（环境科学专业论文）基于可持续发展的衡水市水资源优化配置研究.pdf

a b s t r a c t w a t e ri sa n i n d i s p e n s a b l em a t e r i a lf o u n d a t i o no fh u m a ns u r v i v a la n dt h e d e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m y , a n dw a t e rr e s o u r c e sd e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o n r e l a t e st h eg l o b a ld e v e l o p m e n t w i t ht h er a p i dg r o w t ho fp o p u l a t i o na n dd o m e s t i c e c o n o m y , t h ea c c e l e r a t i o no fi n d u s t r i a l i z a t i o na n du r b a n i z a t i o na n dt h ea g g r a v a t i o no f n o tr e a s o n a b l ee x p l o i t a t i o na n du t i l i z a t i o no fw a t e rr e s o u r c e s ，w a t e rp o l l u t i o na n d w a t e rs h o r t a g eh a sb e c o m eas e r i o u sg l o b a lc r i s i s ，r e s t r i c t e dt h er a i s i n gt h el e v e lo f h u m a nl i f e ，s o c i a ls t a b i l i t ya n de c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，o p t i m i z e dt h e a l l o c a t i o no fr e g i o n a lw a t e rr e s o u r c e ，p r o v i d e dw a t e rr e s o u r c ef o r i n d u s t r i a l ， a g r i c u l t u r a la n dp e o p l e sl i f e ，e c o l o g i c a le n v i r o n m e n to ft h ea r e a ，i t i so fg r e a t s i g n i f i c a n c et h a tm a k ei t sw i nt h eb i g g e s ts o c i e t y , e c o n o m i ca n de n v i r o n m e n t a l b e n e f i t sa n dr e a l i z et h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h ea r e a b a s e do nr e f e r r i n gt h ea c h i e v e m e n to fr e s e a r c ho ft h ep r e v i o u sp a p e r so nt h e e x t e n s i v er e f e r e n c ei no p t i m a la l l o c a t i o no fw a t e rr e s o u r c e s ，b r i e f l yi n t r o d u c e dt h e s 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 , b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n to ft h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ew a t e rr e s o u r c e s ，a n dp o i n t e do u tt h a tt h ew a t e rp r o b l e m sa n dt h e d a n g e r s o fs o c i a la n de c o n o m i cd e v e l o p m e n t f r o mt h eb a s i c c o n f i g u r a t i o n o p t i m i z a t i o nc o n c e p ta n dc o n n o t a t i o n ，i n t r o d u c e dt h es e v e r a li m p o r t a n tt h e o r y , b a s i c