（环境科学专业论文）海岛水循环经济模式的研究与应用——以海王九岛为例.pdf

海岛水循环经济模式的研究与应屠一以海王九岛为例 r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no ft h ee c o n o m i cm o d e o fi n s u l a rw a t e r r e c y c l i n g a b s t r a c t o u rc o u n t r yp r o c e s s e sl o n gc o a s t sa n dm a n yi s l a n d s , a n dt h e s ei s l a n d sr r ev e r yi m p o r t a n t f o rt o u ri n d u s t r y ，f i s h e r ya n dn a t i o n a ld e f e n c e s o m es e r i o u sp r o b l e m s ，s u c h 嬲l a c kw a t e r ， p o o rq u a l i t yo fd r i n k i n gw a t e ra n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na r o u s e db yw a s t e w a t e r , a r e b r o u g h tb ye x p l o i t u r eo ft h e s ei s l a n d s i no r d e rt oa c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to fi s l a n d sa n d i m p r o v et h es t a n d a r do fl i v i n g , i ti sn e c e s s a r yt op r o v i d ee n o u g ha n de l i g i b l ew a t e r o nt h e o t h e rh a n d , i ti sa l s on p a c c s s a r yt ot r e a tt h ew a s t e w a t e rf o rt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h e i s l a n dw a t e rs o u r c e d u et ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fp a r o c h i a ll a n da r e a s r e s t r i c t e dc a p a b i l i t yo f r e t e n t i v ef r e s hw a t e r , w e a kb i o g e o c e n o s ee t c ，i ti s n e c e s s a r yt oi n t r o d u c et h ei d e ao f “c i r c u l a t i o ne c o n o m y ”，a sw e l la se x e r tm e r i t sa n da b s t a i nd e m e r i t s ，a st ob u i l da n e c o n o m i ca n dw a t e r - - s a v i n gm o d eo fi n s u l a rw a t e rr e c y c l i n g t a k i n gt 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 ya st h eg u i d e ，aw a t e rr e c y c l i n gm o d ef o ri s l a n d i sp u tf o r w a r di n t h i sp a p e r n cf e a s i b i l i t yo ft h em o d ei sd i s c u s s e df r o mt h r e es i d e s ， i n c l u d i n gt e c h n o l o g y , e c o n o m ya n de n v i r o n m e n t t h e nt h es u r v e y sa b o u te n t i r o n m e n to f h a i w a n gi s l a n d sa r ep e r f o r m e d n ce m p h a s i so ft h ep r e s e n tw o r ki st oa p p l yt h ew a t e r r e c y c l i n gm o d ei nh a l w a n gi s l a n d sa c c o r d i n gt oi t sw a t e rs