一、基本原理

通过开展国家中长期水环境管理战略情景分析，构建基于计量经济方法与投入产出分析相结合的联立求解模型系统，对国家的社会－经济－水资源－水环境系统进行预测，分析国家中长期宏观经济的用水需求和水环境形势，揭示社会经济发展和水环境需求之间的内在联系，为国家水环境形势预测提供科学、持续的动态工具，为国家、流域和地区水环境管理、规划和相关决策提供有效支撑。

二、预测流程

1、开发国家中长期经济与水环境综合预测系统，主要包括经济预测子系统、环境预测子系统等部分，建立社会经济发展预测、水资源和环境污染产生预测、水环境污染物排放预测、治理投资和运行费用等模型。在国家中长期经济与水环境综合预测系统中，社会经济活动起着主导作用，经济总量、结构、增长速度和产业布局对水环境有着决定性的影响，生产、消费行为既对水环境产生压力，同时也提供了水污染治理和保护水环境的能力。未来对水环境的需求将主要来自于社会经济领域，而对水环境的改善也依赖于经济结构、生产和消费结构的调整来实现。可以说，社会经济活动的规模和范围决定着未来水环境状态。因此，通过计量经济模型建立社会经济活动与水环境状态之间的联系，并通过对未来社会经济活动规模、速度和范围的预测，进而预测与之相关联的水环境的变化和态势。

2、采用自上而下分解、自下而上案例验证、参数指标逐步调整的思路，建立国家-流域-地区中长期经济与水环境综合预测系统。即先提出国家预测结果分解到流域和地区的方法，根据流域和地区水环境预测关键指标以及基于部门的国家宏观预测结果，将国家预测结果分解到31个省级地区和10大流域；然后，选取典型流域（松花江）和典型省份（辽宁省）利用自下而上的方法进行案例流域（地区）的经济与水环境预测，其预测方法同国家中长期经济与水环境的预测思路；最后，通过两种方法预测结果的比较，对分解方法和指标进行修正，构建国家-流域-地区中长期水环境预测耦合模型以及国家-流域-地区中长期经济与水环境综合预测系统。

3、利用国家-流域-地区中长期经济与水环境综合预测系统和基于行业的国家宏观经济和水环境预测结果，开展国家以及10大流域和31个省级行政区的经济发展和水环境形势预测分析。预测的基本过程是：首先，利用投入产出模型和经济分析和人口预测分析子系统预测2010-2030年我国宏观社会经济以及人口和城镇化发展趋势，包括相关产品产量、行业产出、城镇化率和人口增长率等，得到预测目标年的经济和人口总量，这部分预测研究属于社会经济子系统的内部运行规律。其次，利用水资源消耗预测模型预测未来需水量，即根据经济部门的经济增长和用水系数，对各经济部门的用水量、新鲜水量、重复用水量进行预测，根据未来城市和农村人口增长和城市、农村生活用水系数，对城市和农村生活用水量进行预测；根据畜禽和水产品产量以及灌溉耕地和单位灌溉面积用水量的变化情况，对农业生产用水量进行预测，同时估算生态用水量。然后，利用水环境污染预测模型分别预测农业、工业和第三产业的废水和污染物产生量，并根据既定的污染削减情景方案完成废水和污染物排放量的预测；第四，利用水污染治理预测模型预测不同情景方案下的治理投资和运行费用需求；最后，开展国家中长期水环境形势模拟预测综合分析。

4、建立环境经济分析系统，开展水污染治理对社会-经济的影响研究。环境经济分析系统是国家中长期经济与水环境综合预测系统的子系统之一，是经济预测子系统和环境预测子系统的中间纽带。课题采用环境经济投入产出模型和可计算的一般均衡模型（CGE），利用情景和政策模拟的方法对水污染治理的社会经济影响进行定量研究。

