基于供需构造的北京水循环动态失衡及修复机理

曹和平，顾兴国，郭来喜（.北京大学经济学院，北京 0087；.中国科学院地理科学与资源研究所，北京000）

基于供需构造的北京水循环动态失衡及修复机理

曹和平1*，顾兴国1，郭来喜2（1.北京大学经济学院，北京 100871；2.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101）

水资源短缺严重制约着北京21世纪世界城市宏伟目标的实现.在引入基于自然与人然良性互动基础上的成水构造、蓄水构造与用水构造等跨学科概念之后，提出区域水生态“供需构造链条说”.进一步，本研究对半个世纪来北京水循环数据分析发现，水资源总量随降水量而变化，相对多年平均量均减，北京水资源生态系统呈弱化态势；2001～2012年用水总量超过水资源总量，水生态系统失衡.循上述发现，对北京区域水生态系统供需数据进行回归分析、揭示北京气候变化与人然活动水文关联效应，指出水循环动态失衡机理的行为贡献因子.最后，基于用水增长有行为上改进空间的思想，提出北京水循环动态失衡在短期运用行为矫正机制，采用总量管理和水市场调节合理用水，长期上运用水环境动态均衡修复原理，启动北京和周边地区的地下水位复升工程的政策建议.

都会化；人然水循环；供需构造；水位复升工程

北京建成21世纪世界城市的限制性条件中，水生态环境短缺最具挑战性.第一，水资源总量短缺是刚性瓶颈，伴随收入的增加，人均生活用水有绝对增加趋势.这一点与大气污染有差别，随着能源基础设施集中建设阶段完成，雾霾有绝对下降的局势；第二，工程调水和淡化海水有舒缓供给不足的作用，但无法涵盖水生态所需要的各个方面，稍有不慎，可能会反向改变水生态环境.第三，水生态系统可持续是世界城市资质的门槛性条件，其存在若失却，北京很难居于21世纪世界城市第一方阵之中.三个方面叠加起来，促成“基于供需构造的北京水循环动态失衡及其修复机理”的研究.其理论考量在于，长期以来决策界为调水和淡化水的工程解决思路分配了较多权重；对水权、水价等行为解决思路放置较少权重.工程思路仅是经济学意义上的供给变量解决思路，而行为解决是需求解决思路.显然，将二者集合起来，在供需构造上统筹解决水动态失衡问题，亦即在水生态文明意义上寻求一揽子解决水生态环境良性永续的顶层设计方案，尚不多见.

基于供需构造意义上的综合探索北京水循环动态失衡机理需要跨学科知识的整合.本文拟从定义几个必要的跨学科概念入手，概括半个世纪以来北京供需意义上的水循环均衡特征，进而讨论北京水循环供需动态失衡机理及其行为因子，最后提出北京水循环动态失衡修复的对策性建议.

1 几个必要的跨学科概念的定义

1.1 自然和人然概念的区分及其方法上的便利之处

自然是指独立于人的群类活动之外的环境类实体及其动态过程的总和.当人类的群体活动以超大规模工程参与到自然过程的时候，原始条件下的自然过程就内置了人类活动因素.并且，其不再是一个可以忽略的微量，而是一个内生的变量.例如都会区的给排水道网不是动植物生态水的自循环过程，而是城市超大人群集聚区的生产和生活用水加入条件下的水循环过程.

基于此，把与自然相对的，给定时刻的人的群类活动内置的规律及其过程总和称为人然.其是人类的，但是客观的；独立于个体人的，但又不是自然的.称为人然还由于其更为重要特质:相对于自然而言，人类高密度集聚.超大规模活动的参与下，自然过程开始变得脆弱，人然过程居于主导，常常对自然过程造成伤害.建国后，我国失去了大大小小数百条河流和小溪，就是人然过程在给定范围内影响力变得显著并在某些区域起决定作用的结果.这些过程在工业革命以前或者在当今的原始森林中是不可想象的.

抽象出人然概念后，可以方便本文对人类参与条件下水生态过程进行“人然-自然”的复合性特征的理解，而且还可以将这种复合过程单独分离出来，进行归一化的单元对象理解.这无疑对都会城市水循环过程存在问题的全面理解有帮助.在“人然-自然”水循环视野下，原来的过程加入新的变量，其收敛均衡与动态失衡的理解也会大不相同.

