（环境科学专业论文）大连市水生态价值评价及水循环经济应用研究.pdf

大连市水生态价值评价及水循环经济应用研究 a s s e s s m e n to fw a t e re c o l o g i c a lv a l u ea n dr e s e a r c ho nw a t e rc y c l i c e c o n o m y i nd a l i a nc i t y a b s t r a c t w i t ht h ee c o n o m yd e v e l o p i n ga taf l y i n gs p e e d , p e o p l er e q u i r em o r ef r o mw a t e rr e s o u r c e ， s ow a t e rc y c l eo ft h ec i t ya r ef a c i n g 锄u n e x a m p l e dh u g ep r e s s u r e a sar e s u l t , w i t ht h e m e a n i n go fw a t e rr e c y c l i n ge c o n o m y , h o wt om a k eaf u l l yu s eo fr e c y c l i n gw a t e rt og e t 锄 g o o de c o l o g i c a la n de c o n o m i c a lb e n e f i tb e c o m e sau r g e n tp r o b l e m i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo fc i t y - w a t e re c o s y s t e ms e r v i c ef u n c t i o na n d w a t e r - r e c y c l i n gd e c i s i o nm a k i n g , t h i sp a p e rf o c u so n ： 1o nt h eb a s i so fs t u d y i n gt h ew a t e re c o s y s t e ms e r v i c ef u n c t i o n , c o m b i n i n gt h ec a s eo f d a l i a n , t h i sp a p e rf i r s t l yd i v i d e st h ed a l i a nw a t e re c o s y s t e ms e r v i c ef u n c t i o ni n t of i e s h w a t e r m p p l y i n g , c o n d i t i o n i n g , e n v i r o n m e n tp u r i t ya n de n t e r t a i n m e n t , f o u rc a t e g o r i e s , a n dt h e n i n d i v i d u a l l yu s e sc o r r e s p o n da p p r o a c h e sg e tt h er e s u l tt h a tb e t w e e n2 0 0 1a n d2 0 0 5 d a l i a n w a t e re c o s y s t e ms e r v i c ef u n c t i o nh a sb e e nd e s t r o y e dt os o m ed e g r e e a n dt h ep a p e ra l s o a n a l y z e st h en a t u r a lc o n d i t i o na n dp o l i t i c a lf a c t o r st h a ti n f l u e n c et h ew a t e re c o s y s t e ms e r v i c e f u n c t i o n ，a n ds t u d i e st h ew a y sa n dr o u t et h a tc o m b i n et h er e s e a r c ha b o u tw a t e re c o s y s t e m s e r v i c ef u n c t i o na n dw a t e rr e s o u r c em a n a g e m e n t 2o nt h eb a s i so fm e a n i n go fw a t e r - r e c y c l i n ge c o n o m ya n dr e g u l a r i t y , a c c o r d i n gt ot h e s t r a t e g i e so fd i f f e r e n tc o u n t r y ，t h i sp a p e rp r o m o t e