（系统工程专业论文）城市水资源供需平衡分析研究.pdf

城市水资源供需平衡分析研究 研究生： 陈睿羚导师：王海燕( 教授) 东南大学 摘要 随着经济建设的发展和人类活动的影响，资源环境问题尤其日益突出。在各 种自然资源中，水资源既是一种不可替代的重要自然资源，又是环境组成的基本 要素，同时还是生态系统的支持资源。同时，随着我国经济的高速发展，城市化 进程的不断加快，在城市水资源利用过程中，由于指导思想和技术条件的限制， 出现了许多问题，在城市水资源研究的众多领域中，水资源供需分析是与人类生 产生活直接相关的。水资源供需分析的研究目的，就是通过分析研究水资源供需 现状和存在的问题，研究不同发展阶段水资源供需情况和实现供需平衡的方向， 研究实现水的长期稳定供给的措施和方案计划，达到水资源合理开发，优化配置， 满足人们需求的目的。 从上个世纪七八十年代以来，可持续发展的思想逐渐成为人类发展观的共 识，在水资源研究领域，很自然的基于可持续发展思想的水资源问题的研究逐渐 成为热点。 本文在回顾了国内外对水资源供需问题研究的基础上，对基于可持续发展思 想的城市水资源供需平衡问题进行研究。细致探讨可持续发展思想的渊源和内 涵，研究城市水资源系统的特点，并对城市需水量预测进行研究，并尝试利用 b p 神经网络对城市未来需水量做出预测，在此基础上提出基于可持续发展思想 的城市水资源供需平衡分析框架，并基于此框架，将可持续发展的思想有机的融 入到城市水资源供需平衡的研究中，并提出了衡量城市水资源供需平衡状况的 w u l 3 指标。最后对n 市2 0 1 0 年的水资源供需情况做出预测分析，并针对分析 结果提出促进n 市水资源供需可持续平衡的建议。 关键词：可持续发展，水资源，供需平衡，城市，预测，指标 r e s e a r c ho nt h eb a l a n c eo ft h es u p p l ya n dd e m a n d s y s t e mo fu r b a n w a t e rr e s o u r c e s g r a d u a t e ：c h e nr u i l i n g s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gh a i y a n s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n de c o n o m ya n dt h ei n f l u e n c eo ft h e a d i “t yo f h u m a nb e i n g ，t h ep r o b l e mo f r e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n tb e c o m em o r ea n d m o r es e r i o u s l y i na l lt h en a t u r er e s o u r c e s t h ew a t e rr e s o u r c e si sn o to n l yak i n do f i m p o r t a n to n ew h i c hi su n s u b s t i t u t e d ，b u ta l s ot h eb a s i ce l e m e n to ft h ee n v i r o n m e n t ， f u r t h e r m o r e ，i ti st h er e s o u r c e sw h i c hs u p p o r t st h eb i o g e o e e n o s e a to n et i m e ，t h e c o u r s eo fc i t i l i z a t i o ni nc h i n ai s a c c e l e r a t i n g ；t h e u t i l i z a t i o no fw a t e rr e s o u r c e s e f l c o u n t 廿- sm a n yp r o b l e m s ，b e c a u s eo ft h el i m i to fd i r e c t i o nt h o u g h ta n dt e c h n o l o g y a m o n gt h em a n yf i e l d so f t h er e s e a r c ho f w a t e rr c s o u r c c s ，t h er e s e a r c ho nt h eb a l a n c e o ft h es u p p l ya n dd e m a n ds y s t e mo fw a t e rr e s o u r c e si sr e l a t e dt ot h el i v ea n d p r o d u c t i o no f h u m a nb e i n g , t h ep u r p o s eo f t h er e s e a r c hi st os t u d yt h