（水文学及水资源专业论文）城市水资源系统中若干重要问题的研究.pdf

大连理： 大学博士学位论文 摘要 城市水资源系统是一个复杂的大系统，包含供水系统、用水系统、排水系统、处理 系统、容纳系统和管理系统等。由于城市化进程的加快和工业的迅速发展，使得近年来 城市对水资源的需求急剧增长，同时由于供水设施建设滞后和水资源污染，目前全国大 部分城市出现不同程度的缺水现象，每年因缺水造成的直接经济损失达2 0 0 0 多亿元， 水资源短缺已经成为我国城市经济发展的重要制约因素；而且随着人口的不断增加及社 会经济的不断发展，城市水资源供需矛盾将更加尖锐。为缓解城市水资源供需矛盾、减 少因水资源短缺引起的社会、经济、生态等问题，合理预测未来需水、改革现有的城市 水资源管理体制并对未来水资源系统进行评价是解决城市水问题的有效途径。因此，本 文针对城市水资源系统存在的主要问题，结合国内外研究现状，对城市规划年需水进行 分析预测，通过市场手段对城市进行水权初始分配及水权交易研究，并对城市的水安全 状态进行了评价。主要研究内容和成果如下： ( 1 ) 城市长期需水预测研究。城市需水预测是城市给水和节水发展规划的基础， 文中选取对城市用水影响较大的因素作为预测指标，通过h p 滤波分析其指标及用水量 的趋势成分和波动成分。将需水及其影响因子的趋势性成分与波动性成分分别考虑，应 用多元线性回归法及模糊优选神经网络进行模拟预测，然后通过组合以获得城市需水的 预测值。通过验证，得出预测精度最高的组合预测模型作为城市需水的预测模型，预测 结果可以为城市总体规划提供一定的参考。 ( 2 ) 城市外调水水权初始分配研究。城市水权初始分配对于保护城市水资源、保 护生态环境、协调城市各地区各用水户的正当用水权益、合理开发利用水资源、节水和 提高用水效益、培育与发展水市场、优化配置水资源有着重大的意义。本文针对城市外 调水水源，借鉴传统水权分配原则，分析提出了外调水水权分配原则及量化方法，建立 了相应的多目标优化分配模型，通过综合考虑决策者经验以及城市社会、经济、用水现 状，确定经验权重及数学权重，结合经验权重和数学权重确定各目标的综合权重，进而 将多目标优化问题化为单目标优化问题进行求解。 ( 3 ) 城市工农业水权交易研究。水权交易是水资源配置制度创新的核心，是提高 水资源利用效率，实现水资源优化配置的有效手段。本文研究并建立了基于政府补偿与 基于水权“准市场 的两种不同的水权交易模型。对于政府补偿政策下的水权交易，本 文分析了交易价格的构成，建立了以“节水投入+ 转让补偿 为基础的“两部制 模 型，重点研究其中的农业水资源价值及补偿费用，提出了相应的简化模型；对于水权“准 市场 的交易模型，本文分析了在市场条件下，水权交易双方的出价策略及收益，建立 城市水资源系统中若干重要问题的研究 了水权交易的合作博弈模型，并得出该交易模型的纳什谈判解。最后以大连市为例建立 了大连市工农业水权交易模型，验证了模型的合理性。 ( 4 ) 基于工农业水权转让的城市水资源优化配置研究。以大连市为研究背景，参 考已有研究成果，考虑大连市工农业水权转让，建立了以缺水量最小及用水费用最小为 目标的水资源分配模型，分别得出在现状供水能力、工农业水权转让情况下的大连市 2 0 1 0 、2 0 2 0 年水资源配置方案，并分析了工农业水权转让对水资源配置的影响，为进行 比较，最后分析了引进外调水的大连市水资源配置及影响。 ( 5 ) 城市水安全评价的指标体系与评价方法研究。城市水安全的综合评价是制定 城市水安全战略与规划、进行城市水安全决策的前提和基础。在综合分析了城市水安全 内涵及特征的情况下，选取了影响城市水安全状态的定性及定量指标，建立了城市水安 全综合评价指标体系，并将指标进行了等级划分，确定了各等级的指标标准值。针对水 安全系统的模糊性，建立了多层可变模糊综合评价方法。最后，将模型应用到大连市， 并对大连市近年来水安全状况进行了评价。模型具有简便、易操作的特性，评价结果可 以为城市未来用水结构调整及水资源管理规划提供一定的方向。 最后对全文做出总结，对有待进一步研究的问题进行展望。 关键词：水资源系统；城市需水预测；水权初始分配；水权交易；水资源优化配置； 水安全评价；可变模糊集 大连理工大学博士学位论文 t h es t u d yo ns e v e r a li m p o r t a n t p r o b l e m si nu r b a nw a t e r r e s o u r c e ss y s t e m a b s t r a c t r a p i dp o p u l a t i o nr i s ea l o n g 诵mi m p r o v e ds t a n d a r d so fl i v i n g u r b a n i z a t i o na n d i n d u s t r i a lg r o w t hh a v el e dt oi n c r e a s e dd e m a n d c o m p e t i t i o na n dc o n f l i c t sa m o n gd i f f e r e n t w a t e ru s e r s ，t h e r e