曾 文 爐，荊 楊 洋

(1.南開大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350； 2.南開大學(xué) 環(huán)境污染過程與基準(zhǔn)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300350； 3.天津市城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300350)

為了解決和緩解城鎮(zhèn)化進(jìn)程導(dǎo)致水資源需求量的增加和水污染程度的加劇，必須提高水資源循環(huán)利用效率；而城市水資源的循環(huán)利用，有利于降低新鮮水資源的需求量，緩解城市水資源的供水壓力?；诖?，開展城市水資源系統(tǒng)的供需變化研究[1]，以及對各種水源的水量及其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行量化分析，對于探究城市水資源的循環(huán)利用價值具有重要意義。城市水資源循環(huán)利用與自然環(huán)境、社會環(huán)境和經(jīng)濟(jì)環(huán)境密切相關(guān)，具有系統(tǒng)動態(tài)變化性、回用方式難以確定等特點(diǎn)。由于水資源受人類活動和氣候變化等諸多因素影響，亟需在遵循系統(tǒng)觀和整體觀的前提下對水資源的綜合管理進(jìn)行分析，并以經(jīng)濟(jì)社會用水需求為出發(fā)點(diǎn)，分析水資源系統(tǒng)存在的突出問題[2]。而在對其進(jìn)行模擬分析時，必須借助于系統(tǒng)動力學(xué)軟件來實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)動力學(xué)作為一種模擬方法，可解決水資源管理中的動態(tài)復(fù)雜問題，在區(qū)域規(guī)劃、流域管理、城市水管理、洪水和灌溉方面問題的分析中具有重要的應(yīng)用價值，可為管理者提供直觀的決策依據(jù)[3]。采用系統(tǒng)動力學(xué)軟件，有利于實(shí)現(xiàn)城市需水量的情景分析，預(yù)測不同方案的需水變化趨勢，確定具有針對性的調(diào)控管理策略[4]。系統(tǒng)動力學(xué)模型能夠在更加宏觀的范疇對水資源系統(tǒng)進(jìn)行分析，在區(qū)域綠色發(fā)展的多情景仿真研究中，采用系統(tǒng)動力學(xué)建模技術(shù)，可構(gòu)建經(jīng)濟(jì)與人口、資源能源、環(huán)境評估等子系統(tǒng)模型；依據(jù)模型分析結(jié)果，提出區(qū)域綠色發(fā)展的政策建議[5]，實(shí)現(xiàn)水資源與社會經(jīng)濟(jì)的一體化系統(tǒng)分析。Sotiria Baki等在進(jìn)行水資源管理規(guī)劃時，明確指出應(yīng)采用靈活的建模工具，用于設(shè)計(jì)分析不同節(jié)水彈性措施所引起的系統(tǒng)變化，在制定管理措施時，必須量化分析措施可能產(chǎn)生的變化，通過參數(shù)調(diào)節(jié)進(jìn)行過程分析[6]。

天津市是我國嚴(yán)重缺水的沿海城市，區(qū)域降水量少，年降水量主要集中在汛期，多年平均降雨量為55 mm；且海河水系流量逐年遞減，水體污染加劇，人均占有水資源量僅為全國人均水資源占有量的1/6。現(xiàn)已建成并投入運(yùn)行的城鎮(zhèn)污水處理廠約120座，實(shí)際處理污水量約為2.62×106t/d，每年可產(chǎn)生再生水近9.5×108m3，再生水回用量比較豐富，但如何利用尚缺乏統(tǒng)一規(guī)劃方案，急需對各產(chǎn)業(yè)或生態(tài)環(huán)境中的回用量進(jìn)行優(yōu)化分析。因此，本研究擬從水資源的自然循環(huán)、社會循環(huán)和社會經(jīng)濟(jì)循環(huán)三方面出發(fā)，對天津市水資源的循環(huán)利用進(jìn)行系統(tǒng)模擬分析，以污水回用率和GDP增長率為核心構(gòu)建城市管理情景方案，依據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)模擬分析結(jié)果，提出城市水資源的管理對策。