sa no p e r a t i n gs t y l ea n dt e c h n i c a ls u p p o r t s y s t e mf o rt h ed a l i a nw a t e rr e c y c l i n ge c o n o m y a p p l yt h i sa c h i e v e p t a n ti n t ot h es t u d yo f m a l a nr i v e rb a s i n ：p r o p o s et h es o l i de x e c u t i v es t e pa n dt e c h n i c a li n t e g r a t i o nr o u t i n e ，e n r i c h t h et h e o r yo f w a t e rr e c y c l i n ge c o n o m y , s u p p l yae x a m p l eo f p r a c t i c et h ee i t yw a t e rr e c y c l i n g e c o n o m ya n dm a k eam o d e lo fs o t v i n gw a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t yp r o b l e ma n ds l o wt h ew a t e r l a c kp r o b l e m 3t h i sp a p e rm a d et h eb e n e f i ta n de x p e n s eo fw a t e rr e c y c l i n gc l e a r e r , a n dd i s c u s s e dt h e a p p r o a c ht oa n a l y z et h eb e n e f i ta n de x p e n s eo fw a t e rr e c y c l i n g , w h i c he n r i c h e dt h ew a t e r r e c y c l i n ge c o n o m ye f f e c te v a l u a t i o nt h e o r y w i t ht h em a l a nr i v e rw a s t ew a t e rt r e a t i n ga n d r e u s ep r o j e c ta s 髓e x a m p l e , t h ep a p e rc a l c u l a t et h ee x p e n s ea n db e n e f i tw a t e rr e c y c l i n g e c o n o m y , a n a l y z e dt h ee c o n o m i c a lr a t i o n a l i t yo ft h ep r o j e c t ，a n ds u p p l yar e f e r e n c ef o ro t h e r w a t e rr e c y c l i n gc a s e s 。 k e yw o r d ：c i t yw a t e r ；w a t e re c o s y s t e m s e r v i c ef u n c t i o n ；a s s e s s m e n t ；w a t e r r e c y c l i n ge c o n o m y ；b e n e f i ta n de x p e n s ea n a l y s i s 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了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的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：堕堕鱼日期：鲨竺：兰厂 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： i 刁苘咱 导师签名：握亟拯 丝年三月笪日 大连理工大学硕士学位论文 引言 水是人类一切经济活动的命脉，是现代社会发挥城市中心作用，实现经济繁荣、环 境舒适的决定因素，更是城市可持续发展的重要物质基础。随着社会经济的发展、城市 规模的扩大、城市综合功能的完善和人民生活质量的提高，城市正面临着水资源短缺和 水环境污染的双重压力。主要表现在：( 1 ) 人均水资源缺乏，仅为世界人均水平1 4 。在 已统计的1 4 9 个国家中，列1 2 1 位，是全球最严重缺水的1 3 个国家之一。( 2 ) 水资源时 空分布不均，南多北少，降水集中在夏季。淮河流域及以北地区水资源量不足全国的 2 0 。( 3 ) 水资源利用效率低，污染严重。2 0 0 3 年全国工业及城镇废水排放总量4 6 0 亿吨， 每年以5 速率递增。污水处理率、水循环利用率低，造成了水环境污染严重。