p r i n c i p l e s ，a l l o c a t i o nm e t h o d sa n ds o m eb a s i ct h e o r yo fo p t i m a la l l o c a t i o no fw a t e r r e s o u r c e s f i n a l l y , f r o mt h ee c o n o m y , s o c i a la n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n tt h et h r e e a s p e c t s ，r e s e a r c ht h er e l a t i o n s h i po fw a t e rr e s o u r c ea n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t a n d t h e ns u m m a r i z ei n d e t a i lt h ep r e d i c t i o no ft h er e s e a r c hm e t h o d sa n dt h ew a t e r ， s u m m a r i z e dt h el 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 i c a lw a t e rd e m a n df o r e c a s t i n g f o r m u l ao f , f i n a l l yu s i n gt h em e t h o do fw a t e rp r e d i c t e dt h ew a t e rd e m a n d e s t a b l i s h e d t h eo p t i m i z e da l l o c a t i o nm o d e lb a s e do nt h em a x i m u mc o m p r e h e n s i v eb e n e f i t so f s o c i a l ，e c o n o m ya n de n v i r o n m e n t t h eq u a n t i z a t i o nm e t h o d so ft h es o c i a l ，e c o n o m i c a l a n de n v i r o n m e n t a lo b j e c t i v e sa n dc o o r d i n a t i o no f e c o n o m i c a ld e v e l o p m e n ta n dw a t e r r e s o u r c e ，e n v i r o n m e n t a r e e x p l o r e d a n dd e t e r m i n a t i o nm e t h o do ft h em o d e l p a r a m e t e r s i s g i v e n i n t r o d u c et h eb a s i cp r i n c i p l ea n ds o l v i n gs t e p so fg e n e t i c a l g o r i t h m f i n a l l y , t a k et h eo p t i m a la l l o c a t i o no fw a t e rr e s o u r c e si nh e n g s h u ic i t yf o r e x a m p l e ，b a s e do ni n t r o d u c i n gt h er e g i o n a ln a t u r a lc o n d i t i o n ，s 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 , t h ew a t e rr e s o u r c e ss i t u a t i o n ，t h eo p t i m a la l l o c a t i o no fw a t e r r e s o u r c e s o ft h ea r e ao ft h ec a l c u l a t i o na n da n a l y s i sm e t h o do fs u p p l ya n dd e m a n do fw a t e r r e s o u r c e s ，e s t a b l i s ht h eo p t i m a la l l o c a t i o no fw a t e r r e s o u r c e sm o r et a r g e tm o d e l ，u s i n g g e n e t i ca l g o r i t h m ，o b t a i nh e n g s h u ic i t yi nd i f f e r e n tp l a n n i n gl e v e ly e a r s ( 2 0 15 ，2 