基于系統動力學的西安市復合生態系統情景分析

陳媛媛， 朱記偉， 周 蓓， 解建倉

(西安理工大學 省部共建西北旱區生態水利國家重點實驗室， 陜西 西安 710048)

1 研究背景

隨著城市化進程的推進，人類活動的范圍、強度、頻率都不斷增加，城市復合生態系統在提供基礎資源和承載這些效應的同時，自身的結構和面貌也發生著巨大的改變，并面臨過渡開發導致系統失衡甚至崩潰的境地，如何保持城市水土資源的可持續發展，并協調其與社會、經濟、環境的關系，逐步成為城市發展面臨的一個重要問題[1]。隨著系統動力學(system dynamics，簡稱SD)的發展，其定性與定量相結合、研究對象開放、應用簡單、模擬功能強大、可處理高階及非線性時變問題的特征逐漸引起了學者們的重視。李華[2]結合崇明島的復合生態系統特征，采用系統動力學方法，建立了復合生態系統仿真模型，評價了不同方案的實施影響。Wang Changhai等[3]根據對北京市濕地水資源系統的分析，基于系統動力學建立了北京市水資源承載力模型，模擬了2006-2030年北京市人口、經濟、水資源供給和需求的變化趨勢以及水環境的壓力。Fu Qiang等[4]也基于系統動力學理論，以2010年度佳木斯水資源利用狀況為基準，依據城市水資源供需結構和區域地理特征，建立了城市水資源的可持續利用模型，模擬了佳木斯短期、中期和長期的水資源供需狀況和變化趨勢。上述研究已經考慮了社會、經濟因素的影響，并且使資源利用和生態環境變化得到了量化，但是仍存在研究區域過小、可推廣性不強，同時只考慮單一資源利用的問題，這使得該類模型還不能夠全面地反映城市化進程中城市水土資源利用與其他各要素的耦合關系?；诖?，本文以西安市為例，結合城市水土資源的綜合利用及其各要素的耦合關系建立復合生態系統模型，采用SD方法動態模擬3種不同情景下城市復合生態系統的發展變化，以期為城市水土資源規劃和管理調控提供決策依據。

2 研究區概況

西安市是陜西省的省會城市，地處東經 107°40′～109°49′，北緯 33°39′～34°45′，土地面積總計為1.01×104km2，建成區面積565.75 km2，包括蓮湖、新城、碑林、雁塔等10區3縣，如圖1所示。西安市三面環山，東南部較高、西部較低，多年平均降水量744 mm。至2016年底，西安市總人口(戶籍人口)共計824.93×104人，城鎮人口共計552.21×104；區域國內生產總值(GDP)為6282.65×108元、第一、二、三產業約占當年生產總值的3.7%、35%、61.3%。近年來，隨著經濟社會的快速發展，大批人才和項目落戶西安，西安的區位優勢逐步體現，加之“十九大”報告中提出的搶抓“一帶一路”機遇，全面深化改革的政策導向，使得西安市成為西北地區人口總量較多、經濟發展較快、現代化程度較高的西部經濟重鎮。

圖1 西安市地理區位圖

隨著近年來城市化進程的推進，西安市水土資源開發利用出現了各種問題，生態環境也隨之出現惡化趨勢，主要體現在：(1)區域水資源需求量逐年增大，但由于地處西北地區，研究區水資源供應不足，長期面臨不同程度的缺水；(2)城市建設用地面積迅速增大，但是土地利用效率不高，部分區域土地利用結構不甚合理；(3)研究區內固廢、垃圾、污水排放量逐年增多，生態環境保護面臨較大壓力；(4)城市總人口不斷增加，加劇了相關資源的供需矛盾和環境壓力。研究區復合生態系統的特征可以概括為：影響因素的復雜性、資源合理開發利用的不確定性和生態環境的脆弱性。

3 模型構建

3.1 建模方法

系統動力學于1956年由Forrester教授首次提出，是系統科學理論與計算機仿真緊密結合、研究系統反饋結構與行為的一門科學[5]。它主要以反饋理論、控制理論、信息論、非線性理論和大系統理論為基礎，將定性與定量分析相結合，以計算機仿真技術為手段，從微觀結構入手建立模型，構造系統的基本結構，進而模擬、分析系統的動態行為[6-7]。故此，系統動力學模型可作為實際系統，特別是社會、經濟、生態復雜大系統的“實驗室”。