在水资 源稀缺性日益突出的当今社会，如何协调管理水资源的利用，成为人类目前面临的重要 挑战。 水是一种特殊的资源，是生命的源泉、工业的血液、农业的命脉、生态环境的基本 要素，具有生活、生产、生态三大服务功能，同时又具有有限性和可再生性两大特征。 以往人们都以人类本位的思想，一味向自然界索取水资源，为人类自身的生产生活服务， 虽然在短期内缓解了用水需求的压力，但却挤占了生态用水，造成水生态环境的恶化， 使水生态系统服务功能的价值大大降低。不仅如此，长期以来，在解决水资源短缺和水 生态环境污染的观念和对策上存在许多误区。在水资源开发上，侧重于水利工程措施， 忽视自然水循环规律与水生态平衡；忽视雨水、污水、海水的开发利用。在水环境污染 治理上，侧重污水末端治理，忽视污水减量化与总量控制；在水资源配合上，重视生产 生活用水需求，忽视生态环境需水量。这些往往造成许多地区河水断流、湿地退化、湖 泊萎缩、土壤侵蚀、生态恶化。 因此应当全面衡量水生态系统各种服务功能以及其影响因素，这不仅有助于全面认 识水资源的价值，而且有助于水资源的科学合理的应用，为水资源管理者的决策提供参 考依据。于此同时，在发展循环经济的大环境下，人们运用生态系统中水循环运动规律 重构水经济系统，使水社会循环能和谐地纳入自然生态系统当中，形成健康社会水循环， 从而萌生了水循环经济理论。而将这一理论具体应用于城市水循环建设的实际当中，探 讨具体的应用方法和实施策略，是目前各国研究的热点。当前，水资源短缺的危机已经 不可抗拒得摆在我们面前，成为城市可持续发展的最大限制因素。尤其是在一些缺水型 城市，如何从根本上缓解水资源约束的矛盾，同时减轻环境污染，提高经济效益，实现 城市的可持续性发展，成为摆在人们面前的一个首要难题。 大连市水生态价值评价及水循环经济应用研究 基于以上问题，本论文围绕城市水生态价值和水循环经济的应用进行研究。本选题 来源于大连市水环境质量改善技术与综合示范( “8 6 3 ”项目) ，以水生态价值与 水循环为研究对象，在前人总结前人研究经验的基础上，丰富了理论内容，并结合大连 市实际情况加以利用，主要研究内容如下： 1 对大连市现有水生态和水循环现状进行调研分析，为进一步的研究工作做好数 据准备。 2 针对大连市水生态系统的特点，对其服务功能进行分类评价，选取科学有效的 评价方法，并分析其影响因素作用规律，并探讨水生态服务功能和水资源管理结合的方 法和途径。 3 应用水循环经济的基本理论，总结提炼大连市水循环经济的运作模式和技术支 撑体系。针对某一具体水循环状况，提出水循环经济实施的步骤和技术集成路线，为城 市整体实施水循环经济提供范本。 4 明确水循环经济效益和费用的内涵，探讨水循环经济效益费用分析的方法。以 实际工程为例，进行水循环经济效益费用的定量计算为其他水循环经济实施放案的经济 合理性评价提供参考。 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 水生态系统服务功能概述 1 1 1 水生态系统服务功能的内涵 水生态系统服务功能是指水生态系统及其生态过程所形成及所维持的人类赖以生 存的自然环境条件与效用【1 】。它不仅是人类社会经济的基础资源，还维持了人类赖以生 存与发展的生态环境条件 2 1 。城市本身是一个自然人工二元复合的生态系统，而城 市当中的水资源更是这个复合生态系统中极为重要的部分。如何利用城市当中有限的水 资源创造出最优的生态效益和经济效益是目前研究的重点。对城市的水生态系统服务功 能进行科学有效的计量，有助于人类充分认识水资源的价值，进而为城市的管理者提供 科学的决策依据。另外，对城市水生态系统的服务功能的价值进行评价是将水资源纳入 国民经济核算体系的前提，对绿色g d p 的核算有着重要的意义。 1 1 2 水生态系统服务功能的分类 研究表明，生态系统服务功能的各类功能有时是交叉的。不同的研究目的、研究对 象和研究区域，水生态系统的功能类型划分不尽相同。根据水生态系统提供服务的机制、 类型和效用，通常把水生态系统的服务功能划分为提供产品，调节功能，文化功能和生 命支持功能四大类【3 】口，赵同谦等【4 】根据水生态系统提供服务的消费与市场化特点，将我 国陆地水生态系统的服务功能划分为具有直接使用价值的产品生产功能和具有间接使 用价值的生命支持系统功能两大类。产品生产功能是指水生态系统提供直接产品或服务 维持人的生活、生产活动的功能，主要包括生活、农业及工业用水供应、水利发电、内 陆航运、水产品生产、休闲娱乐等；生命支持系统则是指水生态系统维持自然生态过程 与区域生态环境条件的功能，主要包括调蓄洪水、疏通河道、水资源蓄积、土壤持留、 净化环境、固定碳、提供生境、维持生物多样性等功能。产品生产功能和生命支持功能 构成了水生态系统的生态经济价值。 而在城市中的人工自然二元复合的水生态系统当中，水所承担的生态系统服务 功能有其自身的特点，归纳起来大致可以分为以下几种： ( 1 ) 淡水供应功能：这是城市水循环最重要的服务功能，所蓄之水用于生活饮用， 工业用水，农田灌溉等方面，其服务价值由水量和水质决定。 ( 2 ) 调节功能：城市水循环的调节功能主要包括水文调节，蓄水防灾。