1.2 成水构造、蓄水构造与用水构造概念及其合理意义

在“人然-自然”合一高度上来理解水循环动态过程，原本一些不被赋予重要性的概念可能变得更为重要.这里列出3个相对联系的概念，它们不仅能够刻画水动态循环的工程学机理，也能容纳经济学意义上的市场供求关系原理. 这3个跨学科概念分别是成水构造、蓄水构造和用水构造.

成水构造是指在给定条件下，太阳和关联热源照（辐）射海洋和陆地等水富集区块形成水分子，加入大气循环形成运动，经过各种冷热界面凝结成较大水分子团，以水滴汇聚或者落降等形式汇聚为溪流、江河、湖泊和海洋等的过程构造.此概念似与水文气象学中降水概念一致，但成水构造本身是个结构抽象，符合工程学理解；它又有经济学含义，成水构造是个水资源的生成过程，具有水供给的含义.降水概念难以与供给变量相联系.

蓄水构造意为水资源经过成水构造生成后，以云层、落入地表地下等以自然或人然的方式汇聚成一定存量的储蓄资源的过程构造.例如，大气中的富水云团、长江水系中的太湖、一定地质构造形成的地下水湖、住宅社区中的水塔等.蓄水构造在水循环过程中发挥资源池和调节功能，其本质是个结构概念，不仅包容云团、河流、湖泊、涌泉等蓄水形式，土壤水、潜水、承压水和基岩水等也容纳其中.经济学者可以将蓄水构造理解为供需过程的特定库存变量，类似于经济学预测中的先行指数，方便决策层了解水动态过程中不同期间的变化趋势.

用水构造是指“人然-自然”意义上所有消耗和消费水的实体单元的过程总和.其中，自然域下的用水构造是两然水循环的子消耗过程，比如自然域下的动植物消耗水等.在人然参与条件下，生产和生活用水使得用水构造更为复杂:都会区的给排水工程、社区的家庭用水、零售市场的销售以及整个城区的污水处理系统等.沿“成水构造-蓄水构造-用水构造”逻辑线考察，可以发现自然的成分在减少，人然的成分在增加，但仍是二者合一的过程

2 都会城市区域水循环逻辑解构

在从乡村发展成为城市的过程中，区域水循环随人然活动程度的加深而发生显著变化，如图1.在城市化前期，区域内人口规模较小，生活用水较少，生产用水主要是农业灌溉，人然活动带来的失衡因子对水循环动态均衡没有造成颠覆性后果，区域水循环以自然特征为主.在城市化后期，区域内人口高度集中，产业集聚发展，建筑面积迅速扩大，蓄水工程大量兴建，人然活动用水资源量猛增，局部地区甚至超过当地自然水循环的供给，造成水生态动态失衡.都会城市区是城市化完善时期的高级空间组织形式，其区域水循环具有显著的人然特征.

图1 都会城市形成过程中区域水循环变化示意Fig.1 The change of water ecology with metro expansion

2.1 都会区自然与人然水循环互动及均衡示意

依据水文学“二元水循环”理论［1］，可以描述区域水生态系统中自然水循环和人然水循环.

自然界中各种形态的水在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽扩散与输送、降水凝水、下渗以及径流等环节而持续不断的运动过程［2］.其动力主要源于太阳辐射、地心引力等.水的理化性质独特，具有较大的比热容和很强的溶解能力，不仅能够传输和储存大量能量，而且能携带和转移各种营养元素和有害物质，对生命体和自然界会产生不可估量的影响.在自然水循环中，大气降水后，除一部分蒸发变回水汽外，余者形成地表径流和地下径流.在一定区域内，入境水连同降水蒸发形成的地表水、地下水中可以被人类开发利用的部分称之为水资源，一旦被开发则纳入经济社会.

进入社会的水资源供人类生产、生活使用，然后以废弃水的形式返回到地表或地下的过程是人然水循环.通过人然水循环获取、利用水资源，向自然界排放废弃水，而与自然水循环进行一定数量的水交换.在获取水资源的途径中，除了对本区域内地表水和地下水进行开采外，调水、淡化水和虚拟水也常成为区域内人然水循环的来源.

都会城市区以自然水循环为基础，形成显著的人然水循环，两大水循环共同组成都会城市区域水生态系统.根据图，自然水循环在自然力的作用下运行，人然水循环截取径流而获得水资源，利用后向自然水循环排放废弃水或处理水.从水分流动的过程上看，人然水循环的水流可以看作是自然水循环派生的“支流”，前者依赖后者而存在，二者运动合一.为保证都会城市自然与人然水循环的良性互动，水资源的开发利用要与其更新速度相匹配，否则易造成水生态破坏、供需失衡等问题.

