水资源规划与利用的国内外现状.docx

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水资源规划与利用的国内外现状

水资源规划及利用的国内外现状

及未来发展趋势

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学号：

````

中文摘要

随着世界各国经济的快速发展和人口的急剧增加，全球性水危机从出现到变得日益严重，已经引起人们的普遍关注。

在我国，洪涝灾害、干旱缺水、水生态环境恶化等水问题，已经成为严重威胁社会经济可持续发展的制约因素。

近年来，生产、生活需水量不断增长，而水污染、用水浪费与水资源短缺并存，加剧了供需水矛盾，亦导致了一系列的社会经济、生态环境问题。

上世纪90年代初，我国水资源出现严重短缺、水污染不断加重，水资源优化配置的概念在此背景下被明确提出，并逐步应用到水资源的规划与管理中，目前仍处在发展阶段。

传统的水资源配置存在强调开发利用而忽视环境保护、强调节水而忽视高效、注重缺水地区的水资源优化配置而忽视水资源充足地区的用水效率的提高、突出水资源的分配效率而忽视行业内部用水合理性等问题，影响了区域经济的发展和水资源的可持续利用。

水资源优化配置研究，特别是新理论和新方法的研究，显得尤为迫切。

本文在阅读文献、总结分析当前研究成果的基础上，试图对水资源优化配置

的理论及应用，从面向可持续发展的角度进行探索研究。

【关键词】水资源规划管理可持续利用数学模型

【Abstract】

Withtherapiddevelopmentoftheworldeconomyandtherapidincreaseofpopulation,globalwatercrisisfromappeartobecomeincreasinglyserious,hasarousedpeople'sattention.Inourcountry,theflooddisaster,dry,waterecologicalenvironmentdeteriorationwaterproblems,hasbecomeaseriousthreattosustainablesocialandeconomicfactorsrestrictingthedevelopmentof.Inrecentyears,theproduction,thewateroflifeisconstantlyincreasing,andwaterpollution,wastewaterandwatershortagescoexist,increasedthewatersupplyanddemandcontradiction,alsoledtoaseriesofsocialandeconomic,ecologicalenvironmentproblems.

Inthe1990s,thewaterresourceinChinaappearseriousshortage,waterpollutionworse,theconceptoftheoptimalallocationofwaterresourcesinthiscontextisputforward,andgraduallyappliedinwaterresourcesplanningandmanagement,Stillinthedevelopmentstage.Thetraditionalemphasisondevelopmentandutilizationofwaterresourcesallocationandneglectenvironmentalprotection,emphasizethewatersavingandignoreefficiency,payattentiontotheoptimalallocationofwaterresourcesshortageregionandignorethewaterresourcesufficientareatoenhancetheefficiencyoftheallocationofwaterresources,outstandingefficiencyandneglectedtheindustryproblemssuchaswaterinsidetherationality,theimpactoftheregionaleconomicdevelopmentandsustainableuseofwaterresources.Optimalallocationofwaterresourcesresearch,especiallynewtheoriesandnewmethodisparticularlyurgent.

Inthispaper,summarizesandanalyzesthecurrentreadingliteraturebasedontheachievementofresearch,attemptstooptimalallocationofwaterresources

Thetheoryandapplication,fromthepointofsustainabledevelopmenttoexploreresearch.