u p p l ya n dd r a i n a g e ，t h em a i n c o n t e n t so ft h i sp a p e rc o u l db eg e n e r a l i z e da sf o l l o w ： 1 t h ep r e s e n ts i t u a t i o no fi n s u l a rw a t e rr e s o u r c e si sr e v i e w e d ，t h e nt h ec h a r a c t e r i s t i c so f i n s u l a rw a t e rr e s o u r c e 8a r ea n a l y z e da n dt h ef a c i n gp r o b l e m so fi n s u l a rw a t e rr e s o a r c e sa r e p u t f o r w a r d 2 t h cm a i ne c o n o m i cm o d e so fi n s u l a rw a t e rr e c y c l i n ga l es u m m a r i z e d , c o n t r a s t i n gt o t h e s em o d e s ，d e s a l i n a t i o no fs e a w a t e ro rb r a c k i s hw a t e ri ss u p p o r t e dt ob et h eb e s tw a yf o r c a r r y i n go u ti n s u l a rw a t e rr e c y c l i n gm o d e s i tw o u l dp r o v i d eab r o a dd e v e l o p i n gf u t u r ef o r w a t e rr e c y c l i n ge c o n o m yo fi s l a n d sb yc o m b i n i n gd e s a l i n a t i o no fs e a w a t e ro rb r a c k i s hw a t e r a n dm o b i l ew a t e rt r e a t m e n te q u i p m e n t 3 am o b i l ew a t e r - r e c y c l i n g - e c o n o m y - m o d ef o ri s l a n d si se s t a b l i s h e d , a n di t sf e a s i b i l i t y i sd i s c u s s e df r o mt h r e es i d e s 。i n c l u d i n gt e c h n o l o g y , e c o n o m ya n de n v i r o n m e n t n cm e a n i n g a n da c t i o no fap o r t a b l ed r i n k i n gw a t e rm a c h i n ea n dam o b i l ed o m e s t i cw a s t e w a t a rt r e a t m e n t f a c i l i t yi ni s l a n d si sa l s od i s c u s s e d 一i i 大连理工大学硕士学位论文 4 t a k i n gh a i w a n gi s l a n d s 弱姐e x a m p l e , am i n i t y p e - w a t e r - r e c y c l i n g - e c o n o m ym o d ei s r e s e a r c h e d t h ea p p f i c a t i o no ft h em o d ei sa n a t o m i z e db ya n a l y z i n gp i c t u r e s ，q u e s t i o n n a i r e s a n dd a t a , a n dt h i sw a t e r r e c y c l i n gm o d ei sf c 觞i b l ca n ds i g n i f i c a t i v e w h i c h 锄h e l pt or e a l i z e t h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f w a t e rr e s o u r c e si ni s l a n d so f c h i n a k e y w o r d s ：i s l a n d s ：e c o n o m yo fw a t e rr e c y c l i n g ： d o m e s t i cw a s t e w a t e rt r e a t m c n tf