（城市规划与设计专业论文）基于水资源角度的城市规模研究.pdf

摘要 水是人类生存与发展最宝贵的自然资源之一，是不能用其他资源替代 的有限性资源。水在城市发展中占有极其重要的地位和作用，是城市产生 的前提条件，也是城市经济持续增长和人口容量多少的决定性因素。水资 源应被视为城市规划和城市建设的重要内容；而当前城市规划理论缺少将 水资源和城市规模结合起来分析的理论框架，导致预测城市发展规模过 大，造成某些城市的发展规模与其水资源不相适应的种种水问题，给城市 的可持续发展之路带来负面影响。 课题研究建立在可持续发展思想基础之上，通过分析和借鉴国内外相 关理论的经验和方法，探索水资源对城市规模关系影响的规律，探讨在城 市总体规划中如何结合当地水资源情况，探求有利于城市可持续发展的适 度人口规模。本文的主要研究内容包括： 第一部分提出本课题研究背景，回顾了国内外城市规模问题的研究现 状；阐述本研究的目的与意义，采取的研究方法和技术路线。 第二部分介绍水资源相关概念、内涵及特性，概览世界及我国水资源 利用状况、存在问题，并对当前水资源问题进行反思。 第三部分首先就城市规模及适度城市规模概念进行辨析，接着分析了 城市发展规模的几个制约因素，指出缺水地区城市水资源是制约城市发展 规模的关键性因素，然后提出了本课题研究的理论基础：“门槛“理论、 环境承载力原理和可持续发展理论。 第四部分进行实证研究，首先介绍郑州市城市水资源、经济、社会基 本情况，建立灰色预测模型g m ( 1 ，1 ) ，对郑州市经济社会发展主要指标进 行预测，并以此推出郑州市各规划年度的需水量，利用水资源系统平衡方 程，进而得出郑州市基于水资源考虑的适度城市人口规模；针对该市经济 社会发展情况，提出缓解该市水资源压力的具体对策。 第五部分简单回顾本文研究的重点、创新点，并展望了本课题的研究 前景。 研究结果可为郑州市可持续发展战略提供参考；同时对于缺水地区城 市的水资源可持续利用方面，具有相当的实际意义和推广价值。 关键词水资源，城市规模，可持续发展 a bs t r a c t w a t e ri so n eo ft h em o s tv a l u a b l en a t u r a lr e s o u r c e sf o rh u m a ns u r v i v a l a n dd e v e l o p m e n t ，a n di ti st h el i m i t e da l t e r n a t i v er e s o u r c e sw h i c hc a l ln o tb e r e p l a c e db yo t h e rr e s o u r c e s w a t e rp l a y sa ne x t r e m e l yi m p o r t a n tr o l ea n d f u n c t i o ni nt h eu r b a nd e v e l o p m e n t , a n di ti st h ep r e c o n d i t i o n so fc i t y s a p p e a r a n c e ，a n da l s ot h ed e c i s i v ef a c t o rf o ru r b a ns u s t a i n e de c o n o m i cg r o w t h a n d c a p a c i t y o fp o p u l a t i o n w a t e rr e s o u r c es h o u l db er e g a r d e d 嬲t h e i m p o r t a n tc o n t e n to ft h eu r b a np l a n n i n ga n du r b a nc o n s t r u c t i o n h o w e v e r , w a t e rr e s o u r c e sc a nn o tb eg i v e n e n o u g h a t t e n t i o ni nu r b a n p l a n n i n g , e s p e c i a l l yt h eu r b a nw a t e r ss u p p o r t i n gc a p a c i t yt ou r b a np o p u l a t i o nh a sn o t b e e nf u l l yr e c o g n i z e d , w h i c hc a u s e st h es c a l eo ft h ed e v e l o p m e n to fs o m ec i t y d o e sn o ta d a p tt ow a t e rr e s o u r c e s ，a n ds o m eo t h e rw a t e rp r o b l e m s ，w h i c h r e s t r i c t st h ed e v e l o p m e n to ft h ec i t y , e v e nb r i n g sn e