北京市水资源承载力的变化趋势及驱动力研究

□ 孟凡德 王晓燕

　　一、北京市水资源和水环境状况及水资源承载力的分析

　　1.北京市水资源和水环境状况

　　(1)水资源状况
　　北京市属温带半干旱半湿润干燥季风气候区。年平均气温10℃～12℃，全年无霜期180～200天，多年平均降雨量595mm，年降水总量99.96×10⁸m³，可形成地表径流21.98×10⁸m³，地下水资源为27.09×10⁸m³。降水量在时间和年度上是极不均衡的，在年度内，85%的降水量集中在6～9月份，特别容易形成洪涝灾害，也不利于水资源的合理利用。在年度间，丰水年和枯水年频繁交替。据统计北京市平水年、枯水年和特枯水年的当地可供水资源量分别为44.2×10⁸m³、37.24×10⁸m³和31.2×10⁸m³。

　　(2)水环境状况
　　北京市水环境的污染是比较严重的。污染源主要来自工业生产废水和城市生活污水，其次来自自然界及农林业生产中的面源污染。1998年北京市废污水排放总量为13.32亿t，其中，生活污水为6.97亿t，工业废水为6.35亿t。由于工业废水和生活污水的排放、化肥和农药的施用以及工业废渣和生活垃圾的堆放，不仅造成地表水的严重污染，而且还污染了土壤和地下水。1998年在监测断面控制的河长213.14km中，ⅡⅢ类、ⅣⅤ类和Ⅴ类以上水质的河长比重分别为42.3%、30.7%和27.0%。个别水系如北运河的干流254.2km河长的83.1%为超Ⅴ类的水质，可见北京市水环境的污染程度是极其严重的。

　　地下水环境的状况主要是过度开采和水质超标。北京市地下水的年可开采量为6亿m³，近年来年开采量在7亿～9亿m³，过度超采造成超采地区的地面沉降。北京市东郊地区累积最大沉降量为850mm。1999年据北京市水文总站对全市14个区(县)40眼井的监测资料表明，符合ⅡⅢ类水质的占47.5%，符合Ⅳ类水质的占37.5%，符合V类水质的占15.0%，其主要污染物为氮氨等化学物质。

　　2.北京市水资源的承载力分析

　　北京市的水资源量为近40亿m³，按联合国规定的人均水资源丰水线(3000m³/人)和警戒线(1700m³/人)，北京市水资源量的承载能力为：最佳人口规模133.33万人，最大人口规模235.29万人。而2001年北京市人口总量已达1367.78万人，为水资源最大承载人口的5.81倍，已经大大超过了北京市水资源的承载力，使得北京成为世界上严重缺水的大城市之一。近年来，官厅水库入境水量严重衰减，实测平均来水量已由20世纪50年代的19亿m³减至近年来的约2亿m³。根据水资源公报，1994～2002年北京市的平均来水量为30.21×10⁸m³，平均利用量为40.89×10⁸m³，水资源开发利用率达到了惊人的135%，是公认的40%的水资源合理开发利用率的3.4倍。北京市的缺水是一种资源性缺水。

　　二、水资源承载力变化的驱动力分析

　　1.影响水资源承载力的因素

　　影响水资源承载力的因子错综复杂，归纳起来有社会经济和自然因素两方面。从对水资源数量的影响来看，又可分为增加水资源的因素(如加大地下水的开发利用、发展节水型农业和降水量的增加等)和减少水资源的因素(如社会经济的快速发展使工业用水加大、人口增多使生活用水量增多及干旱天气的发生等)两种。这些因素不仅与水资源量之间存在着相关关系，而且相互之间耦合关联。如果用单纯的相关分析，有可能存在一定的误差冗余。系统分析中主成分分析法比较适合分析水资源承载力变化的主要驱动力。从北京市水资源变化的实际情况来看，人类活动是主要影响因素。因此本文主要分析社会经济因素(或称人文驱动力)对水资源承载力变化的影响。

　　根据北京市1980～2001年序列资料从中选取10个因子：x₁为总人口数(万人)，x₂为固定资产值(亿元)，x₃为工业单位个数(个)，x₄为国内生产总值GDP(亿元)，x₅为社会总产值(亿元)，x₆为居民消费水平(元)，x₇为人均日生活用水量(kg)，x₈为日供水能力(万t)，x₉为工业用水量(亿m³)，x₁₀为生活用水量(亿m³)，y为总用水量(亿m³)，应用SPSS统计软件进行主成分分析，结果见表1～3。

表1　水资源承载力变化驱动力变量相关系数矩阵

　　由表1可以看出，在影响水资源数量的10个因子中存在着不同程度的相关，其中x₁与x₂、x₂与x₃、x₄与x₅、x₇与x₈之间具有较大的相关性，其相关系数分别为0.975、0.968、0.937和0.958。由表2可知，第一和第二主成分的累计贡献率已达到94.0%，符合分析要求，由此进一步得出主成分载荷矩阵(表3)。主成分载荷是主成分与变量之间的相关系数。从第一主成分可以看出，x₂、x₄和x₅与之有很大的正相关，x₁和x₇与第二主成分具有较大的正相关。据此，北京市水资源承载力变化可以归纳为经济发展动态因素和社会系统压力因素两大类。