0 2 5 ) ， a tt h ei n s u r a n c er a t eo f7 5 i nt h ew a t e rr e s o u r c e sr a t i o n a l l yp l a n a n dt h eo p t i m u m a l l o c a t i o nr e s u l t sa r ea n a l y z e dw i t hd e p a r t m e n to fw a t e r , w a t e rs h o r t a g ea n a l y s i s ，a n d t h et a r g e tv a l u ea n ds y s t e mc o o r d i n a t i o na n a l y s i s a c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n ta n d u t i l i z a t i o no fw a t e rr e s o u r c e si nh e n g s h u ic i t ya n dp u t sf o r w a r dt h er e l e v a n t c o n f i g u r a t i o nc o u n t e r m e a s u r e sa n ds u g g e s t i o n s k e yw o r d s - w a t e r r e s o u r c e s ，o p t i m a la l l o c a t i o n ，s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ， m u l t i - o b j e c t i v e ，h e n g s h u ic i t y 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 第一章绪论 随着人类社会经济的快速发展和世界人口的不断增长，人类正在以空前的速 度和规模开发利用极其有限的水资源。水是人类赖以生存和社会经济发展不可缺 少的物质基础，而水资源的合理开发利用关系人类社会的稳定持续发展。对于我 国而言，虽然水资源总量位居世界前列，但因我国人口众多，水资源人均占有量 小，在世界范围内属于水资源短缺的国家，另外，可利用的淡水资源有限，且水 资源的不合理开发利用，造成城市缺水问题日益突出、水体污染日趋严重、洪涝 灾害与沙漠化问题并存。 水资源优化配置是指在流域或特定的区域范围内，遵循高效、公平和可持续 性原则，通过各种工程与非工程措施，考虑市场经济规律和资源配置准则，通过 合理抑制需求、有效增加供水、积极保护生态环境等手段和措施，对多种可利用 的水源在区域间和各用水部门间进行的调配【1 1 。自1 9 7 2 年可持续发展思想被首 次提出以来，加之一些发达国家在2 0 世纪8 0 年代大力发展工业，不惜以牺牲环 境效益为代价，人类才彻底醒悟：高消耗、高污染、先污染后治理的传统发展模 式已经不再适应当今和未来发展的需要，必须寻找一条社会、经济、资源、环境 相协调的可持续发展之路1 2 j 。 面对水资源短缺的严峻形式，造价高昂的工程性措施使得水资源优化利用问 题难以得到快速解决，因而人们将注意力集中到采用科学优化技术方法，通过建 立水资源优化配置模型，对现有水资源在区域内各个用水部门间进行合理配置。 水资源优化配置是一个涉及社会、经济、环境等等方面的复杂的巨系统科学研究 问题。因此，科学合理的水资源优化配置应在可持续发展思想的背景下，在自然 资源和生态环境承载力范围内进行，进而解决日益突出的水资源短缺问题，将受 损的环境系统进行修复和重建。 1 1 2 研究意义 水资源优化配置，是指以可持续发展战略为指导思想，运用系统分析理论与 优化技术，将区域有限水资源在各子区、各用水部门之间进行最优化分配，从而 第一章绪论 获得社会、经济、环境协调发展的最大综合效益。其研究意义是： ( 1 ) 促进水资源的合理有效利用 水资源优化配置在不增加水资源供给量且不减少水资源需求量的基础上进 行配置，最终实现系统的总体效益的最大化。因为水资源配置是将总体效益最大 确定为最终目标，进而采用优化技术方法，结合区域社会经济发展战略，调整产 业结构，制定管理措施，对耗水量大的用水部门进行管理和约束，对于水资源利 用率高、总效益大的用水部门增加供水量，从而使水资源得到合理有效利用。原 水利部汪恕诚在“水权和水市场”的讲话中指出，通过水资源优化配置提高水资 源利用效率，实现水资源可持续利用，这是2 1 世纪我国水利工作的首要任务【3 1 。 ( 2 ) 促进社会、经济、环境协调发展 尽管我们一直强调发展，但是单纯追求经济增长并不代表社会必然发展。单 方面追求经济增长的水资源优化配置方式是以牺牲生态环境作为代价，对自然环 境和人类的生存发展构成了威胁。只有社会、经济、环境相互协调发展才是最佳 的发展模式，才是满足可持续发展思想的配置理念，这种配置方式在使经济效益 得到增长的同时，也保护了自然资源和生态环境，保障了可持续发展的顺利进行。 ( 3 ) 促进新算法的实际应用 区域水资源优化配置问题涉及多目标多因素，是一个复杂大系统问题，构建 的优化模型属于多目标多阶段非线性问题。