三、关键技术

基于计量经济模型、投入产出模型的中长期水环境宏观形势预测技术方法，主要包括经济预测模型、水资源消耗预测模型、废水和污染物排放预测模型、水环境污染治理投资预测模型、国家-区域的经济与水环境预测分解方法、水环境治理对社会经济发展影响的模拟方法等方面。具体如下：

经济预测模型。（1）基本思路：通过集成计量经济模型、扩展线性支出系统、环境投入产出模型构建经济预测模型。首先，利用计量经济模型预测我国经济增长、投资、消费、净出口、就业、财政、收入等；其次，通过扩展线性支出系统研究我国的最终需求结构，包括消费结构、非污染治理投资结构、污染治理投资结构和进出口结构等；最后，通过环境投入产出模型，将上述预测的各种产出和需求与其污染物排放量整合，实现国家层面上的财政收入分配、非污染治理投资、污染治理投资、消费、进出口等的均衡。（2）预测的主要指标：GDP、人口（农村、城镇）、城镇化率、各行业增加值。（3）预测模型的关键技术：全要素生产率的确定、计量经济联立方程的建立和完善、投入产出模型的构建（包括投入产出表的整合、投入产出直接消耗系数的计算等）。

水资源消耗预测模型。（1）预测指标：用水量、新鲜水取水量、重复用水率；（2）用水量预测思路与方法：1）农业用水量预测。农业用水包括种植业和畜禽养殖业两部分，其中，种植业用水量，根据有效灌溉面积和单位面积灌溉用水量测算，并利用灌溉用水量占农业总用水量的比例测算农业总用水量；2）工业用水量预测。工业用水量利用各行业增加值和各行业的单位增加值用水量测算（分新鲜水取水量和重复用水量两个指标预测）；3）生活用水量预测。生活用水包括城镇居民和农村居民生活用水两部分，分别按城镇居民、农村居民人口数和城镇居民、农村居民生活用水系数测算；4）生态用水量的预测。根据生态用水量占其他3类主要用水量的比例估算生态用水量。

废水和污染物预测模型。（1）预测指标：废水、COD、氨氮（NH₃-N）、总氮（TN）、总磷（TP）等的产生量和排放量。（2）预测情景：污染物的排放分两种情景进行预测：一是考虑客观发展目标，即低废水处理率和污染物削减率，按照当前的排放趋势进行预测；二是在结合产业用水结构的调整以及污染物的环境承载力等各种因素的基础上，考虑政策的调控作用所提出的主观控制目标，即高废水处理率和污染物削减率的控制目标。

水环境污染治理投资预测模型。水污染治理投入包括治理投资和运行费用两部分，其中治理投资采用新增设计处理能力乘以单位废水治理投资系数进行预测，运行费用采用废水实际处理量乘以单位废水运行费用系数进行预测。

国家-区域的经济与水环境预测分解方法。在对中国未来中长期发展以及对水资源需求和水环境预测的基础上，探讨将国家层面的中长期经济与水环境综合预测结果分解到省级层面的方法。把全国各种经济、人口指标以及水资源需求量和水环境污染物产生量、排放量预测的结果分解到各省，对各省市自治区各种经济指标和水环境污染物进行预测。具体采用自上而下分解、自下而上案例验证、参数指标逐步调整的思路。在实际计算时，采用权重分解法，进行经济和水环境预测值由国家尺度向省级尺度的分解。其中，经济指标采取不同地区参数调整法，用水量分解采用熵值法，污染物排放量预测采用均方差法。

水环境治理对社会经济发展影响的模拟方法。根据环境经济投入产出模型和投资乘数加速数原理，研究不同区域水污染治理投资和运行费用支出对经济产出和结构的影响，为污染控制目标的合理确定提供依据。同时，构建水污染治理措施的可计算一般均衡模型（CGE），定量分析水污染治理措施（排污费、排放许可交易等）对宏观经济、重点工业行业、居民福利、收入、就业、进出口贸易等的影响，提出水污染治理优化经济增长的科学途径。