由于城市復合生態系統是一個高階、復雜、開放的大系統，涉及的問題和指標都相當多，為使模型更加準確高效地反映問題，同時考慮到數據海量收集的困難，在建模時設定了3個原則：(1)明確問題；(2)抓住關鍵指標；(3)剔除不具有動態特性的部分。

3.2 模型結構

城市復合生態系統是一個以人為中心，高度開放的、功能不完善且受人類控制的社會-經濟-自然復合生態系統，其系統組成要素的數量眾多，系統以及要素間的聯系也非常復雜，而且還涉及政策的影響[8]，因此，本文基于系統動力學理論，借助Vensim軟件，以城市化和傳統行業經濟發展為驅動因素，以水土資源開發利用及生態環境影響為限制因素，進行模型識別。將城市復合生態系統劃分為“社會(Sociology)-經濟(Economy)-水資源(Water resources)-土地資源(Land resources)-生態環境(Ecological environment)”5個子系統，各子系統之間相互影響、相互制約，如圖2所示。

圖2 城市復合生態系統

3.3 子系統構成

3.3.1 水資源子系統 該子系統主要研究在不同經濟、社會水平下，供水量與需水量的變化趨勢及其對社會發展水平、經濟、土地利用和生態環境的影響。該子系統主要由區域的供水總量、年需水總量和缺水程度等要素構成，其中需水總量主要包括農業用水、生活用水、工業用水等[9]，主要分析研究區的主要供用水情況及其對其他系統的影響。其主要方程式為：

供水總量=WITH LOOKUP(Time, ([(2004,0)-(2025,100000)],(2004,36092),(2005,35776),(2006,28762), (2007,32959),(2008,36471),(2009,38307),(2010,41089),(2011,38934),(2012,45791.8),(2013,51372.1),(2014,53799),(2015,56055.3),(2020,65000),(2025,70000) ))

(1)

年需水總量=農業需水量+工業需水量+生態需水量+生活需水量

(2)

缺水程度=IF THEN ELSE(水資源供需差≥0, 水資源供需差/年供水總量)

(3)

3.3.2 土地資源子系統 該子系統與水資源系統相對應，主要研究不同經濟社會發展水平下，各類型土地利用結構的變化，同時分析其對城市經濟社會發展、水資源利用和生態環境的影響。該子系統主要由耕地面積、建設用地面積、綠地面積[10]等要素構成，主要分析研究區城市土地利用的變化情況，特別是耕地與建設用地的此消彼長的關系。其主要方程式為：

耕地面積=INTEG(耕地年減少量,404.87)

(4)

建設用地面積=IINTEG(建設用地年增長量,28000)

(5)

綠地面積=NTEG(IF THEN ELSE(綠地面積>25000,100,綠地年增加量), 3646.8)

(6)

3.3.3 生態環境子系統 該子系統主要研究一定的社會經濟水平和水土資源條件下，生態環境的主要污染狀況以及由此造成的經濟損失。該子系統主要由工業固體廢棄物排放量、生活垃圾產生量、城市污水處理費用[11]、經濟損失等要素構成，主要分析研究區污染物排放與控制的情況。其主要方程式為：

固體廢棄物排放量=工業固體廢棄物產生量×(1-工業固體廢棄物綜合利用率)

(7)

生活垃圾產生量=人均生活垃圾產生量×總人口

(8)

城市污水處理費用= 1.4×(城鎮生活污水排放量+工業廢水排放量)/10/城市污水排放當量值

(9)

經濟損失=城市污水處理費用+工業固體排污費/10 000+生活垃圾處理費用/10 000+農業缺水經濟損失+工業缺水經濟損失

(10)

3.3.4 經濟子系統 該子系統主要研究城市經濟發展與水土資源開發利用的關系，分析經濟增長對水土資源開發帶來的影響以及有限的水土資源對城市經濟發展方向的限制和引導。該子系統主要由區域國內生產總值(簡稱GDP總量)、三產GDP、凈GDP等要素組成，主要分析研究區的城市經濟發展狀況，其主要方程式為：

