàn)，2000～2016年，長江經(jīng)濟(jì)帶水資源對經(jīng)濟(jì)增長的約束作用減弱并逐漸穩(wěn)定。何剛等[9]利用TOPSIS模型開展的研究發(fā)現(xiàn)，2007～2016年，長江經(jīng)濟(jì)帶區(qū)域內(nèi)各?。ㄊ校┧Y源承載力整體水平較低，而且各省（市）間的水資源承載力均衡性差異較大。此外，還有學(xué)者利用博弈模型[10]、面板平滑轉(zhuǎn)換模型[11]等，對長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”問題與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系進(jìn)行了研究。

系統(tǒng)動力學(xué)（System Dynamics，簡稱SD）的系統(tǒng)內(nèi)部組成要素互為因果，能夠?qū)r變問題進(jìn)行系統(tǒng)仿真[12]。因此，將長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”與社會經(jīng)濟(jì)利用SD進(jìn)行耦合聯(lián)系，建立了長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)動力學(xué)模型，用以研究其內(nèi)部的相互作用和影響機(jī)制。目前，已有的關(guān)于長江經(jīng)濟(jì)帶的研究，僅分析了社會經(jīng)濟(jì)與“四水”部分因素之間的相互影響，并未研究所有因素的共同作用和相互影響機(jī)制。因此，本文研究通過建立的系統(tǒng)動力學(xué)模型，以“四水”問題為約束條件，對長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展模式的關(guān)鍵要素進(jìn)行識別，對不同的發(fā)展情景進(jìn)行仿真模擬預(yù)測，以為長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)的參考和規(guī)劃依據(jù)。

1 模型介紹

長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)動力學(xué)模型包括社會經(jīng)濟(jì)、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)和水災(zāi)害5個子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)相互耦合。模型驗(yàn)證期為2008～2019年，預(yù)測期為2020～2035年。對模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)性檢驗(yàn)、歷史檢驗(yàn)和靈敏性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠反映真實(shí)的歷史情況。具體模型構(gòu)建與驗(yàn)證過程詳見文章《長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)動力學(xué)模型構(gòu)建及應(yīng)用Ⅰ：模型構(gòu)建與驗(yàn)證》[13]。

2 情景設(shè)計

2.1 調(diào)控參數(shù)的選擇和情景設(shè)計

根據(jù)模型靈敏度檢驗(yàn)結(jié)果，選擇靈敏度大于5%的參數(shù)作為系統(tǒng)的主要驅(qū)動參數(shù)。主要驅(qū)動參數(shù)包括常住人口、城鎮(zhèn)化率、二產(chǎn)增加值增長率、三產(chǎn)增加值增長率、地表水供水量、萬元工業(yè)增加值用水量、耕地實(shí)際灌溉畝均用水量、工業(yè)污水排放系數(shù)、城鎮(zhèn)污水排放系數(shù)、城鎮(zhèn)生活污水氨氮濃度、城鎮(zhèn)生活污水COD濃度、單位廢水總磷排放、水利投資占GDP比例、防洪投資比例、洪災(zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失以及平均浮游植物多樣性指數(shù)等16個指數(shù)。

常規(guī)發(fā)展模式參數(shù)的設(shè)定依據(jù)為《國家人口發(fā)展規(guī)劃（2016～2030年）》《長江流域綜合規(guī)劃（2012～2030年）》《長江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》以及《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》等關(guān)于“四水”與社會經(jīng)濟(jì)的相關(guān)規(guī)劃，以及根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。

長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)包括5個子系統(tǒng)，但由于進(jìn)行靈敏度檢驗(yàn)時，水生態(tài)子系統(tǒng)僅一個指標(biāo)靈敏度大于5%（平均浮游植物多樣性指數(shù)）。因此，在情景設(shè)計時，將水生態(tài)和水環(huán)境子系統(tǒng)合并，即分別設(shè)置社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、水資源子系統(tǒng)、水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)和水災(zāi)害子系統(tǒng)的優(yōu)先發(fā)展模式，將其與常規(guī)發(fā)展模式進(jìn)行排列組合，考慮到新冠疫情等對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響的事件，設(shè)置一個社會經(jīng)濟(jì)滯后發(fā)展模式，共 17種發(fā)展情景，如圖1所示。情景1為現(xiàn)狀仿真情景。DDC5D8F5-9718-4828-9ACB-B6D6E2228C46