1 系統(tǒng)動力學(xué)模型軟件及參數(shù)

1.1 系統(tǒng)動力學(xué)模型軟件

目前，常用的系統(tǒng)動力學(xué)軟件主要有Vensim、Stella等，雖然各種模擬軟件在運(yùn)行速度、設(shè)計(jì)圖形等方面存在差異，但在功能上均可進(jìn)行大系統(tǒng)的模擬分析。通過系統(tǒng)動力學(xué)模型，可在輸入初始值及數(shù)量關(guān)系的基礎(chǔ)上，量化模擬分析各種水資源與人類活動交互作用的系統(tǒng)動態(tài)變化過程，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)演化的量化模擬分析。它的優(yōu)點(diǎn)在于模擬參數(shù)可動態(tài)設(shè)定，適宜于多情景方案的決策分析，模擬對象的地域范圍不受限制，能夠?qū)α饔蚣笆∈械鹊乩韰^(qū)域進(jìn)行模擬分析；在復(fù)雜系統(tǒng)的建模方面優(yōu)勢更加明顯，目前的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在自然科學(xué)、社會科學(xué)中均有成功案例，預(yù)測精度較高。不足之處在于構(gòu)建系統(tǒng)變化方程難度較大，而方程對模擬結(jié)果具有直接影響，同時還需要對系統(tǒng)變化機(jī)理有清楚的認(rèn)識，明確系統(tǒng)內(nèi)部的各種反饋機(jī)制。

楊光明等設(shè)計(jì)了正常發(fā)展、經(jīng)濟(jì)優(yōu)先、環(huán)境優(yōu)先、綠色發(fā)展4種水資源承載力情景，采用系統(tǒng)動力學(xué)模型對各方案下的水資源可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行動態(tài)評價與仿真預(yù)測[7]。Keivan K等采用Vensim軟件進(jìn)行建模，模擬未來10 a德黑蘭的需求水量，以實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，并通過情景假設(shè)，對水資源需求的系統(tǒng)參數(shù)內(nèi)部關(guān)系進(jìn)行量化表達(dá)，動態(tài)預(yù)測管理參數(shù)變化導(dǎo)致的系統(tǒng)變化，進(jìn)而成功預(yù)測每個調(diào)控管理方案的效果[8]。

Vensim是由美國Ventana Systems Inc.所開發(fā)的動態(tài)系統(tǒng)模型的圖形接口，用于建立包括因果循環(huán)(casual loop)、存貨(stock)與流程圖等相關(guān)模型。采用Vensim建立動態(tài)模型時，只要用圖形化的箭頭符號連接各種變量符號，圖形化表示各變量之間的因果關(guān)系，并將各變量、參數(shù)間的數(shù)量關(guān)系以方程式寫入模型[4，6]。在建立模型的過程中，其核心在于正確理解變量間的因果關(guān)系與回路，并通過方程對各變量的輸入與輸出關(guān)系進(jìn)行描述。比如在評估復(fù)雜水文系統(tǒng)中的水資源短缺和社會經(jīng)濟(jì)政策潛在影響時，Janez S.等以水資源的集水源和來自4個部門(家庭、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、外部抽水)的需求為研究對象，構(gòu)建了包含多個反饋回路和子模型的系統(tǒng)動力學(xué)模型[9]，實(shí)現(xiàn)了模擬對象的動態(tài)量化過程分析。

1.2 模型參數(shù)

采用Vensim軟件構(gòu)建天津市水資源循環(huán)利用的環(huán)境經(jīng)濟(jì)分析模型時，對一些系統(tǒng)變化的初始值可采用常量方式加以確定，這些常量參數(shù)來自于2016年天津市統(tǒng)計(jì)資料(注：農(nóng)業(yè)為第一產(chǎn)業(yè)、工業(yè)為第二產(chǎn)業(yè)，服務(wù)業(yè)為第三產(chǎn)業(yè))。2016年天津市統(tǒng)計(jì)資料及模型參數(shù)數(shù)據(jù)如表1所列。