2.2 区域水循环“供需构造成链条说”

如图3，在人然水循环与自然水循环二者合一的大循环中，成水构造、蓄水构造、用水构造受人然活动与自然变化不同程度的影响，具有内在动态过程联结逻辑的一致性.当人然活动较弱时，“成水构造-蓄水构造-用水构造”三大过程环节联结成区域水生态链条，区域水循环均衡.当人然活动加强时，用水构造在生产消耗和生活消费两种主要力量作用下不断加强，成水构造与蓄水构造同时发生引致变化，区域水生态链条局部断裂，造成“人然-自然”意义上的水循环动态失衡.

针对水资源供给与需求间差距，区域管理者一方面在区域内节水与提高水资源利用效率，另一方面可能实施跨区域转移水来解决失衡.再生水与转移水环节的加入形成新的补偿型区域水生态链条，区域水循环暂时恢复均衡.在这条补偿型区域水生态链条中，局部断裂被恢复，但成水构造与蓄水构造的引致变化短期内无法修复.

图2 都会城市自然与人然水循环动态均衡示意Fig.2 A quasi-nature water dynamics in metro area

图3 “自然-人然”意义上的水循环“供需构造成链条”示意Fig.3 The structure chain of the quasi-nature water ecology

2.3 北京水资源供需意义上的描述性统计 北京位于华北平原北部边缘，靠近渤海，属于北温带半湿润半干旱大陆性季风气候.其西部为太行山脉，北部和东北部属燕山山脉，中南部为平原区，地形极像半封闭的海湾，地史上曾受海侵，常被称作“北京湾”.在自然地理上，北京属海河流域，其境内包含大清河、永定河、北运河、潮白河与蓟运河5大水系，41处湖泊，大、中、小型水库88 座，地表水网发达.历史上北京地下水资源丰富，占水资源总量的一半以上，目前共有水源地83处，其中特大型水源地5处，大型水源地7处［3］.

2.3.1 降水量与水资源量供给统计分析 北京多年平均降水量（1956～2000年）为585mm，总降水量98.0亿m3，形成水资源37.4亿m3［4］.2001～2012年，北京年降水量分布不均，干湿交替，总体上降水略升，如图4.北京以平原为主，入境水量较少，且上游拦截增多，其年水资源总量的变化趋势与年降水量相当，如图5.2001～2012年北京年平均降水量494.5mm，形成年平均水资源总量24.1 亿m3，与多年平均相比它们分别减少15.5%和35.6%.降水量与水资源总量作为区域自然水流量的重要衡量标准，其动态变化直接反映北京地区自然水循环的变化情况.

图4 北京2001～2012年降水量变化与多年平均降水量Fig.4 The annual precipitation in 2001～2012，and the long-term annual average， Beijing数据来自文献［8］

2.3.2 供水结构与供需失衡分析 从供水结构上看，2001～2012年北京地下水用水量呈下降趋势，再生水、南水北调引水呈上升趋势，应急水基本不变.北京近年来的用水水源主要是地表水、地下水、再生水、南水北调和应急水.再生水于2003年开始启用.应急水源地建于2003年， 2005年启用，主要取自怀柔、平谷、昌平等地的地下水，因此在计算供水结构时可以归为地下水用水.南水北调中线工程预计于2014年汛后通水，2008年以来的所谓“南水北调”是从河北省岗南、黄璧庄和王快3座水库向京输送的救急水.

2001～2012年北京年用水总量变幅不大，处于35.1～38.9亿m3之间，如图5.计算得北京年平均用水总量为35.4亿m3，高出年平均水资源总量达11.3亿m3.这表明北京地区人然水循环“支流”较稳定，但超过自然水循环“干流”的供给量，北京处于水供需失衡状态.