2.2 不同發(fā)展模式下參數(shù)的確定

社會經(jīng)濟(jì)優(yōu)先發(fā)展模式主要調(diào)節(jié)社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)參數(shù)，具體為常住人口、城鎮(zhèn)化率、二產(chǎn)增加值增長率以及三產(chǎn)增加值增長率等4個參數(shù)。水資源優(yōu)先發(fā)展模式主要調(diào)節(jié)水資源子系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)參數(shù)，具體為地表水供水量、萬元工業(yè)增加值用水量和耕地實(shí)際灌溉畝均用水量3個參數(shù)。水生態(tài)環(huán)境優(yōu)先發(fā)展模式主要調(diào)節(jié)水環(huán)境和水生態(tài)子系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)參數(shù)，具體為工業(yè)污水排放系數(shù)、城鎮(zhèn)污水排放系數(shù)、城鎮(zhèn)生活污水氨氮濃度、城鎮(zhèn)生活污水COD濃度、單位廢水總磷排放以及平均浮游植物多樣性指數(shù)等6個參數(shù)。水災(zāi)害減少優(yōu)先發(fā)展模式主要調(diào)節(jié)水災(zāi)害子系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)參數(shù)，具體為水利投資占GDP比例、防洪投資比例、洪災(zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失3個參數(shù)。

考慮到長江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展?fàn)顩r，盡可能以不偏離相關(guān)規(guī)劃來追求社會經(jīng)濟(jì)的高效益發(fā)展、減小水資源供需缺口、水生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步改善和降低水災(zāi)害損失為原則來進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展模式下的參數(shù)確定。各子系統(tǒng)的優(yōu)先發(fā)展模式均以常規(guī)發(fā)展模式為參考實(shí)行上下調(diào)節(jié)。

（1） 社會經(jīng)濟(jì)優(yōu)先發(fā)展模式是在常規(guī)發(fā)展模式的基礎(chǔ)上，考慮了較高的人口承載力、城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。在參考長江經(jīng)濟(jì)帶下游區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和三孩政策的驅(qū)動，以及考慮到長江經(jīng)濟(jì)帶的人口承載力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿Φ幕A(chǔ)上，將常住人口數(shù)上調(diào)2%，將城鎮(zhèn)化率上調(diào)5%;同時，考慮到長江經(jīng)濟(jì)帶2008～2019年三產(chǎn)增加值較二產(chǎn)增加值的增長速率更快，因此將二產(chǎn)增加值的增長率上調(diào)3%，將三產(chǎn)增加值的增長率上調(diào)5%。

（2） 水資源優(yōu)先發(fā)展模式是在常規(guī)發(fā)展模式的基礎(chǔ)上，能夠更好地保證長江經(jīng)濟(jì)帶用水安全。在參考水資源開發(fā)利用紅線的基礎(chǔ)上，將地表水供水量上調(diào)5%。根據(jù)常規(guī)發(fā)展模式下的模擬結(jié)果，到2035年，長江經(jīng)濟(jì)帶用水量會顯著增加，需要加強(qiáng)科研創(chuàng)新的措施來降低用水量，因此，本文研究假定在采取了相應(yīng)措施的基礎(chǔ)上，將萬元工業(yè)增加值用水量和耕地實(shí)際灌溉畝均用水量均下調(diào)5%。

（3） 水生態(tài)環(huán)境優(yōu)先發(fā)展模式是較常規(guī)發(fā)展模式有更少的污水和污水中污染物的排放量，以及生態(tài)條件得到改善。由常規(guī)發(fā)展模式模擬結(jié)果可知：目前，長江經(jīng)濟(jì)帶污水處理水平有限，需要加強(qiáng)污水處理設(shè)施建設(shè);假定加強(qiáng)污水處理設(shè)施建設(shè)后，工業(yè)和城鎮(zhèn)污水排放量能下降10%，城鎮(zhèn)生活污水中COD和氨氮濃度均能下降5%，由于目前磷污染為長江流域水質(zhì)改善的主要制約因素，因此設(shè)置單位廢水總磷排放下降幅度較大，下調(diào)10%。

（4） 增大水利投資可以降低區(qū)域受到水災(zāi)害時的損失，水災(zāi)害子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展需要增大水利投資，降低水災(zāi)害損失。因此，本文研究假定水利投資占GDP比例和防洪投資比例上調(diào)15%，洪災(zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失受氣候等變化影響較大，下降幅度有限，因此假定下降10%。