g a t i v ei m p a c t so nt h e s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t o ft h e c i t y w i t h t h es o c i a la n de c o n o m i c d e v e l o p m e n t ，e x p a n d i n go ft h ec i t ys c a l e ，t h ei n c r e a s i n gu s eo fw a t e ri nl i f e ， i n d u s t r y , a g r i c u l t u r e ，e c o l o g y , u r b a nw a t e rs u p p l yb e c o m e sm o r en e r v o u s t h e s h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e sh a sb e c o m et h e ”b o t t l e n e c k ”f o rt h es u s t a i n a b l e e c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n ti nm a n yc i t i e so fc h i n a t h i sr e s e a r c h ，w h i c hi sb a s e do nt h et h o u g h to fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ， t h r o u g ht h ea n a l y z i n ga n dr e f e r r i n gt ot h ee x p e r i e n c ea n dm e t h o do fr e l a t e d t h e o r i e sa th o m ea n da b r o a d ，e x p l o r e st h er u l e so ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n w a t e rr e s o u r c e sa n dt h es c a l eo fc i t i e s a n dd i s c u s sh o wt oc o m b i n et h e o v e r a l lu r b a np l a n n i n ga n dw a t e rr e s o u r c e ss i t u a t i o nt oe x p l o r et h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to fu r b a n 1 1 1 em a i nc o n t e n t so f t h i sp a p e ri n c l u d e ： t h ef i r s tp a r tp r o v i d e dt h er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，r e v i e w e dt h ep r e s e n t r e s e a r c ho nu r b a ns c a l ea th o m ea n da b r o a d i ti l l u s t r a t e st h ep u r p o s ea n dt h e s i g n i f i c a n c eo f t h es t u d y , t h em e t h o d o l o g ya n dt e c h n o l o g yr o u t e s t h es e c o n dp a r ti n t r o d u c e dt h er e l a t e dc o n c e p t s ，c o n n o t a t i o n sa n d f e a t u r e so fw a t e r o v e r v i e w e dt h ew a t e ru t i l i z a t i o ni nc h i n aa n dt h ew o r l d ， e x i s t i n gp r o b l e m so f w a t e rr e s o u r c e s ，a n dr e f l e c t e dt h ec u r r e n tp r o b l e m s i nt h et h i r dp a r tt h ec o n c e p to fc i t ys c a l ea n dm o d e r a t es c a l ea r e d i f f e r e n t i a t e d ，t h e nt h ea u t h o ra n a l y z e ds e v e r a lr e s t r i c t