（水利工程专业论文）沐官岛水库向青岛市供水的可行性研究.pdf

河海大学工程硕士论文 琳官岛水库向青岛市供水的可行性研究 摘要 如何按照科学发展观和可持续发展水利的要求，切实解决好洪涝灾害、水资 源短缺、水环境恶化和水土流失等问题，是水利工作者面临的一项长期而又艰巨 的任务。水资源短缺己成为当前和今后一段时期制约经济和城市发展的突出因 素。合理利用、保护、节约水资源，是保障城市可持续发展的客观要求。而充分 利用水源，提高城市生活用水质量，实现分质供水、优水优用，改善投资环境， 主要就是依靠水资源的优化配置、合理利用和科学保护。以水资源优化配置为主 要手段，实现水与经济、社会、环境持续协调发展，实现入水和谐的发展关系， 是当前和未来发展的必然。 随着社会经济的快速发展以及人民生活水平的提高，青岛市水资源的供需矛 盾日益突出，水资源已经成为制约青岛市社会经济发展的重要因素。沐官岛水库 水资源对青岛市西海岸的水资源可持续发展起着十分重要的作用，本文选择该区 域作为研究对象，立足于区域社会经济发展实际，以水文水资源学科基本理论和 有关的法律法规、规程规范和标准为依据，在阐述水资源承载能力内涵及评价( 计 算) 模型的基础上，重点围绕以下方面开展研究： ( 1 ) 青岛市水资源供需现状； ( 2 ) 沐官岛水库的水资源数量； ( 3 ) 沐官岛水库的水资源质量； ( 4 ) 沐官岛水库向青岛市供水的可行性。 研究成果将为水库设计规模、引水渠道引水流量设计、涵闸建设提供科学依 据；对科学开发、利用好青岛市有限的水资源，合理配置水资源，提高水资源对 社会经济和水环境的承载能力，实现社会经济的可持续利用有着重要的意义。 关键词：可利用水资源；水资源评价；现状需水量；供需矛盾；可行性研究 河海大学工程硕士论文淋官岛水库向青岛市供水的可行性研究 t of u l f i l lt h er e q u i r e m e n to ft h es c i e n t i f i cd e v e l o p m e n tc o n c e p ta n dh y d r a u l i c s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t , h o wt od e a lw i t ht h ed a m a g ec a u s e db yf l o o da n d w a t e r l o g g i n g ，w a t e rs h o r t a g e , w a t e re n v i r o m e n ta g g r a v a t i o n , w a t e ra n ds o i le r o s i o n a n do t h e rp r o b l e m s ，i so n eo ft h el o n g - t e r ma n de x t r e m e l yd i f f i c u l tt a s kw h i c ht h e h y d r a u l i cw o r k e ma 把f a c i n g t h ew a t f f fs h o r t a g eh a sb e c o m et h eo u t s t a n d i n gf a c t o r t h a th o l d sb a c kt h ed e v e l o p m e n to f e c o n o m ya n dc i t i e st o d a ya sw e l la si nt h ed a y st o c o m e t ou t i l i z e ，p r o t e c ta n ds a v ew a t e rr e s o u r c e sr e a s o n a b l e l yi st h eo b j e c t i v e d e m a n df o rs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fc i t i e s m a k i n gf u l lu s eo fw a t e r x a i s i n gt h e c i t yd o m e s t i cw a t e rq u a l i t y , s u p p l y i n gw a t e rb yt h eq u a l i t y , u s i n gw a t e ro ff i n eq u a l i t y e c o n o m i c a l l ya n di m p r o v i n gt h ee n v i r o n m e n to fi n v e s t m e n ti sm a i n l yd e p e n do i l a l l o c a t i n g u t i l i z i n ga n dp r o t e c t i n gw a t e rr e s o 砒c e ss c i e n t i f i c l y n o w d a y sa n di nt h e f u t u r e ，o n l yb yo p t