f o r et h ef u t u r ed e v e l o p m e n to fw a t e rr e s o u r c e sw i l lb em o r ed i f f i c u l td u et o t h el i m i t a t i o n so fh y d r o l o g y ，t o p o g r a p h ya n dg e o l o g y i no r d e rt or e l i e ft h ec o n f l i c to ft h e w a t e rs u p p l ya n dd e m a n d ，a n dl e s s e nt h em a t t e r sa b o u ts o c i e t y ，e c o n o m ya n de c o l o g i c a l e n v i r o n m e n tc a u s e db yw a t e rs h o r t a g e ，t or e f o r mt h ee x i s t i n gw a t e rr e s o u r c e sm a n a g e m e n t s y s t e mi saa ni n e v i t a b l ea p p r o a c ht os o l v et h eu r b a nw a t e rp r o b l e m s c o n s e q u e n t l y ，r e f e r r i n g t ot h er e s e a r c hr e s u l t sa th o m ea n da b r o a da b o u tw a t e rm a r k e t ，b a s e do nt h eu r b a nw a t e r d e m a n df o r e c a s t i n g ，t h eu r b a nw a t e rm a r k e ti ss t u d i e d ，a n dt h eu r b a nw a t e rs e c u r i t yi s e v a l u a t e d 砀em a i nr e s e a r c ha n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t l l es t u d yo fal o n gt e r mf o r e c a s t i n gm o d e lf o rt h eu r b a nw a t e rd e m a n d u r b a nw a t e r d e m a n di st h eb a s i so ft h ed e v e l o p m e n tp l a n n i n gf o rw a t e r - s u p p l ya n dw a t e r - s a v i n g i nt h e p a p e r ，t h ef a c t o r sc o r r e l a t i v ew i t hw a t e rd e m a n da l es e l e c t e d ，t h e nt h ef i e n da n dc y c l i c a l c o m p o n e n t so f t h ef a c t o r sa r ec a l c u l a t e db ym e t h o do fh o d r i c k p r e s c o t tf h p ) f i l t e r t h e nt h e m u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o nm e t h o di sa p p l i e dt os i m u l a t et h et r e n dc o m p o n e n t s ，a n dt h ef u z z y n e u r a ln e t w o r ki sb u i l tb a s e do nt h ec y c l i c a lc o m p o n e n t s ，a n dt h e nt h et w om o d e l sa r e c o m b i n e dt of o r e c a s tt h eu r b a na n n u a lw a t e rd e m a n d i no r d e rt oi l l u m i n a t et h em o d e l i ti su s e d t of o r e c a s tt l l ea n n u a lw a t e rd e m a n do fd a l i a na g a i n s ta c t u a ld a t ar e c o r d sf r o m19 8 0t o2 0 0 7 b yc o m p a r i n g 衍mt h et r a d i t i o n a lm e t h o d s ，t h ep r e f e r a b l