a c i l i t y i i l 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已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名日期：幽：f 2 ： 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 仓文版权使用规定”，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：蚀丝 铷繇攀选 坳年垒月_ i 2 _ e t 大连理工大学硕士学位论文 引言 我国海岛，星罗棋布，据1 9 9 6 年我国第一次全国海岛资源综合调查报告，我国 面积在5 0 0 m 2 以上的海岛共有6 9 0 0 多个，岛岸线长度为1 2 7 1 9 k m ，总面积6 6 9 1 m 2 。其中， 有人居住的海岛4 3 3 个，人口总计4 5 2 7 万人。我国海岛开发问题，主要是指4 0 0 多座， 6 5 0 0 k i n 2 面积，4 5 0 多万人1 ：3 的中、小型海岛的问题。这些海岛，四面环海，淡水靠大气 降雨补给，而海岛陆域面积有限，河流短小甚至没有，持水能力低，降雨难以有效利用。 据调查广东省有常年河流流水的海岛仅2 7 个，有季节性河流或泉水可汲取的海岛1 5 4 个， 全无水源的海岛1 2 5 0 个，占海岛总数的8 7 3 5 。淡水资源不足，即便是面积较大的海岛。 如东海岛、上川岛、南三岛、南澳岛、淇澳岛等，也均存在淡水资源匮乏的问题。与南 方海岛不同，受地理、气候等影响，北方海岛降水少，水环境的整体调节能力较南方海 岛弱。 随着海岛经济的迅速发展，淡水需求不断增加，一些海岛通过过度开发地下水等措 施满足目前经济发展的需求，必然会进一步加剧水量不足与需求增加的矛盾。目前海岛 水资源的开发经历了大气补充水( 利用大气降水，也包括储蓄雨水、屋檐接水) ，大陆引 水( 即远程调水) 、开采地下水等多种方式，但这些方式统统存在生活饮用水水质不达 标的问题，尤其过度开采地下水，会引发海水倒灌，使得本来就超标的地下水水质更加 恶化，居民使用后，会对健康造成严重危害，影响社会稳定。另外众多海岛目前无排水 处理设施，海岛居民环境保护意识薄弱，使用后的污水随意散排，对本就不富足的海岛 地下水资源造成二次污染，对生态环境构成威胁。由于海岛陆域面积狭小，造成海岛地 域结构简单，生物多样性指数小，生态系统十分脆弱，一旦遭到破坏，则很难恢复。当 排放的污水超出了海岛生态系统的承载力时，经济发展将遭到环境的报复。因此海岛地 区水资源匮乏、水质恶化和污水散排对生态环境的破坏作用已成为制约海岛可持续发展 的重要“瓶颈”。为了保护海岛现有水资源，提高海岛居民生活水平，促进海岛地区经济 发展，必须设计一种即经济，有高度节约水资源的海岛水循环经济模式来实现海岛水资 源的可持续发展。 本课题旨在为居民提供健康安全的生活用水，并增加海岛水资源承载力，实现海岛 水资源可持续利用，保护海岛生态环境。提出一种移动式海岛水循环经济模式，主要内 容包括： 1 综述了海岛水循环经济的各种模式。 2 提出并建立移动式海岛水循环经济模式 海岛水循环经济模式的研究与应用一以海王九岛为例 3 从技术、经济、环境效益方面论证了便携式直饮水机( 超滤和反渗透技术为核心) 和一体化合并净化槽( 厌氧- 厌氧- 】呼氧技术为核心) 分别作为移动式海岛水循环经济模 式供水单元和污水处理单元的可行性。 4 通过调查问卷、采集水样、拍摄照片等方式对海王九岛的饮用水状况进行调查， 根据调查结果，将模式应用于海王九岛。 大连理工大学硕士学位论文 1绪论 1 1 海岛研究 1 1 1 海岛研究意义 随着新技术突飞猛进的发展，陆地资源已经无法满足人类社会的需求，开发海洋成 了世界各国关注的焦点。海岛是海洋的重要组成部分，有着巨大的经济、军事、科学和 生态价值。例如，有的岛屿拥有丰富的自然资源，具有不可估量的经济价值：有的海岛 虽然没有资源，但拥有2 0 0 海里专属经济区的广阔海域；在军事上，有些较大的岛屿在 世界政治活动中具有重要的地位，其军事价值深受各国国防战略家和海军战略家的重 视，被誉为“不沉的航空母舰”。因此，对海岛的研究有着重要而深远的政治、经济、 军事等意义。 我国海岛资源丰富。例如台湾岛、海南岛，都是世界著名的大岛。我国岛岸线长度 为1 2 7 1 9 k m ，总面积6 6 9 1 k m 2 ，将我国各种海岛陆地总面积相加，约为8 万k m 2 ，尽管 岛陆面积不到全国土地面积的1 ，其海域范围却控制了约有3 0 0 万k m l 相当于我 国陆域面积三分之一，居世界第九位。如何充分开发利用和保护这些海岛，实现海岛的 循环经济，意义重大。 近年来，我国的海岛开发建设随着国家整体海洋事业的发展，进入了快速发展时期。 国家对海岛开发保护和利用越来越重视。随着海岛生态环境建设的发展，沿海陆域产业 向海岛的延伸以及海陆经济一体化的加强，作为开发海洋前缘基地的海岛，在国家经济 建设和维护国家安全等方面将起到越来越重要的作用。随着海岛开发进一步深入，也出 现了一系列新的问题、产生了一系列新的矛盾。