（5） 根據(jù)2021年《中國統(tǒng)計年鑒》中的相關(guān)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)2020年由于受新冠肺炎的影響，二產(chǎn)和三產(chǎn)增加值分別較常規(guī)發(fā)展模式下的模擬值降低了8%和10%，考慮到2020年受新冠疫情影響較大，之后下降比例會逐漸降低，因此設(shè)置社會經(jīng)濟(jì)滯后發(fā)展模式下二產(chǎn)和三產(chǎn)增加值的增長率分別下調(diào)4%和5%;考慮到社會經(jīng)濟(jì)滯后發(fā)展模式，相較于常規(guī)的發(fā)展模式，城鎮(zhèn)化率增速會減緩，城鎮(zhèn)化率增速較低，因此相對于常規(guī)發(fā)展情景，設(shè)置城鎮(zhèn)化率下調(diào)3%。其他指標(biāo)保持常規(guī)發(fā)展。

不同發(fā)展模式下參數(shù)的具體設(shè)置如表1所列。

3 不同情景模擬結(jié)果的評價方法

3.1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

結(jié)合長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”與社會經(jīng)濟(jì)的實(shí)際情況以及系統(tǒng)動力學(xué)模型，基于綜合分析長江經(jīng)濟(jì)帶社會經(jīng)濟(jì)、水資源、水生態(tài)環(huán)境和水災(zāi)害之間的聯(lián)系以及系統(tǒng)整體的安全性，設(shè)置了目標(biāo)層（A）、準(zhǔn)則層（B）和指標(biāo)層（C）來進(jìn)行評級指標(biāo)體系構(gòu)建。目標(biāo)層為區(qū)域整體水安全，準(zhǔn)則層分別為社會經(jīng)濟(jì)安全、水資源安全、水生態(tài)環(huán)境安全和水災(zāi)害安全。指標(biāo)層為系統(tǒng)動力學(xué)模型中的各具體指標(biāo)。構(gòu)建的指標(biāo)體系如圖2所示。

3.2 賦權(quán)方法

遵循指標(biāo)層的數(shù)據(jù)離散程度越大，該指標(biāo)對綜合評價的影響越大的原則，采用熵值法對每個指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。

對于每一個準(zhǔn)則層Bk（k=1，2，3，4，5）有m個待評價樣本，每個樣本都有n個指標(biāo)，則第i個待評價樣本的第j個指標(biāo)記為xij，其中，i =1，2，3，…，m;j=1，2，3，…，n。首先對每個指標(biāo)進(jìn)行歸一化，正向指標(biāo)線性映射至0到1，負(fù)向指標(biāo)線性映射至1到0，計算得到每個樣本中每個指標(biāo)的歸一數(shù)據(jù)，具體計算方法如下：

pij=xij-xjminxjmax-xjmin，正向指標(biāo)

1-xij-xjminxjmax-xjmin，負(fù)向指標(biāo)? （1）

式中：pij是xij歸一的數(shù)據(jù)，xj max=max（x1j，x2j，…，xmj），xj min=min（x1j，x2j，…，xmj）。

其次，對標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)計算信息熵和信息效用值，具體計算方法如下：

fij=pijmi=1pij （2）

ej=-kmi=1（fijlnfij） （3）

式中：ej就是第j個指標(biāo)的信息熵，k= 1/lnm。第j個指標(biāo)的信息效用值dj= 1-ej。

利用信息效用值，計算得到第j個指標(biāo)相對于準(zhǔn)則層Bk的權(quán)重wj=dj/nj=1dj。

準(zhǔn)則層Bk相對于目標(biāo)層的權(quán)重是αk（假設(shè)每個準(zhǔn)則層 αk對于目標(biāo)層的權(quán)重均相等，即 α1=α2=…=α5=0.25），那么Bk下的第j個指標(biāo)相對于目標(biāo)層的權(quán)重為Wkj=αkwj。

各指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果如表2所列。

3.3 評價指數(shù)及評價標(biāo)準(zhǔn)

假設(shè)對于準(zhǔn)則層Bk下的每一個指標(biāo)的測量值是xij，其中，j=1，2，3，…，m。依據(jù)每個準(zhǔn)則層的測量值和每個指標(biāo)相對于準(zhǔn)則層和目標(biāo)層的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，得到準(zhǔn)則層或目標(biāo)層的評價指數(shù)。假設(shè)每個指標(biāo)的測量值可以線性反映出整體安全中各個方面和層次狀態(tài)的水平，因此每個指標(biāo)通過線性變換將測量值映射到0～100分，基于正相關(guān)和負(fù)相關(guān)的區(qū)別映射如下：DDC5D8F5-9718-4828-9ACB-B6D6E2228C46