表1 2016年天津市統(tǒng)計(jì)資料及模型參數(shù)數(shù)據(jù)

模型需要的其他參數(shù)：① 人均需水量，數(shù)值為生活用水量(3.91×108t)除以總?cè)丝?1.04×107人)，為37.44 t/人。② 人口增長率，數(shù)值為2.3‰。③ 產(chǎn)污率，數(shù)值為1.878，由生活污水總量除以生活用水量得出，生活污水總量為7.34×108t。④ 人均生活污水排放量，為生活污水量除以總?cè)丝?，結(jié)果為70.318 t/人。⑤ 單位污水處理費(fèi)用，為1.5元/t。⑥ 生態(tài)環(huán)境需水量，為污水回用量的一半。⑦ 第一產(chǎn)業(yè)回用量，為污水回用量的1/4。⑧ 第二、三產(chǎn)業(yè)回用量相等且為污水回用量的1/8。

2 城市水資源的自然循環(huán)

城市水資源的自然循環(huán)中，水源主要為降水和地下水，水資源主要用于滿足城市人口的生活用水和生產(chǎn)用水的需求[4]。生活用水量隨人口的自然增長而不斷增加，生產(chǎn)用水量按照一定的比例遞增，不考慮人為設(shè)置GDP的增長率對水資源強(qiáng)制增加的需求，也不考慮循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式下污水的循環(huán)使用，其核心在于分析不同生產(chǎn)用水增長率下城市水資源的供需平衡。

已有文獻(xiàn)資料對灌區(qū)庫塘水資源系統(tǒng)進(jìn)行了模擬分析?；谙到y(tǒng)動力學(xué)模型，采用系統(tǒng)動力學(xué)軟件Vensim，成功建立了水田、塘壩、水庫的水資源系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)了大型灌區(qū)半分布式水資源系統(tǒng)模擬及調(diào)控分析[10]。為此，以城市水資源的自然循環(huán)為研究對象，采用系統(tǒng)動力學(xué)方法來分析水資源的自然循環(huán)過程。

2.1 模型構(gòu)建

依據(jù)城市供水用水流程，對城市水資源的流入流出進(jìn)行概化，并結(jié)合Vensim軟件繪制系統(tǒng)動力學(xué)模型圖(見圖1)。由于生產(chǎn)用水為城市水資源需水總量的主要因子，在構(gòu)建模型時增加了生產(chǎn)需水環(huán)節(jié)，以確保自然循環(huán)的客觀真實(shí)性。

圖1 城市水資源自然循環(huán)過程Vensim模型示意Fig.1 Vensim model diagram of natural circular process to urban water resources

2.2 模擬結(jié)果分析

構(gòu)建模型完成后，輸入模型運(yùn)行所需的基本數(shù)據(jù)及方程關(guān)系式，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模擬分析。首先將生產(chǎn)用水增長率設(shè)定為1%，系統(tǒng)的核心變化因子為生產(chǎn)需水量和生活需水量，進(jìn)而影響需水總量，模擬結(jié)果如圖2(a)所示。研究結(jié)果表明：2016～2021年，生產(chǎn)和生活用水需求量不斷增加，導(dǎo)致需水總量呈逐年增長態(tài)勢，但對水資源造成的壓力不大，依據(jù)2016年天津市水資源現(xiàn)狀，2021年的城市供水量也能夠滿足生產(chǎn)生活的需要，而且供水量還有余額(見圖2(c)，圖中需水差額為負(fù)值，表示不缺水)，為3.94×104t，說明生產(chǎn)用水增長率在1%時，城市人口增加并未對城市需水總量產(chǎn)生重要影響。