ec o n d i t i o no f t h e s u p p l ya n dd e m a n do fw a t e rr e s o u r c e sa n dt of i n do u tt h ew a y t oa c h i e v et h eb a l a n c e o f t h es u p p l ya n dd e m a n do f w a t e rr e s o t l r e , 髓 s i n c e1 9 7 0 s ，t h ec o n c e p t i o no fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tb e c o m e sac o l n m o u 西o b a l i z a t i o nc o m p r e h e n s i o n ，s oi ti sn a t u r a l l yt os t u d yt h ep r o b l e mo f w a t e rr e s o u r c e s b a s eo nt h ev i e wo f s u s h a i n a b l ed e v e l o p m e n t i nt h i st h e s i s ，o nt h eb a s i so fs u m m a r i z i n gt h ee x i s t i n gr e s e a r c hr e s u l t so fw a t e r r e s o u r c e sa th o m ea n da b r o a d ，aa n a l y s e sf r a m eo ft h ep r o b l e mo fb a l a n c eo ft h e s u p p l ya n dd e m a n do f u r b a nw a t e rr e s o u r c e si sp u tf o r w a r dw h i c hi sb a s e do nt h e t h i n k i n go fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h e r e f o r e , t h eo n g i na n dm e a n i n go ft h e t h i n k i n gi ss t u d i e dd e e p l y , t h ef o r e c a s t i n go fd e m a n do fw a t e rr e s o u r c e sw i t hb p n e r v e - n e t w o r ki sr e s e a r c h e d a ni n d e xw h i c hn a m e dw u b i sp u tf o r w a r dw h i c hi st o s c a l et h ec o n d i t i o no f t h eb a l a n c eo f s u p p l ya n dd e m a n do f w a t e rr e s o u r c a e $ i nt h ee n d ， ac a s ei sd i s c u s s e d t h ec o n d i t i o no ft h es u p p l ya n dd e m a n do fw a t e rr e s o t l r c 跫$ o fn c i t yi n2 0 1 0i sf o r e c a s t e d ，a c c o r d i n gt h er e s u l t ，t h ea d v i c e sa r ep u to u tt oa c h i e v et h e b a l a n c eo f s u p p l ya n dd e m a n do f w a t e rr e s o u r c e si nn c i t y k e y w o r d ：s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t , w a t e rr e s o u l 陀e s ，b a l a n c eo fs u p p l ya n d d e m a n d , u r b a n , f o r e c a s t , i n d e x 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：军盔墅殓 日期：哩上盥 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布沌括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：i 生鞋缝导师签名：期：z 生 东南人学预 学位论文 第一帝绪论 第一章绪论 水是地球极其丰富的自然资源，它是生命的源泉，是农业的命脉，是现代工 业蓝色的血液，是生态系统不可缺少的要素。