GDP總量= INTEG(GDP年增長量,1102.39)

(11)

三產GDP= INTEG(三產年增長量, 565.26)

(12)

凈GDP=GDP總量-經濟損失

(13)

3.3.5 社會子系統 該子系統選取糧食生產、人口增長情況以及城鎮化水平為主要因素來反映城市社會發展水平，通過分析這些因素的變化趨勢，研究城市社會發展對經濟、水土資源利用以及生態環境的影響。該子系統主要由總人口、城市化率、糧食單產等要素組成。主要分析研究區社會發展的基本情況，特別是人口和城市化率增長對系統其他因素的影響。其主要方程式為：

總人口= INTEG(人口年增長量, 725.01)

(14)

城市化率= INTEG(城市化率年增加量, 0.4393)

(15)

糧食單產= INTEGER(糧食單產年增加量,310)

(16)

3.4 建立系統模型

結合研究區的區位特征，通過分析各要素之間的反饋關系，建立各子系統之間的聯系，同時，由于系統涉及的因素紛繁復雜，為了反映研究區在水土資源開發利用過程中的主要問題，僅選擇對城市復合生態系統有重要影響的核心因子建立系統模型。借助Vensim軟件，構建城市復合生態系統開發利用流圖，如圖3所示。

3.5 模型識別與檢驗

本文仿真系統的空間邊界劃分以研究區轄區內的10區3縣的外包絡線為準，時間邊界為2004-2025年，其中2004-2015年為歷史數據的擬合時段，2016-2025年為模型的仿真預測時段，時間步長設定為1 a，由于系統涉及多個速率變量的計算，結合2016年的部分歷史數據，只能得出2015年的增長率，所以仍將2016年作為仿真時段進行預測。本文資料主要來自于《西安統計年鑒(2004-2017)》。以2004年為基準年，對時段2004-2015年的歷史數據進行模擬，并與歷史數據系列進行對比，以總人口、GDP、耕地面積為例，分析其與真實值的誤差，如表1所示。

圖3 城市復合生態系統開發利用流圖

年份總人口/(104人)真實值模擬值誤差/%GDP總量/(108人元)真實值模擬值誤差/%耕地面積/(104 畝)真實值模擬值誤差/%2004725.01725.0100.001102.391102.390.00 404.87404.8500.002005741.73733.710-1.081313.931313.940.00 400.17400.8020.162006753.11742.515-1.411538.941539.020.01 395.79396.7940.252007764.25751.425-1.681856.631856.670.00 391.77392.8260.272008772.30760.442-1.542318.142318.050.00 390.77388.898-0.482009781.67769.567-1.552724.882724.870.00 387.89385.008-0.742010782.73778.802-0.503242.863242.870.00 383.32381.159-0.562011791.83788.148-0.463869.843869.710.00 377.10377.3460.072012795.98797.6050.204394.474394.06-0.01 369.91373.5740.992013806.93807.1770.034924.974924.42-0.01 366.23369.8370.982014815.29816.8630.195492.645492.21-0.01 360.73366.1401.502015815.66826.6651.355801.205800.87-0.01 356.89362.4781.57

由表1可知，2004-2015年，總人口、耕地面積的統計數據與其模擬數據的相對誤差很小，均小于1.7%，而GDP總量與其真實值的相對誤差極小，3個指標均滿足擬合誤差小于5%[12]的要求。這說明該模型能夠較好地對實際情況進行模擬，能夠獲得比較客觀、準確的定量關系。

4 SD仿真及情景分析

4.1 仿真方案的設定

本文利用Vensim軟件自帶的simsetup靈敏度分析功能，對模型中多個常量(如GDP增長率、人口增長率等)參數進行靈敏度分析，對比各參數在自身增加5%、減少5%時引起的相應變化量，將影響較大或者經分析比較重要的參數確定為敏感性指標。在靈敏度分析的基礎上，結合研究區規劃的一些具體要求，將GDP年增長率、三產GDP年增長率、人口增長率、城鎮化率年增長率、綠地面積年增加率、建設用地面積增長率、耕地年減少率、城鎮人均用水定額、工業用水重復利用率、工業固體廢棄物綜合利用率作為關鍵性指標。

