城市水資源管理模型范文

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1引言

水是人民生活和經濟社會發展的基礎性戰略資源,同時又是生態環境的控制要素,是實現社會經濟可持續發展的重要物質基礎。聯合國組織近年一再強調大城市水資源是世界水資源問題中的重點,而管理又是城市水資源問題的核心。水利部黨組在黨中央、國務院治水方針指導下,提出以水資源的可持續利用支持經濟社會可持續發展的治水新思路,高度重視城市水問題,明確提出做好城市水利工作是實現水利現代化的重要標志。因此加強城市水資源管理研究,對城市用水健康循環和保證城市可持續發展具有深遠的戰略意義。

隨著城市規模與分布密度的不斷增大,需水量由局部問題擴張到區域性問題。水資源進入了供水管理時期,其任務是保證供水,滿足城市的穩定用水,科學分水,使各城市備用水部門能夠合理、均衡發展,它構成了近幾十年來國內外城市水資源管理與研究的主要內容。城市經濟的進一步發展,可利用水資源量成為區域性的約束因素,水資源管理將進入一個新的水資源供需調控時期,管理內容同時包括供水管理、需求管理以及供需綜合調控。這個新的時期,供水管理不再是單純的水量保證問題,而是要從社會、經濟、生態等方面考察供水規模與供水增長速度的有效性,設計供水的優化方案。需求管理是在供水的平均成本和邊際成本的壓力下,以行政、經濟、法律等手段提高生產用水的有效性,促進城市用水及其發展趨勢與供水、水環境條件相適宜。另一方面,如果城市用水的比較效益很高,將能促進或刺激供水的擴大,這使得城市水資源供需存在著互為反饋的動力機制,借此,城市水資源供需調控得以實施,使有可能找到一條水供需動態優化的控制路徑和管理模式。城市水資源可持續管理是一項復雜的系統工程,需建立在多目標、多主體規劃模型基礎上,從更高層次角度提出管理模式,求出全局最優策略,實施統一規劃、統一經營與統一管理,從而解決資源短缺、生態環境惡化和水污染問題。從效益上來看,城市水資源管理一體化的最終目標是水資源開發利用必須達到經濟效益、社會效益和生態效益的協調統一,從中尋求最優的水資源利用方式,最大限度地滿足該地區國民經濟各部門的需求、改善國民經濟用水和生態環境用水的矛盾、合理開采利用地下水,達到水資源配置的合理與高效,實現水資源對國民經濟發展和生態環境的支撐。因此其中的關鍵問題就是城市水資源管理模型的合理開發,需按照系統化、最優化、決策化進行分析研究,應用電腦快速整理和融匯所有有關資料,提供高科技含量的高智能評估,利用信息反饋原理和運籌決策法提出最優開發利用的地表水和地下水聯合調度、水量與水質統一管理、水污染綜合整治等的科學依據。

2研究現狀分析

水資源管理理論研究的發展,是與水資源的持續利用和人類社會協調發展密不可分的。近100年來,隨著科學技術水平的提高和經濟社會的發展,水資源管理逐步走向合理化、多樣化和集約化(福田仁志,1983)。同時,水資源系統優化調度和分配、水資源宏觀區域規劃、水環境戰略保護以及采取全面節水措施、營造節水型社會等方面都有很大的進步。雖然城市水資源管理由來久遠,但將管理、科學管理置于重要位置卻是近30年的事。

2.1國外研究現狀

國外城市水資源管理的研究,包括供給、需求及污水處理的研究,60年代就已開始。Scarato(1969年)[1]將能力(容量)擴大的原優化模型首次用于城市的水處理與輸水管道的布局規劃方面,并且取得了較好的結果；Riordan(1971年)[2]提出了一般的多階段邊際費用動態規劃模型,將此模型用于城市水處理設施的規劃方面,以費用為目標函數對城市水處理設施進行動態規劃；Mulvihill和Dracup(1974年)[3]用非線性規劃方法建立了城市供水和污水處理的聯合規劃模型；Dandy等(1984年)[4]提出一種考慮價格、償還貸款等因素的動態規劃方法,并將這種方法用于城市供水系統的規劃；Haimes(1974年)[5]將供水和用水作為協調對象,用系統分解協調方法構造出區域供水需水協調模型,并用此模型對北大西洋區域的水資源進行了分析與規劃；1983年,D.P.Sheer經過長時間的努力,利用優化和模擬相結合的技術在華盛頓特區建立了城市配水系統；1992年6月聯合國環境與發展大會在巴西里約熱內盧通過了著名的《里約宣言》和《21世紀議程》,世界各國政府為其在宣言中所做的承諾進行了不懈的努力,并在研究社會、經濟、資源與環境如何協調發展的問題上做了大量的工作。J.Icke(1999)[6]進行了城市水資源管理中的可持續性評價的分析,建立了城市水資源循環模擬模型,用該模型來評價城市水資源的可持續利用性；P.M.J.Terpstra(1999)[7]建立了城市生活用水的模擬模型,用該模型來模擬各種不同供水管理水平下的用水狀況,從而選擇最優的供水管理方式,以促進城市用水的可持續發展；為了提高和改善可持續水資源管理水平,瑞士環境策略研究基金會(1999)[8]發起了一項瑞士6年研究項目“可持續城市水管理”,主要研究目標是保護環境、節約自然資源及提高人類生活健康及衛生環境,該項目包括飲用水處理系統、城市暴雨管理系統及污水回用系統三個主要方面；TerenceR.Lee(2000)[9]探討了拉丁美洲的城市水資源管理狀況,針對具體問題,提出了解決的思路,為將來水政策的制定提供了一定的依據。