它同土地、能源等构成人类经济与 社会发展的基本条件，为现代社会可持续发展的关键因素之一。2 0 世纪以来， 随着我国城市现代化程度的不断发展、城市人口的日益集聚，城市生产、生活用 水的需求量也不断增加，城市供水矛盾进一步突出，水资源已成为制约我国经济 发展的主要瓶颈。2 l 世纪将是继“石油危机”之后进入“水资源危机”的时代【l 】。 城市是以非农业人口为居民主体，以空间与资源环境利用为基础，以聚集经 济效益为特点，以人类社会进步为目的的一个集约人口、经济、资源、科学技术 和文化的空间地域综合体，它是人类社会与地域空间的高度结合。由于人口密度 大，城市人均水资源占有量与平均水量相比更要少得多，这更加剧了城市与水资 源之间的矛盾。与此同时，城市化是世界各国发展的共同趋势，2 0 世纪2 0 年代 全球城市入口仅占总人口的1 0 ，到5 0 年代增加到2 8 ，到2 0 世纪末，城市 人口己超过5 0 。而发达国家，如美国城市人口已占总人口的7 4 ，前苏联占 6 5 。随着经济的发展，城市化水平不断提高，城市规模越来越大，城市经济和 生活现代化，导致城市对水资源的需求量飞速增长。供需矛盾将日趋尖锐化1 2 1 。 1 1 研究背景和意义 人口、资源、环境是当今世界面临的亟待解决的三大问题。随着经济建设的 发展和人类活动的影响，资源环境问题尤其日益突出。水资源既是一种不可替代 的重要自然资源，又是环境组成的基本要素，同时还是生态系统的支持资源。随 着我国社会、经济的快速发展，水资源需求量也大幅度增长，在许多地区，特别 在城市出现了不同程度的水荒。据1 9 8 2 年对全国2 3 6 个城市调查。每天共计缺 水1 2 4 0 多万立方米，其中严重缺水城市占1 7 ，一般缺水城市占6 3 0 。因此 加强水资源研究保护，开展环境水利的研究，使与人类万物生命攸关的有限资源 得以循环利用，维持自然生态平衡己经势在必行。在水资源研究的众多领域中， 水资源供需分析是与人类生产生活直接相关的。水资源供需分析的研究目的，就 东南入学硕i 学位论文第一章缔论 是通过分析研究水资源供需现状和存在的问题，研究不同发展阶段水资源供需情 况和实现供需平衡的方向。研究实现水的长期稳定供给的措施和方案计划，达到 水资源合理开发，优化配置，满足人们需求的目的。 近年来，随着我国经济的高速发展，城市化进程的不断加快，我国城市化水 平不断提高，城市规模越来越大，城市经济和生活现代化，城市对水资源的需求 量飞速增长。同时在城市水资源利用过程中，由于指导思想和技术条件的限制， 出现了许多问题，如过量超采地下水，造成城市地面下降，全国己形成了多个超 过l 万平方公里的地下水位大幅下降的漏斗区，其它诸如水质超标、环境退化等 等问题层出不穷。城市用水量日益增长，同水资源的短缺、污染、浪费等情况已 形成了尖锐的矛盾，加剧了日益严重的水危机，威胁着水资源的可持续利用 f 4 l i s l n 。因此。加强对城市水资源的供需分析，研究不同发展阶段水资源供需情 况和实现供需平衡的方向，研究实现水的长期稳定供给的措施和方案计划，达到 水资源合理开发，优化配置，使之满足可持续发展的需要在当前情况下已显的越 来越迫切。 1 2 国内外研究现状 二十世纪9 0 年代以来，国际上围绕水资源可持续开发利用与管理问题展开 了深层次的讨论1 9 9 2 年，爱尔兰召开了“国际水和环境大会2 1 世纪的发展与 展望”，明确提出了水资源系统及可持续性研究问题。1 9 9 3 年7 月在日本横滨召 开了“第六届国际气象大气物理科学大会和第四届国际水文科学大会联合大会”， 讨论了全球气候变化对水文水资源影响问题。1 9 9 3 年l o 月在德国召开了研究不 同时空尺度水信息变化的相似性和变异性的第二届国际学术大会，研讨了可持续 水资源管理的水文学基础及信息资料问题。1 9 9 4 年6 月在德国k a r l s r u h e 由联合 国教科文组织主持和国际水资源协会与国际水文科学协会协办，召开了“变化世 界中的水资源规划”国际学术大会，探讨了水资源可持续利用与管理的四个专题： ( 1 ) 可持续管理研究的展望；( 2 ) 水资源开发中的风险和不确定性；( 3 ) 可持 续水资源管理的决策支持系统；( 4 ) 可持续开发与环境保护的协调。1 9 9 5 年在 美国召开的第2 l 届国际大地测量及地球物理联合大会期间，国际水文科协水资 源系统委员会举办了“流域尺度可持续水资源系统的模拟和管理”学术讨论会。在 东南大学确f ：学位论史第一帝绪论 水资源研究领域中，以下三个趋势十分明显。 ( 1 ) 水资源研究中可持续发展恩想的引入 世界环境与发展委员会( w c e d ) 于1 9 8 7 年向联合国提交了一份题名为“我 们共同的未来( o u rc 0 玎t l n l o n f u t u r e ) ”的报告( 又称布伦特兰( b l u n d l a n ) 报告) 。 报告把可持续发展思想自始自终贯穿其中，”该报告经4 2 届联大通过后，成为世 界各国在环境保护和经济发展方面的纲领性文件，并且一般认为“可持续发展” 的正式定义源于报告的“建立在使资源环境条件得以持续和发展的基础上，既满 足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害。” 