假定生產(chǎn)用水增長率為10%，在此條件下對系統(tǒng)變化進(jìn)行模擬分析，核心變化因子同樣為生產(chǎn)需水量和生活需水量，模擬結(jié)果如圖2(b)所示。研究表明：2016～2018年，城市的供水量仍能夠滿足生產(chǎn)生活的需要，但2019～2021年，生產(chǎn)和生活用水量快速增加，城市的需水量大于供水量，開始出現(xiàn)缺水現(xiàn)象(見圖2(c)，圖中需水差額為正值，表示缺水)，缺水量從9.74×102t快速增加到1.33×104t。這說明城市水資源對生產(chǎn)的制約作用很明顯，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，必然引起需水總量的快速增長，導(dǎo)致水資源的供需不平衡。

綜上所述，在產(chǎn)業(yè)內(nèi)部必須實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，促進(jìn)企業(yè)內(nèi)部水資源的再循環(huán)利用。此外，當(dāng)生產(chǎn)用水量大幅增長時，對于水資源有限的城市而言，可通過節(jié)約生活用水量來緩解工業(yè)用水壓力，制定生活用水管理措施，比如通過宣傳教育提倡節(jié)約用水，免費(fèi)推廣節(jié)水器具并適當(dāng)提高水價；與此同時，針對生產(chǎn)用水也應(yīng)該積極采取調(diào)控措施，比如調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高非傳統(tǒng)水源的利用率、發(fā)展海水淡化與污水處理技術(shù)、擴(kuò)展可用的水源以及充分利用雨水資源，這些措施有助于緩解供水壓力，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用，這也是城市水資源發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用模式的客觀需求。

3 城市水資源的社會循環(huán)

水資源開發(fā)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展密切相關(guān)，需要對區(qū)域水資源、水環(huán)境、水生態(tài)進(jìn)行管理，合理開發(fā)利用水資源[11-12]。水資源的社會循環(huán)是疊加在自然循環(huán)過程上的社會活動，不以人類具體的三大產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)活動為核心，僅從工業(yè)污水排放與經(jīng)濟(jì)活動的相關(guān)關(guān)系出發(fā)，對城市水資源系統(tǒng)進(jìn)行概化。馬涵玉[13]在地表水資源承載力模擬預(yù)測中，構(gòu)建了水資源-經(jīng)濟(jì)-人口-生態(tài)4個子系統(tǒng)的地表水資源承載力系統(tǒng)動力學(xué)模型，以高昌區(qū)地表水資源現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)方法，模擬預(yù)測2015～2030年高昌區(qū)的地表水資源承載力，量化分析了系統(tǒng)指標(biāo)的動態(tài)變化過程。因此，在城市水資源的社會循環(huán)分析中，必須以污水回用為核心，回用處理的生活污水和工業(yè)廢水，并按照GDP的增長設(shè)想，結(jié)合污水回用率的變化，動態(tài)調(diào)節(jié)城市水資源的補(bǔ)充量，不斷開源節(jié)流，增加可用水源的供水量。

3.1 模型構(gòu)建

基于系統(tǒng)動力學(xué)模型軟件構(gòu)建應(yīng)了用程序(見圖3)，將水資源供需系統(tǒng)以及與水資源有關(guān)的經(jīng)濟(jì)、社會、人口、環(huán)境等影響因素以圖形化的方式表達(dá)出來，

圖2 不同生產(chǎn)用水增長率模擬結(jié)果與對比分析Fig.2 Simulation results and comparative analysis of different production weter growth

用變量記號和方程式表述變量之間的因果關(guān)系；并依據(jù)模型分析結(jié)果，對不同污水回用率的系統(tǒng)變化進(jìn)行評估。

圖3 城市水資源社會循環(huán)過程Vensim模型圖Fig.3 Vensim model diagram of social cycle process to urban water resources