在解决这一复杂问题时，传统的优化 算法受到了阻碍。新近发展起来的智能优化算法，遗传算法、模拟退火、神经网 络、禁忌搜索等，使得这些复杂优化问题在解决时有了新的方法。探讨新算法在 水资源系统中的应用在促进这些算法的实际应用的同时也为解决复杂大系统优 化问题积累了丰富的经验。 ( 4 ) 为其他资源的分配提供思路和借鉴 全世界资源丰富，除水资源之外，土地、石油、天然气、矿物等都属于自然 资源，对于人类的生产和生活都具有至关重要的作用。目前，资源短缺问题日益 严重，各种自然资源都存在供需矛盾。因此，解决好水资源的优化配置也为其他 资源的配置问题提供思路和借鉴，具有一定的借鉴性。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外水资源优化配置研究进展 就水资源优化配置研究的起步来说，国外发展得较早，2 0 世纪4 0 年代m a s s e 提出的水库优化调度问题，是水资源优化配置研究领域内最早的以水资源系统分 第一章绪论 析为手段对水资源进行合理配置的研究。2 0 世纪5 0 年代以来，更多的学者开始 针对水资源系统分析展开研究，随着系统分析理论和优化技术的引入以及6 0 年 代计算机技术的发展，水资源系统模拟技术得以迅速研究和应用。1 9 6 2 年，m a a s s 等人提出了模拟技术在评价流域经济开发指标中的应用实例。7 0 年代，随着数 学模型优化和模拟技术的发展，水资源优化配置方面的研究成果逐渐增多。1 9 7 1 年，d h m a r k s 提出水资源系统现行决策规则，1 9 7 2 年，y o u n g 和b r e d e n o e r 提 出了一种通过地表水与地下水的联合运行来进行模拟的模型【4 】。随后，通过构建 数学模型来进行水资源系统方法的研究更加广泛。 2 0 世纪8 0 年代，有关水资源研究的深度和广度都逐渐增大。1 9 8 2 年p e r a s o n 等学者用多个水库的控制曲线，以最大产值、输送能力和预测的需求值作为约束 条件，用二次规划的方法研究了某一区域的用水分配问题【5 1 。英国学者 e w h e r b e r t s o n 6 】等，以潮汐电站作为研究对象，构建模型对海湾的水资源分配进 行了模拟计算。荷兰学者e r o m i j n m t a m i g a 在水资源具备经济效益和环境效 益这一特点的基础上，构建了水资源配置问题的多目标模型。1 9 8 3 年，d e s h e e 将科学优化技术和模拟方法联合运用对美国某一地区构建了城市水资源配置系 统。同年，n 伯拉斯发表著作水资源科学分配可算作较早的对水资源合理配 置理论进行系统探讨的著作。作者对二十世纪六、七十年代发展起来的水资源系 统工程理论进行了总结，较为科学、系统地阐述了水资源有效利用方法。 2 0 世纪9 0 年代以来，水资源供需矛盾加剧、水质污染日趋严重，人们在进 行水资源优化配置研究时不仅仅关注水量的配置，将更多的精力集中在对水质的 约束上。1 9 9 2 年，a f z e a l ，j a v a i d 等为解决巴基斯坦某一供水系统的不同水质优 化问题通过建立线性规划模型进行优化。1 9 9 5 年w a t k i n s d a v i dw j r 提出了具有 可持续性的水资源优化配置构架，这一构架也具有一定的风险性，与此同时可以 解决联合优化调度问题的模型被建立了起来【5 j 。1 9 9 7 年w o n gh u g hs 等提出支 持地表水、地下水联合运用的多目标、多阶段优化管理的原理与方法，在模型构 建中考虑将区域内水源及跨流域调水水源进行综合利用，并提出水资源紧缺的相 关对策性建议。1 9 9 9 年k u m a r a r u n 等针对污水排放问题数学不确定性优化模型， 针对流域水质处理问题提出了一些经济上和技术上的可行性建议。由于此模糊模 型没有将因行业不同而导致的污水排放量和处理程度不同这一因素加以考虑，作 者在此基础上提出了一个针对所有污水排放问题的非歧视可替代方案。进入2 1 世纪后，对于水资源优化配置的研究更加倾向于考虑水质因素的配置。2 0 0 3 年 g o r a n t i w a r 7 等人对灌溉系统进行了水资源优化配置研究，且针对不同土壤类型 进行了优化。2 0 1 0 年m a h i o 嘶【8 】等人以经济和环境因素为目标，建立基于水质因 素的水量优化模拟模型对区域水资源进行优化配置。 第一章绪论 1 2 2 国内水资源优化配置研究进展 国内水资源优化配置研究起步晚、发展快。2 0 世纪6 0 年代，学者们对于水 资源优化配置的研究集中于水源优化调度研究【9 】。直到1 9 8 0 年以后才开始展开 区域水资源优化配置的研究。2 0 世纪8 0 年代初期，由华士乾教授为首的研究小 组对北京地区的水资源利用系统工程方法进行了研究，并在国家“七五”攻关 项目中加以提高和应用。该项目研究考虑了水量的区域分配、水资源利用效率、 水利工程建设次序以及水资源开发利用对国民经济发展的作用，成为水资源系统 中水量合理分配的雏形【1 0 。刘建民等( 1 9 9 3 ) 采用大系统多目标递阶分析方法建 立了供水模型，此模型同时具有模拟和优化双重作用，并以北京、天津、唐山三 个地区为例，进行供水系统的优化调度研究【1 1 】。