水资源可持续利用应符合当代人类社会进步的指导原则可持续发展，即指既 满足当代人的需要，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展，其中，“发 展”是前提，是基础；“可持续”则是制约发展的限制因素，它包括经济因素、社 会因素和生态因素。可持续发展就是要在人与自然和人与人的关系不断优化的前 提下实现经济效益、社会效益和生态效益的有机协调，从而使社会的发展获得可 持续性7 】【8 j f 9 1 。 ( 2 ) 从大系统理论的角度研究水资源问题 多年来，系统理论不断发展，一些研究大系统、复杂系统的新学说应运而生。 如普里高津提出的旨在研究系统从有序到混沌和从混沌到有序现象的耗散结构 理论，哈肯的协同论，我国学者邓聚龙提出的灰色系统理论等。与此同时，由于 经济迅速发展和人口剧烈膨胀，水资源供需矛盾和与水相关的生态与环境恶化的 问题愈来愈严峻。人们逐渐认识到：水不仅是发展国民经济的重要物质资源，而 且是自然生态赖以生存发展的生命要素和自然环境的重要因子。许多学者在水资 源问题的研究中，不再是“就水论水”，而是把水资源与社会、经济、环境生态相 结合来研究，即社会经济一水资源一生态符合系统【螂。在具体研究中，注意了 水对生态环境、社会经济发展的多种功能效应，以及各功能效应之间的相互影响 和制约。如沼田真( n u m a t a ，1 9 8 4 ) 在研究日本城市水平衡时，提出了一个很有 意思的见解，认为水在城市系统的流通中扮演两面派的角色：一方面通过输入输 出促进城市经济发展；另一方面在参与生产过程中从净水变为污水( 由低熵变为 商墒) ，从而削弱了社会生产，因而他赞同s n e i s h i ( 1 9 8 3 ) 提出的对城市水系统 要进行四个不同层次的多级平衡，即零平衡、初级平衡、次级平衡和终极平衡。 东南人学硕i 学位论文第一市缔论 零平衡是地区水文自然平衡：初级平衡指地区内外输入输出平衡以及水资源在农 业、工业和生活方面的利用分配：次级平衡是指对水利用终端商品生产和服务蛳 接用水可能的调整：终极平衡是通过调运来保证直接的水利用，以实现次级水平 衡。 ( 3 ) 水资源供需预测的方法多样化 以往的用水量预测方法大体上分为微观和宏观两大类。微观预测方法采用以 人、工业产值或城市面积作为基本单位，根据确定的用水定额求得，有很大的主 观性和局限性。对于宏观预测方法，在国外由于城市用水资料比较齐全且较长， 所以采用时间序列拟合的预测方法较多。2 0 世纪9 0 年代以来，由于计算机技术 的发展和预测决策的需要，提出了许多新的基于人工智能的预测方法，如用阶次 模型( c a s c a d em o d e l ) 和一阶不确定分析来预测用水量的可信区闻1 ；考虑经济、 技术发展和用水量之间的相互影响，利用计算机辅助预测未来用水斟2 】；基于 记忆学 - - j ( m e m o r yb a s e dl e a r n i n g ) 和多元回归来预测用水量【1 3 1 ：联合b o x - j e n k i n s 时间序列模型和人工神经网络来预测用水量f 1 4 i 等。这些预测方法的一个共同特 点就是使模型具有决策能力，考虑了经济、社会等发展因素。 国内在2 0 世纪8 0 年代以前一般采用递增率法、单元线性回归法及多元线性 回归法来预测未来年份的城市用水量需求。2 0 世纪8 0 年代后期，则陆续采用线 性回归以外的理论，归纳起来主要有三种：把数字滤波理论与线性回归结合在 一起形成的方法，比较有代表性的是丁宏达提出的回归马尔柯夫链法1 1s 】； 采用趋势外推法进行未来年份的用水量预铡，比较有代表性的是王彬等人提出的 城市用水量需求的生长曲线法1 1 6 1 ；以灰色理论为基础的灰色预测模型。 上述预测方法中部分存在着随着预报期的增长，误差明显增大甚至失去预测 价值的问题。其重要原因之一是预测模型只能静态或半静态地简单考虑几个甚至 不考虑( 只进行时间序列拟合) 社会因素对用水量的影响，把用水量系统的未来 看成了一种简单系统的延续，割裂开了实际上对用水量有极大影响的许多社会经 济因素的作用“7 1 。 1 3 本文研究的主要内容 本文在回顾了国内外对水资源供需问题研究的基础上，对基于可持续发展思 4 东南人学坝i 擘位论文第一帝绪论 想的城市水资源供需平衡问题进行研究。为此，本文将细致探讨可持续发展思想 的渊源和内涵，研究城市水资源系统的特点，并对城市需水量预测进行研究，并 尝试利用b p 神经网络对城市未来需水量做出预测，在此基础上提出基于可持续 发展思想的城市水资源供需平衡分析框架，并基于此框架将可持续发展的思想有 机融入到城市水资源供需平衡研究中，提出了衡量城市水资源供需平衡状况的 w u b 指标。最后对n 市2 0 1 0 年的水资源供需情况做出预测分析，并针对分析 结果提出促进n 市水资源供需可持续平衡的建议。 各章主要内容如下： 第一章，绪论。详细阐述了该课题的选题背景和研究意义，并对国内外的研 究现状进行综述。 第二章，城市水资源供需平衡分析的理论基础。对城市水资源系统合可持续 发展理论进行分析，并探讨了它们之间的关系。 第三章，城市水资源供需平衡分析模型。