根據文獻[13-14]和專家的分析建議，結合研究區水土資源利用現狀和對各個子系統的分析考察，對上述10個指標取值進行不同的組合，形成3個方案，如表2所示。

表2 3種方案的指標及其取值

經濟優先型(方案一)：主要以經濟發展為優先，GDP年增長率、三產GDP年增長率、人口增長率、耕地減少率、城鎮人均用水定額等指標取近10年最大值；城鎮化率年增長率、建設用地年增長率根據近10年歷史值取較大值；綠地年增加率、工業用水重復利用率、工業固體廢棄物綜合利用率則根據近10年歷史最小值取較小值。

環境保護型(方案二)：主要以環境保護為優先，GDP年增長率、三產GDP年增長率、人口增長率、城鎮化率年增長率、建設用地年增長率、耕地減少率、城鎮人均用水定額取近10年較小值(因最小值過小，與實際不符，比選的意義不大)；綠地年增加率、工業用水重復利用率、工業固體廢棄物綜合利用率取近年來較大值。

協調發展型(方案三)：兼顧社會、經濟的發展，水土資源的合理開發以及城市發展與生態環境的和諧統一，各指標取值主要根據近10年的平均值并結合發展趨勢適當選取。同時，由于耕地涉及糧食安全和社會穩定，為了盡可能保護現有耕地，將耕地面積年減少率取較小值。

4.2 仿真結果及方案比選

由于系統在給定參數后，針對各方案各有一系列仿真結果，為了便于方案比較，結合城市復合生態系統的指標構成，挑選有代表性的8個指標進行對比分析。各方案指標的仿真結果對比如圖4所示。

由圖4(a)可知，經濟優先型方案(方案一)經濟效益最大，協調發展方案(方案三)次之，環境保護型方案(方案二)較小，現狀方案最小。同時，由《西安市統計年鑒》可知，2015、2016年西安市GDP總值分別為5801.2×108、6282.65×108元(近幾年增長率偏低)，方案一明顯偏大，且增長較快，方案二和現狀方案明顯偏小，且增長較慢，故方案三比較合理。

由圖4(b)可知，經濟優先型方案(方案一)總人口最大，現狀方案次之，協調發展型方案(方案三)較現狀方案略微偏小，環境保護型方案(方案二)最小。2015、2016年西安市總人口數量分別為815.66×104、824.936×104(近幾年增長率偏低)，方案一明顯偏大，且增長較快，方案二明顯偏小，且增長較慢，故現狀方案和方案三比較合理。

由圖4(c)可知，經濟優先型方案(方案一)建設用地面積最大，協調發展型方案(方案三)次之，現狀方案較協調發展方案略微偏小，環境保護型方案(方案二)最小。同時，由2015、2016年西安市建設用地面積為536.1、565.75 km2，方案一明顯偏大，且增長較快；現狀方案、方案三比較接近實際值(方案三更接近一些)；方案二明顯偏小，增長更慢。另外，《西安城市總體規劃(2008-2020年)》要求：至2020年，全市城鎮建設用地規?？刂圃?65 km2以內，故現狀方案、方案三比較合理。

由圖4(d)可知，環境保護型方案(方案二)人均耕地面積最大，協調發展型方案(方案三)次之，現狀方案較小，經濟優先型方案(方案一)最小。同時，由2015、2016年西安市人均耕地面積分別為0.0292、0.0280 hm2，方案一和現狀方案明顯偏小，且減小較快；方案二較實際值偏大，而方案三比較接近實際值，故方案三比較合理。