中国水利水电科学研究院等单位 ( 1 9 9 7 ) 系统地总结了以往工作经验，将宏观经济、系统方法与区域水资源规划 实践相结合，提出了基于宏观经济的多层次、多目标、群决策方法的水资源优化 配置理论，开发出了基于华北地区的宏观经济水资源优化配置模型，为大系统水 资源的合理分配研究开创了新方法和新思路i _ 1 2 】。1 9 8 8 年贺北方1 1 3 j 提出了区域水 资源优化分配问题，建立了大系统序列优化模型，采用大系统分解协调技术求解。 1 9 8 9 年贺北方又建立了二级递阶分解协调模型，运用目标规划进行产业结构调 整，并将该优化模型应用于郑州市水资源系统分析与最优决策研究中。同年吴泽 宁【1 4 】等以经济区社会经济效果最大为目标，建立了经济区水资源优化分配的大系 统多目标模型及其二阶分解协调模型，采用多目标l p 技术求解，并以三门峡市 为实例进行验证。 国内学者在流域范围内的水资源优化配置问题上也有一定的研究。黄河水利 委员会( 19 9 8 ) 进行了“黄河流域水资源合理分配及优化调度研究”，对于流域 内的经济状况、水资源状况和生态环境条件进行了分析研究和评价，是国内最早 对流域水资源优化配置问题展开研究的单位，也首次将模型软件应用在大型流域 水配置问题上【1 5 】。1 9 9 4 年唐德善【1 6 】将多目标规划的思想应用在黄河流域水资源 配置中，建立了多目标优化配置模型，提出了针对大系统多目标递阶动态规划的 求解方法。1 9 9 8 年由黄河水利委员会勘测设计研究院负责的“黄河流域水资源 合理分配和优化调度研究”中，建立了水资源决策支持系统，该系统包括数据库 和模型库，对黄河流域水库联合优化调度模型进行了初探【l 7 | 。 通常采用传统的优化算法求解构建的水资源优化配置模型。如文献【l8 】采用常 规的l p 应用软件包求解所建立的线性规划模型。文献【1 9 】采用分解协调技术求解 大系统优化模型，进而采用广义简约梯度法对其子系统进行优化求解。文献【2 0 j 采用大系统分解协调技术先进行模型整体优化，进而按照不同水源再分别采用其 第一章绪论 他方法求解。 由于遗传算法对于不连续、高次非线性、非凸问题表现出优越性，国内一些 研究将遗传算法应用在水资源系统优化问题中。如1 9 9 7 年c h e ny u m i n g t 2 1 】在介 绍几种基本遗传算法的基础上，提出对传统遗传算法进行改进。2 0 0 0 年金菊良【2 2 】 等采用单亲遗传算法对水资源优化配置模型进行求解，并分析了该方法的全局收 敛性和实用价值。方红远等 2 3 1 对多目标优化遗传算法进行了阐述。采用遗传算法 针对苏北平原流域的多目标水资源优化分配问题进行了求解。 1 3 研究内容 本研究在水资源短缺问题日趋严重，水污染加剧，导致水资源产生供需矛盾， 从而不能被合理分配，严重制约社会经济稳定发展的背景下进行。将河北省衡水 市选作案例研究对象，展开水资源分配问题的理论探讨、模型构建和案例研究。 本研究基于可持续发展思想，对水资源的优化配置在考虑了经济效益的同时兼顾 了社会效益和环境效益，促进了水资源的有效利用，保证了社会、经济、环境的 协调发展，对解决衡水市的水资源短缺问题具有实际意义。本文综述可持续发展 思想和水资源优化配置理论的基础上，通过建立衡水市多目标优化配置模型，采 用遗传算法进行求解，最后得出衡水市水资源优化配置方案。主要研究内容包括： i 、提出水资源优化配置问题的研究背景和研究意义，并综述国内外研究现 状。 2 、论述可持续发展理论的概念和内涵，并分析可持续发展思想与水资源优 化配置问题的内在联系，将水资源的优化配置建立在可持续发展思想基础上。介 绍水资源优化配置的概念、内涵，论述其优点及不足，介绍水资源优化配置原则 和手段，为其合理配置提供理论支撑和方法保障，最后引出基于可持续发展的优 化配置理论。 3 、简要介绍需水预测的基本方法，并对影响预测的因素进行了探讨。将需 水部门分为生活需水、生态需水、农业需水和工业需水分别进行预测，根据现有 资料和数据采用适当的预测方法和预测公式并结合当地情况进行需水预测。 4 、在确定水资源分区、水源和用户的基础上，建立兼顾经济效益、社会效 益和环境效益基于可持续发展的多目标数学模型，并根据区域状况设定约束条件 和模型中的各种参数。选定遗传算法作为模型的优化算法，对其编码方式进行了 详细论述，并对遗传算法的一般求解步骤进行了总结和归纳。 5 、选取衡水市作为案例城市，针对其自然现状、社会经济状况和水资源特 点，对水资源系统进行规划分区。采用定额法对降雨保证率为7 5 时对2 0 1 5 、 第一章绪论 2 0 2 5 两个规划水平年的需水量进行了预测。建立衡水市水资源优化配置模型， 采用遗传算法进行优化计算，利用c 语言进行计算机脚本程序的编写，对模型 进行求解，得出水资源优化配置方案，并对配置结果、缺水量、目标值和可持续 发展协调度进行了分析。 6 、将理论分析及案例研究成果归纳总结并进行展望，指出未来工作中仍需 要深入研究的问题。 第二章可持续发展理论及水资源优化配置理论 第二章可持续发展理论及水资源优化配置理论 2 1 可持续发展概论 2 1 1 可持续发展理论的提出 随着科学技术和社会经济的飞速发展，尤其是工业革命的兴起和发展，加速 推进了人类文明发展的进程。