Scoreij=xij-xjminxjmax-xjmin×100，正向

100-（xij-xjmin）（xjmax-xjmin）×100，負(fù)向 （4）

其中：Scoreij是xij對應(yīng)的分?jǐn)?shù)，xj max=max（x1j，x2j，…，xmj），xjmin=min（x1j，x2j，…，xmj）。

此時，得到第j個指標(biāo)修正后的得分值是Scoreij在0～100之間，而且和模型整體安全中各個方面和層次狀態(tài)的水平呈正比例關(guān)系。再利用上文計算得到的指標(biāo)的權(quán)重，即可得到準(zhǔn)則層的評價指數(shù)Bk。

Bk=mj=1wjScoreij （5）

進(jìn)而得到目標(biāo)層評價指數(shù)A。

A=4k=1Bkαk （6）

由上式計算的長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全性評價指數(shù)A在0～100分之間。因此，以20分為步長，將評價指數(shù)劃分為 5 個等級，分別為0～20分是等級1，20～40分是等級2，40～60分是等級3，60～80分是等級4，80～100分是等級5。等級越高說明系統(tǒng)越安全。

4 結(jié)果與分析

4.1 不同情景運(yùn)行結(jié)果分析

圖3為2019～2035年不同情景下的模型模擬結(jié)果。由圖3可以看出：人均GDP在預(yù)測年份一直呈增加趨勢，在不同情景下相差較小。在社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)常規(guī)發(fā)展模式下，預(yù)計到2035年，人均GDP為21.49萬元;在社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展模式下，人均GDP為21.73萬元;在社會經(jīng)濟(jì)滯后發(fā)展模式下，人均GDP為20.81萬元。在水資源子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展時，2035年水資源供需指數(shù)大于1;當(dāng)水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展時，生態(tài)用水增加，但由于生態(tài)用水占用水比例較小，因此水資源供需指數(shù)有小幅度降低;在社會經(jīng)濟(jì)滯后發(fā)展模式下，由于工業(yè)用水量降低，使得水資源供需指數(shù)略大于現(xiàn)狀仿真情景（情景1）。廢水排放總量、COD排放總量和氨氮排放總量在情景9和情景10最大，分別為4.37×106萬t、2.56×106 t和2.26×105 t，即在社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展，水資源和水生態(tài)環(huán)境

子系統(tǒng)常規(guī)發(fā)展時最大;廢水排放總量、COD排放總量和氨氮排放總量在情景7和情景8最小，分別為3.68×106萬t、2.07×106 t和1.82×105 t，即在社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)常規(guī)發(fā)展，水資源和水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展時最小。在水災(zāi)害子系統(tǒng)常規(guī)發(fā)展模式下，當(dāng)社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展時，洪旱治理投資為5 908億元;當(dāng)社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)常規(guī)發(fā)展時，洪旱治理投資為5 728億元。在水災(zāi)害子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展模式下，當(dāng)社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展時，洪旱治理投資為7 579億元;當(dāng)社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)常規(guī)發(fā)展時，洪旱治理投資為7 348億元;在社會經(jīng)濟(jì)滯后發(fā)展模式下，受較低的GDP影響，洪旱治理投資最低，為5 548億元。

4.2 不同情景運(yùn)行結(jié)果評價

圖4為2019～2035年不同情景下的模型模擬結(jié)果評價指數(shù)。圖4中陰影部分為情景1，即現(xiàn)狀仿真情景時的評價指數(shù)。由圖4可以看出：基于現(xiàn)狀發(fā)展模式，區(qū)域整體水安全朝著更為安全的方向發(fā)展，2019～2027年，其評價指數(shù)位于等級2;2028～2033年，其評價指數(shù)位于等級3;2035年評價指數(shù)達(dá)到64.0分。其他15個情景中，僅情景9的評價指數(shù)低于情景1，2035年評價指數(shù)僅為62.0分，說明僅考慮社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的優(yōu)先發(fā)展對區(qū)域整體水安全最為不利。僅考慮水資源系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展（情景5）時，2035年評價指數(shù)為70分;僅考慮水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展（情景3）時，2035年評價指數(shù)為72.0分;僅考慮水災(zāi)害系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展（情景2）時，2035年評價指數(shù)為69.0分。