em o d e la c c u r a c yd e m o n s t r a t e st h e e f f e c t i v e n e s so ff u z z yn e u r a ln e t w o r ka n dm u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o nb a s e do nh pf i l t e ri n f o r e c a s t i n gu r b a na n n u a lw a t e rd e m a n d t h er e s u l t ss h o wt h em o d e l i sr e l i a b l ea n df e a s i b l e a n d i tc a np r o v i d es o m er e f e r e n c e sf o ru r b a nw a t e rr e s o u r c e sm a n a g e m e n t ( 2 ) t h es t u d yo fu r b a nw a t e rf i g h t so p t i m a la l l o c a t i o n w a t e rf i g h t sa l l o c a t i o nh a sg r e a t m e a n i n g sf o rw a t e rr e s o u r c ep r o t e c t i o n ，e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，w a t e rr e s o u r c e s r a t i o n a lu t i l i z a t i o n ，w a t e rm a r k e td e v e l o p m e n ta n ds oo n a i m e da tt h ed i f f e r e n tw a t e r r e s o u r c e s ，t h ew a t e rr i 曲t sa r ed i v i d e di n t ot w ot y p e s ，t h et r a d i t i o n a lw a t e rr i g h t sa n dt h e n o n t r a d i t i o n a lw a t e rr i g h t s f o rt h et r a d i t i o n a lw a t e rf i g h t s ，f i v ea l l o c a t i o np r i n c i p l e sf o r w a t e rr i g h t sa l l o c a t i o no ft r a n s f e r r e dw a t e ra r ep r o p o s e d o nt h i sb a s i st h em u l t i o b j e c t o p t i m a la l l o c a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e df o rr e g i o n a lt r a n s f e r r e dw a t e rr i g h t s t h ed o m e s t i c w a t e rp r o c e s sw a t e ra n de c o l o g i c a lw a t e ra r ec o m p r e h e n s i v e l yc o n s i d e r e di nt h em o d e la n di t f u l l ya d d r e s s e sf a i m e s se f f e c t i v e n e s sa n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fw a t e rf i g h t sa l l o c a t i o n i no r d e rt os o l v et h em o d e lt h em u l t i o b j e c to p t i m i z a t i o nm o d e li st r a n s f o r m e di n t oa i l i 城市水资源系统中若干重要问题的研究 s i n g l e o b j e c to n ew i t haw e i g h t e dm e t h o db y f u n c t i o n s t h ew e i g h t so fo b j e c t i v ef u n c t i o n s t h ed e t e r m i n a t i o no ft h ew e i g h t so fo b j e c t i v e a r ed e t e r m i n e db yt h ec o m p r e h e n s i v ew e i g h t m e t h o d 砀eo b j e