通過模型的動態(tài)模擬，可以對模擬指標(biāo)在2016～2021年之間的變化進(jìn)行量化分析。分析內(nèi)容包括人均GDP(104元)、回用水 GDP(108元)、回用水量(108t)、城市人口數(shù)量(104人)、工業(yè)污水排放量(108t)、污水排放總量(108t)以及生活污水排放量(108t)。

3.2 結(jié)果分析

在模擬過程中，分別設(shè)置了2種情景進(jìn)行系統(tǒng)分析：

(1) 污水回用率為95%或90%時各指標(biāo)的變化，GDP增速不變，均為1%；

(2)污水回用率為90%，GDP增速分別為1%或5%時各指標(biāo)的變化。

由于人口數(shù)量和生活污水排放量在兩種情景中模擬值均相等，對比分析主要側(cè)重回用水量、工業(yè)污水排放量、回用水GDP和人均回用水GDP這4個參數(shù)的變化(見表2)。

表2 污水回用率為95%、GDP增長速率為1%的的模擬結(jié)果

當(dāng)GDP增速均為1%時，污水回用率為95%和90%的模擬結(jié)果差額分析如圖4所示。通過對比分析可知：① 污水回用率越大，回用水量越大，回用水量差額與污水回用率呈正相關(guān)關(guān)系，2021年差額約為1×108t；② 工業(yè)污水排放量隨GDP的增加不斷擴(kuò)大，由于GDP增速不變，工業(yè)污水排放量差額呈線性遞增(見圖4(a))；③ 污水回用率的提高直接影響回用水量，回用水量對增加GDP具有直接作用，2016～2021年回用水GDP增加值的差額越來越大，呈線性遞增趨勢(見圖4(b))；④ 雖然人口數(shù)量逐年遞增，但人均GDP的增長隨污水回用率的增加快速增大，不同回用率下的人均GDP差額從2016年的0元增加到2021年的2.3×104元，說明不同回用率下的人均GDP差額非常明顯(見圖4(c))。因此，提高污水回用率對經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有直接的促進(jìn)作用。由于建模時假定回用污水全部用于生產(chǎn)過程中，且未考慮污水處理成本，導(dǎo)致了模擬值比實(shí)際值偏大，但總體趨勢應(yīng)是一致的。因此，在實(shí)踐過程中，應(yīng)盡量提高污水回用率，并將回用水用于工業(yè)生產(chǎn)之中，這將直接刺激GDP的增長。

當(dāng)污水回用率為90%時，GDP增速為5%和1%的模擬結(jié)果差額分析如圖5所示。通過對比分析可知：① GDP增長將直接增加新鮮水的使用量，也導(dǎo)致污水排放量的增長，即使回用率相同，回用水量的變化也比較大(見圖5(a))；② 由于回用水量加大，回用水GDP的差額變化較大，2021年的差額值約為6×1010t(見圖5(b))；③ 雖然人口數(shù)量不斷增大，但人均GDP值的變化不降反升(見圖5(c))，2021年的差額將高達(dá)6.933萬元。因此，依靠城市供水產(chǎn)生的GDP快速增長，可產(chǎn)生大量污水，必須采用污水資源化的理念，提高污水處理率，并在生產(chǎn)過程中，對排放污水進(jìn)行回收利用，采用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式，增加工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)值。

通過對比分析可知：GDP增速和污水回用率的提高均能夠增加污水回用量，對污水回用的GDP數(shù)量具有促進(jìn)作用，并能夠在城市的發(fā)展過程中，不斷提高人均GDP值；但必須加強(qiáng)污水的收集處理，在提高處理率的同時，增加污水回用率、實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、節(jié)約水資源。

4 城市水資源的社會經(jīng)濟(jì)循環(huán)