e df a c t o r st ot h eu r b a n d e v e l o p m e n ts c a l e ，p o i n t e do u tu r b a nw a t e rr e s o u r c e si nw a t e r - s h o r tr e g i o n si s t h ek e yf a c t o ro fu r b a nd e v e l o p m e n ts c a l e ，a n dt h e np u tf o r w a r dt h et h e o r e t i c a l b a s i s ：t h e o r yo f t h r e s h o l d ，t h ep r i n c i p l e o fe n v i r o n m e n t a l s u p p o r t i n g c a p a c i t y , a n dt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tt h e o r y t h ef o u r t hp a r ti n t r o d u c e dt h eg e n e r a ls i t u a t i o no fz h e n g z h o uc i t y sw a t e r r e s o u r c e s ，e c o n o m i c s ，s o c i e t yf i r s t l y , a n de s t a b l i s h e dg r e yf o r e c a s t i n gm o d e l g m ( 1 ，1 ) ，f o r e c a s t e dt h em a i ni n d e xo fe c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n to f z h e n g z h o uc i t y u s e w a t e rs y s t e mb a l a n c ee q u a t i o nt op l a nt h el e v e lo f z h e n g z h o uc i t y s m o d e r a t ep o p u l a t i o ns i z e a c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o no f e c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n t ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r d ss o m es p e c i f i c c o u n t e r m e a s u r e st oc i t yw a t e rp r e s s u r e t h ef i f t h p a r t r e v i e w e dt h ek e yp o i n ta n dt h ei n n o v a t i o n ，a n d p r e s u p p o s e dt h er e s e a r c hp r o s p e c to f t h i sp r o je c t t h er e s e a r c hr e s u l t sc a np r o v i d ear e f e r e n c ef o rs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t s t r a t e g yo fz h e n g z h o uc i t y a sf o rt h es h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e s s u s t a i n a b l e u t i l i z a t i o no fu r b a na r e a s ，i th a sr e l a t i v e l yp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dv a l u eo f p o p u l a r i z a t i o n k e yw o r d sw a t e rr e s o u r c e s ，c i t ys i z e ，s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t 1 1 i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：噬璧兰 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位 论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用 复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所 将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。 