（1）人口子系统
人口子系统包含人口总量一个状态变量，指的是北京市常住人口的规模。常住人口的变动取决于人口净增长率的变动。从图8-11 可以看出，2003年以来常住人口的增长率先是不断提高，一直到2008年后开始进入一个下行通道。
图8-11 近10年来北京市常住人口增长率的变动态势
对于北京市未来人口规模走势的判断可以参考东京、伦敦和纽约这三大城市的历史经验。除了特殊时期外（东京上个世纪40年代由于战争因素，伦敦和纽约分别于20世纪50—80年代和70年代，由于工业化进入成熟期和城市病的集中爆发，出现过人口的减少），三大城市在大部分历史时期内，人口都保持着增长或稳定（见图8-12）。
图8-12 三大世界城市人口规模变动趋势
北京的文化和城市化模式与东京更为相像，我们判断未来北京人口规模的增长将继续逐渐趋缓，但人口总量短时间内不会出现下降。我们用一个指数函数预测2008年后人口净增长率的下降趋势，未来人口净增长率的变动趋势如图8-13 所示。
图8-13 北京市人口净增长率的变动趋势
（2）经济子系统
经济子系统包含工业（相当于第二产业）总产值和农业（相当于第一产业）总产值两个状态变量。历史数据显示工农业产值呈典型的指数增长态势，预计未来能够以之前的11.34%和6.76%的平均速度继续保持增长。
（3）水资源子系统
本子系统未设置状态变量。对于水资源来说，提高水资源的动态保障能力，比单纯提高水资源的蓄积量更有意义。根据相关因素预测未来供水能力和用水量的状况，据此计算水资源的供需比，以此反映水资源的数量水平。
北京市的可供水资源来自于5 个渠道，分别是地表水、地下水、再生水、应急供水和南水北调。图8-14 显示了近年来北京市的地表水和地下水资源量的变动情况，可以看到波动较大，但总体有逐渐增加的趋势。从2005年起应急供水量每年都在3 亿立方米左右。2008年开始接受南水北调的水量逐渐加大，2013年为3.5 亿立方米，2015年预计可达8.18 亿立方米。从南水北调可供水量看，按照《南水北调工程总体规划》，采用设计流量输水时，年可进京水量为14.5 亿立方米，扣除沿途损失后，预计2015年可达最大净供水量约10.5 亿立方米。(https://www.xing528.com)
图8-14 2003年以来北京市地下水及地表水资源量（单位：亿立方米）
近年来可供水资源中再生水的水量越来越大，从2003年的2.1 亿立方米提高到了2013年的8.0 亿立方米。再生水的水量主要取决于污水排放量和污水回用系数。由于污水来源主要是生活污水和工业污水，所以我们用常住人口数和工业总产值来预测污水排放总量。近年来北京市的污水回用系数（再生水占污水的比重）总体处于提高的趋势，观察整个趋势可以对数函数预测未来污水回用系数的提高。
图8-15 2003年以来北京市污水回用系数变动趋势
从用水的情况来看，主要包括生产用水、生活用水和环境用水。生产用水主要是指农业、工业（含建筑业）的用水，第三产业的用水包含在生活用水中。工农业的用水量取决于工农业产值和相应的用水系数（单位产值水耗）的高低。图8-16 显示了近年来工农业两个用水系数的变动情况，从趋势来看，适合以指数函数的方式加以预测。图8-17 显示了近年来北京市环境用水量的增长趋势，从图形来看，符合线性增长的规律。
图8-16 工业及农业用水系数变动趋势（单位：亿元/亿立方米）
图8-17 北京市环境用水量增长趋势（单位：亿立方米）
（4）水环境子系统
反映水环境状况的主要污染指标有化学需氧量、氨氮等，考虑到数据可得性等因素，我们在这里选择化学需氧量为衡量水环境质量的核心指标，设置了水体中COD 总量这样一个状态变量。自然界中的COD 总量因污水排放的增加而增加，因自然降解作用而减少。从2011年起，北京市环境质量公报中开始出现“城市下游不达标水体断面中化学需氧量年均浓度值”这样一个指标的数据，2011 到2013年该指标的数值分别为67.9、61.6、70.0 毫克/升。因为缺乏可靠的推断办法，难以获得之前年份的年均浓度值数据。考虑到北京市化学需氧量排放量逐渐减少和河流水质达标率逐渐提高的事实，我们粗略地估计2003年水体的化学需氧量年均浓度值为100 毫克/升。当年北京市地表水量为8.3 亿立方米。由此可以估计出2003年北京市自然水体中包含的COD 总量在8300 万吨左右。
我们根据污水排放总量和单位污水中COD 含量计算每年地表水体中COD 的增量。图8-18 显示了过去10年单位污水COD 含量的变化趋势，可以看到几乎完美地以指数函数的形式下降。COD 总量的减少主要取决于COD在自然界的平均降解时间。根据对历史数据的模拟，我们估计这个平均降解时间为50年。
图8-18 单位污水中COD 含量变化趋势（单位：万吨/亿立方米）
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