【KeyWords】Waterresources,Unbalance,Thesustainableutilization,Mathematicalmodel

引言

水，是人类赖以生存和发展的不可缺少的宝贵资源，是支撑可持续发展的基础条件之一。

随着世界各国经济和人口的增长，水资源的需求量不断增加，水资源短缺已经成为全球性问题。

联合国在1997年《对世界淡水资源的全面评价》报告中指出:

“缺水问题将严重地制约21世纪经济和社会发展，并可能导致国家间的冲突。

”

我国属于水资源短缺的国家，人均水资源占有量仅为世界人均占有量的四分之一。

近年来，随着我国人口的不断增长、城市化进程的加快和社会经济的高速发展，水资源需求量和排放的废污水量急剧增加，在出现水资源短缺的同时，水生态环境也承受着巨大的压力。

日益严重的水污染和普遍存在的用水浪费，更加剧了水资源的短缺和水供需矛盾，水问题已经成为制约我国绝大部分地区社会经济可持续发展的主要因素之一。

合理开发利用水资源、实现水资源的优化配置，是我国实施可持续发展战略的根本保障。

水资源优化配置是资源水利的核心，其最终目的就是实现水资源的可持续利用，保证社会经济、资源、生态环境的协调发展。

国外对水资源优化配置问题的研究较早，我国起步较晚，但发展很快。

上世纪90年代，在出现水资源短缺、水污染不断加重的背景下，水资源优化配置引起高度重视，但总的来讲，由于研究历史比较短，水资源优化配置的理论体系尚不完善，目前仍处在发展之中。

传统的水资源配置存在强调开发利用而忽视环境保护、强调节水而忽视高效、注重缺水地区的水资源优化配置而忽视水资源充足地区的用水效率的提高、突

出水资源的分配效率而忽视行业内部用水合理性等问题，影响了区域经济的发展和水资源的可持续利用。

因此，水资源优化配置新理论和新方法的研究，显得尤为迫切。

第一章绪论

水资源是自然界的可再生资源，水资源的利用在时间上是无限的可谓用之不竭，而在数量上却是有限的并非取之不尽。

本章从多角度阐述水资源规划问题提出的背景和研究意义，并对国内外的研究历史和现状进行综述，最后指明本文的主要研究内容。

1.1研究背景及意义

1.1.1水资源的概念

地球上目前和近期人类可直接或间接利用的水，是自然资源的一个重要组成部分。

天然水资源包括河川径流、地下水、积雪和冰川、湖泊水、沼泽水、海水。

按水质划分为淡水和咸水。

随着科学技术的发展，被人类所利用的水增多，例如海水淡化，人工催化降水，南极大陆冰的利用等。

由于气候条件变化，各种水资源的时空分布不均，天然水资源量不等于可利用水量，往往采用修筑水库和地下水库来调蓄水源，或采用回收和处理的办法利用工业和生活污水，扩大水资源的利用。

与其他自然资源不同，水资源是可再生的资源，可以重复多次使用；并出现年内和年际量的变化，具有一定的周期和规律；储存形式和运动过程受自然地理因素和人类活动所影响。

1.1.2水问题及其社会影响

虽然地球71%表面覆盖的是水，但是其实淡水资源只占了地球总水量的2%左右，而可被人类利用的淡水总量只占地球上总水量的十万分之三，占淡水总蓄量的0。

34%。

由此可见，地球上可被利用的水并没有人类想象的那么多，如果让它们继续遭到人类的摧残，早晚有一天，它会消失的。

1.2全球水资源分布概况

我国水资源总量不算少。

全国冰川多年平均地表径流量为2.64万亿m³，约相当于全球年径流总量的5.6%，与世界各国相比，少于巴西、苏联、加拿大、美国、印尼，而居世界第六位。

但按人口平均占有水量却比较低，每人每年平均占有2700m³，只相当于世界人均占有量10800m³的四分之一，低于世界大多数国家。

我国每亩耕地平均占有量1753m³，也低于世界每亩耕地平均占有水量2363m³。

（见表一）

我国水资源在分布上有如下特点：

（1）各地区降水受季风气候影响显著

我国地处亚欧大陆东侧，跨越高、中、低三个纬度区，季风特点十分显著。

夏秋受太平洋和印度洋的湿润气流影响，降水较多。

冬春受亚欧大陆中心和蒙古高原干冷气团的控制，降水较少。

在自然地理特点上，我国地势西高东低，东部和南部濒临海洋，气候湿润降水多；西北内陆受高原和山脉阻挡，季风难于深入，气候干燥，降水少。

表1.国内外年径流量、人均水量、亩均水量统计表

项目

国家

世界总计

巴西

苏联

加拿大

美国

印尼

中国

印度

日本

年径流量

（万亿m³）

47.00

5.19