由圖4(e)可知，環境保護型方案(方案二)人均綠地面積最大，協調發展型方案(方案三)次之，現狀方案較協調發展方案整體略微偏小，經濟優先型方案(方案一)最小。方案一由于過分追求GDP產值及經濟發展，將綠地年增長率設置為0.06552，綠地面積增長緩慢，人口還隨之上升，所以該方案人均綠地面積較低，2015、2016年人均約為8 m2左右。方案二人均綠地面積基本都在32 m2左右，這是因為在計算綠地面積時，考慮到城市綠地面積不可能無限增長，同時結合西安市的區位條件，為綠地面積設置了上限面積2 5000 hm2，這之后綠地面積只能小幅增長，且該方案中綠地面積年增加率取近年來最大值0.2708，所以綠地面積很快達到了約束上限，導致人均綠地面積基本保持不變。據統計分析，同類城市人均綠地面積一般為15 m2，且結合西安市的綠化現狀及《西安城市總體規劃(2008-2020年)》要求：至2020年，人均公共綠地面積應達到20 m2以上，故現狀方案和方案三比較符合西安市城市綠化發展的實際情況。

由圖4(f)可知，經濟優先型方案(方案一)年需水總量最大，環境保護型方案(方案二)和協調發展方案(方案三)次之，現狀方案最小。由于方案一過分追求GDP產值及經濟發展，工業產值迅速增大，工業用水量不斷增加，加之人口快速增長引起的生活需水量大幅增加，使得該方案年需水量明顯高于其他3個方案?，F狀方案由于城市化率年增長率是歷年來最低值0.0001，而且伴有耕地年減少率與歷年來最大值0.02827非常接近，考慮到城市的發展以及農業一直是關中地區的用水大戶，故此方案年需水量明顯偏小，也不符合實際情況。方案二和方案三年需水量比較接近，且在研究時段后期方案二的年需水量增長幅度很小。因此，將方案二和方案三作為備選方案。

根據圖4(g)中的缺水程度可知，各方案在全部時段內均存在缺水。其中，方案一的缺水程度明顯高于其他方案，這是由經濟高速發展和人口快速增長帶來的工業、生活需水量猛增引起的，且缺水程度還在不斷加重?，F狀方案缺水程度最輕，但卻是以犧牲城市發展和耕地面積為代價的，且缺水程度在預測時段基本保持不變。方案二和方案三缺水程度相近，方案三在預測時段后期缺水程度略微低于方案二，因此，方案二和方案三都比較合理。

由圖4(h)可知，經濟優先型方案(方案一)年經濟損失最大，協調發展型方案(方案三)次之，現狀方案和環境保護型方案(方案二)最小。方案一由于過分追求經濟增長，導致固體排污費用、污水處理費用和缺水經濟損失大幅增長，因此總經濟損失明顯高于其他方案?，F狀方案與方案二、方案三的年經濟損失非常接近，其中方案三略微高于前兩個方案。因此，將現狀方案、方案二和方案三均作為備選方案。

對各方案的合理性分析進行匯總，如表3所示。

綜上所述，經濟優先型方案(方案一)過分追求GDP產值及經濟發展，忽略了社會發展、水土資源的承載能力以及生態環境的保護，使得社會發展很不協調、水土資源大量低效利用、生態環境惡化，導致城市呈現短暫的、不可逆的、爆發式的發展，這也是當前許多城市已經體現出來的問題。因此，不推薦該方案。

環境保護型方案(方案二)雖然在有些方面表現得還不錯，但更多是表現在一些綠化、環境、水土資源使用方面，而這些方面的優勢其實是一種間接的優勢，需要依托城市經濟和社會發展來體現，離開了經濟、社會發展，環境效益似乎也很難體現出來。因此，不推薦該方案?，F狀方案在其他方面尚佳，但其城市化率年減少率是歷年來最低值，同時耕地減少速率也是歷年來最快，因此，該方案也不能夠作為城市可持續發展的備選方案。

協調發展方案(方案三)兼顧了城市發展的各個方面，將社會經濟發展與水土資源的高效利用、生態環境的協調統一聯系起來，兼顧了經濟、人口增長和環境，較好地實現了對各方利益的協調平衡和統籌規劃，因此，推薦使用該方案。