这些问题和矛盾有全球岛屿共同面临的 困境，如全球气候变化引起的海平面上升威胁着海岛各方面的发展甚至生存；也有由于 我国海岛开发自身引起的个性原因，导致海岛各方面发展的不可持续。主要表现在：由 于海岛周围的海洋具有开放性、流动性的特点，海岛在开发建设中对资源、环境的破坏， 会对一个区域产生很大影响；由于只注重海岛的经济发展，忽视了社会、环境、生态等 方面的发展，造成掠夺式资源型开发，出现了许多环境问题。如何在开发海岛的同时实 现环境的可持续发展将是我国海岛发展过程中必须面对和解决的问题。 1 1 2 海岛研究进展 ( 1 ) 我国海岛概况 海岛水循环经济模式的研究与应目 一以海王九岛为例 根据1 9 9 6 年第一次全国海岛资源综合调查报告1 1 l ，我国面积在5 0 0 m 2 以上的 海岛共6 9 6 1 个( 港澳台及海南岛除外，海南岛本岛和台湾、香港、澳门所属有4 1 0 个海 岛，以下数据以6 9 6 1 个岛为基数) ，其中有人居住的海岛为4 3 3 个，人口达4 5 2 7 万人。 有人居住的海岛，其数量尽管只占全部海岛数的6 ，面积却占了海岛面积的9 8 以上， 达到6 6 9 1 平方公里，它们分别隶属沿海的1 1 个省市区，其中浙江省海岛最多，为3 0 6 1 个。在6 9 6 1 个海岛中，设有地级市的一个( 舟山) ，海岛县1 8 个，海岛乡镇1 9 1 个。对 绝大多数的无人岛屿来说，它们面积都很小( 在1 0 0 0 m 2 以下) ，无常住居民的海岛为6 5 2 8 个，这些海岛不足以维持人类经济生活，占全国海岛总数的9 0 以上【2 】。在这些海岛中， 除香港( 特别行政区) 和台湾省目前经济发展居于亚洲龙头行列，其他海岛经济的发展都 比较落后。如海南省和1 2 个海岛县国民生产总值仅占全国的l 左右1 3 】，随着全国经济 的发展，这一差距还在增大。但随着对海洋资源开发认识的深入，海岛经济必将得到较 快的发展。 ( 2 ) 开发海岛的意义 战略意义 我国从北到南绵延数千公里，由岛屿所构成的海上第一道防线，是世界上不可多见 的天然屏障。长山群岛、庙岛列岛、舟山群岛、万山群岛和南海诸岛，均为现代化的国 防要塞。如渤海海峡中部的庙岛群岛( 长岛) ，是渤海的门户，严密守卫着进出渤海的通 道；台湾海峡中部的澎湖列岛建有海军基地，是封锁海峡的要地，也是大陆通往台湾的 跳板，我国南沙群岛蕴藏着丰富的海洋资源，其战略地位和价值对于国家海洋权益维护 具有非常重要的意义。 经济意义 海岛及其周围海域又有着丰富的资源，有些海岛不仅有与内陆几乎同等的资源种 类，又有内陆一般地区所没有的特殊资源优势，如我国的香港、台湾。海岛具有港口资 源，因沿海岛屿岸线曲折，基岩临海，港阔水深，且临近国际航线，具有得天独厚的区 位优势，良好的港口条件可带动海岛外向型经济和高技术产业发展，使其成为继海岸带 发展后的第二海洋经济带龙头，因此海岛又有很高的经济价值。 生态价值 海岛作为海洋的重要组成部分，和陆地上的山岭、草原等自然资源一样，在海洋生 态系中起着极其重要的作用。海岛远离大陆，被海水分隔，每个海岛都是一个相对独立 而完整的生态环境地域。海岛地形、岸滩、植被以及海岛周围的海洋生态环境，是人类 与自然保持和谐的产物，具有很高的生态价值。由于地理的隔离、风沙的作用和海岛土 一4 一 大连理工大学硕士学位论文 壤的贫瘠，海岛植被在物种分布、物种形态和群落结构方面一般与临近的大陆不同，如 珊瑚礁、红树林等。这些独特的海岛生物群落和周围海洋环境共存，如，岛陆、岛滩、 岛基和环岛浅海四个小的生态环境，都具有特殊的生物群落【4 】。然而由于海岛面积狭小， 造成海岛地域结构简单，生态系统十分脆弱，生物系统的生物多样性指数小，稳定性差， 极容易遭到损害而造成严重的生态环境问题，一旦遭到破坏，则很难恢复，甚至根本不 可能恢复，从而可能破坏良好的生态系统。例如，海岛地形、岸滩受到破坏，可能造成 海蚀加剧、海岸后退、海水入侵、沙滩消失。严重的可能使一些小岛屿从海洋中消失； 海岛植被如果被破坏，则需经过漫长的岁月才能恢复，有些物种甚至永远从海岛消失。 因此，保护海岛的地形、岸滩、植被和海岛周围海域的生态系统，实现其生态价值是十 分重要的。 景观价值 海岛地形、岸滩、植被由于长期地质和海洋水文动力的作用，形成各具特色和优势 的自然景观，是海岛特有的旅游资源，对海岛的经济发展有举足轻重的作用。 科学价值 海岛由于其受人类影响相对较小，所以它在研究全球气候变化、地质变化、和人为 扰动( 渔业、农业、旅游) 等的情况下生态系统的变化、生物多样性和未来气候环境等 演变趋势有着重要的科学价值。 总之，海岛蕴藏着丰富的、宝贵的资源，在海洋的可持续发展战略中有着重要的地 位，其价值还亟待挖掘。2 0 世纪9 0 年代以来，我国海岛开发进入了快速发展时期，1 2 个海岛县加大了开发开放的力度，经济有了较快地发展。然而由于各岛面积大小、资源 情况存在差别，各自所处的地理位置也不相同，导致开发、开放的条件和经济发展情况 也是很不平衡的。与国外发达地区海岛开发、保护相比，从总体上看，我国海岛开发、 和利用还有很多不足，值得进一步深入研究。 ( 3 ) 我国海岛开发进程 海防建设为主的时期 从新中国建立到7 0 年代末，由于当时我国处于帝国主义侵略势力威胁之下，加之 台湾及少数沿岸岛屿尚未解放，海岛又位于国防前线，经济发展服从国家安全的战略需 要，海岛建设的重点在于国防。为此，我国在沿海岛屿，大修国防工程，3 0 年间，把我 国海岛地区建设成了坚不可摧的国防阵地。 e 这一时期海岛经济建设以近海渔业的恢复和发展为主，海岛经济基本上处于单一渔 业经济稳步发展的阶段，海岛开发建设与对海岛自然环境的矛盾还不是很突出 改革开放时期 海岛水循环经济模式的研究与应用一以海王九岛为例 从党的十一届三中全会到党的十四届三中全会的十几年中，在经济改革开放大环境 下，新时期的海岛经济建设开始启动。首先从海岛渔业开始，解放了渔业生产力。渔民 生产积极性空前高涨，一些海岛渔村首先富裕起来。随之，一些海岛地区基础设施建设， 如交通、能源、水电纷纷上马，国内及外商向海岛地区的投资也不断地增加，海岛工、 农业经济得到迅速发展，一些发展中的问题也纷纷出现了。 加大开放、开发力度，加强管理时期 随着国际社会对海洋认识不断加深以及我国海洋事业的全面推进，海岛开发和保护 越来越引起国家的重视，在制定的国家海洋发展战略规划和行动纲要里，海岛越来越成 为我国海洋事业的一个重要组成部分。1 9 8 6 年，我国第一次对全国海岛情况进行调查， 并于1 9 9 6 年完成了全国海岛调查报告，先后两次实施了国家海岛试点工作，在对 海岛情况的了解、对海岛的规划、立法、管理等方面积累了大量的经验、取得了一定的 成绩。通过海岛调查和试点工作的实施，对海岛管理中的重点、难点问题进行探索，逐 步建立和完善了海岛开发保护管理制度、法律法规，规范了海岛的开发秩序，对保护海 岛资源环境和促进海岛经济的可持续发展产生了非常重要的作用。 ( 4 ) 海岛开发的现状 从目前我国海岛经济开发的方式上看，依据开发产业的多少和特色，可分为综合开 发和专业开发两种。综合开发又分为完全综合和重点综合两种方式。 占全部海岛数量约9 8 、面积小于1 0 0 0 m 2 的岛屿的开发研究至今尚属研究难题与 空白。这类海岛数量巨大，未受或少受人类活动影响，已经成为独特而又珍贵的资源， 它们面积微小且大部分岩石裸露，土壤、植被多不发育，地貌类型和地域结构相对简单， 生态系统的生物多样性指数小，稳定性差；全球气候异常，海平面上升，自然灾害频繁， 对其生态环境带来新的危害。这些因素导致这类海岛生态系统十分脆弱，成为生态脆弱 带，一旦造成危害，就很难逆转。因此，对这些海岛主要进行保护，加大保护力度 五我国海岛开发与保护存在的问题 我国海岛开发迅速发展的同时，出现了一系列问题，严重影响着海岛的循环经济。 因全球气候变化导致地表温度升高、冰川融化、海平面上升已经成为一个被人 们普遍认可的事实嗍。这些变化将造成海岛地区土地面积减少，对居民和基础设施产生 严重影响，对海岸生态系统具有破坏作用。 我国海洋环境的总体恶化对海岛发展产生严重影响 我国海洋生态环境的脆弱性和地区发展的不均衡，人口过度增长、发展模式和某些 政策不当使得我国海洋生态环境问题表现出了显著的系统性、区域性、复合性和长期性 大连理工大学硕士学位论文 特征。海洋生态环境形势日益严峻，迫切需要采取综合而有效的控制措施，否则，污染 负荷将突破生态环境承载能力的极限，海洋生态环境问题随时会恶性爆发，出现难以逆 转的生态环境灾难，海岛生态系统也将在劫难逃! 我国海岛在开发建设中自身存在的问题 由于海岛周围的海域具有开放性、流动性的特点，海岛在开发建设中对资源、环境 的破坏，也会对一个区域产生很大影响。我国海岛开发建设由于只注重经济的发展，忽 视了社会、环境、生态等方面的发展，也出现了海岛生态环境问题，造成掠夺式资源型 开发。 2 0 0 3 年，我国全国海洋经济发展规划纲要对海岛及邻近海域有如下描述“海岛 及邻近海域的主要发展方向是；加大海岛和跨海基础设施建设力度，加强中心岛屿涵养 水源和风能、潮汐能电站建设；调整海岛渔业结构和布局，重点发展深水养殖；发展海 岛休闲、观光和生态特色旅游i 推广海水淡化利用；建立备类海岛及邻近海域自然保护 区”，为我国海岛开发建设指明了方向嘲。 1 2 海岛水资源研究 1 2 1 水资源概况 许多人把地球想象为一个蔚蓝色的星球，其7 1 的表面积覆盖水。其实，地球上 9 7 5 的水是咸水，只有2 5 是淡水。而在淡水中，将近7 0 冻结在南极和格陵兰的冰 盖中，其余的大部分是土壤中的水分或是深层地下水，难以开采供人类使用。江河、湖 泊、水库及浅层地下水等来源的水较易于开采供人类直接使用，但其数量不足世界淡水 的1 ，约占地球上全部水的0 0 0 7 。全球每年降落在大陆上的降水量约为1 1 0 万亿 m 3 ，扣除大气蒸发和被植物吸收的水量，世界上江河径流量约为4 2 7 万亿m 3 。世界淡 水资源的6 5 集中在1 0 个国家里，而占人口4 0 的个国家却严重缺水。如果一个国 家年人均水量在2 0 0 0 1 1 1 3 以下，就是缺水的国家。人均水量在1 0 0 0 m 3 以下的，是严重缺 水国，共有以下几个：埃及、阿联酋、阿曼、佛得角、布隆迪、阿尔及利亚、也门、约 旦、沙特阿拉伯、巴巴多斯、新加坡、巴林、利比亚、科威特、卡塔尔、马耳他( 年人 均水量仅8 2m 3 ) 。