作者签名：型导师签名越日期：丝乒勘幽 碗学位论文第一章绪论 11 课题背景 第一章绪论 水资源是最重要的自然资源之一它不仅是维持生态系统功能完整和蹇性循环的 关键因素和维持人类生存和社会经济发展的基础性费源，而且也是战略性经济资源， 是国家综合国力的重要组成部分。几千年来人类利用淡水生态系统所提供的水、动 植物等物质和污染物降解等生卷服务功能，创造了社会、经济和文化的巨大人类文明 成就；目前以至将来，人类仍需依籁水资源来推动社会、经济、文化的持续发展。 然而，自2 0 世纪初，特别是6 0 年代以来，由于人口及人均用水量的增长、生产 的扩大和城市化快速的演进，以及人类在水资源开发利用上存在一定的错误认识和行 为，在全世界范围内，尤其是人类高度聚居的城镇地区，已普遍产生了淡水资源短缺、 水质下降、地下水耗竭及水生生态系统破坏等严竣问题；在很多城市，人类正在迫近 或已经超过水资源的天然承载限度。不少城市出现了城市人口规模与其水资源量不相 适应的种种水问题，反过来制约城市的发展，甚至给城市的可持续发展之路带来负面 影响。联合国和世界资源研究所( w o r l dr e s o u r c e si n s t i t u t e ) 有关专家在最近的 评估报告中均指出，水的供应不足将成为2 1 世纪最为紧迫的资源问题和许多国家地 区发展的主要制约因素之一。”。 我国同样面临着严峻的水资源压力，我国建制的6 6 8 个城市中有4 0 0 多个城市常 年供水不足，其中1 1 0 座城市出现了严重缺水的状况。 豢 图卜1 我国重点蛲水城市分布图( 中国水利水电科学研究院水资源所 硕士学位论文第一章绪论 1 9 9 6 年我国的城市化水平达到3 0 4 8 ，城市化进入到快速发展时期，城市人口 急剧增加，使得城市工业、农业、生活需水量与日剧增，同时，工业废水、生活污水 排放量加。而在我国现有的经济技术条件下，污水处理量往往是相当有限的。特别是 大量的生活污水，未经任何处理直接排入河流和自然水体。乜1 据2 0 0 1 年中国环境年 鉴，其中在统计的1 1 3 个重点城市中，城市生活污水处理率达到3 0 以上的只有3 0 个城市，其中有省会城市1 3 个。2 0 0 3 年中国环境年鉴，中国2 0 0 3 年度废水排放总量 为4 4 9 亿吨，其中工业废水量为2 1 2 亿吨，占总废水排放量的4 7 2 ；城市生活污水 排放量为2 3 7 亿吨，占总废水排放量的5 2 8 。城市生活污水处理率平均仅为2 2 7 。 城市用水猛增与污水的排放使得我国城市有限的水资源不堪重负；水资源的不足已经 成为我国许多城市经济社会可持续发展的“瓶颈 。 水是城市经济社会发展的基础性资源，是其他资源所无法替代的有限性资源。水 在城市生存发展中占有极其重要的地位和作用，是城市生存的首要条件，亦是城市经 济持续增长和城市规模大小的决定性因素。水资源应被视为城市规划的重要方面和城 市建设的重要内容；而当前的城市规划未对水资源给予应有的重视，特别是在预测规 划水平年人口规模时没有把城市水资源结合起来考虑，预测人口规模往往偏大；这样 往往造成未来城市人口规模过于庞大，导致城市水资源紧张、水环境恶化、水价飞涨 等城市水问题。因而，在城市总体规划中，结合当地水资源实际情况来确定城市人口 规模就显得尤为重要和迫切。 1 2 水资源与城市规模研究的目的和意义 水是维持城市社会经济发展、城市生态系统完整的基础性资源，当前国内许多城 市由于人口规模过大而导致的种种水资源问题已严重地阻碍了我国社会经济的可持 续发展。而传统的城市规划理论和方法上存在着城市规模的确定缺乏定量的水资源分 析数据，对城市水资源具体支持人口容量方面存在欠缺。所以进行专门的水资源与城 市规模研究具有现实和理论的双重必要性。 1 2 1 现实意义 本课题通过借鉴国内外水资源研究的相关理论和方法，旨在发现缺水地区城市发 展影响重大的水资源因素对城市规模的影响程度；并将水资源因素引入城市总体规划 研究中，探讨水资源缺乏的城市，在城市总体规划中如何结合当地的水资源情况，制 定有利于城市可持续发展的合理人口规模。水资源与城市人口规模的研究理论应用可 提高城市规划人口规模预测的合理性和有效性；对协调水资源的供需关系，促进城市 经济、社会和生态的可持续发展具有重要的实际应用价值。 2 硕士学位论文第一章绪论 1 2 2 理论意义 首先，它是对水资源耗竭和水环境恶化等高度综合和高度复杂的水问题的直接回 应，它有利于明确水资源对城市经济人口支撑能力的有限性及其复杂的内部机理，加 深关于水资源效用综合性和整体性的认识。 其次，能为城市经济发展决策和城市规划提供水资源方面的支撑依据。城市规划 不能有效地考虑水资源问题，关键原因是缺少将水资源和城市规划人口规模结合起来 分析的框架。水资源与城市人口规模研究就是要建立这个框架，从而改变城市规划方 案的形成过程和方式，为城市规划提供现实的支撑依据和限制规模，提高现有城市经 济发展决策和城市规划方法的科学性，最终促进城市经济和生态环境的协调发展。 