但是由于社会经济发展所带来的人口过度膨胀、对 资源的掠夺性开采等问题，使得各种环境污染和资源短缺问题日益突出，同时以 较快的速度跨越空间范围，成为全球性问题。 1 9 7 2 年，在瑞典斯德哥尔摩召开的世界环境大会上，人们开始醒悟，不再 认为资源是无限拥有的，逐渐认识到资源的有限性和环境的可承载力，开始明白 经济发展要与环境、资源相协调。这次大会虽然由于发达国家与发展中国家的尖 锐分歧未能就环境与发展问题达成共识，但是意义十分重大，使得“可持续发 展”的萌芽得以孕育萌生。1 9 8 0 年，国际自然保护联n 2 ( i u c n ) 在发表的世界 自然保护大纲中首次提出“可持续发展”这一科学术语【2 4 1 。 1 9 8 3 年1 2 月，由挪威首相b r u n d t l a n d 夫人主持成立一个独立的特别委员会 ( 即“世界环境与发展委员会”) ，专门研究制订“全球的变革日程”。经过4 年 的努力，19 8 7 年，b r u n d t l a n d 夫人在世界环境与发展委员会上作了著名的题为 o u rc o m m o nf u t u r e 的报告。明确提出了“可持续发展”的概念，即可持续发展 是指“人类在经济社会发展和资源开发中，以确保它能够满足目前的需要而不破 坏未来发展需求的能力”【2 5 】。这一概念在1 9 8 9 年联合国环境规划署( u n e p ) 第 1 5 届理事会通过的关于可持续发展的声明中得到接受和认刚2 6 j ，可持续发 展己成为各国研究的中心议题和理论基点【2 7 1 。1 9 9 2 年联合国环境与发展大会通 过的2 l 世纪议程，标志着“可持续发展”已经从理论走向了实际，并且成为 全人类共同追求的目标。1 9 9 4 年，我国发表了中国2 1 世纪议程一中国2 l 世 纪人口、环境与发展白皮书，指出“走可持续发展之路，是中国在未来和下一 世纪发展的自身需要和必然选择”【2 引。 2 1 2 可持续发展理论的内涵 目前，世界上普遍将可持续发展定义为：既满足当代人的需求，又不损害后 代人满足其需求的能力。其中，发展要求以人类社会物质财富增长为基础，将满 第二章可持续发展理论及水资源优化配置理论 足所有人利益需求作为标准，最终实现整个社会全面进步，这个过程是一个国家 社会经济发展的必然。而可持续是整个发展过程中需要保持的一种状态，即持续 性。自然界拥有的资源是有限的，环境承载力也是有限的，而人类追求发展的欲 望是无限的，持续性即是要求平衡物质稀缺性和追求经济效益最大化、满足当代 人发展需求但不剥夺后代人追求发展的权利。可持续发展的内涵十分丰富，涉及 到社会、经济、人1 ：3 、资源、环境、科技、教育等各个方面，但其实质是要处理 好人口、资源、环境与经济的协调发展关系。可持续发展的根本目的是满足人类 日益增长的物质和文化生活的需求，不断提高人类的生活质量。它的核心问题是， 使自然资源能够持续不断的满足社会经济发展的需要。概括地讲，可持续发展的 内涵主要有以下几点： ( 1 ) 可持续发展的目标是保障社会的持续稳定发展。可持续发展最终强调 发展，是指在不损害环境利益的前提下保证经济的快速发展。它是以控制人口数 量和保护生态环境的基础上倡导社会的持续稳定发展。可持续发展思想以人为一 切原则的出发点；能够保证后代人利益的发展才是真正的发展，当代人应尽可能 使子孙后代能够永续发展和安居乐业。 ( 2 ) 可持续发展需要持续不断的资源供给和环境支持。然而经济和社会发 展不能超越资源和环境的承载能力，在保证发展的同时应注重资源的有效利用、 合理分配以及生态环境的保护。因此，合理有效利用资源和保护生态环境就成为 可持续发展的的当务之急。 ( 3 ) 可持续发展绝不支持以牺牲环境来换取经济效益，而是鼓励消耗低、 污染小、有利生态环境的经济增长方式。 ( 4 ) 可持续发展思想是保证资源和环境在满足当代人的基本需求下，使得 后代人同样可以共享自然资源，强调资源的公平合理配置。当代人在使用自然资 源时，应充分利用科学技术手段注重资源的高效利用和循环利用，提高资源利用 效率，并充分考虑到子孙后代的发展需要不能只为追求眼前利益和自身发展， 不顾后人利益，资源和环境是全人类共同享有的。 ( 5 ) 实施可持续发展战略需要政府出台相关政策和完善的法律制度作为保 障。实现可持续发展需要全社会的认可和支持，可行性政策的出台和完善的法律 是维持可持续发展的必要手段。另外，环境问题是全人类需要共同面对和解决的 问题，全世界各国应注重大局利益，站在保护环境的角度选择发展模式，一切从 提高资源利用率和为后代人造福的思想出发，保护全人类的利益。 第二章可持续发展理论及水资源优化配置理论 2 2 水资源优化配置与水资源可持续利用 2 0 0 0 年，u n e s c a p ( u n i t e dn a t i o n se c o n o m i ca n ds o c i a lc o m m i s s i o nf o ra s i a a n dt h ep a c i f i c ) q b 提到，水资源的优化配置要遵循三个原则：公平性原则，高效 性原则以及可持续性原则【2 引。 水资源可持续利用指在一定时空范围内水资源既能满足当代人的需要，又不 对后代人满足其需求的能力构成威胁的资源利用方式。