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摘要：

水与人类的生存、发展、繁衍息息相关，人类文明的历史就是一部水的变迁史。

中国的水资源分布不均，南丰北枯，经济发展水平也与水资源的丰枯基本一致。

而中国人越来越多的聚集到原本水源丰沛的东南部地区，使原来的“鱼米之乡”由于人类活动的干预导致的水问题也越来越突出，出现水质型缺水。

为了贯彻科学发展观，维持社会的可持续发展，有必要对区域水资源进行研究。

本文以江苏省的淮安市为例，研究区域的需水量预测，并对水资源可持续性进行评价。

论文的主要内容包括以下几个方面：

1．针对目前水资源中存在问题，综合国内外水资源需水量预测及可持续利用研究成果，提出本论文的研究目的和意义、研究方法以及技术路线。

2．论述水资源需求预测的内涵及方法，比较各个研究方法的适用范围及特点，选择用系统动力学预测需水量。

3．论述水资源可持续利用的理论体系，列出常用的指标评价方法，选用不必计算权重的突变模型评价法研究区域水资源可持续利用。

在借鉴前人研究成果的基础上，考虑各指标的相对重要性，从水资源的天然供给、水资源开发利用、水资源保护与节约及水资源用水安全及社会管理方面建立区域水资源可持续利用评价指标体系。

4．介绍淮安的水资源社会现状，用系统动力学的ⅥInsim软件预测需水量，用突变模型评价法评价淮安市2000年和2005年水资源可持续度，对评价结果进行分析，指出其存在问题并提出了改进措施。

最后指出本文研究中的不足及需改进的问题。

关键词：

需水量预测；可持续利用；系统动力学；突变模型；淮安市

Abstract：

Wateriscloselyrelatedtothehumansurvival,development,reproductionandthehistoryofhumancivilizationisahistoryofwaterchanges.Chinesewaterrecourcesdistributionisuneven,richinsouthandpoorinnorth,thelevelofeconomicdevelopmentwiththewaterrecourcesbasicallythesame.Moreandmorepeoplegatheredtotheoriginalsourceofrichsoutheastenregion.Duetohumanactivity,the“landoffishandrice”hasbecomeincreasinglyprominentinthequalityofwater.Inordertoimplementthescientificconceptofdevelopment,tomaintainthesustainabledevelopmentofsociety,ititnecessarytocondutstudyonregionalwaterrecources.TaketheHuai’anCity,JiangsuProvinceasanexample,thestudyofregionalwaterdemandprojections,andevaluatingwaterresourcessustainability.Themaincontentsarefollows:

1.Accordingtothecurrentprobleminwaterrecources,analysisingwaterrecourcesathomeandabroadtothesustainableuseofwaterforecastsandrecearchresultsofthepresentthesisresearchpurposesandsiginificanceoftherecearchmethods,aswellastechnicalroutes.

2.Introducingtheconnatationandmethodsofwaterrecourcesanddemandforecasts,comparingvariousrecearchmethodsandthescopeofapplicationcharacteristics,thenchoosingtousesystemdynamics.

3.Introducingthesustainableuseofwaterrecourcestheoretialsystem,andlistingthecommonlyusedevaluateregionalsustainableuseofwaterrecources.

4.IntroducingthesocialstatusandwaterresourcessofHuai’anCity,usingsoftwareVensimtoforecastwaterdemendinthefuture.MutationCatastropheModeltoevaluatetheuseofevaluationHuai’anCityin2000and2005sustainablewaterresources.

Keywords：

Waterdemendforcasting,Sustainableuse,SystemDynamics,Huai’an

目录

1绪论4

1.1.研究背景及意义4

1.2国外研究进展4

1.2.1需水量预测的国内外研究现状4

1.2.2水资源可持续利用的国内外研究现状4

2区域水资源研究的基本理论5

2.5生态足迹模型的评价5

3江苏省2007-2011年生态足迹及生态承载力计算6

3.1数据处理6

3.2江苏省2007-2011年生态足迹与生态承载力的计算与分析6

3.3江苏省2008-2011历年的生态足迹计算8

4对策11

4.1大力发展循环经济，加强生态环境建设11

4.2加强产业结构调整，提高科技发展水平11

4.3提高人口素质，改变消费观念11

结语12

参考文献13

致谢14

1.