区域气候 调节，河流输送，侵蚀控制等。 大连市水生态价值评价及水循环经济应用研究 ( 3 ) 生物资源生产功能：主要包括陆地及水体的粮食，蔬菜，水果，树木，草地， 植物，藻类等有机物质的初级生产与次级生产的鱼类和水禽等产品。 ( 4 ) 生物栖息生境功能：绿地及水环境具有维持生物多样性和生命支持功能，形 成水陆动物，植物和微生物完整的生物群落，提高城市生态系统整体抗风险的能力，为 生物提供生息，繁衍，迁徙的生境和廊道。 ( 5 ) 环境净化功能：通过水文运动和生物生理活动对污染物起到稀释，扩散，降 解等一系列物理化学和生物学的净化作用，也可通过人工湿地和氧化塘来净化污水。 ( 6 ) 文化娱乐功能：凭借水环境自然景观，给人以视觉和精神的享受，供人类休闲 娱乐活动，享受生态美好，促进身心健康，同时可孕育文化文明的功能。 水生态系统的状况不同，因此在对具体的水生态系统服务功能价值进行评价时，可 以将以上各类型的服务功能再进行细化分析，更好地得出评价结果。 1 1 3 水生态系统服务功能价值评估 一水生态系统服务功能价值的评估的作用和意义 水资源对于生态系统有着不可忽视的作用和价值。随着城市建设的不断发展和人口 的增加，缺水和水污染问题日益严重。而造成这一问题的主要原因是由于人们没有把水 生态系统提供的服务作为一种自然资本来看，从而造成水资源的浪费和不合理利用等不 可持续行为。因此，对水生态系统服务功能的价值评价对于解决城市缺水和水污染问题 具有重要意义。 二水生态系统服务功能的评价方法 根据生态系统服务功能评估方法的分类【5 】嘲，将城市水生态系统服务功能价值评估 方法分成三大类。 1 实际市场评估技术 ( 1 ) 费用支出法：从消费者的角度来评价水生态系统服务功能的价值，以人们对 莱一种城市水生态系统服务功能的支出费用来表示其经济价值。 ( 2 ) 市场价值法，适用于没有费用支出，但有市场价格的城市水生态系统服务功 能的价值评估。其数学表达式为： v = q p ( 1 1 ) 其中v ：生态系统服务功能价值； q ：生态系统产品或服务的量； p ：生态系统产品或服务的影子价格。 4 一 大连理工大学硕士学位论文 2 替代市场评估技术 ( 1 ) 替代成本法：在水生态系统遭受破坏之后人工建造一个水系统来替代原来的 水生态系统服务功能，用建造新工程的费用来估计水生态系统破坏所造成的经济损失的 一种方法。 ( 2 ) 生产成本法：其基本原理是将生态系统作为生产中的一个要素，生态系统的 变化将导致生产效率和生产成本的变化，进而影响价格和产出水平的变化，或者将导致 产量或与受益的损失。 当产量增加不影响市场格局，即产量的变化不引起供需矛盾的整体结构变化时，水 生态系统服务功能的价值为： v = g ( p c v ) q c ( 1 2 ) 当生态系统的变化导致产量q 的变化，从而引起产品和生产要素价格的变化时，水 生态系统服务功能的价值为： 矿：垒望! 竺墨!( 1 3 ) 2 上两式中v ：水生态系统服务功能的价值 p ：产品的价格 c v ：单位产品的可变成本 c ：成本 4 ：产量q 的每一单位 a q ；产量变化量 只：产量变化前的价格 只：产量变化后的价格 ( 3 ) 恢复费用法：因为水生态服务的存在而可以避免特定灾害的发生，如果没有 这种水生态服务那么灾害就会无法避免，所以，人为去恢复这种灾害所造成的损害所需 要的费用就是这种水生态系统服务的价值。 ( 4 ) 人力资本法：通过市场价格和工资多少来确定个人对社会的潜在贡献，并以 此来估算水生态环境变化对人体健康影响的损益。 ( 5 ) 旅行费用法：人们在旅游消费中对生态系统的提供的服务接近于免费供应， 但是在进行消费时仍然要付出代价。这主要表现在消费生态系统服务时，要花费往返的 大连市水生态价值评价及水循环经济应用研究 交通费、时间费以及其他有关费用。利用这些费用的资料求出该活动的消费者剩余，以 此作为水生态系统服务的价值。 ( 6 ) 享乐成本法：基于效用理论，即人们如果因为娱乐要素的存在而意愿额外支 付的成本。 3 模拟市场评估技术 条件价值法( c v m ) ：条件价值法是一种直接的调查方式，也称调查评价法，他是 通过对消费者直接调查，了解消费者的支付意愿，或者通过他们对产品或服务数量的选 择的愿望来评价生态系统服务功能的价值。 不同类型的城市水生态系统服务功能需要采用不同的方法来进行核算，具体内容如 表1 1 所示。 表1 1 城市水生态系统服务功能评价方法、 t a b 1 1e s t i m a t i n g m e t h o d o f c i t y w a t e r b i o l o g i c a ls e r v i c e 淡水供应功能市场价值法 替代成本法 三水生态系统服务功能评价的研究动态 国内外对水环境生态系统服务功能的研究主要是关于服务功能类型及其价值的评 估3 1 。w i l s o n 等【1 4 1 ( 1 9 9 9 ) 对美国近十几年的淡水生态系统服务经济价值评估的研究 进行了总结和回顾，重点研究了河流生态系统的娱乐功能评价。l o o m i s 掣”】( 2 0 0 0 ) 用条件价值法对恢复美国普拉特河流域的废水处理、水的自然净化、侵蚀控制、鱼和野 生生物生境、休闲旅游功能的经济价值进行了评价研究。