4.3 研究區各子系統的仿真預測及調控

經過情景分析，采用協調發展型方案(方案三)對研究區水土資源利用、經濟社會發展以及生態環境狀況進行仿真預測。

首先，分析水土資源面臨的狀態和開發利用的途徑，如圖5所示。

圖4 研究區各方案8指標仿真對比圖

由圖5(a)可知，2004至2025年，西安市將一直處于水資源短缺狀態，并且缺水程度隨著時間的推移還將有所加重。一方面，年需水總量穩中有升，2015年之前的歷史數據部分，2006和2011年都有波動(工業用水量波動引起的)，但總體呈現穩定態勢；另一方面，年供水總量在不考慮外區域調水的情況下，供水能力基本穩定且稍有增長?？偟膩碇v，年供水總量相對年需水量整體偏低，供水缺口還比較大，使得西安市一直處于缺水狀態。要滿足西安市不斷增長的用水需求，就需要大幅提升西安市的供水能力，通過區外調水工程、水源工程的修建，來逐步緩解和滿足西安市的用水需求。同時，應加大社會節水力度，調整產業結構，避免高耗水性工業企業落戶西安，并提升工業技術水平，提高工業用水重復利用率和工業萬元增加值GDP用水量。

由圖5(b)可知，隨著城市經濟社會的發展、人口的增長，建設用地面積逐漸增加(2025年，914.70 km2)，綠地面積也隨著人們對景觀環境需求的提升而逐步增加(2025年，256.30 km2)，但是耕地面積不斷減少(2025年，327.82萬畝)。建設用地面積的迅速增加與耕地面積的大幅減少說明，土地利用的集約化程度可能不高，土地利用的效率也不太高。當耕地面積無法再減少時(觸及耕地面積紅線時)，區域土地面積有限，建設用地無法通過低成本獲得更多的土地資源，此時，建設用地會通過衡量經濟成本，看是否需要采取集約利用的方式提高土地的利用效率，因此，該階段對于土地資源的利用還處在發展探索階段，土地資源利用的結構和程度還有待進一步優化。西安市應適當推廣土地集約化利用，來提高城市土地資源利用的效率。

其次，在上述水土資源利用變化趨勢下，對城市社會經濟發展狀況進行預測和分析，如圖6所示。

表3 各方案合理性比選

注：“√”表示方案合理，可以接受；“-”表示方案不合理，不推薦。

圖5 研究區水土資源利用動態仿真

圖6 研究區社會經濟發展狀況

由圖6(a)可以看出，西安市總人口在政策不變的情況下還將持續不斷增長，同時，從人口構成來看，城鎮人口也將不斷增長，而農業人口呈略微下降的趨勢。另外，考慮到西安市是“一帶一路”政策的中心城市，還將面臨政策因素引起的外來人口的大量涌入，因此，預測至2025年，西安市人口將超過千萬。

由圖6(b)可以看出，西安市GDP總量、第二、第三產業GDP都將呈不斷增長的趨勢，其中，第二、第三產業GDP的增長構成GDP總量增長的主要部分，而且第三產業GDP占GDP總量的比例仍將保持最高且不斷增長；而一產GDP將基本保持穩定，略有增長。由此可知，發展第三產業在今后仍將是西安市經濟發展的重點。

最后，在上述資源條件和社會經濟水平下，城市的生態環境情況，如圖7所示。

圖7 研究區生態環境狀況

由圖7(a)可以看出，西安市的缺水狀況將會給農業帶來持續增加的經濟損失，同時城市污水處理費用也將逐年增高，使得缺水和污染造成的經濟損失逐年增加，這說明缺水仍將是西安市面臨的主要問題。由圖7(b)可以看出，西安市人均綠地面積和建成區綠地覆蓋率都將逐年增加，這反映了西安市的生態環境質量將逐步得到提升。

4.4 研究區復合生態系統調控措施

近來，《關中平原城市群發展規劃》已獲國務院批復，要將西安市作為“一帶一路”政策的中心城市之一發展成國際化大都市，發揮其在西部地區的核心引導作用，因此，西安市還將面臨經濟的高速增長、外來人口大量涌入以及水土資源需求量大幅增長等因素給西安市水土資源開發利用帶來的更大壓力和挑戰。