绪论

1．1研究背景及意义

水是人类赖以生存和社会发展的宝贵自然资源，没有水就没有生命。

水资源广义上是指地球上所有形式存在的水体，包括气态水、固态水和液态水。

目前，人们将水资源通常理解为某一区域内可以逐年恢复和更新的淡水数量，包括水质和水量两个部分。

随着人口与经济的增长，水资源的需求量不断增加，水资源利用效率不高，供需矛盾日益突出。

有些地区为了保障经济的快速发展，无视水资源的有限性，对水资源进行掠夺性开发，结果使生态环境遭到严重破坏，影响到了整个社会的可持续发展。

水资源评价的最新成果表明，我国常年水资源总量为2．8万亿m3，年总用水量为5500亿～5600亿m3，整体上能够满足需求。

由于全球气候变暖的影响，我国南方地区水资源总量有所增加，增幅接近5％；而北方地区水资源量明显减少，其中以黄河、淮河、海河和辽河地区最为显著，资源总量减少了12％。

水资源时空分布不均、水污染、水生态系统失衡等问题加剧了当前水资源供需矛盾。

仅从供需角度，在充分考虑节约用水的前提下，2010年全国总需水量将达6400亿一6700亿In3，预计到2030年，需水量将达8000亿m3左右。

届时中国的人均水资源拥有量将处于联合国确定的水资源极限水平IlJ。

水是人们生活和生产的基础保证，也是经济社会发展的命脉。

通过研究需水量问题，采用合适的方法、科学合理预测出某一预测年的需水量，是非常重要的。

通过需水预测，可以估计出缺水量，有助于提前采取一些方法和措施，将缺水所造成的损失减少到最小。

同时，也有助于国家或者地区制定中长期水资源开发利用总体规划和供水规划，为国民经济的稳定、快速发展提供更可靠的参考依据，实现稳定供水，有效提高水资源的经济和社会效益【2】。

而且对重大水利工程（如南水北调工程等）的合理决策和实施，乃至对市场经济条件下的用水管理，均具有重大意义。

除了水量供需矛盾日益突出，我国水资源在开发利用方面还面临以下几个方面问题：

（1）水污染事件频发。

从2005年底发生松花江污染事件以来，中国平均每两天发生一起环境突发事故，而这些事故中70％是水污染事故。

2007年5月，无锡市区域内的太湖暴发蓝藻，影响了自来水水源地水质，市民只能购买纯净水维持生活；6月，安徽巢湖北岸的烟墩至义城沿岸，蓝藻暴发，沿岸边水域呈翠绿色、粘稠状，恶臭；7月，因地面水厂取水口遭受新沂河上游不明污染源污染，江苏省沭阳县城区供水系统被迫关闭，城区20万人断水40小时。

据保总局监测，2005年全国七大水系的411个地表水监测断面中有27％的断面为劣v类水质，全国约二分之一的城市市区地下水污染严重，一些地区甚至出现“现有河皆干、有水皆污”的现象。

（2）水资源过度开发，造成对生态环境的破坏。

全国水资源的开发利用率1997年为19．9％，不算很高，但地区间很不平衡。

黄河、

淮河、海河开发利用率都超过50％，其中海河已近90％。

有些内陆河的开发利用率超过了国际公认的合理限度。

由于地下水的持续超采，使不少地区地面沉陷，海水入侵。

在黄淮海流域，由于水资源的过度开发，造成海河流域的河湖干涸，黄河下游经常断流，甚至淮河中游在1999年也出现了历史上罕见的断流现象。

（3）水资源的紧缺与用水的浪费并存。

每年我国因缺水造成的经济损失超过洪涝灾害。

许多地区由于缺水，造成工农业争水、城乡争水、地区之间争水、超采地下水和挤占生态用水。

但与此同时，用水效率不高、用水严重浪费的现象也普遍存在。

全国农业灌溉水的利用系数平均约为O．45，而先进国家为O．7～0．8。

全

国多数城市用水器具和自来水管网的浪费损失率在20％以上，工业万元产值用水量，也远远高于发达国家。

这些问题日益突出，如何保持水资源的可持续发展是摆在我们面前的首要问题。

水利部部长陈雷在中国水利学会2007年年会报告上提出了可持续发展治水思路的基本要求，即“要坚持水资源可持续利用，通过对水资源的合理开发、高效利用、综合治理、优化配置、全面节约、有效保护和科学管理，满足饮水安全、防洪安全、粮食安全、经济发展用水安全、生态用水安全，以水资源的可持续利用保障经济社会的可持续发展。