c t i v ew e i g h t sa r eo b t a i n e du s i n gt h ee n t r o p yw e i g h tm e t h o da n dt h e s u b j e c t i v ew e i g h t sa r eo b t a i n e db ya n a l y z i n gt h ei n t e n t i o no fd e c i s i o n - m a k e r s t h ew e i g h t so f t h ec o m p r e h e n s i v ed e c i s i o na r eo b t a i n e db yt h el i n e a l - w e i g h t i n gm e t h o d t h em o d e ln o to n l y c o n s i d e r st h er e a ls i t u a t i o nb u ta l s ot h ei n t e n t i o n so ft h ed e c i s i o n m a k e r sw h i c hm a k e si tm o r e f l e x i b l e f i n a l l yt h em o d e li sa p p l i e dt ow a t e rr i g h t sa l l o c a t i o ni nd a l i a n t h er e s u l ts h o w s t h a tt h em o d e li sv a l u a b l ei np r a c t i c ea n di tc a nb eu s e dt og u i d et h ep l a n n i n go fr e g i o n a l w a t e rt r a n s f e re n g i n e e r i n ga n dt 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 s ( 3 ) u r b a nw a t e rr i g h t st r a d ea n dt h ep r i c i n gm o d e ls t u d y w a t e rr i g h t st r a d ei st h ec o r et o i n n o v a t ew a t e rr e s o u r c ea l l o c a t i o ns y s t e m ，a n di ti sa l s oa ne f f e c t i v ea p p r o a c ht oa l l o c a t ew a t e r r e s o u r c e s i nt h ep a p e r ，t h eb a s i cc o n d i t i o na n dt h et r a d ep r i n c i p l eo fu r b a nw a t e rr i g h t st r a d e a r ea n a l y z e d ，a n dt h ew a t e rr i g h t st r a d em o d e l su n d e rt h eg o v e m m e n tc o m p e n s a t i o na n dt h e q u a s i - m a r k e ta r ee s t a b l i s h e d f o rt h em o d e lo fg o v e r n m e n tc o m p e n s a t i o n ，t h ep r i c i n gm o d e li s e s t a b l i s h e db a s e do nt l l et w o p a r tm o d e li n c l u d i n go fi n v e s t m e n tf o rw a t e rs a v i n ga n d c o m p e n s a t i o nf e e t h ea 西c u l t u r a lw a t e rr e s o u r c ev a l u ea n dc o m p e n s a t i o nf e ea r ed i s c u s s e d m a i n l y ，t h e nt h ec o r r e s p o n d i n gm o d e li sp r o p o s e dr e s p e c t i v e l y f o rt h em o d e lo fq u a s i m a r k e t ， t h eb i d d i n gs t r a t e g i e sa n db e n e f i tf u n c t i o n so fb o t l lt r a d es i d e sa r e p r o p o s e d ，t h e nt h e c o o p e r a t i v eg a m em o d e lf o