图5 北京2001～2012年水资源总量、用水总量与多年平均水资源总量Fig.5 The local potential supply， consumption in 2001～2012 and annual average potential supply in 2001～2012， Beijing

从图6可以看出，地表水和地下水为北京主要用水来源，其中地下水用水量占用水总量68.3%.北京市地下水补给主要来源于大气降水入渗、山区河谷潜流和地表水体下渗，平原区地下水多年平均补给量约为16.8亿m3［5］.由于降水量和地表水水资源的减少，北京2001～2011年地下水用水量一直大于地下水资源量，导致地下水埋深不断下降，如图7.2014年1月，北京平原区地下水平均埋深24.5m，与超采前的1998年同期相比，地下水位下降12.83m，地下水储量减少65亿m3.目前北京地下已经形成约1000km2的地下水降落漏斗区［6］，这是水资源供需失衡的具体表现.

图6 北京2001～2012年供水结构Fig.6 The water supply share of Beijing from 2001 to 2012

图7 北京2001～2012年地下水资源量与地下水缺水量Fig.7 The groundwater resources and its shortage quantity of Beijing from 2001 to 2012

3 北京水循环供需动态失衡机理及其行为因子分析

由于自然或人为因素，使地理环境发生改变，从而引起水循环要素、过程、水文情势发生改变，即水文效应［7］.本节基于区域水生态供需构造说，从北京水循环自身出发，研究北京水供需动态失衡的根本机理，阐述气候变化与人然活动的水文效应，分析北京水循环动态失衡的行为因子.

3.1 都会区用水爆发增长诱发水循环动态失衡机理

在人然活动参与条件下，都会城市水循环不断发生动态改变，自然与人然两大水循环之间的供需数量关系随人然活动作用的增进而此消彼长.图2与图8分别反映都会城市自然与人然水循环动态均衡与失衡状态，对照二者可以得出:水资源在两种状态下的流动路线与方向没有发生改变，改变的是两大循环中水流量供求的对比关系；在均衡状态下，人然水循环的水流量需求小于自然水循环的水流量供给，即人然水资源开发利用没有超过自然水资源更新速度，而在失衡状态下，反之.从根本上看，区域人然水循环的水流是自然水循环分出的“支流”，都会城市区用水爆发引起“支流”水量需求超越了本地“干流”供给量，而导致其水循环动态失衡.

图8 都会城市自然与人然水循环动态失衡示意Fig.8 The schematic diagram of natural and human water cycling dynamic unbalance in metropolis city

3.2 人然参与条件下的气候变化水文效应

成水过程中，水汽形成、转移和液化降落一方面对大气的成分比例变化、能量传输转化产生重要影响，另一方面它基本属于大气环流活动的一部分，因此也会受到气候变化的制约.统计意义上的水资源量是由区域内水汽的液化和汽化的对比关系来决定，不受入境水量的影响.受蒸发量数据难以获取的限制，本文以降水量与平均气温（温度是影响水面、陆面蒸发量大小的重要因素，在其他影响因素不变的前提下，气温越高，蒸发量越大）作为衡量区域内水汽液化和汽化的气候指标，以分析气候变化对北京地区成水构造的水文效应.

图9 北京1978～2012年平均气温变化趋势Fig.9 The changing trend of average temperature of Beijing from 1978 to 2012

受温室效应、城市热岛效应等因素影响，北京1978～2012年年平均气温呈明显上升趋势（图9）.根据年平均气温的线性趋势线，可以计算出北京2012年的线性年平均气温高于1978年1.64℃，而2012年的实际平均气温也比1978年高出1.3℃，升幅达0.038℃/a.平均气温的上升必然会对北京地区蒸发量及其他气候特征产生影响，但由于影响区域蒸发的因素复杂多样，气温与蒸发量关系难以精确衡量.

北京2001～2012年的气温较稳定，短期内北京地区的蒸发量对水资源产生的影响可以忽略. 图4与图5分别给出了北京2001～2012年降水量与水资源总量的变化.将两者结合起来进行趋势分析，可以得到近年北京降水量与水资源总量之间的关系（图10）.回归分析结果表明，北京的降水量与水资源总量之间存在良好的相关性，相关系数为0.81，线性方程为y=0.0393x+4.7237（R2值为0.6568）.因此，降水量作为北京地区水资源的主要补给，对水资源总量的影响很大.

图10 北京2001～2012年降水量与水资源总量之间关系Fig.10 The relation between rainfall and total water resources of Beijing from 2001 to 2012数据来自文献［8］

3.3 供需构造中的人然活动水文效应

人然活动对北京水循环的影响可以分为直接影响和间接影响，直接影响即人类直接对水资源的质和量进行作用，而间接影响是人类通过对除水资源以外的资源环境发生作用而影响水循环各要素.从作用机理上看，用水构造、蓄水构造受人然活动的直接影响，成水构造受间接影响.