　　(1)经济发展动态因素
　　从构成第一主成分的三个主要因子——固定资产值、GDP和社会总产值来看，经济系统中的动态因素对水资源承载力变化的影响尤为显著。北京市GDP历年变化呈现快速增长的势头，进入20世纪90年代以后，增长速度明显提高，由20世纪80年代初期的9.83%增长到10.25%～10.75%。全社会固定资产投资年递增率为19.64%。另外，国家建设基金项目增加，外资企业、中外合资企业增长迅速，乡镇企业兴起，经济发展水平的提高，使得需水量大大增加。

　　按照北京市发展规划，未来工业依然会保持较高的发展速度，而目前工业用水重复利用率已经达到了很高的水平，要进一步提高非常困难，未来工业用水继续保持负增长势态不太可能。但是根据首都经济的发展定位，即向结构优化、布局合理、技术密集、高度开放、资源节约、环境洁净发展的经济格局，未来产业结构的调整将进一步深化，从而促使工业综合用水定额大幅度下降，同时随着市场机制的健全，对环境质量要求的提高，合理水价和更严格的环境标准也将限制工业取水量的增加。因此预计未来短时期内工业用水量仍将稳定在l0×l0⁸m³～12×10⁸m³或在此基础上略有增加。

　　北京市农业用水利用率在国内是比较高的，灌溉水利用系数为0.5，但与发达国家的0.8甚至0.9相比，尚存在相当差距，预计未来农业节水仍然有相当大的潜力。同时北京市城市化仍处于加速时期，特别是获得2008年奥运会主办权为北京市带来了新的投资热潮，势必将进一步推动其城市化发展进程，造成灌溉面积的萎缩以及部分农业水源向城市供水的转移。

　　(2)社会系统的压力
　　构成第二主成分的主要因子之一是人口。人口作为一种持续的外界压力，对水资源承载力的变化起着重要作用。人口增长、人均生活用水量的提高，以及城市环境建设是带动生活用水迅速递增的主要驱动因素。北京市人口从1980年的904.3万人增加到2000年的1278万人，年均增长率为1.7%。在北京市的固定居住人口持续增长的情况下，北京城市建设力度的加大和高等院校的扩招使得来京的务工人员和学生等外来人口不断增加，1997年北京市外来人口数为45.99万人，2001年增加到了65.32万人，增加了19.33万人，增长率为42.03%。另外随着北京旅游业和经济的迅速发展，国内外来京旅游和经商的流动人口也越来越多。

　　人口的增多，生活水平的日益提高直接导致了生活用水量的迅速递增。北京市人均生活用水量已从1980年的141kg/d增加到2000年240.2kg/d，20年间增加了近一倍，年均递增3.27%。近年来北京市亦十分注重城市和环境保护建设，城市环境建设用水增长迅速，以城市绿地面积为例，北京市绿地面积已从1980年的4074.1hm²发展到2000年的7140hm²，人均绿地面积从5.14m²增加到9.7m²。此外，服务业的蓬勃发展也带动了公共服务设施公共用水的急速上升。随着人口的进一步增加，对水的需求总量将会随之大幅度增长，因此为满足人类生产和生活的需要，水资源承载力的压力会越来越大。

　　2.水资源承载力变化驱动因子的多元线性回归模型

　　在某一地区、某一时段内的水资源量(因变量)与其驱动力(自变量)之间存在线性关系，通过对可能引起水资源承载力变化的各种驱动力因子进行多变量分析而建立的一种数学模型，以便确定水资源承载力变化的原因。

　　由主成分分析得知，所选取的10个影响因子中对水资源承载力变化相关性最为紧密的是人口和国内生产总值GDP两个因子，经计算得出北京市总用水量与其主要驱动因子的多元线性回归模型为：

　　式中：Y为全市总用水量，万m³；x₁为城市非农业人口，万人；X₄为国内生产总值GDP，亿元。

　　从逻辑上看，北京市总用水量的增加主要由两部分引起：一是由于用水人口的增加导致用水规模的增加，引起用水量的增加；二是由于北京市经济的迅速发展，导致用水量的增加。因为两方面原因使总用水量增加，所以在回归方程中能反映此两方面的因素是比较合理的。

　　3.水资源承载力变化趋势预测

　　(1)城市非农业人口增长率的预测
　　引起一个地区人口变化的因素主要有两个，即人口的自然增长和机械增长。对于流动人口较大的地区，人口的机械变动起着决定的作用。北京是人口高度流动的城市，随着计划生育政策的继续实行，人口的自然增长已经接近于零，甚至出现负值，然而这与北京市城市非农业人口的变化情况是不一致的。北京市非农业人口的实际增长速度维持在2%左右，这主要是由于两方面的原因造成的：①北京吸引人才政策的落实及首都的吸引力，外地人口进京造成较大的机械增长。②随着城市化进程的加快，原来的农业人口转化为城市人口。