i m i z i n gt h ea l l o c a t i o no ft h ew a t e rr e s o u r c e sc a nw er e a l i z et h e h a r m o n i o u ss u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fw 卸【e r r e s u u r c e , e c o n o m y , s o c i e t y , a n d e n v i r o n m e n ta n dt h ed e v e l o p m e n tr e l a t i o n s h i pb e t w e e nh u m a n b e i n g sa n dw a t e r w i t ht h ed e v e l o p m e n to f n a t i o n a le c o n o m y , t h ei n c r e a s i n go f t h ep o p u l a t i o na n d t h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d , t h ed e m a n df o rw a l c tr e s o 嗽i n q i n g d a oc i t yi sa l s oo nt h er i s e t h ew a t e rr e s o u r c e sh a sb e c o m et h eo u t s t a n d i n g f a c t o rt h a th o l d sb a c kt h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y t h ew a t e rr e s o u r c e si nm u g u a n i s l a n dr e s e r v o i rp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei nt h ew a t e rs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f q i n g d a oc i t y i n t e g r a t e dw i t ht h er e a l i s t i cs i t u a t i o no ft h ed r a i n a g ea sw e l la st h e t h e o r y o fh y d r o l o g ya n dw a t e rr e s o u r c e s , t h er e l a t e dl a w sa n ds t a n d a r d , , t h i s e s s a y , e x p o u n d i n gb e a r i n gc a p a c i t yo ft h ew a t e rr e s o u r c e sa n de v a l u a t i n g ( c a l c u l a t i n g ) t h em o d e l ，w i l lm a i n l ym a k ear e s e a r c hi n t h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： ( 1 ) t h ep r e s e n tc o n d i t i o no f w a t e rs u p p l ya n dd e m a n di nq i n g d a oc i t y ； ( 2 ) t h eq u a n t i t yo f t h ew a t e rr e s o u r c e si nm u g u a ni s l a n dr e s e r v o i r ；, ( 3 ) t h eq u a l i t yo f t h ew a t e rr e s o u r c e si nm u g u a ni s l a n dr e s e r v o i r ；, ( 4 ) t h ef e a s i b i l i t yo fo f f e r i n gt h ew a t e ri nm u g u a ni s l a n dr e s e r v o i rt oq m g d a o c i 吼 河海大学工程硕士论文 淋官岛水库向青岛市供水的可行性研究 t h er e s u l to f t h i sr e s e a r c hw i l lp r o v i d es c i e n t i f i cb a s i s e sf o rt h ed e s i g ns c a l e , t h e d e s i g na b s t r a c t i o nd i s c h a r g eo ft h ec h a n n e la n dt h eh a t c hc o n s t r u c