b o y e r ”】等重点研究了城市当 中的湿地生态系统服务功能的价值，但是受到评估方法的限制，其最后的评估结果远远 小于城市湿地生态系统服务功能的实际价值。潘文斌等【1 7 】( 2 0 0 2 ) 以湖北保安湖为例， 运用生态系统学与生态经济学方法开展了湖泊生态系统服务功能评估研究，开创了国内 湖泊生态系统服务评价的先例，并提出最小价值所对应的服务功能决定了整个水生态系 统的稳定性。鲁春霞等【ls 】( 2 0 0 3 ) 通过分析水利工程对河流生态系统服务功能的影响， 建立了评价指标体系和定量化的评价方法。总体上来说，相对于其他生态系统服务功能 大连理工大学硕士学位论文 ( 如森林生态系统、湿地生态系统等) 的研究，有关整体水生态系统服务功能的研究存 在不足。 关于城市水体生态系统服务功能的研究，目前仍处于探索阶段，尚未形成系统的功 能分类和价值评估方法体系。在我国，黄瑜等【1 9 】( 2 0 0 4 ) 就城市小水系生态系服务功能 及价值评估方法进行研究，形成了城市水生态系统服务功能评估的初步构想。侯小阁等 1 2 0 ( 2 0 0 3 ) 对长春市水生态系统的各项服务功能进行估算累加，得出1 0 年间长春市水 生态系统服务功能的价值量大大削减。赵军等 2 1 】( 2 0 0 5 ) 采用支付卡式c v m 研究方法， 对上海市城市河流生态系统服务的支付意愿进行了分析，提出了用c v m 推导支付意愿 的研究方法面对的批评和争议以及c v m 研究结论可靠性的环境决策依据。 四城市水生态系统服务功能价值研究的发展方向 随着城市水环境问题研究的不断深入，国内外对城市水生态系统服务功能价值的研 究已取得了一定的成果。但是由于某些条件的限制，该项研究工作仍然存在很多的困难。 未来城市水生态系统服务功能价值的研究可以在以下几个方面深入探索。 ( 1 ) 受研究区域、资料收集完备程度以及不同研究人员对城市水体的生态服务功 能界定不同等因素的影响，所给出的城市水生态系统服务功能的价值量往往存在很大的 差距，具有非常大的不确定性。另外，有些生态系统服务功能的价值目前仍然无法进行 评价。所以现有的关于城市水生态系统服务功能的价值评价仅仅是一种粗劣的估计，但 是它对于城市决策与管理者来说，仍是很好的参考数据。同时，对于人类全面认识水的 价值有着重要的作用【捌。所以，我们需要在城市水生态系统服务功能的价值评价理论方 面进一步深入研究。 ( 2 ) 目前，城市水生态系统服务功能价值评价的研究当中广泛采用简单易行的评 价方法。这虽然使评价工作提高了效率，但也存在计量上的偏差。比如在我国这样的发 展中国家，应用市场价值法进行城市水生态系统服务功能评价时，其产品的价格往往受 到市场和政府调控的双重作用，这种情况下产品的市场价格与实际价值不相符合，评价 结果自然与实际价值有所不同。其次产品价格也会受到季节等其他因素的影响。所以在 具体的评价工作中，应当充分考虑到这些因素，使评价结果更加贴近实际情况。所以， 需要大大加强关于城市水生态系统服务功能的评价体系和评价方法的研究。 ( 3 ) 城市水生态系统服务功能评价所需的数据资料范围广，数量多，搜集起来有 一定的困难。所以应当多从政府层面加强城市水系统资料的搜集，为城市水生态系统服 务功能的研究提供丰富的数据资源。 ( 4 ) 目前关于城市水生态系统服务功能价值的研究均为特定时间段内的价值评价， 而针对对于长时间跨度的研究还比较少，没有建立起城市水生态系统服务功能动态演变 大连市水生态价值评价及水循环经济应用研究 研究。在城市建设飞快发展的今天，水环境无时无刻不在发生一系列的演变，水的生态 系统服务功能也会随着发生变化，所以有必要加强关于城市水生态系统动态演变的研 究，从而为城市水环境的长远规划提供科学有效的依据。 ( 5 ) 在城市水生态服务功能的研究的基础上，政府部门应当制定合理的水资源价 格，采用适当的税收政策等经济手段，与市场调节机制共同作用，为城市水生态系统服 务功能价值的实现提供有效的途径。同时督促公众改变传统的商品观念，不再理所当然 得免费享用城市水资源带来的福利【2 3 1 2 4 1 ，提高全社会对保护城市水生态环境的责任感。 1 。2 城市水循环理论 1 2 1 水循环的特点 1 水资源的有限性 水资源的存在形式具有多样性、时空分布的不均衡性和有限性。淡水资源是一种稀 缺资源。 全球总水量的9 7 4 是海水，海洋面积占地球总面积的3 4 ；淡水总量只占2 6 ， 其中1 9 8 为两极极地冰川和雪盖；地下水量的5 0 为深层( 乏8 0 0 m ) 地下水，难以 开采利用。因此人类可利用的淡水总量只占全球水量的o 0 1 o 0 3 1 】，见表1 2 。 表1 2 地球上水量分布情况 t a b 1 2d i s t r i b u t i o no f e a r t hw a t e r l 海洋及盐湖 澈地下水0 5 9 剩余 0 0 0 1 大气水、河流 2 6 极地冰川 0 0 1 3 0 0 0 5 土壤水 搿 9 7 4 1 9 8 0 0 0 7 湖泊 2 水资源的可再生性 基于自然界的水循环规律和特性，水是一种可再生资源，其再生性依赖于自然界中 水的循环性，但水的循环周期( 见表1 3 ) 是有一定循环速率的，水文循环的产水能力 是有限的。 