水資源短缺是造成水資源供需矛盾的主要因素之一，受水資源短缺的影響，將污水回收和回用到三大產(chǎn)業(yè)已受到越來越多的關(guān)注。城市水資源是人類生存與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要資源，對實(shí)現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，人均水資源量、生態(tài)環(huán)境用水率、人均GDP、萬元GDP用水量等已成為衡量水資源承載力的核心要素，對實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，以及對合理、高效地利用水資源具有重要意義[13]。Fuzhan N等[14]以水循環(huán)再利用為基礎(chǔ)，建立了卡拉馬祖-密歇根州大湖地區(qū)的現(xiàn)有水/廢水系統(tǒng)的SD模型用于分析研究，模擬結(jié)果表明：即使在卡拉馬祖(Kalamazoo)等水源相對

圖4 不同污水回用率模擬結(jié)果與對比分析Fig.4 Simulation results and comparative analysis of different reused water rate

圖5 不同GDP增速模擬結(jié)果與對比分析Fig.5 Simulation results and comparative analysis of different GDP increasing rate

充足的地區(qū)，水的再利用決策也能顯著降低取水量，并不斷降低水處理成本。馮丹等[15]對淳化縣水資源承載力的系統(tǒng)動力學(xué)仿真模型進(jìn)行了研究，并把水資源系統(tǒng)分為社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和水資源4個子系統(tǒng)，在現(xiàn)狀發(fā)展型、經(jīng)濟(jì)發(fā)展型、資源環(huán)境保護(hù)型和綜合發(fā)展型4種方案下，模擬了2014～2030年淳化縣水資源承載力的動態(tài)變化，優(yōu)選出能夠提高淳化縣水資源承載力的可行方案。

綜上所述，城市水資源的社會經(jīng)濟(jì)循環(huán)，必須以農(nóng)業(yè)、工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)為分析重點(diǎn)，依據(jù)天津市水資源循環(huán)利用的特點(diǎn)，以城市系統(tǒng)中的污水回用量、生產(chǎn)需水量和GDP為核心，對污水回用及GDP的動態(tài)變化進(jìn)行模擬分析。

4.1 模型構(gòu)建

采用系統(tǒng)動力學(xué)軟件Vensim，構(gòu)建了城市水資源的社會經(jīng)濟(jì)循環(huán)模型(見圖6)，并將該模型用于對天津市2016～2021年的模擬指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測分析。在模擬分析中，假定污水排放增長率為1%、產(chǎn)業(yè)需水增長率為1%、污水回用率分別為95%和90%，分別對模型涉及的模擬指標(biāo)進(jìn)行分析預(yù)測。借助于Vensim，可對任意模擬量的變化值進(jìn)行圖形化顯示，模型模擬分析結(jié)束后，只需在模型圖中選擇一個或多個變量，模擬時間段的結(jié)果值就會直接顯示出來。

圖6 城市水資源社會經(jīng)濟(jì)循環(huán)過程Vensim模型示意Fig.6 Vensim model of socio-economic cycle to urban water resources

4.2 結(jié)果分析

在模擬分析中，為了嚴(yán)格控制污水外排，同時控制新鮮水的需求量，假定污水排放增長率和產(chǎn)業(yè)需水增長率為常量，對污水回用率為95%的系統(tǒng)變化進(jìn)行預(yù)測，模擬指標(biāo)選擇GDP總量(108元)、回用水GDP增加量(108元)、新鮮水需求量(108t)、污水回用量(108t)、污水排放總值(108t)、生產(chǎn)需水量(108t)、第一產(chǎn)業(yè) GDP增加量(108元)、第二產(chǎn)業(yè) GDP增加量(108元)和第三產(chǎn)業(yè) GDP增加量(108元)，模擬結(jié)果如圖7所示。