t i o n w ec a rb e n e f i t f r o mt h er e s u l tt oe x p l o i t ，u s ea n da l l o c a t et h el i m i t e dw a t e rr e s o u r c e ss c i e n t i f i c l yi n q i n g d a oc i t y i ti sa l s os i g n i f i c a n tt oi m p r o v et h eb e a r i n gc a p a c i t yo f w a t e rr e s o u r c e s f o rs o c i a le c o n o m ya n dw a t e re n v i r o n m e n ta n dr e a l i z es u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o no f s o c i a l e c o n o m y k e yw o r d s ：u t i l i z a b l ew a t e rr e s o u r c e s ；w a t e rr e s o u r c e se v a l u a t i o n ；t h ep r e s e n t c o n d i t i o no fq u a n t i t yf o rw a t e rd e m a n d ；c o n t r a d i c t i o nb e t w e e ns u p p l ya n d d e m a n d ；r e s e a r c ho nf e a s i b i l i t y 河海大学工程硕士论文 林官岛水库向青岛市供水的可行性研究 学位论文独创性声明： 本人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如不实，本 人负全部责任 杂文作者( 签名) ： 鲞色垄2 0 0 7 年年月扣日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术 期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或 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。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：差也垄 2 。7 年名月b 日 河海大学工程硕士论文沭官岛水库向青岛市供水的可行性研究 第一章绪论 1 1 青岛市的水问题 水是人类生存和社会经济可持续发展必不可少的自然资源基础。随着社会经 济的快速发展，人口的快速增长，强烈的、日新月异的人类活动的作用正逐 步改变着地球人生活区域的自然面貌，从而改变了其固有的、自然的水文 情态，使区域水文系统及其平衡受到前所未有的影响，人类面临诸多的水问 题。青岛市位于山东半岛西南端，是全国重点沿海开放城市、旅游城市之一和重 要的港口贸易、工业生产基地，也是2 0 0 8 年北京奥运会唯一伙伴城市。近年来， 随着青岛市产业结构的调整及城市功能区划的不断完善，社会经济快速发展，也 面临诸多的水问题。 1 1 1 洪涝灾害问题 据资料统计，在国内6 7 2 座城市中，有防洪任务的城市6 4 2 座，仅1 7 7 座 城市达国家防洪标准，占有防洪任务城市总数的2 8 9 6 。1 9 9 0 年以来，国内洪涝 灾损失急速增长，1 9 9 4 年突破1 0 0 0 x1 0 8 元，1 9 9 6 年超过了2 0 0 0 x1 0 8 元，其中 水灾损失增长最快的是城市化地区。 青岛市是容易遭受洪涝灾害的城市之一，而且一旦遭遇洪涝灾害，损失将 是巨大的，主要原因有以下诸方面。 ( 1 ) 作为海滨丘陵城市，青岛市地势东高西低，南北两侧隆起、中间低陷。 全市主要分为3 个山系：东南部是崂山山脉，山势陡峻，主峰海拔1 1 3 3 m ；从崂 顶向北绵延到即墨市东北部，向西南延伸至青岛市区，东南濒临黄海；北部为大 泽山，海拔7 3 6 7 m ；南部为大珠山，海拔7 2 4 9 m ；铁撅山，海拔5 9 5 1 m 等组成 的胶南山群；中西部为广阔的胶莱盆地，地势低平，海拔一般不超过5 0 m 。由 于大部分城区所在地的地势平坦，排水不畅，人口集中、不透水面积增加，水面 率和调蓄能力低，防洪标准不够，极易遭受江河洪水和地区暴雨的侵袭，造成洪 涝灾害。如1 9 8 5 年8 月份发生的一次特大暴雨，最大3 天降水量达2 6 1 m ，占 该年年降水量8 6 5 m 的3 0 0 , 6 。暴雨引发洪涝灾害，造成重大损失。 ( 2 ) 由于青岛市地处北温带季风气候区域，濒临黄海，受海洋和大陆的影 响明显，经常面l 临上游江、河、湖、库洪水与当地暴雨同步发生；台风暴雨与 河海大学工程硕士论文蛛官岛水库向青岛市供水的可行性研究 海洋高潮遭遇、洪涝潮三碰头防范问题。 ( 3 ) 随着社会经济的进一步发展，围绕以社会、经济为中心的人类活动明 显增加，城市化区域土地利用性质、地形特征、河系特征、水工程条件、生态 系统等均可发生不同程度的变化，影响了城市化地区的水文情势，造成洪涝特 性随地区发展而产生不利的变化。 ( 4 ) 青岛市既是沿海改革开放城市，也是全国十五个经济中心城市。近几 年来，作为山东省对外开放和经济发展的“龙头”，社会经济保持了快速健康发 展的势头。2 0 0 0 年全市完成国内生产总值1 1 5 1 2 1 0 8 元，完成工业增加值 5 0 5 7 9 1 矿元；第一、二、三产业的比例为1 2 1 ：4 8 7 ：3 9 2 。青岛市作为地 区的政治、经济、文化的中心，聚集了当地或山东省生产总值的大部分，一旦发 生洪涝灾害，其造成的损失远远大于地区洪涝损失的平均值，而且造成的社会影 响更为严重。 1 1 2 干旱缺水问题 我国水资源总量为2 8 1 2 4 l o m 3 ，人均水资源占有量仅相当于世界人均占 有量的1 4 ，在所有国家中排名第8 8 位，属缺水国家。许多大城市供水长期处 于紧张状态。据统计，目前全国6 7 2 座城市中，有4 8 0 多座城市不同程度缺水， 其中缺水严重的城市达1 3 0 多座，年缺水量大约为5 8 i o m 3 。随着城市人口增 加、工业发展、生活水平提高，用水量不断扩大，城市缺水现象逐年严重。初步 预测，2 0 3 0 年需增加供永2 0 0 0 2 5 0 0 x1 0 8 m 3 才能满足需要。黄河、淮河、海河 三流域2 0 1 0 年以后，当地水源已无潜力可挖，缺水只能远距离调水。在严重缺 水的城市，水资源短缺已成为当地社会经济发展的最大制约因素，成为全社会 关注的焦点。 青岛市属缺水城市之一。据统计分析，青岛市多年平均陆地蒸散发量为 5 0 0 舢左右，水面蒸散发量为1 0 0 0 l l o o m m 左右。蒸散发量地区变化趋势是自 西北内陆向东南沿海递减；蒸散发量等值线呈西南东北走向。蒸散发量年内变 化特点是蒸散发量主要集中春、夏季节的3 6 月份。全市平均干旱指数在1 3 9 2 0 7 之间。由于降水量时空分布的严重不均，特别是年内因春季降水稀少、蒸 散发量大，又时常伴随着干热风，春旱比较严重，故有“十春九旱”之说。在干 旱年份，季节性连续干旱、春夏季连续干旱发生的机率比较多。据1 9 5 6 2 0 0 0 2 河海大学工程硬士论文淋官岛水库向青岛市供水的可行性研究 年降水资料统计，在4 5 年中共出现了1 5 个枯水年份。在1 9 8 1 1 9 8 4 年特枯年 问，全市工农业生产遭受了重大损失。 为了满足城市日益增加的用水的需求，青岛市也和国内一些城市一 样，大量超采地下水，导致市内部分地区出现地下水位恶性下降、地下 水硬度升高、地表径流减少、河道断流、泉水干涸、地面沉陷等严重现 象。 1 1 3 水污染问题 由于人们对保护水资源、水环境重视不够，市内一些地区水环境污染进一 步加剧。水环境污染主要来自工业废水、城市污水和农村面源污染，原因有以 下几方面。 ( 1 ) 随着社会经济的快速发展，工业废污水排放量有逐年增加的趋势，有 的地区或工矿企业的废污水未经处理或有效处理直接排入江河湖库等水域。主 要排污行业为机械制造、化工、纺织、冶炼、火力发电、橡胶制品等。 ( 2 ) 城市污水处理率低，污水处理设施严重滞后，废水处理达标率低；城 区有的地方至今没有污水处理厂，废水都呈自由排放状态；废水大部分未经处 理排放入河或渗坑向地下自由渗透，相当一部分污水还直接用于浇灌农田或城 市绿地，造成二次污染。 ( 3 ) 农业面源污染比重高，据调查，大多数地方污染源由点源污染物排放 为主逐步转为以非点源污染物排放为主，有的地区农业面源氨氮贡献率达6 0 6 5 。水污染的加剧不仅引发了严重的生态环境问题，而且因污染后的水不能用， 增加了一些缺水地区的缺水程度，甚至出现缺乏安全饮用水危机。 ( 4 ) 不合理的工程措施和管理产生水问题。人类不合理的土地利用和 社会经济活动，致使严重的水土流失，恶化当地的生态环境。 1 - 2 研究目的与意义 青岛市是山东省社会经济最发达和最具发展潜力的地区之一。随着改 革开放进程的加快，其生产的经济总量对山东省社会经济的稳定和可持续 发展起着十分重要的作用。 青岛市由于气候温和，光照充足，加上类型多样的地貌，具有众多资源， 如水资源、海洋资源、渔业资源、滩涂资源、水运资源、旅游资源和环境 河海大学工程硕士论文沐官岛水库向青岛市供水的可行性研究 生态资源等，其中水是不可替代的自然资源。在社会经济发展过程中，人 们的生活方式、社会的运作机制、地形地貌、江河水域的产汇流条件及水 域的水量和质量等都在发生显著变化。 经济的迅速发展，强烈的、日新月异的人类活动的作用正逐步改变着 青岛市的自然面貌和水文情态，使区域水文系统及其平衡受到前所未有的 影响，导致水资源供需矛盾突出。随着青岛市以青岛、黄岛、红岛。三点布 局”和以滨海大道为主线。一线展开”的大青岛城市发展格局的确立，城市产 业重心向西海岸转移已成必然。根据规划，西海岸将成为青岛市发展大工业体 系的中心，规划建设修造船及船舶配套工业区、家电电子工业区、大炼油和石 化工业区、轿车和汽车配套工业区、机械装备工业区、钢铁和重工业区等，使 2 0 1 0 年西海岸区域经济年均增长达到2 3 左右，g d p 达到1 7 0 0 x 1 0 8 亿元。