最后，水资源与城市人口规模研究理论是可持续发展理论的重要组成部分，也是 城市可持续发展的有力判据。一个城市的社会经济发展可持续与否，主要依据就是该 城市发展是否处于资源的容量范围以内，而水资源是城市最重要的自然资源之一，城 市水资源是否适度合理利用当然是城市可持续发展的有力判断依据。 1 3 水资源与城市规模研究的主要内容 本文建立在可持续发展的思想上，通过借鉴国内外水资源研究的相关理论和方 法，旨在发现缺水地区城市发展影响重大的水资源因素对城市规模的影响程度；并将 水资源因素引入城市总体规划研究中，探讨水资源缺乏的城市，在城市总体规划中如 何结合当地的水资源情况，制定有利于城市可持续发展的合理人口规模。使城市人口 发展与水资源处于系统平衡的良好状况下。具体有以下几方面内容： 第一部分提出本课题研究背景，回顾了国内外城市规模问题的研究现状；阐述本 研究的目的与意义，采取的研究方法和技术路线。 第二部分介绍水资源相关概念、内涵及特性，概览世界及我国水资源利用状况、 存在问题，并对当前水资源问题进行反思。 第三部分首先就城市规模及适度城市规模概念进行辨析，接着分析了城市发展规 模的几个制约因素，指出缺水地区城市水资源是制约城市发展规模的关键性因素，然 后提出了本课题研究的理论基础：“门槛“理论、环境承载力原理、和可持续发展理 论。 第四部分进行实证研究，首先介绍郑州市城市水资源、经济、社会基本情况，建 立灰色预测模型g m ( 1 ，1 ) ，对郑州市经济社会发展主要指标进行预测，并以此推出郑 州市各规划年度的需水量，利用水资源系统平衡方程，进而得出郑州市各规划年度的 适度城市人口规模；针对该市经济社会发展情况，提出缓解该市水资源压力的具体对 6 枣 柬0 第五部分结语部分就本文研究重点内容、创新点进行简要回顾并展望了本课题的 硕士学位论文第一章绪论 研究前景。 1 4 城市规模问题国内外研究现状 多大的城市规模是适宜的，这是一个长期令学术界和实际工作者都感到困惑的问 题。城市规模尤其是城市适宜规模一直是城市规划工作者、城市经济学家、城市地理 学家、城市社会学家、社会心理学家以及环境生态学家关注的问题。由于所处历史阶 段不同、城市化进展的阶段不同以及人们研究问题的角度和方法不同，其标准和结论 也不同。国内外的许多学者曾经从经济学、地理学、人口学到城市规划等多学科、多 角度进行了大量理论和实证方面的研究，但至今未有一致的结论。 对于城市规模理论研究，其源头可追溯至古代古代哲学家就曾认为：极小的 聚落发展不足，庞大的聚落压抑而混乱，正如每个生物体都有一个适当的规模，维持 在这个规模上，城市才能平稳地发展。这表明早在古代，人们就已经意识到维持一个 城市的合理规模的重要性。关于城市规模两干多年前古希腊的哲学家柏拉图和亚里士 多德早有论述；柏拉图在理想国中提出人口应有不多不少的“最佳限度 ，并在 法律篇中把一国( 城邦) 最佳的人口数量定为5 0 4 0 人；亚里士多德认为城邦人口 适当的限度是达成自给生活所需和观察所能遍及的人口，以不超过1 万人为宜。1 在 我国关于城市规模的研究可以追溯到春秋战国时期，那时的城市规划己开始根据城市 腹地的支撑能力来确定城市规模。礼记王制日：“凡居民，量地以制邑，度地以 居民，地邑民居必参相得 。管子继承和发展了“地邑民居必参相得 的城邑规划 传统，提出：“夫国城大而田野浅狭者，其野不足以养其民。城域大，而人民寡者， 其民不足以守其城。一这是说城市规模必须与周围阳地大小以及城市居民数量保持恰 当的比例关系，墨子从城市防御角度，提出过城市的“五不守 理论。他说：“凡不 守者有五。城大人少，一不守也。城小人众，二不守也。人众食寡，三不守也。市去 城远，四不守也。畜积在外，富人在虚，五不守也。”这段论述一方面说明城市规模 要与城市人口保持相称的比例关系，并要储备足够的粮食。管子亦云：“粟行于三 百里，则国毋一年之积：粟行于四百里，则国毋二年之积；粟行于五百里，则众有饥 色。一h 1 以上主张表述的大概意思就是要根据城市与腹地的关系以及人口、用地条件， 科学地确定城市开发强度，使人与环境和谐发展。 1 9 世纪英国规划界先驱埃比尼泽霍华德( e b e n e z e rh o w a r d ) 在他的著作明r 的田园城市( g a r d e nc i t i e so ft o m o r r o w ) 中阐述了适度城市规模的思想，他规划 的城乡一体的田园城市( g a r d e nc i t y ) ：“城市用地1 0 0 0 英亩，农业用地5 0 0 0 英亩， 人口3 2 0 0 0 人，其中城区1 0 0 0 英亩、3 0 0 0 0 人，平均每人城市用地面积约1 3 5 平方米 。 霍华德还设想，由若干个田园城市围绕中心城市，构成城市组群，他称之为“无贫民窟 4 硕士学位论文 第一章绪论 无烟尘的城市群”。中心城市的艘模略大些，建议人口为5 8 0 0 0 人，面积也相应增大 城市之问用铁路联系。 