由此可以看出：僅單一系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展時，到2035年區(qū)域整體水安全性均未到達(dá)等級5，說明單一子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展對區(qū)域整體水安全的提高作用有限。當(dāng)社會經(jīng)濟(jì)與水資源子系統(tǒng)發(fā)展模式一致時，水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展的評價指數(shù)顯著高于水災(zāi)害子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展的評價指數(shù)（即情景2和情景3，情景6和情景7，情景10和情景11，情景14和情景15）;當(dāng)社會經(jīng)濟(jì)與水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展模式一致時，水資源子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展的評價指數(shù)要高于水災(zāi)害子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展的評價指數(shù)（即情景2和情景5，情景4和情景7，情景10和情景13，情景12和情景15）;當(dāng)社會經(jīng)濟(jì)與水災(zāi)害子系統(tǒng)發(fā)展模式一致時，水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展的評價指數(shù)要高于水資源子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展的評價指數(shù)（即情景3和情景5，情景4和情景6，情景11和情景13，情景12和情景14）。在社會經(jīng)濟(jì)滯后發(fā)展模式下，2035年評價指數(shù)為64.5分，略高于情景1，說明社會經(jīng)濟(jì)的滯后發(fā)展對長江經(jīng)濟(jì)帶整體水安全影響較小，較低的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度有利于保障區(qū)域水資源安全和水生態(tài)環(huán)境修復(fù)。情景8評價指數(shù)最高，到2035年，其評價指數(shù)達(dá)到等級5，為83.0分，比情景1高19分，比情景9高21.0分，說明按照常規(guī)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，綜合考慮水資源、水生態(tài)環(huán)境和水災(zāi)害的發(fā)展模式為最優(yōu)發(fā)展模式。

5 討 論

2019年，長江經(jīng)濟(jì)帶水資源總量為1.28×104億m3[1]，水資源總量大，但隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源供需指數(shù)逐漸降低。雖然中國及長江流域水資源利用效率總體呈增加的趨勢，但大部分省區(qū)的水資源利用效率仍處于較低水平[14-15]。Kong等[16]分析長江經(jīng)濟(jì)帶經(jīng)濟(jì)增長與用水關(guān)系時，同樣發(fā)現(xiàn)減少用水、發(fā)展節(jié)水技術(shù)是實(shí)現(xiàn)長江經(jīng)濟(jì)帶地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵途徑。在所有發(fā)展模式下，區(qū)域水安全綜合評價指數(shù)在預(yù)測年份均不斷升高，說明長江經(jīng)濟(jì)帶朝著更為安全的態(tài)勢發(fā)展。這與Luo等[17]和王曉宇等[18]的研究結(jié)論一致。

從不同情景模式區(qū)域的水安全綜合評價指數(shù)可以看出：所有情景中，只有社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展時的評價指數(shù)小于現(xiàn)狀仿真情景的評價指數(shù)。單一子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展時，水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展對評價指數(shù)的提高幅度最大，說明水生態(tài)環(huán)境治理是長江經(jīng)濟(jì)帶水安全性提高的關(guān)鍵。但是，長江經(jīng)濟(jì)帶目前正處于城鎮(zhèn)化進(jìn)程快而生態(tài)環(huán)境不斷受到損害的發(fā)展階段[19]。因此，在長江經(jīng)濟(jì)帶未來的發(fā)展中，若一味追求社會經(jīng)濟(jì)水平的提高，對區(qū)域的整體水安全不利。周侃等[20]研究表明：長江經(jīng)濟(jì)帶水污染物排放的主要驅(qū)動因素包括人口規(guī)模和城鎮(zhèn)化水平，水污染物排放量隨著人均GDP的增加而增加。Zhang等[21]研究同樣發(fā)現(xiàn)，人口規(guī)模和城市化是影響長江經(jīng)濟(jì)帶污水排放的主要因素。Chang等[22]對長江經(jīng)濟(jì)帶特大城市水安全的影響因素進(jìn)行研究時，發(fā)現(xiàn)污水排放對所研究的特大城市水安全均具有負(fù)面影響。當(dāng)社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展時，會導(dǎo)致水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)安全性降低，而水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)安全又是區(qū)域整體水安全的關(guān)鍵。因此，僅考慮社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的情景模式，其水安全綜合評價指數(shù)最低。從社會經(jīng)濟(jì)滯后發(fā)展模式也可以看出，較低的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平并不會導(dǎo)致區(qū)域整體水安全降低。DDC5D8F5-9718-4828-9ACB-B6D6E2228C46