经济 的快速发展，必然要求作为基础设施的供水能力不断增长，供水保证率不断提 高。研究沐官岛水库向青岛市供水的可行性，并提出相应的对策措施，对 青岛市社会经济和水资源、水环境的可持续发展具有重要的意义。 1 3 国内外研究热点与趋势 水资源安全是国际水资源研究的热点问题，它不仅与水循环有直接的联系， 而且关系到人类及其生存环境对水资源的基本需求、生态环境需水要求、国家粮 食安全、水的价值以及水的科学管理问题。因此，人类活动开发和影响激烈地区 的水循环与水资源安全研究，是2 1 世纪国内外资源环境学科领域一个十分重要 的方向性问题嗍。 进入2 0 世纪9 0 年代，“可持续发展”的理念逐渐为国际社会所共识，水资 源合理开发、利用、配置、节约、保护和治理业已引起世界各国政府的高度重视 和水科学家们的广泛关注，并在相关领域开展了大量的卓有成效的研究，取得了 令人鼓舞的进展，涌现出了一大批研究成果，推动了水资源学科的发展。主要研 究可概括为： ( 1 ) 关注地球各层圈水循环及其与相邻层圈间的相互作用以及人类活动引 发的重大环境变化研究，包括对水循环与水资源承载能力变化的影响； ( 2 ) 突出水资源及其环境管理科学，关注在可持续协调发展理念下遵循自 然规律减灾、环境保护治理和提高水资源利用的合理性、可行性和可持续性； 河海大学工程颈士论文 沐官岛水库向青岛市供水的可行性研究 ( 3 ) 关注社会经济发展对水循环及水资源的影响，以及如何增强人类管理 区域水资源及保护环境的能力伽。 随着计算机、计算技术、系统分析方法在水资源学科领域的广为应用，水资 源论证、水资源优化配置的研究成果不断涌现。1 9 7 8 年，英国学者p e a r s o n 等提 出了水资源系统模拟框架下的水资源配置和管理，并建立了流域管理模型。1 9 8 2 年，他以产值为最大目标，以输水能力和预测的需求值为约束条件，利用几个水 库的控制曲线和二次规划方法对n a w w a a r e a o f e n g l a n d 区域的用水量优化分 配问题进行了研究啪网。 中国是世界上水资源严重短缺的国家之一。中国对水资源问题十分重视，各 级政府高度重视水资源问题，己经将粮食、能源和水资源确定为三大战略资源， 明确了水资源可持续利用是支撑我国社会经济可持续发展的战略问题。根据我国 水资源的状况和特点，国内不少水科学家对水资源承载能力的概念及内涵进行了 广泛的探讨，从可持续发展及其支持系统的角度，强调水资源与可持续发展的宏 观关系，强调可持续发展是在水资源支撑能力范围内的发展，将水资源开发利用 与区域宏观经济联系起来进行研究，提出了基于宏观经济的水资源优化配置的理 论与方法；针对西北干旱地区生态环境极端脆弱的特点，将水资源与经济、生态 三者联系起来统一研究，考虑水资源同时作为国民经济发展的资源基础和生态系 统中最活跃因子的相互依存和相互制约的转化规律，在区域生态需水量和水资源 承载能力方面研究有所突破旧啊。 在开展理论和方法研究的同时，为了缓解华北平原及京津唐地区严峻的缺水 形势，实施了南水北调中、东线工程嘲。东线工程从长江下游扬州江都抽引长江 水，利用京杭运河及其平行河道逐级提水北送。出东平湖后分两路输水：一路经 穿黄隧洞穿过黄河进入南运河，自流到天津，输水主干线全长1 1 5 6 k m ；另一路 通过胶东输水干线输水到胶东半岛，全长7 0 1 k m 。中线工程总干渠自陶岔渠首引 水，穿越江淮分水岭沿伏牛山山前平原，再沿太行山东麓，直达北京玉渊潭，总 干渠全长1 2 7 6 k m ；天津干渠自河北省除水县黑山村由总干渠分水东流入天津西 河闸，全长1 5 5 k m 。东线受水区域涉及江苏、安徽、山东、河北、天津5 个省市 的1 4 8 个县市区，总人口占全国人口的8 3 ( 2 0 0 4 年) ，耕地面积占全国耕地 5 河海大学工程硕士论文洙官岛水库向青岛市供水的可行性研究 面积的7 6 ( 2 0 0 3 年) 。中线受水区域涉及河南、河北、北京、天津4 个省市 的1 6 3 个县市区，总人口占全国人口的8 0 ( 2 0 0 4 年) ，耕地面积占全国耕地 面积的5 2 ( 2 0 0 3 年) 。东线调水规模为每年1 4 8 x 1 0 督；中线调水规模为每 年1 3 0 x 1 0 留。 由上不难看出，水，作为基础性的自然资源和战略性的经济资源，在促进社 会经济全面、协调、可持续发展的战略中始终处于十分重要的地位嘲。南市北调 工程一方面反映了各级政府对水资源的重视，另一方面也说明我国水资源形势十 分严峻，亟须用先进的科学技术来解决水问题。 1 4 研究内容 结合青岛市城市供水水源规划，青岛市水利局委托中水北方勘测设计研究 院、青岛市水利勘测设计研究院、海洋一所、中国海洋大学等单位针对沐官岛水 库的建设规模、来水条件、工程地质、海洋水文、环境影响等方面开展了“水文 水利计算”、“海洋水文分析“地质勘察”、“表层沉积物调查”、“浅层海底地层 探测”、“沐官岛水库蓄水初期水质变化”、“沐官岛水库测量”七项专题研究。本 论文主要从水资源、水环境的角度开展研究。 