图11 北京2001～2012年用水结构Fig.11 The water consumption structure of Beijing in 2001～2012

用水构造是基于人然活动形成的独立过程，北京地区用水构造总体上可以分成“用水”和“补水”两方面来分析.北京用水总量主要分配在农业、工业、生活和环境四个方面，即用水结构.总的来看，北京2001～2012年用水总量基本稳定，其中工业、农业用水量呈下降趋势，生活与环境用水量呈上升趋势，如图11.（1）农业用水方面.农业用水效率远低于其他产业，但随着节水灌溉率的提高和种植结构的不断调整， 北京农业用水逐年减少.（2）工业用水方面.2001～2012年，北京工业产值在总产值中的占比由25.3%降至18.4%，而工业用水量在用水总量中占比由23.7%降至13.6%，万元工业增加值用水水平处于全国领先地位.这种变化一方面由于北京工业规模的缩小和工业内部的产业调整，例如电力工业、金属冶炼等耗水企业的退出；另一方面工业用水发展循环利用，北京工业用水重复利用率已超90%，接近世界先进水平.（3）生活用水方面.北京近年人口的不断增长和城镇化水平的提高，形成生活用水刚性需求增加.据新京报，北京人均生活日用水量为210dm3左右，约为德国人的1.73倍，因此生活用水节水还有上升空间.（4）环境用水方面.环境用水主要以河湖补给、园林绿化为主，用以维持和改善生态环境.随着生活水平的提高，对生活环境的要求必将日益提高.总体来看，北京用水结构逐步趋向合理，用水总量仍有下降空间.

在“补水”方面，北控水务集团预计2019年北京引入渤海的淡化水（日产100万t）.虚拟水是生产商品和服务所需要的水资源量［9］，但目前还只是作为新研究方向停留在概念层面，只有南水北调工程已经为缓解北京水资源短缺真正做出了贡献.自2008年以来，利用南水北调京石段工程每年从河北水库向京已经输送0.7亿～2.88亿m3的水.2014年10月南水北调中线工程通水以后，预计每年向北京分配12.4亿m3的汉江水.南水北调中线工程未来短期内能够有效缓解北京人然水循环与自然水循环之间的水缺口压力，但是大规模跨流域调水会影响旧的水生态平衡状态，改变至少两个区域的水循环路径，可能会引起调水相关区域一系列水环境效应，不利于北京水循环动态均衡的长期发展.

人然活动对蓄水构造的影响主要通过对动态水循环中地表径流与地下径流（包括壤中径流）的载体改造来实施，可以从三个方面来分析:其一，水利工程对地表径流的影响.北京地区自20世纪50年代初期开始建设新中国的第一座水库——官厅水库以来，陆续建成大、中、小型水库88座，总库容93.75亿m3.水库具有拦截地表径流、减少出境水量的作用，能够为北京地区积聚水资源，从而改变区域水量平衡的对比关系.2012年北京18座大中型水库年蓄水量为15.06亿m3①，占地表水资源的84%.其二，城市化对下垫面的改造.地下水的补给主要来源于降水和地表水的下渗，城市的兴建和发展会在一定程度上阻断下渗过程，不仅会减少地下水供给，还会形成城市雨岛效应［10］.北京自1985年以来城市化水平不断提高，北京建成区面积变化情况如图12.城市基础设施和地面建筑的覆盖会减弱北京城市集水区内的天然调蓄能力，减少下渗，增大地表径流.其三，城市建设对地下水层水运动的破坏.北京作为我国的特大城市，其空间扩展不仅局限于水平方向，而且垂直方向亦不断延伸，例如地下商场、地下车库、地下交通等设施.地铁作为代表性城市地下轨道交通，深入地下达数十米，必然会对城市地下水层产生干扰和破坏.北京地铁目前共有17条运营线路，线路长度共465km，是世界上规模最大的城市地铁系统之一.②公路网加速地表水和浅层地下水运动的改变，恶化了自然水流动.

图12 北京1985～2011年建成区面积Fig.12 The metro area of Beijing from 1985 to 2011

另外，根据国内外近年来对气候变化的相关研究，工业化、城市化带来的温室效应使全球气候在近50年快速变暖，引发区域温湿度、蒸发、降水等气象因素的变化.人然活动通过气候变化也对北京地区的成水构造产生间接影响，因此人然活动的水文效应是造成北京水生态系统失衡的主要原因.