4.71

3.12

2.97

2.81

2.64

1.78

0.42

人均水量

（万m³）

1.08

4.22

1.78

13.0

1.35

1.90

0.27

0.26

0.36

每亩耕地占有量（m³）

2363

10701

1358

4471

1046

13192

1753

721

6462

（2）水资源地区分布不平衡

我国外流河水系面积占全国面积65%，而水量却占95.5%；内陆河水系面积占全国面积35%，而水量只占4.5%。

长江流域以及长江以南水系耕地面积占全国面积32.9%，而径流量却占57.2%；黄河、淮河、海河三大流域径流量只占全国6.1%，而耕地面积却占全国36.8%。

（3）年内分配上极不均匀，年际变化也很大

全国各地降水，几乎一半到三分之二集中在夏季，且多以暴雨形式出现，这就是我国历史上水旱灾害出现频繁，农业生产极不稳定的主要原因。

（4）地下水资源分布广泛

我国地下水资源分布很广，但与地表水资源一样，地区分布上也不平衡。

72%左右的地下水资源分布在地表水资源丰富的地区，地表水资源不足的华北地区仍然是地下水资源最少的地区，其地下水资源只占全国7.3%。

1.3水资源规划的研究意义

在目前人类社会要求实行可持续发展、我国水利积极向“资源水利”转变的大环

境下，面对全球出现的水资源危机，尤其是我国水资源短缺、水供需矛盾突出、水生态环境恶化等严峻的水资源形势，着眼于解决水资源问题，实现水资源的可持续利用，以促进社会经济的可持续发展，人们提出了水资源优化配置的课题。

根据配置的范围、对象和规模的不同，水资源优化配置可分为灌区水资源优化配

置、城市水资源优化配置、流域水资源优化配置和区域（经济区）水资源优化配置等几种类型。

本文要探索的主要内容就是面向可持续发展的区域水资源优化配置。

所谓面向可持续发展的水资源优化配置，就是以可持续发展战略为指导思想，运用系统分析理论与优化技术，将区域有限的水资源在各子区、各用水部门间进行最优分配，从而获得社会、经济、环境协调发展的最佳综合效益。

其研究意义在于:

（l）促进水资源的合理有效利用

水资源优化配置没有增加供水量，也没有减少需水量，但它却使总体效益最大化。

这是因为水资源优化配置是以综合效益最大为目标，利用优化方法和技术，通过产业

结构调整，减少水资源单耗量大的用水部门的占有量，将节省下来的水资源用于水资利用率高、单耗小、综合效益高的用水部门，从而使水资源得到合理有效利用。

水利部汪恕诚部长在“水权和水市场”的讲话中指出，通过水资源优化配置提高水资源利用效率、实现水资源的可持续利用，是21世纪我国水利工作的首要任务196汪恕诚.水权和水市场—谈实现水资源优化配置的经济手段水电能源科学，2001.19（l）]。

（2）促进社会一经济一资源一环境的协调发展

发展是永恒的主题，片面的经济增长并不一定意味着发展。

经济增长型的水资源配置方式，虽然取得了经济的迅速增长，但却带来了生态破坏和环境污染，对人类的生存发展构成了威胁。

只有社会、经济、资源、环境相互协调的发展才是最佳的发展模式。

面向可持续发展的协调型水资源配置方式，是在保护生态环境的同时，促进经济增长和社会繁荣，从而保证可持续发展的实现。

（3）促进工程水利向资源水利的转变

前已述及，资源水利的核心是水资源优化配置。

水资源优化配置是缓解水资源供

需矛盾的最经济、最快速的方法，研究水资源优化配置问题就是探索资源水利的重要技术手段，同时，它还使科学技术渗透到水资源管理工作中，提高管理者的科学意识和管理水平，促进工程水利向资源水利转变。

（4）促进大系统多目标优化理论与方法的探讨

区域水资源系统是一个复杂的大系统，优化配置模型是一个多目标非线性的优化

模型。

线性规划、动态规划等传统方法受到了问题复杂程度的限制，而新近发展起来的智能优化算法（遗传算法、神经网络、禁忌搜索等）为解决复杂优化问题提供了新的思路和手段。

探讨智能优化算法在水资源系统中的应用，对于促进这些算法的实际应用以及为解决复杂大系统问题积累经验，具有重要意义。

（5）对其他资源的分配问题有一定的参考价值

水资源是自然资源之一，任何资源都具有一定的价值和使用价值，却又受到一定

量的限制，其他资源同样存在着合理有效分配的问题，资源优化配置问题有一定的相似性和差异性，水资源优化配置模型及其算法，对于解决其他资源的配置问题有一定的参考价值。