”所以，开展水资源可持续利用理论的研究对我国社会经济可持续发展具有重要的应用前景，对促进我国人口、经济、社会、资源和环境的协调发展具有重要的意义【3】

。

1．2国内外研究进展

1．2．1需水量预测的国内外研究现状

20世纪60年代以来，随着经济的发展，许多国家用水量急剧上升，甚至出现了比较严重的水危机，于是需水量预测得到各个国家的广泛和高度的重视【3】。

1968年美国完成了第一次国家水资源评价，研究了美国水资源的现状，给出了需水预测成果。

1975年在第二次评价中综合考虑了水污染、水资源量等因素以及节水措施，使预测结果与目前美国实际用水量很接近。

日本从上世纪六十年开始，把需水预测作为国土规划的一个重进行一次。

苏格兰自70年代开始，分别1973于、1984、1994年进行了三次水资源规划，在1994年的规划中，对需水量的预测值和实际值做了对比，预测结果与实际值比较接近【4】。

1981年DRGalla曲er对澳大利亚的需水量模型进行了研究【5】。

1986年，Rllmelh越等人在多层神经网络基础上提出BP算法，解决了多层前向神经网络的学习问题。

BP网络是目前最常用的神经网络，国外近年来也有学者利用BP网络进行需水量预测【6】。

1990年，Mya等根据降水量、水价、人口、收入等影响因子与需水量之间的相关关系，建立了需水量预测的对数和半对数回归模型，并应用于美国的得克萨斯州进行预测，取得了较好的效果。

1992年，砌chadN．Pahne【_7】提出了非线性回归模型，将气温和降水量等气候因素考虑进去，充分考虑了用水量的变化特点。

2003年，Joseph舢como等【8】建立了Wate硒AP2用水模型，分别预测生活、农业、工业需水量，该模型考虑了国民收入、用水效率及降雨天数等影响因素。

1．2．2水资源可持续利用的国内外研究现状

水资源可持续利用是水资源综合开发、利用、保护、防治和管理一体化的最合理方式，也是可持续发展理论的具体体现，是可持续发展框架下的水资源利用的一种新模式。

本文主要从水资源可持续利用理论、水资源可持续利用评价方法两个方面介绍其研究成果：

1．在水资源可持续利用理论方面：

吴文桂、洪世华（1988）根据北京水资源评价与开发利用的实践，介绍了城市水资源的基本概念及研究意义。

主要讨论了城市水资源评价、开发利用、水资源供需平衡及城市水污染及节水方面的内容。

翁焕新（1998）研究城市水资源的控制与管理，详细地对城市水资源进行评价，水资源供需平衡中利用系统分析的方法。

主要研究了城市水污染的产生防治及废水利用技术。

夏军等【9】（1999）选编了98国际水资源量与质可持续管理问题研讨会中的最新研究成果，主要包括：

可持续水资源管理的问题、挑战与机遇；干旱半干旱水资源管理；水资源管理的水文学基础；生态与水环境；水资源管理系

统等。

加拿大s．P．SimonoVie教授【10】论证了可持续性与水资源系统的关系，当时还没有共同接受的可持续发展的定义，联合国教科文组织提出如下定义“可持续性水资源系统是指那些在保持它们生态、环境和水文循环完整性的同时，旨在现在和未来充分有助于实现社会目标的系统”。

