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)^0.176+0.15×(城镇人均可支配收入)^0.48(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。