rw a t e rr i g h t st r a d ei se s t a b l i s h e d ，a n dt h en a s hb a r g a i n i n gs o l u t i o n o ft h em o d e li sg i v e n i no r d e rt oi l l u s t r a t et h em o d e l s ，t h em o d e l sf o rw a t e rr i g h t st r a d e b e t w e e ni n d u s t r ya n da 酣c u l t u r ei sd e v e l o p e di nd a l i a n ( 4 ) u r b a nw a t e rr e s o u r c e so p t i m a la l l o c a t i o nb a s e do nt h ew a t e rf i g h tt r a d eb e t w e e n a g r i c u l t u r ea n di n d u s t r y r e f e rt ot h ee x i s t i n gr e s e a r c hr e s u l t s ，a n dc o n s i d e r i n gt h ew a t e rr i g h t t r a d eb e t w e e na g r i c u l t u r ea n di n d u s t r yi nd a l i a n t h ea l l o c a t i o nm o d e lf o rw a t e rr e s o u r c ei s e s t a b l i s h e d ，w h i c ht a r g e ti st om i n i m i z et h ew a t e rs h o r t a g ea n dt h et o t a lw a t e rc o s t f i n a l l y ， t h em o d e l i sa p p l i e dt oa l l o c a t ed a l i a n sw a t e rr e s o u r c e si n2 010a n d2 0 2 0 a n dt h ed i f f e r e n t a l l o c a t i o ns c h e m e sa r eg o t t e nu n d e rt h ec o n d i t i o n so fc u r r e n tw a t e rs u p p l yc a p a c i t y ，w a t e r r i g h t s t r a d eb e t w e e ni n d u s t r ya n da r g r i c u t u r ea n di n t e r - b a s i nw a t e rt r a n s f e r r i n g t h e i n f l u e n c e so ft h ew a t e rr i g h t st r a d ea n di n t e r b a s i nw a t e rt r a n s f e r r i n ga r ea n a l y z e d ( 5 ) t h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fu r b a nw a t e rs e c u r i t yi st h ep r e m i s ea n df o u n d a t i o n t ob u i l dt h es t r a t e g ya n dp l a n n i n ga n dm a k et h ed e c i s i o nf o ru r b a nw a t e rs e c u r i t y a f t e r a n a l y z i n gt h em e a n i n ga n dc h a r a c t e r i s t i c s ，t h eq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ei n d e x e s a r e s e l e c t e df o ru r b a nw a t e rs e c u r i t ye v a l u a t i o n ，a n dt h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m o fw a t e r s e c u r i t yi se s t a b l i s h e d t h e nt h ei n d e x e sa r eg r a d e da n dt h eg r a d es t a n d a r dv a l u e so f e a c hi n d e xa r ed e t e r m i n e d d u et ot h ef u z z i n e s so ft h ew a t e rs e c u r i t y s y s t e m t h e i v 大连理： 大学博士学位论文 m u l t i h i e r a r c h yv a r i a b l ef u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o di sb u i l t 。