提出了将可持续发展思想有机融入 城市水资源供需平衡研究的分析框架，并提出了城市水资源供需平衡指数，另外， 对b p 神经网络模型进行了介绍，并构建了基于b p 神经网络的城市需水量预测 模型。 第四章，n 市水资源供需平衡实证分析。在以上章节分析的基础上，对n 市的水资源供需平衡进行实证分析。 第五章，结论和建议。根据分析结果对n 市基于可持续发展思想的城市水 资源供需平衡进行评价，并对基于可持续发展思想的城市水资源供需平衡策略提 出具体建议。 论文框架结构如图1 1 所示。 东南人擘硕l 学位论文第一章结论 图1 1 论文框架结构图 6 东南大学颈l 学位论j ! l ；- 二帝城市水资源供需f 衡分折的理论堆础 第二章城市水资源供需平衡分析的理论基础 2 1 城市水资源系统 2 1 1 城市水资源系统的概念和特征 l 、城市水资源系统的基本概念 水资源是指可供人类和生态系统利用的可更新和恢复的- - d , 部分淡水，包括 地表水和地下水。尽管地球上的水很丰富，但陆地表面可获得的淡水量却只占地 球总水量的很少一部分，这其中可作为水资源加以利用的更是很少的一部分。 城市水资源是指能被城市利用的所有水资源2 6 1 。包括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、使用过的水和经处理的污 水田。按类型可分为雨水、地表水、地下水、海水和可再生利用水等五类；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持续抽取的水资源以及可再生利用的 废( 污) 水资源，后者是指通过引水工程从城市区域以外调入的水资源。 2 、城市水资源系统的特征 城市水资源系统因其所处的特殊地位和功能表现出如下一些特征： ( 1 ) 系统性。表现在三个方面；一是不同类型的水之间可相互转化，大气 降水、地表水、地下水、废( 污) 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一水资源系统，相互间有密切的水力联系，不可人为 分割；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) 是个有机的整体，任何一个环节疏忽都将影响到水资源利用的整体效益。 ( 2 ) 用水量大且集中。城市人口、经济集中，对水的需求量很大而且集中。 因此城市水资源必须具有足够的资源量，且能够集中供给。否则就无法满足城市 建设与发展的需要。 ( 3 ) 用水效率高。城市人口、经济集中，工商业发达，是周围地区政治、 经济、文化的中心，同样数量的水用于城市产生的社会效益及经济效益比较高。 7 东南人学硕l 学位论史 第二帝城市水资源影 需甲衡分析的理论苹础 ( 4 ) 供水连续稳定。城市用水量大且需求稳定，对水质标准要求也较高， 因此城市水资源无论在丰水期还是枯水期，其水量、水质动态的变化和波动都不 能太大，具有一定的稳定性。 ( 5 ) 有限性。有限性主要是相对于城市用水需求持续增长而言，城市水资 源的量是有限的。 ( 6 ) 脆弱性。表现在两个方面：一是易受污染。城市区域污染源点多、面 广、强度大，极易污染水资源；即使是发生局部污染，也会因水的流动性而使污 染范围逐渐扩大。二是易遭破坏。特别是地下水，当开采量超过补给量时，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。 ( 7 ) 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，也可回用于工业，或用于市 政建设和城市绿化等，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。 ( 8 ) 商品性。城市水资源不仅具有使用价值，且在其开发利用过程中，政 府及供水部门投入了大量的人力、物力和资金，建设了引水、供水设施，付出了 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城市 各用水单位的过程中，通过交换，又使其价值得以实现，为各用水单位创造了经 济效益，因而城市水资源既具有资源本身的公共属性，又具有商品属性。 城市水资源是城市赖以生存和发展的重要物质基础，是城市社会生产和人民 生活正常、稳定运行的前提条件，是发挥城市多功能作用，促使城市聚集经济效 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。 2 1 2 城市水循环 水循环是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸 发、蒸腾、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断的发生相态转换和 周而复始运动的过程。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，陆地与陆地上空之间，海洋与海洋上空之间。 具体到城市地区，由于城市是人类活动的高强度地区，道路、广场、房屋以 东南人学磺j + 学位论j 第一二章城市水资源供需、r 铂分折的理论皋础 及各种管网和其他建筑物密布，水循环过程较天然流域更为复杂，更具有特殊性。 