　　(2)GDP增长率的预测
　　根据北京市“十五”计划和2010年远景规划，GDP增长率有望保持在8.6%左右。工业发展方面以高科技节能型和节水型产业为主来考虑，随着经济的发展、科技的进步，工业节水水平将有进一步的提高，工业用水增长率采用0.5%；农业以发展两高一优农业为主，将进一步增加灌溉面积。灌溉发展方向以节水灌溉为主，为此，2010年灌溉水量可以保持在现有水平，新增加的灌溉面积的灌溉水约以1.12%的速度减少。

　　根据上述人口增长率为2%和GDP增长率为8.6%，由多元线性回归模型，采用滑动平均法可以预测出2010年和2015年的北京市总用水量分别为46.5783亿m³和48.6391亿m³。根据统计资料中日供水能力采用滑动平滑法，并考虑最大节水量，还可以预测出2010年和2015年北京市的当地可供水量分别为42.7856亿m³和43.5423亿m³。这样，就可以得出北京市2010年和2015年的水资源短缺量为3.7927亿m³和5.4038亿m³。

　　三、实现水资源的供需平衡，应当实行开源节流并重的政策

　　北京市的水资源短缺是资源性的，单靠节约用水不能从根本上解决问题，所以要实行开源和节流并重的政策。节约用水主要应当采取以下几个方面的措施：一是提高北京市市民的节水意识，推广节水器具，降低北京市人口生活用水的综合定额。二是降低工业万元产值用水量。三是节约农业用水量。农业是用水的一个大户，也是潜力最大的节水领域，通过推广滴灌、喷灌、低压管灌，取消大水漫灌，缩小耗水量较大的水稻种植面积等，可以大大节约用水，这方面的潜力仍然是很大的。四是在加大治污力度后，充分开发利用污水回用的再生水或中水系统。

　　在水资源的“开源”方面，主要寄希望于南水北调中线工程。在坚持国务院南水北调“先节水、后调水；先治污、后通水；先环保、后用水”的原则基础上，在供水保证率95%以上的前提下，2008～2010年北京市平均年调水量为12亿m³。南水北调实施后对北京产生的重大影响主要表现为：①能够与现有的供水系统形成统一的供水网络，使北京的供水范围扩大700多km²，供水范围包括城区、大兴、通州以及房山、门头沟的山前平原和昌平南部。②目前房山、长辛店等京西南地区生活用水主要靠密云水库，通过京密引水渠、团城湖至燕化供水管线长距离送水和超采地下水解决。通州、大兴等京南地区主要靠超采地下水解决。南水北调进京后可利用总干渠上的分水口向该地区送水，解决该地区严重缺水问题。③可有效地控制城市中心地区地下水的超量开采。城市中心现有10个自来水厂，其中6个水厂靠开采地下水。由于逐年超量开采，造成地面下沉，水质变坏，急需限制开采。南水北调进京后可以缓解现有地下水的开采。④半数以上的规划市区可实现双水源供水。目前北京市的供水能力为300万t/d，靠地表水供水的自来水厂供水能力约200万t/d，南水北调入京后可和现有地表水供水系统联调，使规划市区范围内半数以上地区实现双水源供水，供水水源的保证率得到大大的提高。⑤解决北京环境用水的问题。实施21世纪初期首都水资源规划，北京将修建30多座污水处理厂，污水处理后年再生水量可达到6.45亿m³，部分作为环境用水，使城市环境得到改善。南水北调进京后，由于可供水资源量的增加，规划用于环境方面的用水量可达9亿～10亿m³，使京城河湖水系有比较充裕的水量予以补给，为奥运会的召开创造良好的水环境，首都生态和人居环境会得到较大的改善。

　　四、结论与讨论

　　(1)北京市水资源严重短缺并县是资源性缺水，开发利用率大，水资源总量受降水量的影响较大。水环境污染比较严重，地下水过度开采并且水质超标。

　　(2)北京市水资源的承载能力为：最佳人口规模133.33万人，最大人口规模235.29万人。而2001年北京市人口总量已达1367.78万人，为水资源最大承载人口的5.81倍。再加上工农业的发展，已经大大超过了北京市水资源的承载力。

　　(3)通过主成分分析，影响北京市水资源承载力变化的10个因子可归纳为经济动态压力和社会系统压力两大类。从单个因子来看，人口和GDP是影响水资源承载力变化的主要驱动因子。人口增长，GDP增加，居民生活水平的提高带来的居民生活用水的迅速增长，城市建设、环境质量的提高以及服务业的蓬勃发展造成的公共用水的增加，共同推动了北京市需水量的迅速增长，水资源承载力的压力加大。

　　(4)通过建立多元回归模型，预测出2010年和2015年的需水量分别为46.5783亿m³和48.6391亿m³，当地可供水量分别为42.7856亿m³和43.5423亿m³，水资源供需严重失衡。

　　(5)北京市的水资源短缺是资源性的，单靠节约用水不能从根本上解决问题，所以要实行开源和节流并重的政策。南水北调进京后每年从长江引水12亿m³，可供水资源大大增加，将会使北京市水资源承载力得到缓解。■

参考文献：

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(作者单位：首都师范大学资源环境与旅游学院)
责任编辑 党维勤