指出开发和管理水资源可持续性的方法：

系统方法和决策支持系统。

冯尚友、付春提出水资源可持续利用的涵义与对策，研究水资源的静态、动态水资源开发利用及代际公平问题。

聂相田等（1999）提出水资源的可持续利用要与人口、社会、经济和环境协调发展，既要达到经济目的，又要保护人类赖以生存的水资源的持续利用环境。

主要介绍区域水资源持续利用协调管理模型，并成功应用于宁陵县。

钱易等（2002）分析当前我国水资源的现状和面临的问题，提出我国水资源的总体战略：

必须以水资源的可持续利用支持我国社会经济的可持续发展。

并建议从以下8个方面实行战略性转变：

防洪减灾、农业用水、城市和工业用水、防污减灾、生态环境建设、水资源的供需平衡、北方的水资源问题和西部水资源问题。

2．在水资源可持续利用评价方法研究方面：

国内外许多学者从各自的研究领域出发，对水资源可持续利用评价进行了一些研究，评价方法主要有综合评分法、模糊综合评价法、灰色聚类评价法、主成分分析和因子分析法等。

这些方法大多是通过建立评价指标量化值与可持续评价等级标准的关系式来进行水资源可持续利用评价，基本上反映了水资源可持续利用系统发展水平的高低。

我国目前对水资源与可持续发展有关的指标研究取得了一定成果。

宋松柏等根据国内外水资源可持续利用评价的研究和一些学者的文献，介绍了几种综合评价方法，包括：

集成评价方法、属性识别方法、模糊识别评价模型281、最佳逼近评价模型、插值评价模型、可拓评价方法、突变评价模型、灰色聚类评价模型、人工神经网络评价模型。

以陕西省为例，应用复合统理论，将水资源、社会经济、生态环境定义为水资源可持续利用系统，建立了区域水资源可持续利用指标体系

2.区域水资源研究的基本理论

2．1区域水资源需求预测理论

2．1．1水资源需求预测的内涵

区域需水预测是指采用一定的理论和方法，有条件地预测区域将来某一阶段的可能用水量。

一般以过去的资料为依据，以今后用水趋向、经济条件、人口变化、资源情况、政策导向等为条件。

各种预测方法是对各种影响用水的条件做出合理的假定，通过一定的方法，求出预期水量。

对水资源需求的预测应以可持续发展为目标，以节水为原则，预测各行业需水量。

在预测定额时，要考虑区域的水资源条件、开发利用潜力、节水水平等众多因素。

水资源需求涉及的面广、考虑的因素多，而且内容在不断交化，但并不是把所有的需求都考虑的十分充足，满足所有的需求欲望，而是要考虑我国的资源、环境、经济、技术等现实条件的合理需求。

在研究需水量预测时，要注意区分需水和用水。

实际上，需水和用水是不同的概念。

“用水”应该是实际使用或利用了多少水，是已经发生的。

“需水”是指在以水资源可持续利用支撑经济社会可持续发展的情祝下，未来合理使用的水量，强调预测性。

实际用水量的多少是多重因素影响的结果，降雨的不确定性、连续丰枯年份、工程供水能力、经济利益诱导、政府强制性措施、国家和区域宏观发展战略的调整、以及对自然、生态环境价值观念的转变等，都对实际用水产生直接或间接影响，而上述诸多因素往往具有较大的不确定性，导致了实际用水结果与预测需水的偏差不可避免。

从某年实际发生的用水和在此之前预测的该年需水的量上来看，基本都是需水大于用水。

2．1．2水资源需求预测的方法

现有的需水量预测方法可以分为两大类，数学模型法和定额法。

数学模型方法根据对数据处理方式的不同分为三类：

时间序列法、结构分析法和系统方法。

时间序列法是依据预测对象的统计数据，找出其随时间变化的规律，建立时序模型，以推断未来数值。

结构分析法是从研究事物各影响因素及其关系出发，建立预测对象与影响因素之间的关系模型，通过分析影响因素的变化规律间接反映预测对象的变化规律，有回归分析法，工业用水弹性系数法，指标分析法。

系统方法是用系统科学的观点，把预测对象的变化视为一个动态的系统行为，通过研究系统的结构，构建系统模型，对未来值进行预测，有灰色方法、人工神经网络方法及系统动力学方法。

另外，还有水资源规划中广泛采用的定额法，它是以综合用水定额来进行用水量预测的一种微观预测方法。

2．2水资源可持续利用的理论框架

2．2．1水资源可持续利用研究方法的步骤

水资源可持续利用是开发利用水资源的一种新模式，它的研究涉及社会、经济、环境、生态以及水资源等学科，其演化规律十分复杂。

而且不同地区、流域、国家因自然地理条件差异较大，使其研究结果具有不确定性。

水资源可持续利用代表了一种发展趋势，其清晰的、定量的度量是十分困难的，不同的人可能得出的结果有较大的差异，但反映的趋势应该是接近的。

水资源可持续利用评价是按照水资源可持续利用的涵义，通过建立一定的指标体系，表征水资源利用与社会经济、生态环境间的发展与演化状态。

进行水资源可持续利用评价的目的在于根据评价区水资源利用现状和存在问题，调整其利用方式与水平，为评价区制定社会经济可持续发展战略目标和实施目标提供决策依据。

2．2．2水资源可持续利用的评价方法

宋松柏根据国内外水资源可持续利用评价的研究和一些学者的文献，将区域水资源可持续利用评价方法分为三类：

综合评价方法、不确定性评价模型、非线性评价模型。

集成评价方法是一种静态和动态相结合的方法。

静态评价是利用层次分析法，根据评价指标体系，确定评价指标的权重，计算某一水平年或目标年的可持续发展水平；动态评价是根据历史数据，应用数理统计的方法，通过计算各子系统的综合发展水平，建立可持续协调发展模型，以各子系统协调系数反映某一时点的可持续发展状况和可持续发展协调趋势；最后综合静态和动态计算结果进行分析和评价。