水资源可持续利用强调在 保护生态环境、利用科学技术手段的条件下，对水资源进行合理配置，实现水资 源利用效率的最大化【2 9 1 。综上所述，水资源可持续利用主要包括三方面的含义： 第一，不剥夺后代人开发利用资源的权利，使用资源时考虑后代人的生存和发展 空间，能够持续不断的地满足当代人和子孙后代利用水资源的能力；第二，在水 资源可承载范围内进行适度的开发利用，尊重自然法则，不能为单纯追求经济效 益而过度开采水资源，使水资源的可持续利用得到保障；第三，在维持水资源持 续性和生态系统完整性的条件下，高效利用，合理配置水资源，尽量满足社会与 经济不断发展的需求。因此，可以从三方面来阐述水资源可持续开发利用的理论： ( 1 ) 水资源承载能力。水资源可承载力是指在一定的时间和空间范围内， 水资源可以维持人类的基本生活需要、社会的经济发展需要以及生态环境的存在 发展需求的能力。可持续利用的思想即要求水资源的开发利用不超越水资源承载 力，在可以保证的正在范围内进行适度开发利用。所以，要实现水资源的持续开 发利用就要进行水资源承载力的评价和分析，这也是可持续发展的必然要求。 ( 2 ) 水资源优化配置。实现水资源可持续利用的手段和方法多种多样，包 括工程性方法和科学技术方法。而水资源优化配置即是利用科学技术方法对有限 的水资源量进行合理分配，满足水资源在特定区域范围内各个用水部门间的供水 需求，是与社会、经济、环境等多方面因素相关的手段。因此，水资源优化配置 是实现水资源合理开发利用的重要手段。 ( 3 ) 水资源科学管理。良好的管理系统是促进水资源持续有效利用的又一 重要措施和保障。目前，我国水资源管理体系不明确、管理局面混乱、分工不明、 责任界限模糊，导致水资源的管理和规划工作不能有效进行。因此，制定科学合 理的水资源管理体系是保证水资源可持续开发利用的重要手段。管理促进发展， 也是保障可持续发展工作顺利、有序进行的方法和途径。高效的管理体制和完善 可行的法律制度，将会引导水资源的可发利用持续健康发展。 综上所述，进行承载力分析、优化配置以及科学的管理是水资源实现可持续 利用的重要途径，这三种途径不仅可以使水资源的利用实现可持续发展，更可以 将水资源利用导向与社会、经济、环境的协调发展之路。水资源承载能力分析是 第二章可持续发展理论及水资源优化配置理论 水资源可持续利用的基础措施条件。水资源优化配置是可利用水资源在各部门以 一定的原则进行最优化分配，其最终目的是提高水资源的利用效率，是水资源可 持续利用的具体手段和措施。水资源开发利用的高效管理体制和完善可行的法律 制度是水资源可持续利用的体制保障。可以看出，解决水资源的持续开发利用问 题，水资源的合理优化配置是重要途径和手段。 2 3 水资源优化配置理论 2 3 1 水资源优化配置概念与内涵 水资源优化配置是指在流域或特定的区域范围内，遵循高效、公平和可持续 性原则，通过各种工程与非工程措施，考虑市场经济规律和资源配置准则，通过 合理抑制需求、有效增加供水、积极保护生态环境等手段和措施，对多种可利用 的水源在区域间和各用水部门间进行的调配。水资源优化配置是一个需要将水资 源与社会、经济、环境等其他因素统筹考虑进行协调的一项科学方法【3 0 】。 供水和需水问题是水资源优化配置主要可以解决的两个主要矛盾，通过水资 源优化配置使各个用水单位摆脱竞争用水的局面，协调其用水量，结合管理措施 和工程性手段改变水资源紧缺的严峻状况。在解决需水矛盾时，则可以通过调整 社会经济发展战略，使经济在发展的同时兼顾资源和环境效益，对于耗水量大的 行业进行治理和调整，使其规范用水、合理用水，同时积极开展清洁生产行业， 通过宣传节水意识使全社会共同努力促进水资源的高效利用。 在宏观层面上，水资源优化配置是指在水资源开发利用过程中，对洪涝灾害、 水资源短缺、水土流失、水污染等问题进行统一治理、综合规划，并在现有水资 源状况下实现干旱与洪涝地区水资源的协调利用，努力开辟新水源，同时做到节 约水资源；将城镇和农村用水、现状与未来的资源开发利用问题进行统筹考虑， 真正实现可持续发展。在微观层面上，水资源优化配置是指供水和需水上的合理 配置。供水是指各种水源之间的合理配置，如地表水、地下水、中水、外调水等， 需水是指各用水部门之间的合理配置，如生活用水、工业用水、农业用水和生态 用水。多种水源和不同的用水部门构成了体系庞杂的城市供需水系统，在这一系 统上，水资源优化配置更可发挥其作用来协调水资源的可持续利用【3 。 2 3 2 水资源优化配置基本原则 水资源优化配置是以满足人口、资源、环境与经济协调发展对水资源在时间 上、空间上、用途和数量上的要求，使有限的水资源获得最大的利用效益，促进 第二章可持续发展理论及水资源优化配置理论 社会经济的持续发展，改善人类赖以生存的自然环境为主要目标。因此，水资源 优化配置必须遵循以下原则【3 2 j ： ( 1 ) 可持续原则。可持续发展是为了使各种自然资源持续不断的被利用， 其中也包括不损害后代人的生存发展利益的涵义。这一原则要求现状与未来、当 代人与子孙后代之间在利用水资源时要充分考虑后来人利益，保证持续协调利用 和公平共享的原则，不能为谋取私利而进行无节制地开发，甚至浪费。水资源不 同于其他资源，有其自身特点，它通过多种渠道进行补给和更新，在研究时应分 开考虑。