北京水资源短缺综合评价

水资源短缺风险综合评价

摘要 (大连大学 材料101 蔡孟雷)

本文解决的问题是对水资源短缺综合评价，目的是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，对可调控的不同风险因子采取相应的有效措施规避或减少其造成的危害。 我们通过查阅大量的专家论文、期刊等得出了决定北京市水资源短缺风险的主要风险因子。

文中提出了对北京市水资源短缺风险进行综合评价方法。一、对于由于水资源短缺产生的损失我们用当年北京市国民生产总值（以下简称GDP）因水资源短缺而造成的损失表示，我们通过建立数学模型计算出具体数值。二、对于北京市发生水资源短缺风险的可能性，我们用水资源系统不能正常工作的时间与整个工作时间的比值来计算。四、对于风险等级划分我们利用极差规范法求出结果，对风险进行等级划分。

对于可调控的主要风险因子我们利用成对比较法确定其权重，在水资源有限的条件下，由权重的从大到小依次调控。

对于对北京市未来两年水资源的短缺风险进行预测一问：我们利用 Matlab软件模拟出函数对未来两年相应数据进行预测，然后利用已经建立的数学模型进行计算，得出水资源独缺风险发生的可能性和产生的损失。再根据可调控的各个风险因子在结果中的权重进行最大限度的调控，以减小由于水资源短缺引起的损失。

关键词：极差规范法 等级划分 成对比较法 可调控度 权重 Matlab

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1 问题重述

1，研究背景：北京是世界上水资源严重缺乏的大都市之一，其人均水资源占有量不足300m3，为全国人均的1/8，世界人均的1/30，属重度缺水地区。北京市还是是水库存水量全国下降最快的三个城市之一。特别是这几年，北京地下水位逐年下降，水资源逐年短缺[1]。气候变化和经济社会不断发展，水资源短缺风险始终存在。 问题：

(1)评价判定北京市水资源短缺风险的主要风险因子是什么？

(2)建立一个数学模型对北京市水资源短缺风险进行综合评价， 作出风险等级划分并陈述理由。对主要风险因子,如何进行调控，使得风险降低？ (3)对北京市未来两年水资源的短缺风险进行预测，并提出应对措施。 (4)以北京市水行政主管部门为报告对象，写一份建议报告。

2符号说明

分别表示第i年北京市农业、工业、第三产业及生活等其他产业

由于水资源短缺所造成的GDP损失

表示第i年北京市用水量与当年水资源总量的差值

表示第i年北京市农业需水量

分别表示第i年北京市农业、工业、第三产业及生活等其他产业的GDP

表示第i年北京市由于水资源短缺所造成总的的GDP损失 表示第i年北京市水资源短缺的风险值

北京市用水量与当年水资源总量的差值的最大、最小

值。

3模型假设

? 北京未来两年不会发生洪涝，干旱等恶劣气候或地震等自然灾害

? 管理制度能严格的贯彻实行

? 忽视周围城市给北京带来的污染，及流经北京市的河流或北京直接利用

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的河流的水质量稳定，不受外界影响，无组织或个人恶意污染的行为。 ? 整个北京市的农田面积无大的变动。

? 由于收集资料量有限，我们未考虑的因素不会对我们所建的模型有所影

响。

? 由于知识有限，我们假设单位体积的水在同一个产业中的产值没有前后

期之分完全相同。

4问题分析 4．1 问题一的分析

水资源短缺风险是由于供水量小于需求量所造成的。供水量是由降雨、地表径流量等因素决定的，需求量是由工业用水、农业用水等因素决定的。

4．2 问题二的分析

水资源短缺风险，泛指在特定的时空环境条件下，由于来水和用水两方面存在不确定性，使区域水资源系统发生供水短缺的可能性以及由此产生的损失。所以我们需要查找相关资料再根据影响水资源短缺风险的因素建立数学模型，用于计算对北京市由于水资源短缺而造成的经济损失。还要找到方法确定各个风险因子的权重，最终对主要风险因子进行适当的调控，使风险降低。

4．3 问题三的分析

对于对北京市水资源的短缺风险进行预测一问。因为有1979年到2009年各

个产业用水量、总用水量等一系列数据，我们考虑用Matlab软件模拟出函数像预测未来两年相应的数据，并提出应对措施。

4．4 问题四的分析

经过前三个问题的解答，大概掌握了北京市对水资源的分配与利用的现状，知道其中存在不足，分析所得的数据，针对北京市用水我们有了一定的想法，可以帮助北京市实现用水相对较少、相对节约但能得到很大收益，然后通过建议报告的形式，将我们的想法反馈给北京市水行政主管部门。

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5 模型建立与求解 5.1 问题一的求解

（1）气候。气候又有降水、沙尘暴、气温等多种表现方式。根据一百多年气

象资料分析，北京市每隔六年左右会出现一个丰水年，最长持续时间为三年。每个七年左右会出现一个枯水年，持续时间为两年，偏枯为四年。年降水量的丰枯变化幅度很大，例如：1959年降水量为1406mm，1891年仅为169mm[2]。经计算二者相差达21.029亿立方米，相当于北京市2009年用水量的60%。此外由于无法查到相关资料的原因，我们无法计算沙尘暴对北京市水资源利用的影响。如沙尘暴过后人们需要洗车、清扫道路等以至于用水量增加。气温方面，如果夏天气温偏高人们洗浴的次数相比往年同一时间一定会大大增加。

图一：1979-2009年降雨量（单位：mm）

[3]

（2）地表径流量（包含水库水）与地下水 。北京水系属海河流域，河网发育，有干、支河流100余条。根据潮白河、北运河、蓟运河、大清河、永定河、拒马河6条主要河流的总径流量统计，上个世纪60年代为46.38亿立方米，至20世纪90年代，降至12.94亿立方米[4]。

（3）管理制度。主要是在污水处理，水资源保护和用水收费标准方面发挥作用比较突出，表现在防洪、蓄水、供水、排水和水环境保护等方面，旨在将水资源进行合理的分配与利用。例如2009年全北京市市总供水量为35.5亿m3，再生水6.5亿m3，占总供水量的18%[5]。

（4）农业用水，工业用水，第三产业及生活等其他用水。由北京市统计局统计数据可以看出：改革开放初期到90年代初期农业用水与工业用水状况比较动荡，农业用水占据着主导地位。主要包括种植业用水，果林用水，渔业用水，牧畜用水。1990年后，工，农业用水逐年减少。1979年到2000年，第三第三产业及生活等其他用水不稳定，但呈现出上升比较快的趋势。之后快速增长，到2003年超过农业用水，占据主导地位直到现在。

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图二：三方面用水量的增减（单位：亿立方米）

（5）水污染。这是个不可消除的问题，因此处理难度非常大。工业排污不合格，农药残留，各种垃圾不合理处理导致地表水严重污染等等。这些都是直接致使北京市水资源短缺不可回避的因素。

（6）人口规模。截至2009年底，北京市户籍人口1246万人，登记流动人口763.8万人，其中在京居住半年以上的726.4万人，总量1972万 ，并且增长趋势越来越快[6]。由表二可以看出从2003年到2009年第三产业及生活等其他用水一直占据北京市用水的主导地位，而生活用水占此项用水的很大一部分。如果不加以控制人口规模，任其增长，北京市的水资源危机一定会进一步加深。

5.2 问题二的模型建立与求解 5.2.1由水资源短缺而引起的损失

由水资源短缺而引起的损失我们用由此引起的北京市GDP损失具体表示。北京市第i年的农业、工业、第三产业及生活等其他产业因缺水而产生的GDP损失分别表示如下：

同理：

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