3.4 北京水循环动态失衡的行为因子分析

对造成北京水循环动态失衡的人然活动分析，可以总结提炼其主要相关行为因子:

（1）人口数量持续增加.北京人口数量多，且持续增长，城镇化水平高.1978～2000年，改革开放为人们带来巨大经济和社会效益，生产高速发展需要与生活质量提高要求使得北京人均用水量总体上升，配合增长的人口数量因数，产生都会城市生活用水爆发增长.2001～2012年，北京常住人口由1385.1万人增至2069.3万人，年平均增长人数达57.0万人，由于年人均用水量的持续下降，才使得年用水总量维持在35.5亿m3左右，而2001～2012年北京平均年水资源总量仅为24.1 亿m3.

（2）区域经济集聚增长.产业集聚能够产生很好的外部规模经济和外部范围经济.作为中国的首都城市，北京必然成为各种经济活动的集聚地，成为带动区域经济的增长极.按照当年价格计算，北京2001～2012年万元地区生产总值水耗从104.91m3降为20.07m3，但地区生产总值增长4.82倍，产业结构调整和用水效率的提高才使北京用水总量基本持平.

（3）城市建设规模扩大.生活、生产需要带动城市建设面积攀升，产生对区域下垫面的重大影响.根据图12，北京2011年的建成区面积相当于2000年的近3倍大，占市辖区面积的11.7%.高速增长与高比重的建设规模必然在一定程度上阻断地表与地下水之间联系，从而引起北京地区蓄水构造甚至是成水构造的重大不可逆变化.

（4）基础设施建设.水利工程、交通设施、水资源、能源供应管网等是为满足城市生活、生产需要的公共产品.基础设施建设不仅为生活、生产提供便利，也会改变原有的地表水系和地下含水层，给北京水环境与水循环构造带来负面影响.例如2008年引冀水进京时发生“水黄”现象，境外水通过水利工程进入境内可能会产生新的水问题.

4 北京水循环动态均衡修复的对策性建议

北京水循环的动态失衡本质上系自然水循环与人然水循环不相匹配而造成的水资源供不应求，根源在于都会城市区域人然水循环的爆发式增长.为修复北京水循环动态均衡，依据首都水循环失衡机理提出对策性建议.

4.1 完善水资源管理模式，运用市场机制合理配置水资源

以水定人，以水定产，以水定都，推动首都人口和功能疏解.控制人口规模，防止人口进一步无序过快增长，以匹配水资源承载力.实施首都产业瘦身计划，坚决转移耗水耗能耗劳耗地产业，发展节水绿色特色经济，突出首都核心产业功能.

建立健全水权制度，构建水交易的平台和机制，优化水资源配置.打破国家垄断水的所有权和使用权、行政手段强行分配的机制，将行政配置和市场化相结合，对水资源增量需求进行合理配置.借鉴国内外水市场发展经验，在国家水权制度的基础上成立北京水资源交易所，通过市场长链，促进水权合理流转，健全水量配额、排污权、生态补偿交易等配套机制，形成北京经济用水市场价格，争取水交易的国际话语权.

通过虚拟水交易可以实现从富水区购买水密集型产品（粮食、肉类等），以获得虚拟水形式的水资源.北京地区应大力推行虚拟水战略，加强虚拟水理论的研究力度，实现虚拟水交易的广泛实施.

4.2 启动地下水位复升工程，修复与改善蓄水构造

提议市委市政府领导一把手牵头，动员多学科、多部门协调，科学运用水环境生态修复原理，尽快启动北京地下水位复升工程并分“三步走”实施建议:

第一步（2015～2018年）:勘察与实验阶段；基于京津冀一体化战略，率先在北京启动“用水构造-蓄水构造-成水构造”的系统性勘察修复研究工程.成立市领导挂帅的领导小组，设置3～5个多学科领域的科研实验分组，建立首席科学家和首席经济学家负责制；建立3～5个水环境动态修复关联系统实验室和试验区域，争取在2018年前完成总体勘察实验任务:拿出基于勘察数据基础之上，又有实验室修复模拟和小范围试验支持的方案.