表1 3 水循环的周期郾l ! ! ! ：! ：i ! 墅鲤垡! ! t 旦! 理! ! 海洋2 5 0 0 年河流1 0 1 4 天 极地冰川9 7 0 0 年大气水8天 深层地下水1 0 0 1 4 0 年土壤水1 天 湖 泊1 7 年生物水几个小时 大连理工大学硕士学位论文 由于水的循环作用，水环境通过物理的，化学的，生物学的作用，对污染物具有自 身净化作用。但水的自净能力是有限的，不同的水体具有一定的环境容量阈值。 3 水的经济价值性和生态环境功能性 水是生命的源泉、农业的命脉、工业的血液、气候环境的调节器，水循环对地球上 的人类和生物生存环境起到重大作用和影响，水不仅有商品的经济价值，又具有生态环 境功能和景观文化价值，是保持生物多样性的重要环境要素。因此，水是人类生存和社 会经济发展不可替代的基本资源。 1 2 2 水循环的类型 1 自然水循环 地球上的水以气态、液态、固态三种状态存在，在太阳辐射的热力和地球引力的作 用下，在大气圈、水圈、岩石圈、生物圈中不停地运动变化和相互交换的。海洋及陆地 表面的水蒸发为水蒸气而进入大气圈，并随气流漂移。在适宜的条件下，重新凝结为液 态或固态，形成雨、雪等不同形态的降水。降落到地表的水分，通过径流形成河流、湖 泊、海洋等地表水，一部分通过渗流形成土壤水和地下水。这样往复不停的运动变化和 相互交换。自然界中水的这种运动称为自然水循环。 2 社会水循环 社会水循环是社会经济人文因子驱动的水循环，即人类社会为了满足其生产、生活 活动对水的需求而兴建的蓄水设施( 水坝、水库、水井) 、引水设施( 泵站、水渠、输 水管线等) 、给水处理与供配水管网、城市防洪及雨水排泄设施、污水处理及排水设施 等水系统。通过取水、供水、使用与消费、污水处理及雨污水排放等方式构成的社会水 循环。 3 城市水循环 城市是一个以人为主体的经济、社会、自然复合的生态系统。由于水循环有两种类 型一自然水循环与社会水循环。因此，城市水循环必然是一个水自然循环与水社会循环 的复合水循环系统，即构成自然人工二元复合水循环模式( 见图1 1 ) 。 大连市水生态价值评价及水循环经济应用研究 自然水循环社会水循环 图1 1 自然一人工二元复合的城市水循环 f i g 1 1c i t y w a t e r c y c l ec o m b i n e d b y n a n l ”a n d m a n - m a d e 城市水循环是区域和全球水循环的一个组成部分，它必然受到区域或全球气候变化 及水循环活动的影响。因此城市水系统管理应该具有抗气候及水循环变化的干扰能力 ( 暴雨、洪水及干旱等) 。反之，人类社会水循环活动也会影响着自然水循环过程，可 能会产生一系列水问题与生态环境问题。 1 2 3 城市水循环的调控原理 根据城市水循环系统中自然水循环与社会水循环的相互关系、相互作用、相互影响 的规律，可应用压力一状态一响应的模型来分析城市水循环问题的产生原因和控制对 策。【2 6 】压力状态一响应模型见图1 2 。 图1 2 城市水循环的压力状态响应模型 f i g 1 2 p r e s s u r e - s t a t e - r e s p o n d m o d e lo f c i t y w a t e rc y c l e 大连理工大学硕士学位论文 压力一状态一响应模型是基于人类活动施加于自然环境的压力，例如水资源消耗和 污水排放与水资源和水生态环境状态变化的因果关系，可通过采用适当的响应( 调控措 施) ，这些压力和影响可以被减轻甚至得到预防。 人类对水资源的开发利用从本质上讲是对自然界水文循环的一种干预活动。水资源 的可持续利用首先要求人类开发利用水资源的强度不能超过自然水循环过程的水资源 再生能力，同时也要求人类排入各种水体的污染物不能超过水体的纳污自净能力。因此， 城市水循环问题主要是两大因素导致的两大问题： ( 1 ) 人类生产和生活活动向自然界开采利用的水资源数量和数率超过了自然水循 环的速率和水资源再生能力( 水环境承载力) ，产生了水量型缺水问题或资源性缺水问 题。 ( 2 ) 人类生产和消费活动排放的水污染物总量超过了水体自净能力( 水环境容量) ， 产生了水环境污染或水质型缺水问题。 解决水资源短缺和水环境污染问题的控制原理，通常可以从两个方面考虑：增加水 的自然循环量或减少水的社会循环量。 增加水的自然循环量，就是增加自然界水文循环的速度，使一个地区或流域内的水 循环总量增加。例如采取人工增雨、退耕还林及植树种草等涵养水源、跨流域调水、修 建水坝、水库等人工措施。这些措施能够改变水的自然循环量在时间和空间上的不均衡 性，使枯水期的水自然循环量增加。也可以使丰水期的水自然循环量减小。然而受技术 水平和经济条件的约束，同时更受目前对自然界认识水平的限制，人们还缺乏对水自然 循环规律的认识，这种盲目增加水自然循环量对生态环境长期影响的利弊还很难作出判 断。北亚死海的形成、黄河断流、尼罗河阿斯旺大坝的生态灾难是人类应该永远记取的 教训。 