这种方法的特点是将静态和动态评价方法融合为一个整体，进行可持续发展的全面综合评价，评价目标明确，便于计算。

属性识别方法【9】刀是依据属性识别理论，建立评价指标分类矩阵；根据属性测度计算公式，逐一计算样品各指标属性测度，在此基础上，考虑指标权重，并计算样品属性测度，进行分类和捧序值计算。

这种方法计算简单，需结合指标权重确定方法。

3.域需水量预测的系统动力学模型

3．1系统动力学模型简介

系统动力学是一种以反馈控制理论为基础，以计算机仿真技术为手段，通常用以研究复杂的社会经济系统的定量方法，适用于处理长期性和周期性的问题。

它最适用于研究复杂系统的结构、功能与行为之间动态的辩证对立统一关系，而且克服了其它模型太拘泥于最优解、数学处理过于复杂、对统计资料和数据要求太高等不足之处。

从处理技术上来说，它不是按照数学逻辑推理演算而获得答案，而是依据对系统的实际观测所获得的信息来建立动态仿真模型，模拟由计算机执行，从而得出所需要结果。

3．2模型总体结构

系统动力学在建模前要首先确定系统边界。

系统边界所包含的组成部分应该能够表明边界内系统发展的动态行为。

在需水量预测研究中，我们将系统的边界定义为某一区域范围，主要考虑系统边界内各因素的相互作用关系，并以边界内系统的整体变化为研究核心。

此处需水量预测模型总体分为生活需水子系统、工业需水子系统、农业需水子系统。

生活需水预测由农村生活需水预测和城镇生活需水预测两部分组成。

其中，农村生活需水预测又包括农村居民生活需水和牲畜需水两部分；城镇生活需水由城镇居民生活需水和城镇公共需水两部分组成。

在模型计算中，农村生活需水预测统一采用农村人均需水量进行计算；城镇生活需水量采用城镇人口人均需水量进行预测，并在该指标中包括了城镇居民生活和城镇公共生活两部分用水。

农业需水包括农田灌溉需水和林牧渔业需水两部分。

农田灌溉需水是指在一定的自然条件和生产条件下，为满足农作物生育期正常生长需要补充的水量。

林牧渔业需水量占总需水的比例很小，一般在8％左右。

因此，很少对此需水专门研究，在规划中一般粗略计算一下。

林牧业灌溉主要在干旱区，其他地区灌溉比例很小。

此模型中农业需水量是指农田灌溉需水量。

具体模型结构见图3．2需水预测系统动力学模型结构图。

其中人口数量影响生活需水量，工业产值影响工业需水量，农业灌溉面积影响农业需水量，总需水量影响缺水率，缺水率又反过来影响人口、工业产值和农业灌溉面积。

同时，灌溉回归水又减小了水量缺口，缺水率是联系各因子之间的纽带。

3．2．2主要系统动力学方程

（1）状态方程：

凡是能对输入和输出变量（或其中之一）进行积累的变量称为状态变量。

在系统动力学中计算状态变量的方程称为状态变量方程。

（2）速率方程：

在状态变量方程中代表输入与输出的变量称为速率，它由速率方程求出。

（3）辅助方程：

为了建立速率方程附加的代数运算，在系统动力学中称为辅助方程，方程中的变量则称为辅助变量。

（4）表函数：

模型中往往需要用辅助变量描述某些变量间的非线性关系，显然简单地由其它变量进行代数组合的辅助变量已不能胜任，而若所需的非线性函数能以图形给出，则可简单的表函数来表示。

4.区域水资源可持续利用评价方法与模型

4．1区域水资源可持续利用评价指标体系

4．1．1指标体系建立的原则方法

水资源可持续利用的指标体系建立的原则有

（1）体现水资源可持续利用的内涵和目标。

（2）指标体系在全面反映水资源可持续利用特性的前提下，尽可能减少指标数目。

（3）指标特殊性与普遍性有机统一的原则。

（4）指标时间维和空间维结合的原则。

（5）指标实用性和可操作性结合的原则。

4．1．2评价指标体系的结构

根据以上设计原则，在参考其他文献的基础上，本文建立区域水资源可持续利用评价指标体系如表4．1。

按层次分为四层：

（1）目标层A：

目标层是最后需要得到的便于对比分析的评价值。

（2）准则层B：

水资源系统是社会一经济一环境耦合系统，反映了水资源系统中与可持续利用密切相关的主要因素，包括水资源的天然供给、水资源利用、水资源保护与节约及水资源用水安全及社会管理四个方面，从不同侧面描述水资源一社会经济系统的特征、状态。

（3）约束层C：

是准则层的进一步细化。

（4）指标层D：

指标层是区域水资源系统中与水资源可持续利用相关的、具有代表性的具体指标。