圖7 95%的污水回用率的模擬結(jié)果Fig.7 Simulation results of wastewater reused rate 95%

設(shè)定污水回用率為90%，再次對系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析，并將模擬分析結(jié)果與圖7的模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，污水回用率的影響指標(biāo)主要有：回用水GDP增加量、新鮮水需求量和污水回用量，這里僅給出這3個指標(biāo)的模擬數(shù)值(見圖8(a))。通過模擬分析可知：污水回用率的提高直接影響污水回用量，從2016年的8.97×108t至2021年的9.43×108t，呈線性增加的關(guān)系；而污水回用量的增加會減緩產(chǎn)業(yè)對新鮮水的需求量，新鮮水需求量從2016年的1.25×109t至2021年的2.51×109t?；赜梦鬯?jié)約的新鮮水，有少部分用于補(bǔ)充人口增加導(dǎo)致的生活需水量的增加，回用水GDP增加值從2016年的4.44×1011元至2021年的4.66×1011元。

圖8 城市水資源社會經(jīng)濟(jì)循環(huán)對比分析Fig.8 Comparative analysis of socio-economic cycle to urban water resources

污水回用率為95%和90%的模擬結(jié)果差額分析如圖8(b)所示。通過對比分析可知：污水回用率越大，回用水量越大，產(chǎn)業(yè)對新鮮水的需求量將降低，提高回用率節(jié)約的新鮮水需求量越來越大，從2016年的4.98×107t增加到2021年的1.139×109t；污水回用率的提高對GDP的增加具有直接影響，導(dǎo)致回用水GDP增長的差額越來越大，呈現(xiàn)遞增變化趨勢，從2016年的2.46×1010元增加到2021年的2.59×1010元。

5 結(jié) 論

系統(tǒng)動力學(xué)分析方法在城市水資源的自然和社會循環(huán)量化分析中具有可操作性和實(shí)用性，能夠解決系統(tǒng)中各種水源的經(jīng)濟(jì)效益分析問題、獲取城市需水量的未來變化趨勢，對城市水資源的綜合管理具有重要意義。本文通過模擬分析，可以得出以下結(jié)論。

(1) 水資源的自然循環(huán)中，生產(chǎn)用水增長率為1%時，2016～2018年水資源供大于需；生產(chǎn)用水增長率為10%時，2019～2021年缺水量將從9.74×102t快速增加到1.33×104t；社會循環(huán)中，污水回用率從90%提高至95%，直接導(dǎo)致回用水量增大，但差額不大，2021年差額約為1×108t，而GDP從1%提高至5%，將直接增加污水排放量，2021年的差額數(shù)量約為6×1010t，而人均GDP數(shù)量變化不大。社會經(jīng)濟(jì)循環(huán)中，污水回用率從90%提高至95%時，回用水GDP的增加值變化不大，但新鮮水需求量將快速減少，節(jié)約水量從2016年的4.98×107t增加到2021年的1.139×109t。

(2) 對于水資源需求壓力大的城市而言，首先要提倡節(jié)約用水，大力推廣節(jié)水器具，并結(jié)合價格管理措施，適當(dāng)提高水價，降低生活用水的過度使用；與此同時，針對生產(chǎn)用水也應(yīng)該積極采取調(diào)控措施，鼓勵水資源的循環(huán)利用，提高水資源利用率，發(fā)展海水淡化與污水處理技術(shù)，充分利用雨水資源，擴(kuò)展可用的水源，促進(jìn)城市水資源的回收利用。

(3) 系統(tǒng)動力學(xué)方法在城市水資源循環(huán)利用分析中具有重要的應(yīng)用價值，未來可應(yīng)用于省域及城市群等更大范圍內(nèi)的水資源循環(huán)利用研究，不斷擴(kuò)大系統(tǒng)動力學(xué)研究對象的空間范圍，可為水資源的環(huán)境管理決策服務(wù)，并在水資源綜合承載力分析、水資源供需平衡分析以及水資源的調(diào)控管理等領(lǐng)域發(fā)揮作用。若能與宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)模型等專業(yè)預(yù)測模型進(jìn)行組合，采用組合模型的研究技術(shù)方法，將有助于不斷提高模型的精度，深入解決各專業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜問題，為管理部門提供決策依據(jù)。