例如，地表水主要指湖泊、河流、水库、池塘等水源，水量较丰富，当 代人在利用时不能因为考虑后代人利益而缩减利用量，使地表水资源由于蒸发而 白白浪费掉；地下水不同于地表水，需要很长时间进行补给循环，对地下水资源 的不合理开采利用不仅会引起地面沉降等生态问题，还会对后代人的资源利用造 成严重损害【3 3 】，因此，可持续原则要求对地下水的开采利用量在一定时间范围内 不得大于补给循环量。作为当代人，应集中一切力量来保护水资源的可再生性， 当代人的开发利用不能超越其区域范围内水资源的供给能力和承载能力，且在水 环境容量范围内进行污染物的排放，只有这样，水资源的利用才能实现可持续发 展。 ( 2 ) 效率原则。水资源作为紧缺性自然资源，应注重利用的同时将其效益 发挥到最大化，以相同的利用量创造出更大更多的效益。这里所提到的效益不单 单指经济效益，更包括社会效益和环境效益，是指能保证社会、经济、环境的综 合大系统协调有序地发展 3 4 , 3 5 。目前我国的水资源有效利用率较低，每立方米用 水所产生的经济效益明显低于发达国家，在节水措施和手段的研究发展上还具有 很大的潜力。节约用水和科学用水应成为水资源合理利用的核心和水资源管理的 首要任务。工业节水应通过循环用水，大力发展节水型工业，提高水的重复利用 率，降低工业用水定额并是排污量尽可能达到最小。农业节水则应大力提倡灌溉 节水，研制节水措施和方法，并努力减少蒸发渗漏水量，充分提高水资源利用效 率，达到节水增产的目的。城市生活用水应对市民广泛宣传节水意识，推广节水 生活器具的应用，倡导工作主动节约水资源，尽可能避免浪费。近几年我国城市 化进程加快，未来用水量必然有增无减，应重点加强城市和工业节水工作【3 6 | 。 ( 3 ) 公平性原则。当代人对水资源的开发利用不能因为谋取个人利益或眼 前利益而不顾后代人发展，剥夺后代人对资源利用的基本权利。另外，水资源是 全人类共有的资源，世界范围内各个国家各个地区均有享用资源的权利，在资源 利用上，人人平等。在水资源的保护上，每一个使用水资源的国家、个人也都有 义务保护水资源，对于破坏、污染水资源的人，也就有责任和义务进行修复和治 理，这也是公平性原则体现的一个方面。 第二章可持续发展理论及水资源优化配置理论 2 3 3 水资源优化配置手段 水资源合理配置的手段有工程手段、科技手段、经济手段和行政手段【”1 。 ( 1 ) 工程手段。利用工程性手段对水资源进行水量和水质上的调整和治理， 以实现水资源优化配置。水量上，通过蓄水、饮水、提水、输水、调水等工程， 增加水资源的供给量，尽可能满足各用水部门的需水要求。蓄水工程包括对河流、 湖泊、水库、池塘等的调配工程，饮水、提水、输水、调水等工程包括对河道和 渠道的改造和施工，跨流域取水，来扩大水资源量。水质上，通过建设污水处理 厂、中水再利用，进行海水淡化技术研发等手段来改善水资源的水质，以满足不 同取水用途需要。 ( 2 ) 科技手段。建立水资源信息系统，将可供水量、需水量、水资源分布 状况、水利工程设施分布等水资源基本信息输入到系统内，以便精确便捷的掌握 各种水信息，采用水资源决策支持系统技术进行调度决策，将先进高效的科学技 术手段运用到水资源优化配置中，提高水资源配置效率和水平。 ( 3 ) 经济手段。根据经济学原理，结合市场经济规律，建立完善的水市场 机制，发挥市场在水资源配置中的作用。制定合理的水资源经济管理政策，强化 政策效果。依据地域经济发展水平，建立合理的水价机制，实行税收制度，通过 征收水资源费、排污费等约束用水行为，通过补贴手段鼓励用水单位节约用水， 提高其开展节水措施的积极性。充分利用经济手段的特点，以最大限度解决水资 源供需矛盾。 ( 4 ) 行政手段。通过建立法律制度和管理政策对用水部门进行约束。行政 部门可对水资源进行统一的调配和调度，实现统筹规划、统一决策，充分发挥行 政手段的管理职能和作用，保障水资源的合理分配。 ( 5 ) 多种手段并举。上述手段应结合实施才能对水资源优化配置发挥良好 的效果。仅仅依靠一种手段难以应对目前我国水资源短缺问题背后各种复杂的问 题和矛盾，采用工程性手段的同时，利用科技手段辅助优化和决策，结合经济手 段和行政手段加以调控和约束，是解决水资源优化配置问题的必要性和根本性方 法。 2 3 4 基于可持续发展的水资源配置理论 水资源优化配置的目的是将社会、经济、环境三者之间的关系实现动态的协 调统一，最终在可持续发展这一思想下实现水资源的合理分配。基于可持续发展 的水资源优化配置是基于宏观经济的水资源配置的进一步升华，遵循人口、资源、 环境和经济协调发展的战略原则，在保护生态环境( 包括水环境) 的同时，促进 第二章可持续发展理论及水资源优化配置理论 经济增长和社会繁荣。对于可持续发展思想的研究，国内目前还处于基础理论研 究阶段，在区域实际发展中的应用研究还比较少，较大一部分基础理论研究主要 针对可持续发展指标体系建立与评价方面。对于水资源的可持续利用，主要侧重 于“时间序列”( 如当代与后代、当下与未来等) 上的认识，对于“空间分布” 上的认识( 如区域资源的随机分布、环境格局的不平衡、发达地区和落后地区社 会经济状况的差异等) 基本上没有涉及，这也是目前对于可持续发展思想理解的 一个误区，理想的可持续发展模型应是“时间和空间上的有机耦合”p3 i 。因此， 可持续发展思想