4.4.1 修建輸配水工程，推進節水型城市建設 建設澇河峪口平原水庫、庫峪水庫、梨園坪水庫等供水工城，增加西安市的日供水量；加快引漢濟渭調水工程、西安輸配水工程建設，新建荊峪溝調節水庫、白鹿原水廠等配套供水管網建設，增加西安市的調入水量；提升地下水源應急儲備能力，建設澇渭三角洲地下水源工程，新建灞東地下水源地和灃河地下水源地，增加西安市的日供水量。同時，在保證西安市主要河流生態基流的前提下，優化統籌市內外地表水開發利用程度，涵養地下水。

結合西安市的產業情況，通過產業結構調整，逐步建立節水型產業結構體系。大力發展高效灌溉設施，提高灌水效率；通過工業結構調整，引導低耗水、高附加值的工業企業于西安落戶?？傮w來講，節水型產業結構體系的調整原則是調整一產、優化二產、發展三產[15]。同時，應在社會生活的各個層面推行節水理念，并結合水價調控政策，通過制定相關節水措施對居民用水習慣進行引導，通過優化城市水資源系統，引進先進的給排水技術，使城市水資源利用更高效、更節約。

4.4.2 推行土地集約化利用 經濟的高速發展必然引起城市建設用地面積的大幅增長，同時引起城市土地用結構的變化，而土地集約化利用能夠使土地利用更加高效，并提高經濟收益[16,17]。結合西安市土地利用基本情況，制定出合理的集約化利用措施：針對西安市建設用地增長過快的情況，要對其發展規模和擴張速度進行限制，充分發揮已有建設用地的作用，消耗存量，同時回收閑置用地。這樣不但可以減少土地浪費，提高土地利用效率，而且能夠迫使土地使用者充分挖掘土地資源的利用潛力，更大限度地發揮土地的效益。同時，土地集約利用通過回收閑置用地，提高土地利用率等方式，節省出了可觀的土地資源，保證了土地的供應量，為土地資源的各類利用提供可能。

4.4.3 發展第三產業，控制人口增長 2010年以來，西安市第三產業產值占比由53.82%上升至59.55%(2015年)，與發達國家相比(超過70%)，西安市的第三產業比例仍然偏低，因此，西安市的經濟發展仍將面臨產業結構的調整。應結合自己的區位優勢，抓住發展機遇，通過產業結構調整，使有限的資源和財力得到重新優化分配，充分挖掘西安市內及周邊旅游資源，保證西安市GDP的穩步快速增長。至2015年，西安市的總人口為815×104，常住人口更是達到了870×104，過多的人口使得中心城區的各項資源利用趨緊，各項基礎設施供應不足，人居環境變差，因此，應結合區域水土資源的承載能力，制定相應的人口政策，對人口遷入和人口增長進行控制，同時，結合各區的實際情況和優勢，對人口分布結構進行調整。

5 結 論

(1)結合西安市社會經濟現狀和水土資源利用情況，基于復合生態系統的概念，以系統動力學為方法，借助Vensim軟件，建立了城市復合生態系統仿真模型，較為全面的體現了城市復合生態系統的基本特征。

(2)通過選取并分析關鍵指標的變化，設置了經濟優先型、環境保護型和協調發展型3種情景，對比分析了各情景下方案的合理性，給出了較優的協調發展方案；并且，協調發展方案的各項指標均與西安市統計年鑒數據較為接近，說明該方案是合理有效的。

(3)根據協調發展方案，對西安市水土資源開發利用、經濟社會發展水平以及生態環境狀況進行了仿真預測。結果表明：西安市在今后一段時間內，還將面臨不同程度的缺水問題，需要區外調水，新建水源工程，才能滿足市區的用水需求；西安市的建設用地面積將逐漸增加，至2025年將達到914.7 km2，耕地面積仍將不斷減少，至2025年將減少至21.85×104hm2。

(4)結合政策導向，提出了相關的調控措施和建議，即通過修建輸配水工程，推進節水型城市建設，推行土地集約化利用，發展第三產業、控制人口增長等措施，實現對西安市水土資源開發利用的調控。

西安市是典型的內陸型城市，水土資源本身相對匱乏，本研究嘗試將城市水土資源利用與城市的經濟社會發展和生態環境改善進行耦合，獲得了較為滿意的效果，可為西安市未來水土資源規劃的制定提供依據。