f i n a l l y ，t h em o d e li s a p p l i e dt oe v a l u a t et h eu r b a nw a t e rs e c u r i t yo fd a l i a n t h ec a s es t u d yp r o v e st h a tm o d e la n d m e t h o da r er e a s o n a b l ea n df e a s i b l e ，a n dt h ee v a l u a t i n gr e s u l t sc a l lp r o v i d er e f e f e n c ef o r a d j u s t i n gt h eu r b a nw a t e ru t i l i z a t i o ns t r u c t u r ea n dw o r k i n go u tt h ew a t e rr e s o u r c e s m a n a g e m e n ta n dp l a n n i n g l a s t l y ，t h ec o n c l u s i o n sa n dt h ep r o b l e m sn e e dt ob ef u r t h e rs t u d i e da r eg i v e na tt h ee n do f t h ed i s s e r t a t i o n k e yw o r d s ：w a t e rr e s o u r c e ss y s t e m ；u r b a nw a t e rd e m a n df o r e c a s t i n g ；w a t e r r i g h t s i n i t i a la t t o c a t i o n ；w a t e rr i g h t st r a d e ；w a t e rr e s o u r c e sa l l o c a t i o n ；w a t e r s e c u r i t ye v a l u a t i o n ；v a r i a b l ef u z z ys e t v 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。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。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目： 作者签名： 大连理工大学博士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，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，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 赵务盘墼! 缝幽盘j 查型垫兰；立垫： 日期：肆年上月卫日 日期：j 学年月乒日 大连理工大学博士学位论文 1 绪论 1 1 选题背景和研究意义 1 1 1 选题背景 水是人类生存和生产不可或缺的基础性资源，也是保障区域经济社会可持续发展的 关键要素【l 】。随着人口数量的持续增长及经济社会的快速发展，人类社会对水资源的需 求量将继续增加，水资源短缺及其导致的水危机已成为世界各国社会经济发展过程中面 临的一个共同的问题。 城市是流域主要用水行政区域，本文以城市为研究对象，重点研究缺水城市的水资 源系统中的几个重要问题。自1 9 9 8 年以来，我国城市化进程迅速加快，城市化水平每 年都在以1 5 2 2 个百分点的速度增长，2 0 0 4 年城市化水平已达4 1 8 ，正处在快速城 市化时期。城市的快速发展和城市规模的不断扩大给许多城市的水资源带来了巨大的压 力，使得城市水资源短缺和水污染等问题日益突出。尤其是大中城市，地域狭小，集雨 面积小，人口密度大，生产活动集中，取水和排污均比较集中，对水环境破坏力大。随 着经济的快速发展，城市水资源问题日渐尖锐，长期粗放的经济增长方式加剧了我国水 资源问题的严重程度，设施不足、水源短缺和水环境污染成为困扰我国城市社会经济发 展的三大问题。目前我国的城市水资源面临以下几个问题： ( 1 ) 城市水资源短缺问题 城市缺水是当前的一个世界性问题，是城市发展到一定阶段的产物。据统计，1 9 9 6 年在全国的6 6 6 个建制市中，有3 3 0 个城市不同程度缺水，在3 2 个百万人口以上的特 大城市中，有3 0 个城市长期受缺水的因扰。2 0 0 0 年的资料指出，在全国6 6 9 个城市中， 4 0 0 个城市常年供水不足，其中有1 1 0 个城市严重缺水，日缺水量达1 6 0 0 万立方米。