据2 0 0 6 年3 月2 2 日在墨西哥城第四届世界水资源论坛上对外公布的 世晃水资源开发报告【刀，全球用水量在2 0 世纪增加了6 倍，增长速度是人口增速的 两倍，有1 1 亿人缺水，2 6 亿人无法保证用水卫生；淡水物种和生态系统的多样性正在 迅速衰退，其退化速度大于陆地和海洋生态系统；9 0 的自然灾害与水有关；到2 0 3 0 年全球工农业及城市用水供需矛盾更趋紧张，水资源问题日益严峻 a , g l 。 海岛水循环经济模式的研究与应目 一以海王九岛为例 中国水资源时空变化大、人均水资源量低、人口和资源分布与水资源分布不相一致、 水资源供需矛盾突出、水资源系统脆弱、旱涝频繁、水资源污染严重、水生态系统退化 加剧等，这些都是中国水资源的特点f 1 川。中国水资源总量2 8 万亿m 3 ，占全球径流资源 的6 ，居世界第四位，人均水资源量2 3 0 0 m 3 ，只有世界平均水平的v 4 。由于天然降水 的时空分布不均，河川径流的年际年内变化很大，年雨量不足4 0 0 r a m 的地区占国土总 面积的4 5 ，与我国人口、耕地、矿产的分布以及生产力布局很不匹配，干旱缺水一直 是我国尤其是北方地区的主要自然灾害。水除了满足生命及工业生产的基本需求外，还 被用来容纳和输送生活、工业及农业废弃物的介质，导致了水资源可利用量减少，威胁 人类的健康及水生态系统的功能。2 0 0 3 年全国七大江河水系的7 4 1 个监测断面中，有 7 0 左右的水是四、五类甚至于劣五类水，全国近一半城镇农村约3 6 亿人饮用水源的 水质不符合标准。不合理的水资源开发利用还导致了区域生态系统的退化，大面积的地 下漏斗、河道断流、湖泊萎缩消失、荒漠化、盐碱化、天然林草退化消亡，以及与水有 关的动植物物种的消失等。2 0 世纪五十年代初期，中国有大小天然湖泊约2 5 万个，湖 泊总面积8 3 万l 【m 2 ，由于泥沙淤积、围垦和其它原因，湖泊总面积已经减少到7 1 万 k m 2 。水资源短缺和水环境恶化己成为制约国民经济可持续发展的核心问题【1 1 】。 总之，不论现在还是将来，我国的水资源形势不容乐观。面对2 1 世纪我国经济社 会发展的策略方向，水资源问题已成为我国实施循环经济战略过程中必须认真解决的重 大问题，我们必须以不出现重大的水资源危机作为中国水资源的目标，开展、加强、对 水资源的研究，以保障水资源安全，实现水资源可持续利用与经济社会的可持续发展， 作为国家生存与发展的基本保障条件，水资源的问题已成为人们关注的核心。 1 2 2 海岛水资源 由于海岛独特的地理特征，水资源问题更是迫在眉睫。我国很多海岛的淡水资源靠 大气降雨补给，而海岛陆域面积有限，河流短小甚至没有，持水能力低，降雨难以有效 利用。据调查广东省有常年河流流水的海岛仅2 7 个，有季节性河流或泉水可汲取的海 岛1 5 4 个，全无水源的海岛1 2 5 0 个，占海岛总数的8 7 3 5 。淡水资源不足，成为海岛 开发的主要限制因素，即便是面积较大的海岛：如东海岛、上川岛、南三岛、南澳岛、 淇澳岛等，也均存在淡水资源匮乏的问题【叼。与南方海岛不同，受地理、气候等影响， 北方海岛降水少，水环境的整体调节能力较南方海岛弱。这些海岛大规模开发所需淡水， 只有通过大陆输入或开采地下水才能得以解决 随着海岛经济的迅速发展，一方面淡水需求不断增加，一些海岛通过过度开发地下 水等措施满足目前经济发展的需求，必然会进一步加剧水量不足与需求增加的矛盾，淡 大连理工大学硕士学位论文 水资源匮乏已成为严重制约海岛经济发展和居民生活水平提高的主要因素。为了保护海 岛现有水资源，提高海岛居民生活水平，促进海岛地区经济发展，必须开发新的淡水补 给途径，才能实现海岛水资源的可持续发展。另一方面，海岛开发产生的废水威胁海岛 生态环境。海岛远离大陆，被海水分隔，每个海岛都是一个相对独立而完整的生态环境 地域。然而由于海岛面积狭小，造成海岛地域结构简单，生态系统十分脆弱，生物系统 的生物多样性指数小，稳定性差，一旦遭到破坏，则很难恢复。人民生活及海岛经济开 发不可避免的产生废水，一旦排放的废水超出了海岛生态系统的承载力，经济发展将遭 到环境的报复。 对于海岛居民产生的污水，目前国内大多数的海岛均没有设置污水处理站，对其排 放也没有作出严格的要求，大多数生活污水是直接倒掉，对地下水或海水造成了直接或 间接的污染。同时，这部分水资源的直接流失，造成岛上可利用水资源量减少，使本来 就缺水的海岛用水矛盾更加尖锐。解决水资源短缺的途径之一便是污水回用。早在2 0 世纪6 0 年代，日本沿海和西南一些缺水城市就已经开始考虑将城市污水处理厂的出水 经进一步处理后回用于工业、生活或生活杂用( 以冲洗卫生设备为主) 。到2 0 世纪8 0 年代中期，岛国为代表的日本，它的城市污水回用量就达到了6 3 x 1 0 7 m 3 d 。9 0 年代初， 日本在全国范围内对污水回用的可行性进行了深入研究，在严重缺水地区大力推广污水 回用技术。8 0 年代末，随着我国大部分城市水危机的频频出现和污水回用技术趋于成熟。 污水回用的研究与实践才得以迅速发展。利用污水回用技术合理地对海岛水资源开发利 用具有重要意义。 