蒸发过程：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：在城市，降水多直接降落到硬化的路面，广场地面，建筑顶面， 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：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 雨形成的洪水峰商量大，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、低洼蓄水条件下，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。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。 另外，城市人工引用水过程也加入到水循环过程中。城市从地表、地下取水， 用于生活、生产和城市生态，其中一部分水分被消耗，一部分水分又排入河渠或 其他水体，使原本复杂的水循环过程更加复杂。因此，在城区，水循环是以“人 工循环”为主的“人工一自然”循环模式。 2 1 3 城市水资源系统结构 由以上分析可见，城市水资源系统并不是一个简单的孤立系统，这主要表现 在两个层面：首先，宏观上，城市水资源系统与城市生态系统和社会经济系统相 互耦合，组成一个复杂的水资源生态社会经济耦合系统。在这个耦合系统中。 社会经济、水资源、生态三大子系统相互作用与影响，构成了有机的整体。其中 水资源系统在社会经济系统和生态系统之间起到一条纽带作用。它置身于生态系 统之中，是组成和影响生态系统的重要因子。同时，对于城市而言，它又是自然 和人工的复合系统，一方面通过自然和流域的水循环过程不断的补充和更新；另 9 东南大学颂l ：学位论文第_ 二章城市水资源供需r 细分析的理论皋础 一方面靠水利工程设施实现其资源性：再有，城市的社会生活和生产活动不可避 免的对水资源系统产生影响。其相互之脚关系如图2 1 所示。 图2 1 水资源生态社会经济耦合系统示意图 其次，在微观层面上，由于城市水循环过程中有大量的人工干预的成分，因 此城市水资源系统也较天然的水资源系统更为复杂。总的来说，城市水循环系统 由自然循环系统和人工循环利用系统所组成，在自然循环系统中，水体通过蒸发、 降水和地面径流与大气联系起来，城市水体与地下水通过土壤渗透和地下水补给 运动联系起来。城市水资源利用的人工循环系统由城市给水系统、排水和处理系 统组成，如图2 2 所示。此外，对城市周边而言，有上下游的输入输出，通过水 量、水质与整体流域和大气联系起来。对于一个城市水资源系统来说，人工改造 活动( 包括引水、用水、排水等) 十分强烈，在水资源系统中占主要作用。 因此，在城市水资源问题的研究中，必须用系统的观点，对城市水资源系统 本身和水资源系统参与构成的水资源一生态一社会经济复合系统加以全面系统 的分析研究。不仅要研究城市水资源系统本身内部各子系统的运行规律和相互关 系，而且要对城市水资源系统参与构成的水资源一生态社会经济复合系统的耦 合关系迸行研究，这也是基于可持续发展思想的城市水资源问题研究的必然要 求。 0 东南人学瑚l ：学位论文 第一帚 城市水资源供需卜衡分析的理论萆础 o 然子系统广 城市水资源系统广1 社会经济子系统 地表水 地下水 过境水 供 水 子 系 统 水资源配置 子系统 需 水 子 系 统 图2 2 城市水循环系统构成示意图 2 2 可持续发展理论 2 2 1 可持续发展思想的提出 生活需水 生产需水 农业需水 生态需水 2 0 世纪六、七十年代以后，随着公害问题的加聚和能源危机的出现，人们 逐渐认识到把经济、社会和环境割裂开来谋求发展，只能给地球和人类社会带来 毁灭性的灾难。源于这种危机感，可持续发展的思想在8 0 年代逐步形成。1 9 8 3 年1 1 月，联合国成立了世界环境与发展委员会( w e c d ) 。1 9 8 7 年，受联合国 委托，以挪威前首相布伦特兰夫人为首的w e c d 的成员们，把经过4 年研究和 充分论证的报告我们共同的未来提交联合国大会，正式提出了“可持续 发展”( s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ) 的概念和模式。 “可持续发展”一词在国际文件中最早出现于1 9 8 0 年由国际自然保护同盟制 订的世界自然保护大纲，其概念最初源于生态学，指的是对于资源的一种管 理战略。其后被广泛应用于经济学和社会学范畴，加入了一些新的内涵。在我 们共同的未来报告中，“可持续发展”被定义为“既满足当代人的需求又不危害 后代人满足其需求的发展”，是一个涉及经济、社会、文化、技术和自然环境的 综合的动态的概念。该概念从理论上明确了发展经济同保护环境和资源是相互联 系，互为因果的观点。 可持续发展思想的出现和概念的形成，是人类几千年发展实践经验教训的总 结，特别是对自工业革命以来所走过的道路进行反思的结果，也是人类社会文明 东南人学确l + 学位论j 第一二帝城市水资源供焉甲衡分析的理论肇础 进步的必然。