硕士学位论文 第一章绪论 国内大多水资源与人口规模关系研究常见于水资源承载能力研究中；如施雅风、 曲耀光和王煜等用定额估算法( 定额估算法首先计算出区域水资源的可利用水量和用 水定额：如人均用水量、工业万元产值耗水量和单位农田用水量等，然后利用水资源 的供需平衡，计算出水资源的最大人口支撑数量) ，最后研究得出中国西北地区水资 源可承载的最大人口规模为1 1 8 5 亿，和实际对比表明西北地区人口1 9 9 7 年已超载 8 5 0 万人，预计到2 0 1 0 年和2 0 2 0 年的超载人口数将达到1 8 8 9 和2 5 5 1 万人。h 。还有 一种方法是通过类似区域比较或水资源量的估算或模拟递推达到极限等方法，寻求区 域水资源的最大人口支撑能力。例如姜文超采用水资源极限承载力的定量计算方法， 计算出成都市都市区水资源极限人口承载能力，即成都市都市区适度人口承载规模约 为8 8 0 万人：这一研究成果已经在成都市战略规划中得到了考虑。【7 1 上述研究大多是仅限于从水资源学角度出发的研究结果，没有具体紧密的结合城 市规划学科来研究水资源与城市人口规模的关系，故迫切需要把上述研究结果同城市 规划学科结合起来，为城市规划人口规模的确定提供指导性的理论基础。 1 5 研究方法研究框架及技术路线 1 5 1 本文拟采取以下研究方法 相关理论探讨部分，采用理论、文献研究方法。通过大量阅读分析相关文献、期 刊、资料，充分了解水资源与城市规模相关的国内外理论的研究的进展及趋势，进行 比较分析总结提炼、批判吸收。在此基础上进行基于水资源角度考虑的城市规模研究 和探讨，得出基于水资源考虑的城市人口规模的计算方法。 调查研究方法，走访调查相关规划部门、统计部门、水利部门获取论文所需的原 始数据。为计算郑州市适度人口规模提供数据基础。 数学模型预测方法，本文采用数学灰色预测模型，对郑州市经济社会发展主要指 标进行预测，并以此推出郑州市各规划年度的需水量，进而得出郑州市各规划年度的 适度城市人口规模。 1 5 2 简要框架及技术路线 6 硕士学位论文 第二章水资源及其利用概述 第二章水资源及其利用概述 2 1 水资源基本含义 水是人类及一切生物赖以生存的必不可少的重要物质，同时也是工农业生产、经 济发展不可替代的极为宝贵的自然资源。这是人们对于作为地球重要资源的水体最基 本的认识。 水资源名词最早出现于正式机构的名称，是1 8 9 4 年美国地质调查局( u s g s ) 设立 水资源处( w r d ) 并一直延续到现在，在这里水资源是其他自然资源一道作为陆面地 表水和地下水的总称。阻1 水资源基于资源的本质特性就是体现在其“可利用性 ，1 9 6 3 年英国的水资源 法把水资源定义为：“地球上具有足够数量的可用水 。而联合国教科文组织( u n e s c o ) 和世界气象组织( w m o ) 在1 9 8 8 年共同制定的水资源评价活动国家评价手册 中则定义水资源是：“作为资源的水应当是可供利用或有可能被利用，具有足够数量 和可用质量，并可适合对某地对水的需求而能长期供应的水源 。这一定义的核心主 要包括两个方面，其一是应有足够的数量，其二是强调了水资源的质量。口1 1 9 9 8 年8 月1 日施行的中华人民共和国水法将水资源定义为“特定时空下可利用的水，是 可再利用的资源，不论其质与量，水的可利用性是有条件限制的 。由于人们从不同 侧面认识和体会水资源，造成对水资源的理解存在不一致性和差异性。 综上所述，水资源可以理解为人类长期生存、生活和生产活动中所需要的各种水， 既包括数量和质量的含义，有包括其使用价值和经济价值。一般认为，水资源概念有 广义和狭义之分。广义的水资源：是泛指分布于海洋、冰川、湖泊、大气、地层和土 壤中的固态、液态和气态三态水。狭义的水资源：是指人类在一定的经济技术条件下 能够直接使用的淡水。 2 2 水资源特性 水资源是具有自然属性、社会属性和组织属性等多种属性于一体的自然资源。水 资源主要具有以下性质：资源的循环性，水循环系统是一个庞大的天然水资源系统， 水资源在开采利用后，能够得到大气降水的补给，处在不断的开采、补给和消耗、恢 复的循环之中，可以不断的供给人类利用和满足生念平衡的需要。应当指出，有关研 究表明这种循环并非是完全循环，当水资源超度的开采和使用，便会破坏这种循环的 平衡。储量的有限性，全球的淡水资源仅占全球总水量的2 3 ，且淡水资源的 大部分储存于极地冰山和冰1 1 i 中，真正能够被人类直接利用的淡水资源仅占全球总水 8 硕士学位论文第二章水资源及其利用概述 量的0 7 9 6 ，可见，水循环的过程可以无限，但水资源的储量是有限的，并非用之不、 尽取之不竭。分布的不均匀性，水资源在自然界具有一定的时间和空间分布。我国 水资源在区域分布上相当不均匀。总的来说，东南多，西北少：沿海多内陆少：山区 多平原少。在同一地区中，不同时间分布差异性大，一般是夏季多冬季少。利用的 多样性，水资源不仅广泛应用于农业、工业和生活，还用于发电水运、生产、旅游和 环境改造。在各种不同的用途中，有的是消耗性用水，有的则是非消耗性用水或是消 耗性很小的用水，而且对水质的要求各有不同。n 们利、害两重性，水资源的质、量 适宜，且时空分布均匀，将为城市经济发展、自然环境的良性循环和人类社会的进步 作出巨大贡献。水资源开发利用不当，反过来会制约城市经济社会的发展，破坏人类 的生存环境。 