在目前人类社会要求实行可持续发展、我国水利积极向“资源水利”转变的大环

境下，面对全球出现的水资源危机，尤其是我国水资源短缺、水供需矛盾突出、水生态环境恶化等严峻的水资源形势，着眼于解决水资源问题，实现水资源的可持续利用，以促进社会经济的可持续发展，人们提出了水资源优化配置的课题。

根据配置的范围、对象和规模的不同，水资源优化配置可分为灌区水资源优化配

置、城市水资源优化配置、流域水资源优化配置和区域（经济区）水资源优化配置等几种类型。

本文要探索的主要内容就是面向可持续发展的区域水资源优化配置。

所谓面向可持续发展的水资源优化配置，就是以可持续发展战略为指导思想，运用系统分析理论与优化技术，将区域有限的水资源在各子区、各用水部门间进行最优分配，从而获得社会、经济、环境协调发展的最佳综合效益。

第二章国内外水资源利用现状

2.1传统水资源利用现状

建国三十余年来，全国共整修各种堤坝十六万多公里，疏浚整治了各级河道，开辟了各类入海排洪道，兴修了数以万计的大中小型蓄水、引水与提水工程。

控制了江河的一部分水量，为除害兴利创造了条件。

目前为国民经济各部门每年提供的水量为4767亿m³，占总共用水量89.6%；地下水496亿m³，占总用水量10.4%。

世界各国水资源开发利用率一般为20~30%，西德最高，达38%，美国达21%。

我国水资源开发利用程度各地很不平衡。

南方多水地区利用程度较低，长江流域16%，珠江流域15%，江西省14%，浙闽沿海诸河不到4%，西南诸河则不到1%。

北方少水地区水资源开发利用程度都比较高，海河流域67%，辽河流域68%，淮河流域73%，黄河流域39%，内陆河32%。

目前我国年总用水量，与世界各国相比，仅次于美国，居世界第二位。

但按人口平均的用水量只有491m³/人，低于美国、加拿大、苏联、墨西哥、意大利、日本、法国、印度，居世界第九位。

我国用水组成是:

工业用水占11.0%，农业用水占86.3%，生活及其他用水占2.7%。

近年来，一些工业发达国家的用水组成发生了很大变化，即工业用水所占比重越来越大，加拿大工业用水占总用水量81.5%，美国占43.5%，法国占41.2%，苏联占36.0%（见下表二）。

表2.国内外用水量统计对比表

国家

美国

加拿大

苏联

墨西哥

意大利

日本

法国

印度

中国

年份

1975

1968

1968

1970

1970

1965

1970

1969

1979

年总用水量

（亿m³）

6237

229

2204

468

430

695

340

3237

4767

人均用水量（m³/人）

2340

229

2204

468

430

695

340

3237

4767

工业用水占%

43.5

81.5

36.0

5.2

19.0

18.3

41.2

0.8

11.0

农业用水占%

48.6

13.5

59.0

88.1

69.0

72.0

42.5

95.5

86.3

生活用水占%

7.9

5.0

5.0

4.4

12.0

9.7

11.8

3.7

2.7

其他用水占%

2.3

4.5

2.2非传统水资源利用现状（替代水资源）

非传统水资源的开发,正在被世界各国放在重要地位进行研究并已付诸实践,取得了巨大的收益。

随着我国经济社会的迅速发展,非传统水资源的利用已经受到社会各界广泛的关注。

传统水资源和非传统水资源的耦合互补利用,不仅能缓解水资源缺乏的压力,而且还能改善水环境、减少水灾害,具有巨大的社会效益和生态效益。

对于城市而言,非传统水资源的开发利用主要包括城市雨水利用、污水资源化及“海水开源”三方面。

发达国家如美国、日本、德国、新加坡以及中东国家在非传统水资源的开发利用方面已经有多年的历史并积累了宝贵的经验。

2.2.1雨水利用

广义的雨水利用包括水资源利用的各个方面,具有极大的广泛性。

狭义的水资源利用是指有目的地采用各种措施对雨水资源进行保护和利用,主要包括收集、储存和净化后的直接利用；利用各种人工或自然水体、池塘、湿地或低洼地对雨水径流实施调蓄、净化和利用,通过各种人工或自然渗透设施使雨水渗入地下,补充地下水资源、集流补灌的农业雨水利用等。

发达国家20多年前就开始了雨水综合利用的研究与实践。

特别是德国、日本、美国等国家,城市化进程较早,城市雨水利用发展得也比较快。