它并不是对传统发展观的简单修正，而是一种文明的革命，是向和 谐的“绿色文明”的质的转变。 1 、可持续发展思想的渊源 实际上，可持续发展的思想源远流长，在中国的传统文化中，有许多对可持 续发展思想的朴素表达。如庄子齐物论说：“天地与我并生，而万物与我为 一。”从这种思想出发，得出了人要与万物为友，与自然和谐一致的结论。礼记中 庸还主张“参天地之化育”，即参与自然刨造和养育万物的进化过程，而不是以 戡天役物的态度去征服自然，甚至破坏自然。这种“天人合一”的思想正是对可持 续发展思想的精练表述。其它的还有对怎样实现可持续发展的具体要求，如周 易说生生之谓易”，又说“天地之大德日生”。老子说：“生之畜之。生丽不有， 为而不恃，长而不宰。”意谓繁殖生长万物而并不据为已有，助万物生长不自恃 有功，引领万物而不宰制它们。孟子说“亲亲而仁民，仁民而爱物”。就是说不仅 要爱护自己的同胞，而且还要扩展到爱护自然环境，珍惜自然资源。曾子说：丰# 木以时伐焉，禽兽以时杀焉。”吕氏春秋义赏云：“涸泽而渔，岂不获得? 而明年无鱼。焚蔽而田，岂不获得? 而明年无兽。”尚书太甲上倡“惟怀永 图”。孔子日：“人无远虑，必有近忧”，反对“涸泽而渔、焚林而猎”、“杀鸡取卵”、 “卵粮寅吃”、“急功近利”，而倡导“远谋近功”、“前人栽树、后人乘凉”、“功在当 代、利在千秋”，造福子孙万代。 在西方，马尔萨斯在1 7 8 9 年发表的人口原理和达尔文在1 8 5 9 年发表的 物种起源两本著作可看成是早期西方可持续发展思想的代表作。达尔文在其 著作中首次提出人口和其他物质一样，具有一种迅速繁殖的倾向，这种倾向受到 诸如土地、粮食等自然环境的限制。达尔文从生物和环境关系上更进一步地发展 了马尔萨斯的观点。 上述可持续思想虽不能与当代的可持续发展思想同日而语，具有朴素性、萌 芽性、零散性等特点，但其基本精神是一致的。美国世界观察研究所高级研究员 梅甘瑞安( m e g a nr y a n ) 和克里斯托夫弗莱文( c h r i s t o p h e rf l a v i n ) 曾指出：“数千年 来中国文化和哲学有两个对当今世界产生重大影响的主题：与自然和谐发展以及 对家庭的承诺。中国的传统和哲学与可持续发展社会的现代观念是一致的即在 不损害子孙后代可能的选择和自然环境健康的情况下满足现代入的需要。” 东南人学硕l 学位论文 第_ 二章城市水资源供需f 衡分析的理论苹础 2 、可持续发展思想的萌芽 1 9 7 2 年，著名的以人口、资源、环境为主要内容，讨论人类前途为中心议 题的罗马俱乐部抛出的一个历史性文件增长的极限，对发展的思想产生了持 久性的影。在应用系统动力学方法进行社会、经济、自然、环境的大系统模拟后 得出的基本结论是：随着人口的日益增长和消费水平的不断提高，资源的耗竭比 人们预想的要快得多。无限制的开发自然资源，必然危及我们自身和后代赖以生 存的环境。并由此引发了关于可持续发展观的讨论f 1 8 】。 联合国环境计划署最先对可持续发展的观点做出了反应，1 9 7 2 年6 月5 只 至1 6 日，联合国人类坏境会议在瑞典斯德哥尔摩举行，会议通过了著名的人 类环境宣言 1 9 1 。明确提出：“为了我们这一代和将来世世代代的利益，地球上 的自然资源，其中包括空气、水、土地、植物和动物，特别是自然生态中具有代 表性的物质，必须通过周密计划或适当管理加以保护”。水资源作为不可替代的 自然资源引起了人们的重视。人类环境宣言是可持续发展观中关于人类与环 境关系形成的重要标志。人类社会是一个大家庭，我们共同拥有一个地球，保护 环境、拯救地球是全人类共同的义务，各国必须采取共同行动f 删。 3 、可持续发展思想的确立 经过十多年的发展和争论到了八十年代，可持续发展已成为各国政府实际 采取的行动。1 9 8 7 年，挪威首相布伦特兰夫人主持的世界环境与发展委员会 f w c e d ，1 9 8 7 】，在对世界重大社会、经济、资源和环境进行系统调查和研究的基 础上，提出了长篇专题报告一我们共同的未来。指出可持续发展的根本问题 是资源分配，既包括当代与后代( 代际) 之间的时间上的分配，又包括当代不同 国家、地区、人群间的空间上的分配。虽然认同环境保护与经济发展存在着发达 国家或发展中国家问的差异，但是走可持续发展之路是未来共同的选择，也只有 可持续发展的模式，才能“在满足当代人的需要同时，又不对后代人满足其需要 的能力构成危害”。 我们共同的未来促进了可持续发展研究。其超越时间和空自j 的观点，为 各国政府所广泛认同，尤其是在以下五个方面逐步形成了可持续发展的鲜明的特 点：超越文化与历史的障碍看待全球问题，不论富国还是穷国，实现可持续发展 都需要改变每个国家的国内和国际政策；抛弃“零增长”方案，主张“既要生存， 东南人学碗l 学位论文第一二帝城市水资源供需r 钓分析的理论苹础 又要发展”。可持续发展向所有人提供了实现美好生活愿望的机会：可持续发展 是发展中国家与发达国家的共同目标，把总体发展水平的提高与个体发展的根对 独立性都作为可持续发展的目标；第三世界国家投身到可持续发展实践中。可持 续发展对发展中国家给予了更多的关注，引起了广大的第三世界国家的重视，许 多第三世界国家投身到可持续发展的实践中；与环境运动紧密结合。