这种通过水利工程试图增加水自然循环量的办法适合在小范围尺度下进行，应以不 改变现有生态系统的平衡为前提。因此减少水社会循环量应该是一种更安全、更经济、 更优化的选择。减少水的社会循环量应该减少到什么程度合适呢? 应该减少到健康水社 会循环为止。健康水社会循环是指取水过程及强度不超过自然水文循环的水资源再生能 力；回水过程不超过自然水文循环所决定的纳污自净能力。因此在水的社会循环中，应 该尊重水自然循环的运动规律和特点，合理科学地开采利用水资源，同时将使用过的废 水经过适当净化处理或再生，使得水的社会循环不损害水的自然水文循环，即保持健康 的水社会循环。城市水资源管理的目的就是构建健康的水社会循环，实现良好的生态环 境和水资源的可持续利用。 大连市水生态价值评价及水循环经济应用研究 1 3 水循环经济理论 1 3 1 循环经济概述 一循环经济的重要性 循环经济是国际社会推进可持续发展的一种实践模式，它强调最有效利用资源和保 护环境，表现为“资源产品再生资源”的经济增长方式，做到生产和消费“污 染排放最小化，废物资源化和无害化”，以最小成本获得最大的经济效益和环境效益。 循环经济是对物质闭环流动型经济的简称，是以物质、能量梯次和闭路循环使用为特征 的，在环境方面表现为污染低排放，甚至是污染零排放。循环经济把清洁生产、资源综 合利用、生态设计和可持续消费等融为一体，运用生态学来指导人类社会的活动，因此 本质上是一种生态经济。循环经济的根本之源就是保护日益稀缺的环境资源，提高环境 资源的配置效率【2 7 】。 随着我国经济快速增长和人口不断增加，水、土地、能源、矿产等资源不足的矛盾 会越来越突出，生态建设和环境保护的形势日益严峻。面对资源短缺日益严峻的形势， 按照科学发展观的要求，大力发展循环经济，加快建立资源节约型社会，走可持续发展 道路是社会发展的必然。 发展循环经济是以人为本、实现可持续发展的本质要求，也是实现可持续发展的一 个重要途径，同时也是保护环境和削减环境污染的根本手段【2 8 1 。有利于形成节约资源、 保护环境的生产方式和消费模式，有利于提高经济增长的质量和效益，有利于建设资源 节约型社会，有利于促进人与自然的和谐，充分体现以人为本，全面协调可持续发展观 的本质要求，是实现全面建设小康社会宏伟目标的必然选择，也是关系中华民族长远发 展的根本大计。只有发展循环经济才能从根本上缓解资源约束的矛盾，减轻环境污染， 提高经济效益，实现经济可持续发展。 二循环经济的3 r 原则 循环经济是可持续的生产和消费模式，以资源的高效利用和循环利用为核心，遵循 “减量化、再利用、再循环”的基本原则【2 9 j 。 1 。减量化”原则( r e d u e e ) 要求用较少的资源投入来达到既定的生产和消费目的，在经济活动的源头就注意节 约资源和减少污染，在产品生产和服务过程中尽可能减少资源的消耗和废弃物、污染物 的产生，采用替代性的可再生资源，以资源投入最小化为目标，以提高资源利用率为核 心。生产者应通过减少产品原料投入和优化制造工艺来节约资源和减少污染物排放；消 费群体以最小的消耗实现消费目标。 大连理工大学硕士学位论文 2 “再利用”原则( r e u s e ) 指产品多次使用或修复、翻新后继续使用，以延长产品的使用周期，防止产品过早 成为垃圾，从而节约生产这些产品所需要的各种资源投入。要求消费群体改变产品使用 方式，有效延长产品的寿命和产品的服务效能，注重资源的再利用和循环使用。生产者 应采取产业群体间的精密分工和高效协作，加大产品到废弃物的转化周期，最大限度地 提高资源的使用效率。鼓励再生产业的发展。 3 “再循环”原则( r e c y c l e ) 要求生产的产品在完成其功能后能重新变成可以利用的资源而不是无用废弃物，使 废弃物最大限度地变成资源，变废为宝，化害为利。通过对产业链的输出端废弃物 的多次回收和再利用，促进废物多级资源化和资源的闭合式良性循环，实现废弃物的最 小排放。通过再使用和再循环原则的实施，反过来强化了减量化原则的实施。 1 3 2 水循环经济概述 可持续水资源利用的根本目的就是满足人类经济社会及生态系统的水量需求，保 障人类与生态系统健康的水质安全。随着人口增张、城市化进程加快以及社会经济的发 展，对水资源的数量和水环境质量的需求越来越高，生产生活用水与生态环境用水的矛 盾也越来越突出。要解决水资源短缺与水环境污染问题，最根本的出路是实施水循环经 济。 一水循环经济内涵 顾名思义，水循环经济是指运用自然生态系统中水循环运动规律重构水经济系统， 使水社会循环能和谐地纳入自然生态系统中的水循环过程中，形成健康社会水循环，建 立一种新形态的水闭路循环流动型经济。其内涵是要实现水资源的可持续利用，必需建 立水循环经济型的社会，把经济社会建立在水资源循环利用的基础上，改变过去水资源 一使用消费一污水排放的单向流动的线性经济，变成水资源使用消费一污水再生处理 一水再循环，形成水资源在经济一社会一环境复合生态系统中的往复循环流动的闭路循 环经济。 二水循环经济的原则 水循环经济是循环经济的一个重要组成部分，当然要遵循循环经济普遍适用的3 r 原则。 由于水分子的特殊理化性质和循环规律，水循环经济的原则可扩展为5 r 原则，使 水循环经济既符合循环经济的普遍规律，又具有其特殊规律，使水循环经济的内容更加 丰富，应用范围更加广泛，更具有特色。 