值 得注意的是，在我国经济比较发达、人口比较集中的地区，特别是水资源短缺地区( 如 海河及黄河下游平原、山东半岛、辽河平原及辽东半岛、汾渭地堑、淮北平原、四川盆 地等) 的城市水的供需矛盾尤为突出1 2 】，而且近年来南方城市旱情严重，如2 0 0 6 年四川、 重庆的旱灾，及2 0 0 9 年湖南、湖北的旱灾。据报道，由于供水不足，城市工业每年的 经济损失达2 3 0 0 亿元。同时给城市居民生活造成许多困难和不便，成为城市社会中的 一种隐忧。据预测，我国城市化进程还将逐步加快，2 0 0 5 年底我国城市人口增长率已由 1 9 8 0 年的1 9 增长到4 3 ，2 0 2 0 年将达到5 0 左右1 3 j ，2 0 3 0 年中凼人i - 1 将达到1 6 亿， 崩时人均水资源肇仅有1 7 5 0 立方米：3 大产业的结构将调整为7 9 ：4 8 5 ：4 3 6 1 训。在充 分考虑节水情况下，预计用水总量为7 0 0 0 亿全8 0 0 0 亿立方米，要求供水能力比现在增 城市水资源系统中若干重要问题的研究 长1 3 0 0 亿至2 3 0 0 亿立方米，全圈实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，水资源 丌发难度极大。 ( 2 ) 水环境不断恶化，水体污染严重 随着工业化和人口城市化过程的加快，我国水源污染问题日趋严重，对城市的用水 安全带来了巨大压力，其主要污染源为工业废水、农药、生活污水以及各种固、气体废 弃物等，其中工业废水的危害更为严重。2 0 0 6 年6 月，中国环境监测总站发布的1 1 3 个环境保护重点城市集中式饮用水源地水质月报就已经提供了这样一组数据：有1 6 个城市水质全部不达标，占重点城市的1 4 ；有7 4 个饮用水源地不达标，占重点城市 饮用水源地的2 0 1 ；有5 2 7 亿吨水量不达标，占重点城市总取水量的3 2 3 ，很多城 市饮用水源地污染已经是一种常态。如2 0 0 5 年的哈尔滨市“松花江事件、2 0 0 7 年5 月2 8 日暴发的太湖水域蓝藻事件、以及上海及沿黄城市的守着江河缺水喝的危机等。 这样接连不断的城市水源地受到污染，中心城市大规模停水事件终于把中国饮用水安全 的问题从农村扩展到了城市。目前，中国水污染已经呈现了局部向整个流域发展的特征， 导致各流域从单纯到复合性的水质退化，中国成为世界水污染情况最严重的国家之一， 全国水源地安全状况已经受到了威胁【5 j 。 ( 3 ) 水资源利用率低，水资源浪费严重 在城市水资源短缺的同时，工业和城市生活用水存在着严重的浪费，且用水效率极 为低下。由于工艺设备和管理的落后，我国工业用水量远远大于发达国家，我国工业万 元产值用水量为1 0 0 立方米，是国外先进水平的1 0 倍。我国的主要工业行业用水效率 明显低于发达国家，许多工业产品的单位产量需水量远远超过发达国家的用水量，工业 节水的潜力很大。城市生活用水同样存在浪费，城市生活用水跑冒滴漏现象十分普遍。 多数城市仅供水管网及用水器具跑冒滴漏损失率超过2 0 。 ( 4 ) 城市水安全问题严重 随着社会经济的不断发展，资源短缺、人口增长和环境退化等压力日益增加，水资 源短缺、水环境恶化和洪灾、旱灾等水安全问题成为当前最突出的水问题，它们严重威 胁着人类社会生存和经济的可持续发剧酬。 由于人类滥用资源、破坏生态环境，使得近年来气候的剧烈变化、灾害性天气的频 繁发生，旱灾与洪灾频发。我国北方地区自1 9 9 9 年以来几乎每年都发生旱情。1 9 9 9 2 0 0 3 年大连连续5 年严重干旱，旱情持续时间之长，波及面之广、危害与影响之大，都是历 史上罕见的。截止2 0 0 1 年6 月1 5 日，旱象发展到顶点时，城市供水告急1 7 j 。2 0 0 6 年青 海遭遇了近年来最严重的旱灾，部分地区群众面临口粮短缺、吃水困难。2 0 0 7 年，由于 大连理j 亡大学博士学位论文 极端天气气候事件频发，许多地区持续高温少雨，我国遭受了1 0 年来最严重的旱情。 据统计，2 0 0 7 年，全国农作物累计受旱面积达5 9 9 亿亩，因旱造成粮食损失3 7 3 6 亿公 斤、经济作物损失4 2 2 4 亿元，林牧业和水产养殖业直接经济损失9 2 6 亿元，减少水力 发电4 3 3 亿千瓦时；全年共有2 7 5 6 万农村人口、2 0 6 0 万头大牲畜因旱发生饮水困难； 有1 7 个省份的1 0 6 座城市出现不同程度供水短缺，影响人口2 0 4 4 万人、工业产值1 2 3 7 亿元。 在某些地区发生干旱的同时，有些地区由于降雨增加而造成洪水灾害。1 9 9 8 年夏季， 我国长江、嫩江和松花江流域发生了特大洪水，九江市城区因长江干堤溃口而部分被淹， 全市直接经济损失1 1 4 亿元。1 9 9 9 年太湖流域发生特大洪水，全流域洪灾损失1 3 1 亿元， 其中城市洪灾损失占5 0 以上。同年，嘉兴市遭遇百年未遇的洪灾，据统计直接经济损 失达4 5 亿多元。2 0 0 7 年7 月，云南、贵州、湖南、重庆、河南等地部分地区又遭暴雨 侵袭。