论文以水文水资源学科基本理论和有关的法律法规、规程规范和标准为依 据，在阐述水资源承载能力内涵及评价( 计算) 模型的基础上，重点围绕以下方 面开展研究： ( 1 ) 青岛市水资源供需现状； ( 2 ) 沐官岛水库的水资源数量及其分布； ( 3 ) 沐官岛水库的水资源质量； ( 4 ) 沐官岛水库向青岛市供水的可行性。 研究成果将为水库设计规模、引水渠道引水流量设计、涵闸建设提供科学依 据；对科学开发、利用好青岛市有限的水资源，合理配置水资源，提高水资源对 社会经济和水环境的承载能力，实现社会经济的可持续利用有着重要的意义。 1 5 研究基础 近年来，青岛市在关系全市社会经济发展全局的干线公路、水利、电力、旅 游等重点领域，有选择、有步骤地实施了一批有较大影响和带动作用的重点项目， 6 柯海大学工程硕士论文抹官岛水库向青岛市供水的可行性研究 集中力量解决了制约社会经济发展的一些主要矛盾，对于进一步改善发展环境， 推进经济结构战略性调整，增强自我发展能力，构建和谐社会产生了重大的推动 作用。在水文地质普查、水利水电工程建设、防洪、抗旱到水资源评价和水资源 利用等方面，青岛水文水资源局与有关科研机构和高等院校联合进行科技攻关， 解决了一些理论和生产实际问题，为社会经济和科学事业的发展起了重要作用。 笔者先后有幸主持或参与了“胶东地区水资源评价与利用现状调查研究( 青岛部 分) ”、“大沽河水源地供水论证”、“黄岛发电厂供水论证”、“青岛市北工业园供 水水源论证”；“青岛市及各区( 市) 的水资源调查评价”、“大沽河、李村河、风 河、墨水河、南胶莱河等河道的设计洪水分析计算”、山东省水文图集、山东 省山丘地区暴雨洪水查算图表、山东省短历时暴雨等值线图、水文特征值统 计等科研工作，也为本论文写作奠定了一些基础。 7 何海大学工程硕士论文淋官岛水库向青岛市供水的可行性研究 第二章水资源承载能力内涵与评价模型 水资源是人类社会生存和发展的不可替代的自然资源，是生态环境的重要控 制因素之一，是可持续发展的基础条件。随着区域社会经济的快速发展，人类活 动的强度日新月异，区域不协调发展在水资源、水生态、水环境上表现尤为突出， 出现了水资源短缺、水生态和水环境恶化等问题。研究水资源承载能力，是水资 源安全度量和规划的基础，不仅能给管理者提供决策依据，而且在一定程度上能 增强人们保护水资源、水生态、水环境的意识，对促进区域水资源的持续利用和 可持续发展具有重要的意义，业已引起国内外学者的广泛关注，并进行了大量的 卓有成效的研究，提出了一些定性与定量评价( 计算) 模型。 2 1 水资源承载能力内涵 “承载力”( c a r r y i n gc a p a c i t y ) 原为物理学中的一个物理量，是指物体在 不产生任何破坏时所能承受的最大负荷。当人们研究区域系统时，普遍借用了 这一概念，用以描述区域系统对对外部环境变化的最大承受能力。随着研究领 域的扩展和研究的深入，承载力被发展为现在的承载能力，成为描述发展限制 程度最常用的概念“” 水是人类社会和一切生物赖以生存和发展的物质基础之一，水资源承载能 力w r c c ( w t e rr e s o u r c e sc a r r y i n gc a p a c i t y ) 的大小是决定人类社会经济发 展速度和规模的重要因素，其承载能力研究是地球资源与环境承载能力研究的 重要内容。关于水资源承载能力的定义，目前学术界尚未达成普遍共识，尚未 有水资源承载能力的公认的定义。根据中国水资源的状况和特点，国内不少学 者对水资源承载能力的定义和概念进行了广泛的探讨。 施雅风院士认为：水资源承载能力是指某一地区的水资源，在一定社会历 史和科学技术发展阶段，在不破坏社会和生态时，最大可承载( 容纳) 的农业、 工业、城市规模和人口的能力，是一个随着社会、经济和科学技术发展而变化 的综合指标“1 1 。 水利部部长汪恕诚认为：水资源承载能力是指在一定流域或区域内，其自 身的水资源能够持续支撑经济社会发展规模，并维系良好的生态系统的能力“”。 8 河海大学工程硪士论文沐官岛水库向青岛市供水的可行性研究 冯尚友教授认为：一定区域内，在一定生活水平和生态环境质量下，天然 水资源的可供水量能够支持人口、环境与经济协调发展的能力或限度“”。 陈明忠教授等认为：中国的水资源承载能力概念可分为理论性定义和工作 性定义。理论性定义是指水资源能够支撑经济与社会可持续发展的能力；工作 性定义是指在一定流域或区域内，在特定社会、经济与技术条件下，其自身的 水资源能够持续支撑的社会经济发展规模并维系良好生态环境的能力“” 许有鹏教授认为：水资源承载能力是指在一定的技术水平和社会生产条件 下，水资源最大供给工农业生产、人民生活和生态环境保护等用水的能力，也 即水资源最大开发容量“”。 由此可见，对水资源承载能力的概念虽然没有统一的定义，但上述学者对 水资源承载能力的基本认识是一致的，都强调了“水资源最大支持能力”的含 义，体现了水资源承载能力的内涵。 2 2 水资源系统特性 水资源不同于土地、矿产等自然资源，这些资源具有相对固定的特性。 而水资源系统由于受自然界水文循环和人类活动的影响，具有其独特的特 性。水资源系统包含自然和人工两个子系统。自然系统是指区域或流域自 然地理特征所形成的系统；人工系统是指为了利用水资源所建立的工程以 及管理系统。 