近年来国际 环境保护方面的活动主题都与可持续发展密切相关。 1 9 8 9 年5 月举行的第1 5 届联合国环境发展署理事会期间，经过反复磋商， 正式通过了可持续发展声明。声明指出：“可持续的发展，系指满足当前需要 而又不削弱子孙后代满足其需要之能力的发展，而且绝不包含侵犯国家主权的含 义。环境发展署理事会认为，要达到可持续的发展，涉及国内合作和国际的均等。 包括按照发展中国家的国家发展计翔的轻重缓急及发展目的，向发展中国家提供 援助。此外，可持续发展意味着要有一种支援性的国际经济环境，从而导致各国 特别是发展中国家的持续经济增长与发展，这对于环境的良好管理也是极其重要 的。可持续发展还意味着维护、合理使用并且提高自然资源基础，这种基础支撑 着生态抗压力及经济的增长。再者，可持续的发展还意味着在发展计划和政策中 纳入对环境的关注与考虑，而不是在援助或发展资助方面附加一种新形式的条件 【2 i l 。”由此迸一步明确了可持续发展的核心思想是：健康的经济发展应建立在生 态可持续能力、社会公正和人民积极参与自身发展决策的基础上。它所追求的目 标是：既要使人类的各种需要得到满足，个人得到充分发展，又要保护资源和生 态环境，不对后代入的生存和发展构成威胁。它特别关注的是各种经济活动的生 态合理性，强调对资源、环境有利的经济活动应给予鼓励，反之则应予摈弃。在 发展指标上，不单纯用国民生产总值作为衡量发展的唯一指标，而是用社会、经 济、文化、环境等多项指标来衡量发展。这种发展观较好地把眼前利益与长远利 益、局部利益与全局利益有机地统一起来，使经济能够沿着健康的轨道发展。这 一思想在1 9 9 2 年巴西里约热内卢联合国环境与发展会议上得到广泛认同。 在全球环境继续恶化、经济发展问题更趋严重的背景下，联合国环境与发展 大会于1 9 9 2 年6 月在巴西里约热内卢召开，共1 8 3 个国家的代表团和联合国及 其下属机构等7 0 个国际组织的代表出席了会议，1 0 2 位国家元首或政府首脑到 会讲话。除发达国家外，广大发展中国家也参加了会议的筹备过程，并在会议上 4 东南人学硕l 学位论文 第一二帝城市水资源供需r 衡分析的理论苹础 发挥了主导作用。在一些关键性问题上，尤其是资金和技术转让问题上，提出了 “新的、额外的资金”和在优惠条件下实行技术转让的原则。会议通过和签署了里 约热内卢环境与发展宣言、2 l 世纪议程、生物多样性公约等重要文件。1 2 1 世纪议程是在全球、区域和各国范围内实现可持续发展的行动纲领，涉及国民 经济和社会发展的各个领域，并呼吁各国根据本国情况制定本国面向2 l 世纪的 行动纲领和对策。在本次会议上，工业革命以来那种“商生产、高消费、高污染” 的传统发展模式及“先污染、后治理”的道路受到彻底否定，可持续发展的概念得 到普遍的认同。在各个国家、各个行业，可持续发展已经成为制定规划、推进发 展的基本原则。 2 2 2 可持续发展的基本内涵 根据b r u n d t l a n d 夫人“我们共同的未来”( q ( o u rc o m m o nf u t u r e ) ) ) 的报告， 可持续发展是指“人类社会在社会经济发展和能源开发中，以确保它满足目前的 需要而不破坏未来发展需求的能力”或“建立在使资源环境条件得以持续和发展 的基础上，既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害”， 后者更是被较广泛的接受为“可持续发展”正式定义。该定义的最基本观点有两 点：一是人类要发展；二是发展有限度，特别是要考虑环境限度，不能危及后代 人生存和发展的能力。该定义高度地概括了一种全新的发展模式和一种全新的发 展观。 这个定义紧扣需求、限制和公平这三个可持续发展的必须面对的主题。满足 人类对物质和精神生活的需求是可持续发展和一切意义上的发展所追求的目标。 当前威胁发展目标的主要是发展中国家的贫困和发达国家消耗过多的资源。要满 足需求与发展，对发展中国家来说是要考虑怎样提高经济增长速度与效率满足其 需要：对发达国家而言是如何使经济增长与持续能力相适应，并且如何不增加对 发展中国家的资源性掠夺。 资源不是取之不尽的，影响可持续发展的主要限制因素有人口、环境和资源。 人日数量影响人均占有资源水平、进而影响人民生活水平；可持续发展不应该危 害地球上的生命支持系统环境；同时发展也不应该超过资源限度，使资源耗 竭。公平的概念即指各代之间的平等，当代不同地区、不同人群之问的平等，体 东南人学傍学位论义 第一币 城市水资源供需r 衡分折的理论桀础 现代际公平。 可持续发展体现了三种和谐的发展理念：人与自然统一；代际伦理； 效率与公平。可持续发展的战略目标是：恢复经济增长；改善增长的质量： 满足人类基本需求；确保稳定的人口水平；保护和加强资源基础；改善 技术发展方向；在决鲮中协调经济与生态关系。 我们共同的未来促进了可持续发展研究。其超越时间和空间的观点，为 各国政府所广泛认同，尤其是在以下五个方面逐步形成了可持续发展的鲜明的特 点： ( 1 ) 超越文化与历史的障碍看待全球问题，不论富国还是穷国，实现可持 续发展都需要改变每个国家的国内和国际政策： ( 2 ) 抛弃“零增长”方案，主张“既要生存，又要发展”，可持续发展向