暴雨引发部分地区出现山洪，路面积水严重，供电中断，造成严重的社会经济损 失【8 】o 由上述分析看出，目前我国水资源问题在我国南北方城市中均比较突出，水资源问 题严重影响了我国城市社会、经济的发展。为解决城市缺水及水污染的现状，目前大部 分城市采用引进外调水、加大污水处理率及中水回用率、海水淡化等方法来满足城市用 水需求。 造成我国城市水资源的困境和危机的原因，有自然因素，也有人为因素。需水预测 不准、水资源管理体制的不完善，是造成水资源的污染和浪费、激化水资源供需矛盾、 产生水资源危机的重要原因。城市水资源系统中面临的挑战涉及资源、环境、经济等许 多领域的问题，这些问题的形成与发展有其历史的背景，但主要是在发展中产生的，其 主要原因为( 1 ) 决策者对城市未来需水预测不合理，造成水资源管理决策的失误：( 2 ) 水资源管理体制革新较慢，无法适应现有的市场经济体制；( 3 ) 由于水资源的不合理 开采及利用，造成一系列的水问题，从而引发了一系列粮食安全问题及社会、环境等其 他安全问题。鉴于城市供水水源的复杂性，以及城市水资源系统中存在的问题，主要研 究城市的需水预测、水权分配及交易、城市水安全评价等几个主要问题。 1 1 2 研究意义 社会经济的发展离不开水资源的支撑，我国正面临着严重的水资源危机，随着将来 我国社会经济的进一步发展和人口的持续增长，水资源供需之间的矛盾将更为尖锐。长 期以来，我国的水资源分配体制是一种指令配置模式的延续，主要通过行政手段来配置 水资源。在这种模式下，水资源没有得到合理利用，浪费严重，供需矛盾日趋尖锐。在 城市水资源系统中若干重要问题的研究 水资源日益稀缺、市场转型的新形势下，旧的配置方式不能有效协调各方利益矛盾，必 须进行改革。发展水权交易市场，通过水权转让可以达到资源优化配置的目的。本论文 从城市水资源系统着手，重点研究系统中的城市需水、城市水权以及城市水安全评价问 题，具有重要的理论与现实意义，主要表现如下： ( 1 ) 城市需水研究对城市给水系统的安全运行以及水资源的科学管理具有重要意 义。 城市水资源系统的基础是供需预测，在已有供水能力条件下，城市未来需水是水资 源规划管理的基础，是决策者对城市进行给水系统调配的直接依据。随着社会和经济的 不断发展，城市用水需求不断上升，但可供水量却非常有限。为了解决这一矛盾，就必 须对当地的水资源利用情况进行分析和预测。因此，合理而准确的城市需水预测对决策 者进行长远规划与管理城市的水资源和水利工程具有重要的意义。 ( 2 ) 城市水权研究有利于高效配置水资源、协调用水户间用水矛盾、确保经济社 会的可持续发展。 现代产权经济学认为，产权制度对短缺资源的配置具有决定性的影响。利用市场经 济刺激手段，可有效地促进短缺资源的优化配置，缓解资源供需矛盾【9 】。城市水权制度 研究是解决水资源短缺问题最为有效的经济手段。在水市场中，水权作为一种商品可以 进行交易、转让，并通过对转让者的补偿，促进用水户自觉的节约用水，以争取更大的 经济效益，也促进了水资源的高效利用。同时，加快城市水权研究、建设节水型社会可 以解决水资源的供需矛盾、提高水资源利用效率，改善生态环境、促进城市经济社会可 持续发展。 ( 3 ) 城市水安全评价对于指导城市用水发展具有重要的意义 城市社会经济发展与水安全之间的互动关系较为密切，水安全问题已经越来越成为 直接危及二十一世纪人类的食物、经济、生态、社会和国家安全，乃至人类生存的安全 问题1 6 j 。科学合理的水安全战略对促进经济社会全面协调、持续健康发展、维护生态环 境系统的持续良性循环具有巨大的促进作用。而水安全评价是人们了解城市水安全状 况，并采取行之有效的措施来保障城市水安全的前提和基础。 1 2 城市水资源系统中主要问题的研究综述 1 2 1 城市需水长期预测研究进展 城市需水长期预测一般是指以水资源规划为目的，其预测周期长，考虑因素多，一 般与规划年限相一致。城市需水量预测是根据城市历史用水量数据的变化规律，并考虑 大连理：r 大学博士学位论文 社会、经济等主观因素和气候变化等客观因素的影响，利用科学的、系统的或经验的方 法，对城市未来需水量进行预测。由于城市需水长期预测涉及未来发展的诸多因素，在 规划期难以准确确定，所以预测结果常常欠佳【10 | 。目前，国内外学者应用不同的方法进 行需水预测，包括定额法、时间序列分析预测、因果关系预测及组合预测等多种途径。 ( 1 ) 定额法 定额法即以产值和用水定额这两项参数预测长期的社会需水量。该方法是目前水资 源综合规划等预测工作中采用最广泛的方法，它通过对历史数据的综合分析，确定各种 用水定额，具有一定的通用性。该方法比较直观，简单易行，常用于工程规划。但用水 定额是在一定时期内的技术条件下经济活动中统计出来的，随着科学技术的迅速发展， 经济结构的不断调整以及生产力的提高，各行各业用水定额的变幅很大。对于长期的需 水量预测而言，由于影响因素较多，用水定额及产值等参数的确定具有很大的不确定型， 所以预测结果往往很不理想，偏离实际。 ( 2 ) 时间序列预测法 时间序列分析预测方法是根据事物过去的自身变化趋势预测未来的发展，运用历史 数据，找出其随时间变化的规律，建立时序模型，进一步推测未来的发展趋势。如陈为 亚i l l 】根据某市用水量的变化特点，应用改进灰色g m ( 1 ，1 ) 模型对该市的年需水量进 行预测；s t e f a