2 2 1 自然系统特性 水资源自然系统具有以下一些特性： ( 1 ) 有限性 对某一区域或流域而言，年降水量系列总是处于变化之中，但变化总是有 限度，这就决定了区域或流域水资源的有限性。可利用水资源的多少则是和一 定的社会发展阶段、一定的技术水平和经济规模有关，而且是有极限的。 ( 2 ) 循环性与可恢复性 自然界的水在太阳能和大气运动的驱动下，不断地从水面、陆面和植物的茎 叶面，通过蒸发或散发，以水气的形式进入大气圈。在适当的条件下，大气圈的 水汽可以凝结成水滴，在地球引力的作用下，以降水的形式降落到地球表面。到 达地球表面的降水，一部分在分子力，毛管力和重力的作用下，通过地面深入地 9 河海大学工程硕士论文沐官岛水库向青岛市供水的可行性研究 下；一部分则形成地面径流并在重力的作用下流入江河、湖泊，最终汇入海洋； 还有一部分通过蒸发或散发逸散到大气圈，或者以地下水的形式排入江河、湖泊， 再汇入海洋，这就是水的循环性。水文循环一方面受气候系统的制约，另一方面 又会对气候系统作反馈；水文循环也受人类活动的影响，强烈的人类活动和社会 经济发展，导致二氧化碳等温室气体大量向大气圈排放，使大气中的物理化学成 分发生改变，“温室效应”的显著加剧，引起气温升高，全球气候变暖，蒸散发 增大。冰川融化加快，海平面上升，从而导致水文循环发生一些变化。周而复始 的周期性水文循环，使水资源具有了可恢复性，换言之，就是当年水资源的耗用， 可由翌年的大气降水所补给，形成水资源消耗和补给的循环性“”。 ( 3 ) 时空分布的不均匀性 造成水资源时空分布不均的因素众多，最直接的是流域内降水和下垫面因 素，而影响降水的主要是气候气象因子，下垫面因素主要受人类活动影响。全球 或区域的气候或气候变化将改变水文循环，从而改变降水的时空分布；人类在大 地上的活动，如修建蓄水工程、开荒围垦、过度开采地下水等，都将改变自然面 貌，即改变了陆面的水文情态，使得水资源在时空上分布不均。 时间上分布的不均匀性表现在水资源量年际、年内变化幅度大。由于气候条 件、下垫面条件的影响，区域或流域内年降水量呈随机性变化，峰、枯、平年份 交替出现或出现连旱、连涝年份；丰枯年份水资源量相差悬殊。水资源年内分布 不均主要体现为汛期水量大而集中，持续时间短，难于有效利用；非汛期水量小 且持续时间长，难于满足需水要求，而且各年年内变化规律不同。 空间上分布的不均匀性表现为水资源量在地区上分布的不均匀性。多年平均 降水量的区域性变化，一定程度上能反映水资源量在区域上分布的不均匀性。水 资源区域分布的不均匀，使得在水资源开发利用条件上存在较大的差异。 ( 4 ) 多功能性与利害两重性 水资源广泛应用于工农业生产、生活、发电、航运、水产、旅游和环境改造。 在诸多的用途中，有的是消耗性用水，有的则是非消耗性或消耗f l t d , 的用水。水 多了容易造成洪水灾害，如1 9 9 8 年长江、松花江、嫩江发生的流域性大洪 水还记忆犹新；水少了容易造成干旱灾害，如2 0 0 0 年发生的全国范围 的严重旱灾，干旱缺水严重影响了国民经济、社会发展和人民生活，成 i o 河海大学工程爱士论文 沐官岛水库向青岛市供永的可行性研究 为全社会关注的焦点。正是由于水资源的这种双重性，在水资源的开发 利用过程中，尤其要强调合理利用、有序开发，以达到兴利除害的目的。 2 2 2 人工系统特性 水资源系统中的人工系统，主要包括工农业生产、水力发电、江河湖海航 运、淡水养殖、城市景观和休闲娱乐场所等与人类息息相关的领域。人类发展 过程，从某种意义上说，是一部认识水、探索水、改造水的历史。人类开发利 用水资源大体经过三个阶段，表现出三个主要特征：是以解决人类生存问题 为主要目标的原始水利阶段，入与水的关系以人适应水的自然状况为主要特征。 二是以建设水利工程为主要手段，以保障人类经济社会发展的传统水利阶段， 人与水的关系以人改造和利用水资源和水环境为主要特征。三是以水资源优化 配置为主要手段，实现水与经济、社会、环境持续协调发展的现代水利阶段， 人与水的关系以人改造和适应相结合为主要特征。不同历史时期，不同社会经 济和科学技术水平，对水资源开发利用要求是不同的。这反映了水资源系统中 人工系统与自然系统相互影响、相互制约的特点。 2 3 水资源承载能力特点 由于水资源系统本身的特性，导致水资源承载能力具有不同于其它资源的 一些特性“”。 2 3 1 时空性 不同时期，不同区域或流域，水资源可利用量是不同的。原因一是水资源 的自然属性，也就是它的自然分布，二是水资源的社会属性，也就是它的开发 利用的程度不同。另外，由于不同区域或流域社会经济发展水平、人口数量和 集中程度以及生态环境协调发展组合不一，因而水资源承载能力具有时空性。 2 3 2 动态性 由于不同时期，不同社会经济和科学技术水平，对水资源需求、开发利用 方式和手段、水资源的利用率和利用效率是不同的，加之水资源系统本身量与 质的不断变化，因而水资源承载能力具有动态性。 2 3 3 有限性 与水资源系统的特性基本相同，即水资源对社会经济发展的支撑能力是有 限的，可利用水资源量是有限的，水资源和水环境承载能力是有限的。 河海大学工程硕士论文蛛官岛水库向青岛市供水的可行性研究 2 4 水资源承载能力评价模型 水资源承载能力的研究和评价是一项涉及水资源系统、社会经济系统、生 态环境系统和科学技术系统的综合性研究工作。