如果保持常規(guī)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，則綜合考慮，水資源、水生態(tài)環(huán)境和水災(zāi)害的發(fā)展模式為長江經(jīng)濟(jì)帶水安全的最優(yōu)發(fā)展模式。因此，長江經(jīng)濟(jì)帶在控制經(jīng)濟(jì)增速的同時，應(yīng)做到節(jié)約用水、加大治污減排力度、做好生態(tài)恢復(fù)和減少水災(zāi)害損失，即“四水”協(xié)同發(fā)展，才能夠有效提升區(qū)域整體的水安全性。

6 結(jié) 論

本文借助于SD模型，分析了長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”與社會經(jīng)濟(jì)的耦合關(guān)系，并分情景模擬和預(yù)測了2008～2035年長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，從而得出以下主要結(jié)論。

（1） 不同情景之間人均GDP相差較小。不同發(fā)展情景下，供水量基本能滿足用水需求。廢水排放總量、COD排放總量和氨氮排放總量在社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展、水資源和水生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)常規(guī)發(fā)展時最大，在社會經(jīng)濟(jì)常規(guī)發(fā)展、水資源和水生態(tài)環(huán)境優(yōu)先發(fā)展時最小。社會經(jīng)濟(jì)和水災(zāi)害子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展均會使得洪旱治理投資增加。

（2） 基于當(dāng)前的發(fā)展模式，區(qū)域整體水安全朝著更為安全的方向發(fā)展。到2035年評價指數(shù)可以達(dá)到等級4。

（3） 僅考慮社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的優(yōu)先發(fā)展時，評價指數(shù)下降，對區(qū)域整體水安全不利。

（4） 對于單一子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展，其對區(qū)域整體水安全性的影響順序由大到小排列依次為水生態(tài)環(huán)境>水資源>水災(zāi)害>社會經(jīng)濟(jì)，說明對于長江經(jīng)濟(jì)帶“四水”與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)整體安全性而言，水生態(tài)環(huán)境最為重要。

（5） 在社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)常規(guī)發(fā)展情況下，水資源、水生態(tài)環(huán)境和水災(zāi)害子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展的模式評價指數(shù)最高，可以到達(dá)等級5。因此，按照常規(guī)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，經(jīng)綜合考慮，水資源、水生態(tài)環(huán)境和水災(zāi)害的發(fā)展模式為最優(yōu)發(fā)展模式。

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（編輯：趙秋云）

Construction and application of system dynamic model for ‘four-water and socio-economic

in Yangtze River Economic BeltⅡ：Scenario analysis of development model in 2035

YANG Li1，ZHANG Ruiqi2，LIU Haijun1，WANG Hongrui1，ZHAO Ziyang1

（1.Beijing Key Laboratory of Urban Hydrological Cycle and Sponge City Technology，College of Water Sciences，Beijing Normal University，Beijing 100875，China; 2.School of Mathematical Sciences，Beijing Normal University，Beijing 100875，China）

Abstract：

Based on the constructed ‘four-water，namely the water ecology，water environment，water resources and water disaster，and socio-economic system dynamics model of the Yangtze River Economic Belt，16 different development scenarios were set up by selecting parameters with sensitivity greater than 5%，and the different scenarios were simulated and evaluated.The results show that the difference in GDP per capita between different scenarios is small.The total wastewater，total COD and total NH3-N emissions are the largest when the socio-economic subsystem is developed as a priority and the water resources and water eco-environment subsystems are developed as a routine，with 4.37×104 million t，2.56×106 t and 2.26×105 t，respectively，and the total wastewater，total COD and total NH3-N emissions are smallest when the socio-economic subsystem is developed as a routine and the water resources and eco-environment subsystems are developed as a priority，with 3.68×104 million t，2.07×106 t and 1.82×105 t，respectively.Under the priority development scenario of the socio-economic and water disasters subsystems，the investment in flood and drought management increases.In the forecast year，the overall regional water security moves to a safer direction，and in the status quo simulation scenario （Scenario 1），the water security level can reach Level 4 in 2035.For priority development of a single subsystem，its impact on the overall water security of the region has a descending order：water eco-environment>water resources>water disasters>socio-economic.The model of conventional development of socio-economic subsystem and priority development of water resources，water eco-environment and water disasters subsystem is the optimal development model.

Key words：

water ecology;water environment;water resources;water disaster;system dynamic model;scenario setting;simulation and evaluation;Yangtze River Economic BeltDDC5D8F5-9718-4828-9ACB-B6D6E2228C46