（1）德国

德国是欧洲开展城市雨水利用最好的国家之一。

德国的雨水利用主要有屋面雨水集蓄系统、雨水屋顶花园利用系统、雨水截污与渗透系统及生态小区综合利用系统。

其中通过屋面集蓄的雨水主要用于家庭、公共和工业三方面的非饮用水,道路雨水则主要排入下水道或渗透补充地下水。

此外,德国还制定了一系列有关雨水利用的法律法规。

如目前德国在新建小区之前,无论是工业、商业还是居民小区,均要设计雨水利用设施,若无雨水利用措施,政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费等。

（2）美国

美国的雨水利用主要是以提高雨水的入渗能力为主要目的,并将其作为土地规划的一部分在新的开发区实施。

美国相继在加州富雷斯诺市和芝加哥分别兴建了著名的地下蓄水系统,以解决城市防洪和雨水利用问题。

此外,美国还通过立法来支持雨水利用,规定新开发区的暴雨洪水洪峰流量必须保持在开发前的水平,所有新开发区必须实行强制的“就地”滞洪蓄水。

除此之外,各级政府还

采取了一系列的优惠政策,如政府补贴、联邦贷款等鼓励人们采用新的雨水处理办法。

（3）日本

日本的城市雨水利用在亚洲先行一步,1980年日本建设省就开始推行雨水贮留渗透计划,1988年成立“日本雨水贮留渗透技术协会”,1992年颁布《第二代城市下水总体规划》,正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分,要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨水就地下渗设施,有效地促进了城市雨水资源化进程。

值得一提的是,日本不仅集雨自给,还向阿拉伯国家出口雨水,效益可观。

（4）中国

我国雨水利用历史悠久,4000年前的周朝,农业生产中就利用中耕技术增加降雨入渗,提高作物产量。

1995年在甘肃省东部干旱地区实施了“121雨水集流工程”,内蒙古则实行了“112集雨节水灌溉工程”,山西、河南、河北、江苏、浙江、贵州进行了雨水利用的试验研究。

我国的城市雨水利用起步较晚,20世纪80年代末到90年代中,北京、上海、大连、哈尔滨、西安等许多城市相继开展城市雨水利用研究。

在政府部门的支持下,目前北京市已建和在建的雨水利用工程100多个,雨水再利用在北京已经进入了实施推广阶段。

2006年10月,国家“十一五”科技支撑计划重点项目“雨洪资源利用技术研究及应用”正式启动,该项目将在技术、政策、理论等方面对我国的雨洪利用提供支撑。

综上所述,国外发达国家城市雨水利用的主要特点是:

雨水利用技术比较成熟、系统,雨水利用进入了产业化、标准化阶段；国家对雨水利用给予政策上的支持,制定了一系列有关雨水利用的法律法规；收集的雨水主要用于冲厕所、洗车、浇庭院、洗衣服等非饮用水及回灌地下水。

与发达国家相比较,我国的雨水利用技术已取得了较大的进步,但是由于起步较晚,缺乏相应的法律措施的支持、优惠政策的激励以及技术立法和相应的规范和标准。

2.2.2城市污水资源化

城市污水资源化是指城市污水和工业废水经过适当处理达到一定的水质标准,使之变为城市水源的一部分,达到充分利用水资源和减轻环境污染负荷的目的,这部分水又叫再生水。

再生水与雨水相比,水源比较稳定、可靠,受季节的影响较小。

再生水可以广泛地用于补充水源、工业用水、环境用水、城市杂用水等。

（1）美国

美国政府从80世纪70年代就开展大规模的污水处理,强调开发水资源的工程建设。

从80年代后期起,开始大量投入人力、资金和技术力量,对污水资源化等相关科学问题进行专题研究,着眼于如何向当代社会提供足够的水资源,确保当代社会用水需求得到满足；20世纪90年代之后的可持续水管理阶段围绕可持续发展主题强调水资源的可持续利用,着眼于构筑支撑社会可持续发展的

水系统。

据不完全统计,2000年美国有357个城市使用了再生水,其中回用于工业占40.5%,全美每年回用污水量达到9.37×108m3。

农作物灌溉、回灌地下水、景观与生态和环境用水以及工业用水,是目前美国城镇污水回用的几项最主要用途。

（2）日本

日本年人均降雨量为世界平均水平的1/5,属于资源性缺水国家。

日本政府很重视对水资源的高效利用,污水资源化也得到了较快的发展,日本污水资源化最典型的是“中水道”。

日本20世纪60年代起就开展中水回用实践,70年代已初见规模,90年代初日本在全国范围内进行了中水回用的调查研