大连市水生态价值评价及水循环经济应用研究 1 减量化 即通过清洁生产、开发节水新工艺、新技术、新设备、减少管网漏失率、节制用水、 提高水资源利用效率，从源头上减少水资源消耗量和废水污染排放负荷。对城市雨水来 说，减少硬覆盖，增加绿化软覆盖或采用透水材料的硬覆盖措施，减少雨水径流量，增 大地面透水率，涵养地下水源 2 再使用 即在工矿企业、学校、机关、酒店、住宅小区内进行污水原位处理后回用或雨水收 集的再利用，属于水的小循环。 3 再利用 即将城市污水处理厂二级处理达标排放的污水经过深度处理或将经过集雨工程截 留的雨水回用于工业、农田灌溉、城市绿化、市政卫生及建筑施工用水等，属于水的中 循环。 4 再循环 将再生的雨污水参与自然界的水循环，如回注补给地下水，作为河道、湖泊、湿地补 充水、景观用水、生态环境用水等，属于水的大循环。 5 水资源管理 主要包括水资源管理的政策法规、水权、水价等。 上述水循环经济的5 r 原则优先排序问题，应首先考虑水资源管理的政策法规问题， 特别是水价问题。因为在市场经济条件下，水社会循环离开了经济性，水社会循环就是 一句空话。多年以来，我们一直强调节约用水，污水回用，但收效甚微，其主要原因就 是因为我们的水资源使用费，水价及污水排放费价格太低。近几年来，北方许多缺水城 市大幅度提高了水价，使污水回用工程呈现大幅度快速增张的趋势，调动了企事业污水 资源化的积极性，其主要原因是污水再生处理成本低子自来水价格，水价在水循环经济 中起到了经济杠杆的作用，经济性是水循环经济的推动力。 水循环经济5 r 原则第二位的是“减量化”，也就是减少给水管网的漏水率，在企 事业和居民中要尽可能采用节水技术和器具，提高水资源利用效率，减少水资源消耗量 和废水产生量，然后才是污水循环利用的问题。在水循环的大、中、小层面上，根据我 国国情应该首先对消耗水量大的企业、服务业及大学里进行水循环经济比较切合实际， 效果也会更加显著。对严重缺水的城市，应大力提倡城市二级污水处理厂增加污水深度 处理，使污水处理厂变成水再生利用厂，再生水参与水的中循环和大循环。由于水循环 规模较大，经济效益和环境效益也会更加显著。看来，在目前情况下，对大中小三种水 循环持同等重视的态度，可能较为正确和现实。 大连理工大学硕士学位论文 三水循环经济发展模式的支撑体系 水循环经济是将水在自然生态系统中的循环流动规律应用于水在社会经济系统中 的闭路循环的经济，是把经济，社会和环境三维复合系统整合起来的一种体现统筹发展 思想的新经济，即水资源可持续利用的经济。因此，建立水循环经济发展模式是一项复 杂的系统工程，需要有科学理论、工程技术、政策法规和综合管理四大体系的支撑。 1 科学理论支撑体系 水循环经济是研究社会水循环与自然水循环相互依赖，相互作用，相互影响，相互 关系的一门科学，需要水文资源学与生态经济学的基础知识和基本理论，建立水循环经 济的理论支撑体系，指导水循环经济的实践，需要在以下几方面加强基本理论研究： ( 1 ) 水资源安全 水资源安全的实质是水资源供求平衡。因此需要对城市区域的水资源量、水资源可 利用量，人口、经济发展、生态环境对水资源需求量进行评估和预测，为水资源规划和 需求管理提供决策依据。 ( 2 ) 水循环经济对水循环的影响 水循环经济的基础是以社会水循环与自然水循环协调发展为前提的。因此，研究水 循环经济对水循环的影响成为关注的焦点。主要研究内容有：城市社会经济系统水循环 量的估算和水平衡；水资源对生产、生活和生态环境用水的优化配置；社会水循环 对自然水循环的影响机理及效应；城市化及土地开发利用对水循环的影响；水循环 经济对人类与生态系统健康风险与安全；社会水循环与自然水循环的耦合机理及模 型；水循环经济系统多目标优化理论与方法；水循环经济的可持续性评价模式与指 标体系。 ( 3 ) 水循环经济战略规划 水循环经济的根本目的是水资源的可持续利用，它的重要标志是水量和水质保障 其主要研究内容是：水足迹理论与虚拟水战略；供水规划；节水规划；污水处理 与再生利用规划；城市雨水利用规划；海水淡化与利用规划；城市雨水和再生水 参于自然水循环及利用规划等 2 工程技术支撑体系 通过技术创新和技术集成创新工程措施实施水循环经济，主要内容有：节水技术和 节水器具；包括工业节水，农业节水，生活节水技术；减少供水管网漏失率和地下供水 管网检漏技术等；企事业，服务业，居住小区污水原位再生处理与中水利用技术； 城市污水处理厂污水再生处理与利用技术；城市径流雨水收集处理与利用技术；城 大连市水生态价值评价及水循环经济应用研究 市雨水渗滤，涵养地下水源技术；海水直接利用与海水淡化技术；土壤与地下水修 复技术；河流，湖泊生态修复技术；污水再生处理与利用技术规范及水质标准。 3 政策法规支撑体系 水资源既是一种经济货物，也是一种公共物品人人有获得水资源的平等权力，同时 也是生态环境优劣的控制要素。水资源这种特殊属性决定了加强政策法规的必要性和重 要性。因此，应该在现有水资源政策法规基础上进一步修改完善，特别要加强关于水权 水价问题的研究，主要内容包括：明确水资源的产权和管理权限，加强水资源利用规划 和审批制度；制定行业用水