水资源承载能力的研究和评价 的目的就是要寻求区域或流域水资源与社会经济发展和生态环境之间的关系， 发现制约区域或流域社会经济发展的因素，从而提出相应的对策措旋，使有限 的水资源可持续支撑社会经济发展的最大规模“”。近几年，国内一些学者们各 自从不同角度研究水资源承载能力评价，并建立了一些模型，主要有以下几类。 ( 1 ) 以区域可利用水资源总量为主要指标的水资源承载能力研究。方法主 要有：供需平衡分析法、背景分析法、动态模拟递推算法和定额估算法等。 ( 2 ) 在水资源开发利用预测量( 未来水资源的利用指标) 的基础上，以社 会经济发展目标为主要指标的水资源承载能力研究。方法主要有：多目标模型 分析法、系统动力学法等。 ( 3 ) 以某单一目标进行水资源承载能力研究，如以水环境承载能力、防汛 抗旱等单一目标来研究。方法主要有：综合指标法、模糊综合评价法、主成分 分析法等。 水资源承载能力是一个与水资源数量和质量都有联系，受水资源可利用量 和水环境承载能力影响的综合指标。水资源承载能力是从用水的角度来讲，水 资源能支撑经济发展到什么程度；而水环境承载能力是从污水排放的角度来讲， 水体能承受多少排放物。两者相辅相成，紧密相连。文献“”以控制目标为约束， 以水量水质模型为基础，反推水环境承载能力，建立了“基于模拟和优化的控 制目标反推模型”简称c o i m ( as i m u l a t i o na n do p t i m i z a t i o nb a s e do nc o n t r o l o b j e c ti n v e r s i o nm o d e l ) ，将其应用于水环境承载能力计算；并通过水资源转化 关系方程、污染物循环转化关系方程、社会经济系统内部相互制约方程、水资 源承载程度指标约束方程和生态环境约束方程，将其应用于水环境承载能力和 水资源承载能力计算。 模型目标函数为： m 。( q 0 ) 约束条件为； ( 2 一1 ) 河海大学工程硕士论文洙官岛水库向青岛市供水的可行性研究 = 办心d + 办0 一) c w 级= 蜴+ g 手 + 办) q 埘c j = qc l + 阡锄一( 蜴c j + 阡锄) 绒c _ ) c _ s g ) 绒g ) 式中， ( k 为污水排放量( m 3 ) ； 阡0 为污染物排放总量( k g ) ； c 为污水中某污染物综合浓度( g l l ) ； 阿锄为污水处理后某污染物排放总量( k g ) ； j 为污水处理率； c d 为污水处理后某污染物浓度( g l ) ； 善为水体水量总消耗系数； q 1 为排放的河流上游来水量( m 3 ) ； 绒为控制断面径流量( 肼3 ) ； c l 为上游断面来水浓度( g l ) ； c 。为控制断面浓度( g l ) ； 为污染物综合消减率，对难降解的污染物，卢= 0 ； 为污染物总量控制目标值( 姆) ； g 为控制断面浓度控制目标值( g l ) ； 幻 d d d ” 嘞 嘞 叫 埘 州 删 q q q q 倍 倍 河海大学工程硕士论文 淋官岛水库向青岛市供水的可行性研究 珐为河流径流量控制最小目标值( m 3 ) 。 本章主要阐述了水资源承载能力的内涵、水资源系统特性、水资源承载能 力特点和水资源承载能力评价( 计算) 模型。由于水资源系统本身的复杂性、 随机性以及影响水资源承载能力的因素很多，比如，水资源及水环境承载能力 的影响、两者之间同一考虑等问题都需要深入研究。虽然国内水资源承载能力 研究和评价( 计算) 还处在初级探索阶段，尚未有较成熟和完善的理论，内容 和方法体系，但本章阐述的水资源承载能力的基本概念，水资源承载能力评价 ( 计算) 原则及模型，无疑将为本文后面进行的青岛市水资源供需平衡分析及 沐官岛水库向青岛市供水的可行性分析提供一定的技术和方法支撑。 1 4 河海大学工程硕士论文淋官岛水库向青岛市供水的可彳亍性研究 第三章青岛市水资源供需现状 3 1 行政区划 青岛市地处山东半岛南部，位于东经1 1 9 。3 0 1 2 l 。0 0 ，北纬3 5 。3 5 7 3 7 。0 9 ，是我国华北地区重要的沿海开放城市和计划单列城市之一。全市 总面积1 0 6 5 4 k m 2 ，辖五个县级市( 即墨市、莱西市、平度市、胶州市和胶南市) ， 七个市区( 市南、市北、四方、李沧、崂山、城阳、黄岛) 。据2 0 0 0 年统计，全 市人口为7 4 9 4 2 x 1 0 4 人，其中城镇人口4 0 6 1 0 4 人。青岛市行政区划见图3 一l 。 图3 - 1 青岛市行政区划图 3 2 水资源数量 3 2 1 降水量 青岛市属北温带季风型气候区域，濒临黄海，受海洋和大陆的影响，四季分 明，暖湿交替。其特点是夏半年盛行偏南风，气候湿润多雨，热量充足，但无酷 暑；冬半年盛行偏北风，空气干冷，雨雪稀少。根据1 9 5 6 2 0 0 0 年降水资料系 河海大学工程硕士论文 蛛官岛水库向青岛市供水的可行性研究 列计算，平均年降水总量为7 3 3 2 2 8x1 0 8m 3 ，折合面平均年降水深度为6 8 8 2 m m 。 3 2 2 蒸散发量 根据1 9 8 0 2 0 0 0 年历年蒸散发量的系列资料统计分析，青岛市多年平均水