2 3 城市水资源系统及其特性 2 3 1 城市水资源与水资源系统 城市水资源是指一切可以被城市利用的、具有足够数量和质量的、并能供给城市 居民生活和工农业生产用水的水源，包括当地的天然淡水资源、外来引水资源和可再 生的、使用过的水和经过处理的污水。按类型分可分为雨水、地表水、地下水、海水 和可再生利用水五类；按地域特征可分为当地水资源和客水资源两大类，前者包括流 经城市区域的水资源、赋存在城市区域或能在该区域内被直接抽取的水资源以及可再 生利用的废水污水资源，后者是指通过引水工程从城市区域外调入的水资源。1 城市水资源是城市赖以生存和发展的重要的物质基础，是城市聚集经济效益得以 实现的客观保障，是衡量城市吸引力和辐射力，评价城市投资环境的基本要素之一。 水资源系统是以水资源为主体构成的一种特定的系统，是指处在一定范围或环境 下，为实现水资源开发目标，由相互联系、相互制约、相互作用的若干水资源工程单 元和管理技术单元组成的有机体。别水资源系统概念是系统的概念在水资源中的具体 应用，它具有系统所具有的普遍特征。水资源系统与一般系统的性质差别，主要反映 在组成系统的物质形式是水和与水有关的自然因素、社会因素。它具有自然性和社会 性两方面属性，既是自然系统中的一员，又是社会系统的一部分，是一个典型的开放 复合系统。 2 3 2 城市水循环系统 水循环，是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地球引力等作用下，通过蒸发、 水汽输送凝结降水、下渗以及径流等环节，不断的发生相态相互转换的周而复始的运 动过程。全球水循环时刻都在进行着，它发生的领域有：海洋与陆地之间，陆地与陆 地之间，海洋和海洋上空之间。n 3 1 水循环具有以下特点：首先，水循环是永无止境的， 9 硕士学位论文 第二章水资源及其利用概述 但服从质量守恒定律。这是建立水量平衡模型的理论基础。其次，太阳辐射与重力作 用是水循环的基本动力，此动力不消失，水循环将永恒存在。再次，全球水循环是闭 合系统，但局部水循环是开放系统。就全球而言，水循环是相对封闭在一个巨大系统 中，是一个封闭系统。但对某一区域来说，由于它与外界发生不同程度的物质能量的 交换，又是某一局部的开放系统。第四，永无止境的水循环赋予了水体的可再生性， 其循环的强度一般用水体的更替周期来衡量。第五，水循环的过程是一个十分复杂的 过程，人类的活动会对循环的过程产生很大的影响，这种影响在城市水资源系统中表 现尤为明显。 城市水资源循环系统是在水资源开发利用过程中形成的，是与城市人口、社会经 济发展水平、生态环境质量等密切相关开放的复杂循环大系统，包括天然循环系统和 人工侧支循环系统两部分。 天然循环包含四个过程：蒸发过程是指城市各种水体变成气态蒸发到空中的过 程：由于城市建设，使原来的自然陆面( 土壤，植被，水面) 蒸发变成城区建筑物广布 的路面蒸发( 包括道路，广场，建筑物等) ，由于路面透水性较差，致使蒸发量集中但 总量减少，原来的自然河流也变成了宽度较窄的人工渠道，蒸发量也相对减少，由于 城市的热岛效应，平均气温较高，也影响着蒸发量的大小。降水过程是指城市上空气 态水变为液态水降落到城市区域地面的过程；在城市，降水多直接降落到硬化的路面， 广场地面，建筑项面，使得接受降水的覆盖条件发生变化。另外，由于城市气候的变 化，大气降水形成的过程和特征也发生变化。下渗过程是指城市水体渗透到地下的过 程：由于原来透水性能良好的自然陆面变成了不透水或透水性较差的人工覆盖面，是 降水下渗的可能性和下渗量大大降低。这些因素导致了城市因降雨形成的洪水峰高量 大，地下水补给量小，即表现为“地表径流大，地下径流小”。径流过程：降水在 蒸发、下渗、低沣蓄水条件下，多余的水分形成地表径流；向下渗入地下的水分逐渐 形成地下径流。u 钔在城市建设后，大气降水很快流入底下管道或排水渠，形成地表径 流的时间缩短，流速增大：而底下径流由于下渗量减少，其形成过程更加滞后，流速 也随之减小。 城市人工水循环系统一般由供水系统、输水系统、用水系统、排水系统、处理系 统、纳污系统等构成。( 见图2 - i ) l o 硕1 二学位论文第二章水资源及) 利用概述 图2 - 1 城市水资源系统示意图 总之，城市水资源循环系统是以。人工循环 为主的“人工一自然 相结合的复杂 的水资源循环系统。 2 3 3 城市水资源系统特性 城市水资源系统除了具有水资源系统的一般特征外，由于所处的特殊环境，还有 其自身独特的特征：大量集中性，主要表现为城市对水资源需求大量集中。由于城 市人口集中，工商业发达，对水的需求量很大而且集中，这就要求城市水资源必须具 备这一条件，即具有足够的资源储备量，又具有集中供给的条件。否则就无法满足城 市运行和发展的需要。连续稳定性，城市中不同季节对水的需求量和水质要求变化 不大，城市供水系统要求连续性，不能间断，没有季节性，无论在丰水期还是枯水期 其水量和水质的动态变化和波动都不能太大要有很高的保证率，供水保证率一般要求 在9 0 9 6 以上。高效性，由于城市人口集中，工商业发达，是周围地区的政治文化中 心，城市所创造的产值及经济效益在国民经济中占有很大的比重因此同样数量的水用 于城市生产地社会经济效益比较高。