因此海岛地区水资源匮乏和污水对生态环境的破坏作用已成为制约海岛可持续发 展的重要“瓶颈”为了保护海岛现有水资源，提高海岛居民生活水平，促进海岛地区 经济发展，必须开发新的淡水补给途径，才能实现海岛水资源的可持续发展。 1 2 3 海岛水资源特征 淡水资源是人类活动的重要物质基础，是海岛自然资源的重要组成部分，更是开发 海岛其它自然资源和开发海洋、发展海岛经济的主要因素。海岛淡水资源除具有不可替 代性、流动性、时空分布不均性和社会性等特点外，还因特殊的环境条件和使用功能表 现出如下特性： ( 1 ) 有限性。海岛四面环海，很多海岛都没有过客境水，水资源主要来源于岛上地 下水，相对于海岛随着人口、社会、经济的发展，用水量持续增长，海岛水资源量是极 为有限的，陆域面积狭窄，集雨面积有限，形不成大的水系，淡水资源基本上依靠大气 海岛水循环经济模式的研究与应甩一以海王九岛为例 降雨。由于海岛山丘低矮、坡陡源短，截水条件差，调蓄能力低，地表径流大都直接入 海。 ( 2 ) 受外界气候的影响性。由于受海岛气候影响，春季是降雨的集中期，而夏、秋 二季如果没有局部性阵雨，特别是台风雨的出现，即容易形成伏旱和秋旱，加之秋季为 少雨季节，容易形成较长时间的干旱。 ( 3 ) 脆弱性。海岛的自然环境和生态系统都具有脆弱性，因此海岛淡水资源不可避 免的具有脆弱性：海岛陆域面积较小，环境条件严酷，陆域植被贫乏单一，易受破坏； 同时海岛四面环海，易受海洋灾害的侵袭，受灾频度大，种类多，危害大，容易受到毁 灭性打击，稍有不慎会给海岛淡水资源带来严重后果。 1 2 4 海岛水资源面临的问题 海岛水资源面临的问题有以下三个： ( 1 ) 水量海岛独特的地理特征决定了海岛淡水资源匮乏，随着海岛开发力度的加 大，居民人口的增加，供水不足问题更加突出。增加海岛淡水量，从而增加海岛地区淡 水资源的的承载力，是一个关系到海岛居民能否喝上水的问题。 ( 2 ) 水质王明兴等人【1 3 】对长岛县7 个主要岛屿1 8 个村的生活饮用水进行抽样检测， 发现长岛县8 0 的生活饮用水不达标。刘延秋等人【1 4 】对某海防部队常年居住海岛上的井 水进行了检测，发现部队人员的生活饮用水超标率为8 5 。另有周东明等人【埘对东南沿 海坑道储水的水质进行分析，虽然水源受到轻度污染，但仍有部分指标超标。林庆棋等 人【1 司针对岛礁上的生活饮用水( 岛礁上生活饮用水主要来自大陆运送补给的贮存水、岛 礁上的坑道水、收集的雨水等) ，研制了一种适合岛礁部队使用的饮水净化消毒装置来 改善部队人员的饮水质量。由此可见，无论是大气补充水( 包括储蓄雨水、屋檐接水) ， 还是远程调水，以及地下水，这些统统存在水质超标，危害居民健康的问题。 ( 3 ) 污染海岛开发产生的废水威胁海岛生态环境。海岛远离大陆，被海水分隔，每 个海岛都是一个相对独立而完整的生态环境地域。然而由于海岛面积狭小，造成海岛地 域结构简单，生态系统十分脆弱，生物系统的生物多样性指数小，稳定性差，一旦遭到 破坏，则很难恢复。海岛经济开发不可避免的产生废水，一旦排放的废水超出了海岛生 态系统的承载力，经济发展将遭到环境的报复。 大连理工大学硕士学位论文 1 3 课题研究目的、内容及意义 1 3 1 课题研究目的 ( 1 ) 为海岛居民提供健康、安全的生活饮用水。 ( 2 ) 增加海岛淡水资源量，从而增加海岛水资源承载力。 ( 3 ) 对海岛居民散排的污水加以治理，避免给水体造成二次污染，保护海岛生态环 境。 1 3 2 课题研究内容 为了达到以上目的，课题以水循环经济( 水的可持续发展) 理论为指导，提出一种 海岛区域水循环模式，并对此模式在技术、经济以及环境效益方面加以论证，最后通过 对海王九岛生态环境的调查，通过调查问卷、采集水样、拍摄大量照片的形式，重点对 海王九岛地区供水和排水状况进行分析，借此对海岛地区水循环经济模式做了大量细致 的研究具体包括以下内容： ( 1 ) 综述了海岛水循环经济的各种模式。 ( 2 ) 提出并建立移动式海岛水循环经济模式。 ( 3 ) 从技术、经济、环境效益方面论证了便携式直饮水机和一体化合并净化槽分别 作为移动式海岛水循环经济模式供水单元和污水处理单元的可行性。 ( 4 ) 通过调查问卷、采集水样、拍摄照片等方式对海王九岛的饮用水状况进行调查， 根据调查结果，将模式应用于海王九岛。 1 3 3 课题研究意义 这种海岛上的区域水循环模式，利用全自动直饮水机可将海水或不达标的地下水进 行处理，产水符合生活饮用水国家标准，供岛上居民生活使用。岛上排放的生活污水， 由管道收集后汇至一体化合并净化槽处理。通过一体化合并净化槽内部的物理过滤、生 化处理、消毒后，出水达到生活杂用水水质标准，可用作岛上居民日常生活的冲洗、绿 化、田地灌溉等，剩余出水可直接排入大海。在这个模式中，不仅充分利用海水资源， 同时尽可能实现废水再生回用，用科技手段增加海岛水资源承载力，实现海岛水资源可 持续利用，维护海岛水环境的生态平衡，进而实现海岛水资源的可持续发展。 海岛水循环经济模式的研究与应用一以海王九岛为例 2 海岛水循环经济的研究 2 1 水循环经济概念 关于水循环经济的概念，到目前为止学术界并未明确提出，大多数是在循环经济的 概念基础上，从城市或产业的角度提出了一些近似的概念。