2.2國內研究現狀

在我國,城市水資源管理工作的研究與展開主要開始于20世紀80年代。周克俊(1987年)[11]將Haimes發展的模型作了改進,并應用于常州市水資源的研究中,這項研究存在一個問題是沒有考慮污水處理系統.污水處理系統的存在,增加了供水費用,對用水系統起約束作用,若不考慮處理費用,則供水、用水系統將會擴大到不適當的規模；都金康等(1990年)[12]將供水、用水、污水處理一并考慮,建立城市水資源規劃和管理的分解協調模型,該模型分為兩級,一級為管理協調系統,二級由供水、用水和污水處理三個系統組成,分別建立第二級三個系統的數學規劃模型,然后在第一級用系統分解協調法將三個模型連接起來,形成城市水資源分解協調模型；張超等(1993年)[13]將系列模型方法應用于城市水資源開發利用規劃中,提出了一種新的評價指標體系,采用了確定性與隨機性兩種動態模擬技術,以及動態規劃,多目標規劃等優化技術,應用于長治市水資源開發利用規劃中。

1996年,為紀念“世界水日”,由聯合國人居中心、建設部和水利部共同舉辦了“城市水資源管理國際會議”,旨在加強國際間合作,共同研究策略來解決城市缺水問題及保護全球的生態環境,實現全球經濟的可持續發展；1997年,由聯合國UNDP資助,中國國際經濟和技術交流中心承擔了“21世紀的中國城市水管理”的研究課題,并得到中國建設部的大力支持,該項目旨在通過完善水管理機構改革和需水管理策略,從而提高城市供水和污水管理水平,以促進城市的可持續發展,主要研究區域包括北京和石家莊兩地；WeiYan(1999年)[10]探討了21世紀的城市水管理策略,系統地介紹了發達國家城市水管理的發展模式,包括水管理組織機構、資金融資等情況；王先峰等(1999年)[14]針對西安市嚴重缺水的供水形勢及實際情況,對西安市兩個主要水源建立了動態確定型多目標非線性數學模型,并從水量水質兩方面對其進行約束,得出了27年各月的水量水質參數；辛玉琛等(2000年)[15]建立了城市水資源優化管理模型,該模型包括地表水優化調度模型、地下水優化管理模型及整體目標,并運用該模型對長春市水資源管理進行了分析,解決了常規分析方法未能解決的問題；邵益生(2000年)[16]探討了21世紀中國城市的水戰略,指出我國城市水資源目前面臨供需矛盾加劇、水源水質保護難度加大、迫切需要改善飲用水的質量三大挑戰,再次建議將“節流優先,治污為本,多渠道開源”作為城市水資源可持續開發利用的新戰略；董輔祥(2000年)[17]提出了城市水資源可持續利用的方針與對策,強調節水與合理的水費體制是城市水資源可持續利用的主要對策；于書霞、尚金城(2002年)[18]運用系統動力學的方法,研究了城市水資源供需系統的優化分析,得出了水價和水污染整治投資比例是兩個關鍵因素,只有二者相互協調,共同發揮作用,才能促進城市水資源的可持續發展；王維平等(2003年)[20]針對缺水地區水資源時空分布不均及豐枯交替頻繁,尤其是連枯年份高頻率出現的特點,采用優化和模擬技術,建立了適用于多水源、多工程、多用戶等復雜條件下具有可操作性的水資源預分配管理模型,以實現水資源在各地區、各部門、各行業層次上的分配。在此基礎上,研制出按節水水平高低和企業用水重要性大小進行配水的管理模型,從而達到了在實際水資源管理的直接對象——企業間的優化配置。

3結語

隨著水資源短缺及水污染的日趨嚴重,合理規劃及管理城市水資源、解決水資源問題將是中國21世紀可持續發展的重大課題,如何在傳統區域發展模式和自然資源開發利用模式的基礎上有所突破,順利貫徹從不重視節水、治污和不注意開發非傳統水資源轉變為節流優先、治污為本、多渠道開源的城市水資源可持續利用戰略,進一步豐富面向可持續發展的水資源學科體系,仍然需進一步深入的探索,特別是在城市水資源基本平衡關系、需求管理、供水管理、水量與水質統一管理、地表水與地下水統一管理、經濟機制、決策機制等各主要模型的數學描述等方面,還需要進行更深層次及多元化的探討,對城市水資源管理模型來說,其發展的趨勢應是需水、供水、排水、節水四方面的有效統一,如何將四方面納入一個模型之中,則是我們要研究的重點。