第二步（2019～2025年）:北京地区修复阶段.北京在京津冀一体化中应该先走一步，在水环境修复工程方面北京拥有该地区最雄厚的科研基础，一系列院校和关联环境科研单位能够很好地支持勘察和实验所需的人力和设备条件，北京的地理尺度也具备和适宜在小范围实点试验的条件.在勘察实验和用水构造失衡启动矫正的同时，适时启动北京地下水位沉降复升工程.复升工程的原理在于:（1）北京筒状水环境立体空间中，99.99%的用水在总量意义上是循环用水而不是耗散用水.例如人畜饮用1t水资源后，从人畜体中释放的水也大概是1t，工业清洗冷却过程也一样，只有非常少量的用水是化学过程用水，水分子的构成被一次性打破而消失了.（2）北京筒状立体水空间与周边大环境的关系在过去1000年间没有出现灾变周期，公元1153年时的完颜亮率人第一次大规模进京后遇到的水环境供给条件，除了远距离调水部分之外，基本上没有改变，这是北京地下水位复升的可行性基础.问题是水的分类保洁工程的管理优良与否、地下密集式竖井取水工程造成地下蓄水构造漏洞的堵漏成功与否，以及将1960年以后大面积排洪和城建设施形成的排水网对自然蓄水构造的“吸纳-排放”均衡程度的破坏能够恢复成功与否.

第三步（2025～2030年）:北京周边——华北板块水环境修复阶段.北京地区先走一步的同时，勘察研究可与津冀合作，待北京取得试验成果后，在京津冀——华北板块展开.当然，京津冀同步走是一个更好的选择.

北京水环境生态修复童话式展望.在全球范围，北京水环境生态修复工程是一个时代亟需、规模超大、勘察超难、研究又滞后的中国人面临的人类未来工程.但是，该工程的启动又具有划时代和寓意未来的巨大魅力.摸清超大城市水资源动态过程失衡的机理，找出堵住失衡漏洞的各种途径和工具；逆向启动水生态修复型工程，使北京地下水位复升到1965年以前的水平，再现海淀有“海子”，昆玉河有“万泉”，莲花池有边藕， “南海-中海-北海-后海人然水系”与自然水系和谐并存；在更大的华北范围，恢复“白洋淀万顷芦荡”， “保定到天津可行船”的故北国美景，不仅是北京人，不仅是北国人，不仅是中国人，而且也是世界人的一个童话式梦想.当天宫一号上天时，谁能说嫦娥奔月的童话仅仅是个幻想？当人然生态和自然生态在中国梦的实现过程中于北京试点成功时，谁能说它仅仅是个童话式幻想呢！

［1］Qin Dayong， Lu Chuiyu， Liu Jiahong， et al. Theoretical framework of dualistic nature-social water cycle ［J］. Chinese Science Bulletin， 2014，59（8）:810-820.

［2］黄锡荃，李惠明，金伯欣.水文学 ［M］. 北京市:高等教育出版社，1985:41.

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Dynamic disequilibrium and restoration mechanism of Beijing’s water resources in a supply-demand perspective.

CAO He-ping1*， GU Xing-guo1， GUO Lai-xi2（1.School of Economics， Peking University， Beijing 100871， China；2.Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101，China）. China Environmental Science， 2015，35（4）：1271～1280

The shortage of water resources restricts Beijing’s global city position in the 21th Century. With the assistance of the definition of a quasi-nature process of water dynamics by a metro-population body， this paper presents a construct chain consisting of water-genesis structure， water conservation structure and water-consumption structure， which enabling the authors to argue that the dynamic disequilibrium of the chain is caused by the metro-sized urbanization. With the analysis of Beijing’s water supply-demand cycle over half a century， the authors indicate that: The marginal reservation of water resources is roughly equal to variation of the precipitation， and both decrease relative to their long-term levels； the consumption in 2001～2012 was up to a higher level than the annual amount the local could supplied， a dynamic disequilibrium of water ecological system. Through regressions， the authors， then， reveals that there exists a correlation between the climate change and human activities， and points out the behavioral pattern of metro population body is a contribution factor of the disequilibrium. In the end， the authors raises up some advice for reform and projects inversing the disequilibrium.

urbanization；a quasi-nature water ecology；water supply-demand disequilibrium；ecological restoration

X32

A

1000-6923（2015）04-1271-10

曹和平（1957-），男，陕西富平人，教授，博士，主要从事环境与资源经济、发展金融与资本市场研究.发表论文50余篇.

2014-09-20

北京市中国特色社会主义理论体系研究中心重大项目（ZD2013004）

* 责任作者， 教授， cheping@pku.edu.cn