陈琨1 1 7 】从实施水循环经济的 模式方面，提出水资源循环经济应该至少包括两层内涵：一是在用水环节，实现跑、冒、 滴、漏、污最小化，最大限度地实现水的净化、回收、循环利用，达到或接近水的零排 放；二是尊重自然界水的循环规律，在区域范围内，通过经济、工程技术、立法等手段 调整水的时空合理分布和利用，维护水的自然循环系统，使水资源得以永续利用。张钡 【1 8 】从社会水循环的角度，提出了水产业循环经济的概念，他认为，水产业的循环经济应 是一种在对水资源不断循环利用基础上的经济发展模式，其中污水处理资源化、减量化 和无害化，是水产业循环经济的一条重要原则和标志。 正确而又合理的水循环经济定义是水循环经济系统分析、核算与制定水循环经济发 展模式的基础。水循环经济首先是一种先进的水资源经济发展模式，它是建立在社会水 循环系统分析的基础上，遵循循环经济的思想，按照水资源节约、水环境友好的原则， 人们在生产和生活过程中，在水资源开发利用的各个环节，始终贯穿“减量化、再利用、 再循环”的3 r 原则【1 9 - 2 1 1 ，重视采用新技术、新材料、新工艺，并以完善的制度建设、 管理体制、运行机制和法律体系为保障，提高水的利用效益和效率，最大限度地减轻和 降低污染，来实现社会发展的最终可持续性。 2 2 水循环经济的特征 根据水循环经济的定义，通过传统水资源利用模式和水循环经济模式的对比分析可 以得出，水循环经济作为一种先进的经济发展模式具有如下特征： ( 1 ) 发展目标上追求效率、效益和可持续的统一性。 水循环经济模式在发展目标追求水资源利用的效率、效益和可持续性三者的统一。 要求水资源利用模式必须按这三大目标进行重新构建。 效率特征要求水资源利用注重节水，节水应在不降低人民生活质量和经济社会 发展能力的前提下，在先进科学技术的支撑下，采取综合措施减少用水过程中的损失、 消耗和污染，提高水的利用效率，高效利用水资源。 效益特征表现在中观上水资源配置的高效益，要构建节水型经济系统和节水型 社会系统。例如，非农产业的用水效益大大高于农业，低耗水产业的用水效益高于高耗 大连理工大学硕士学位论文 水产业，经济作物的用水效益高于种植业，这要求通过结构调整优化配置水资源，将水 从低效益用途配置到高效益领域，提高单位水资源消耗的经济产出 可持续性是指水资源利用充分考虑了对生态环境的保护，不以牺牲生态环境为 代价，这是水循环经济模式追求的最高目标。可持续性主要体现在宏观层面，要求区域 发展与水资源承载能力相适应，塑造持续发展型社会；要求一个流域或地区量水而行， 以水定发展，打造与当地资源禀赋相适应的产业结构；要求通过统筹规划、合理布局和 精心管理，协调好生活、生产和生态用水的关系，将农业、工业的结构布局和城市人口 的发展规模控制在水资源承载能力范围之内 ( 2 ) 管理环节上追求供水、用水和排水等环节的健康循环 发展水循环经济的最终目的是为人类提供健康的水资源生存环境，水循环经济要求 水资源利用的各个环节和途径都应追求健康循环，且贯穿于整个水的社会循环过程中。 水循环经济的健康、良性循环特征体现在水资源利用的各个环节中，需要贯彻以下三个 基本原则 输入端的减量化原则( r e d u c e ) 。要求在供水环节，减少进入生产和消费流程 的水资源量，即用较少的水资源投入满足既定的生产或消费需求，在经济活动的源头就 做到节约水资源和减少污染。在生产中，要求采用清洁生产技术、节水技术和节水实践， 从而减少生产过程中对水资源的需求量；在生活中，要求人们使用节水器具和采用节水 实践来减少对水资源的过度需求，从而达到减少废水排放的目的。 过程控制的再利用原则( r e u s e ) 。为了提高水资源的利用效率，要求从上一工 序或过程排出的水资源能够直接为下一工序或过程所用，水资源在生产过程中尽量多次 重复利用。在生产中，要求企业采用清洁生产和先进技术，以便于排出的水能够不经任 何处理就能为另一用途所用；在生活中，鼓励人们采取措施将生活水重复使用后用于冲 厕、灌溉等用途。 输出端的再循环原则( r e c y c l e ) 。要求生产和消费过程中的污水重新变成可以 利用的资源而不是无用的废水。废水资源化通常有两种方式：一是水资源循环利用后形 成与原来相同的产品，二是水资源循环利用后形成不同的新产品，废水资源化后形成不 同的产品可用于不同的用途。再循环原则要求水资源相关者将失去功能的废水恢复功 能，从而可以再利用，以使水资源整个流程实现闭合。 ( 3 ) 利用手段上追求科学技术、经济与行政手段的一体化 先进的科学技术是循环经济的核心竞争力，如果没有先进技术的输入，水循环经济 所追求的经济和环境多目标将难以从根本上实现。水循环经济的技术支持体系由五类构 成，包括替代技术、减量化技术、再利用技术、污水资源化技术、系统化技术等。 海岛水循环经济模式的研究与应用一以海王九岛为例 有效的经济政策是水循环经济发展的重要推动力和必要保障。水循环经济发展模式 要求应充分发挥市场机制对水资源配置的基础作用，充分利用价格、税收和财政等各种 经济手段，包括建立征收水资源税制度、上下游生态补偿制度、污水资源化税收优惠制 度等，从而实现符合水循环经济发展要求的3 r 原则。 法律和法规作为一种强制手段可以有效地推动水循环经济的发展，也是所有发达国 家普遍采用的重要手段。从目前法制