系统性，表现在三个方面，一是不同类型的水 ( 海水、大气降水、地表水、地下水、废水) 之间存在质与量的交换，二是城市区域 以内和以外的水资源通常处于同水资源系统，相互之问联系密切，三是城市水资源 开发利用过程中的不同环节( 如取水、供水、用水、排水等) 是个有机整体，任何一 个环节疏忽都将影响到城市水资源利用的整体效益。n 5 1 有限性，表现为水资源量上 的有限，城市水资源开发利用有极限。相对与城市用水需求持续增长而言，城市水资 源的量是有限的。其中当地水资源因其“近水楼台开发成本低，便于管理等有利条 件而被优先开发利用，多数缺水城市的当地水资源已接近或达到开发利用的极限，一 些城市的地下水处于超采状态；而客水资源因受水资源分布、生态环境、经济条件和 水资源所有权等因素的制约，能被城市获取和利用的量也是不可能无止境的增加。 脆弱性，表现在两个方面，一是由于城市区域污染源点多、面广、强度大，因而水资 硕士学位论文第二章水资源及其利用概述 源易受污染，二是易遭破坏，特别是地下水，当开采超过补给量时，水资源质与量的 状态便失去平衡，同时还会引起一系列环境地质问题。再生性，由于城市水资源的 集中供给与集中排放，且大部分工业用水经处理后，可以重复利用；城市生活污水经 处理后，也可用于工业，或用于市政建设和城市绿化用水；因此城市水资源的利用并 非一次性的，具有一水多用，再生回用的特点。n 刚商品性，由于在城市水资源开发 利用中，政府及供水部门投入了人力和物理，付出大量的社会必要劳动，因而创造了 价值，城市水资源在由城市供水部门供给给城市各个用水单位的过程中，水资源通过 交换，使其价值得以实现。为各用水单位创造了经济效益，因而城市水资源既有本身 公共属性，又具有商品属性。 综合上述可知，城市水资源系统既是城市经济系统发展所需的重要资源，又是城 市生态系统的重要组成部分，同时也是社会系统不可缺少的重要因子，与城市社会经 济发展和生态环境密切相关。 2 4 世界及我国水资源状况概览 2 4 1 世界水资源状况 地球堪称水的星球，7 0 以上的表面为水覆盖，水的总储量巨大，然而，淡水资 源总量却非常有限，仅占总水量的2 5 ，而其中约7 0 以冰山形式储存于人迹罕至的 南极( s o u t hp o l e ) 和格陵兰岛( g r e e n l a n d ) ，剩下约3 0 的淡水又有大部分以土壤水分 ( s o l lm o i s t u r e ) 或深层地下水( d e e pg r o u n d w a t e r ) 存在。仅不足淡水总量1 或约全 球总水量0 0 0 7 的水量，才形成了河流、湖泊和水库等人类可以直接利用的宝贵水源。 据联合国世界水资源报告数据，全球年降水量大约为11 00 0 0 k m 3 ，其中有很 大一部分水量通过蒸发和蒸腾作用又回到大气中，剩下约有4 2 7 0 0 k m 3 形成为地表径流 ( a n n u a lr u n o f f ) ，构成了人类可以利用的“蓝色 ( b l u ew a t e r ) 水资源量( w a t e r a v a i l a b i l i t y ) 。不过，由于地理分布和季节变化的影响，这些水量有很大一部分要么 分布于偏远地区，要么以洪水径流的形式流走而不能真正为人类利用，剩下大约 9 0 0 0 k m 3 的基本径流量，加上人类通过修建水坝或水库截获的约3 5 0 0 k m 3 的径流量，共 约1 2 5 0 0 k m 3 的稳定径流量，形成了人类易于利用的全部可更新水资源量( r e n e w a b l e w a t e ra c c e s s i b i l i t y ) 。随着人口增加和人类社会经济活动强度提高，对全球淡水资 源已造成了巨大的压力。 总的看来，目前全球面临着以下水问题： 水资源短缺。2 0 世纪初到1 9 9 5 年间，由于人均用水量的增长和全球工农业生产 规模的不断扩大，全球取水量( w a t e rw i t h d r a w a l s ) 增加6 倍多，大约是同期人口 增长速率的两倍，导致全球许多国家和地区面临严重的水资源危机。n 钔按照世界资源 研究所采用的每人每年1 0 0 0 m 3 可更新水资源量的水资源紧张( w a t e rs t r e s s ) 指数， 1 2 硕i ：学位论文第二章水资源及】( 利用概述 早在1 9 9 0 年，全球范围内就有2 0 多个国家处于水资源紧张的压力之下。根据1 9 9 7 年联合国对全球淡水资源的综合评估，到1 9 9 5 年，以人均年水资源量1 7 0 0m 3 为水资 源紧张指标，全球约有三分之一的人口生活在中度或严重水资源紧张的地区，如不采 取措施，到2 0 2 5 年，生活在中度或严重水资源紧张地区的人口将高达全球人口的2 3 。 世界资源研究所的专家最近以流域为单位对全球淡水资源生态系统进行了评估，结果 认为，目前全球大约有4 1 的人口，即2 3 亿人生活在水资源紧缺状况之中，其中有 1 7 亿人生活在水资源高度紧缺( 年人均水资源量 1 0 0 0 m 3 ) 之中。u 卅这些缺水人口主 要生活在经济水平较低、人口仍在持续增长的发展中地区。且全球易于开发的水资源 已经开发殆尽，开发新的水源将由于花费更多的资金和更高的技术而变得越来越不可