城市水资源发展循环经济的空间优化机制及环境风险分析

第1章绪论

1.1循环经济的基本概念及原则

1.2研究的目的和意义

1.3研究方法

1.4主要研究内容

【参考文献】

第2章城市水资源发展循环经济的系统分析

2.1物质流分析·

2.2信息流分析

2.3城市水资源的循环系统分析

2.4城市水资源循环经济系统模拟分析

2.5小结

【参考文献】

第3章城市水资源的生命周期分析·3.1城市水资源的生命周期分析

3.2城市水资源循环利用的优化模型

3.3城市污水回用的不确定性量化分析

3.4城市水资源的系统优化模拟分析

3.5小结·

【参考文献】

第4章城市水资源投入产出的系统优化分析4.1水资源投入产出研究现状…

4.2基于投入产出表的基本模型

4.3水资源投入产出分析参数·

4.4城市水资源发展循环经济的多目标优化分析

4.5京津冀城市群回用水多目标优化分析

4.6小结·

【参考文献】

第5章城市水资源空间多目标优化分析5.1城市空间结构现状分析方法及趋势

5.2.空间结构发展演变研究

5.3空间结构模式研究

5.4城市空间结构研究的不足分析…

5.5城市群污水回用的空间多目标优化配置及调控管理分析

5.6小结

【参考文献】

第6章城市水资源空间调控管理及优化分析

6.1城市水资源发展循环经济的层次结构

6.2城市水资源发展循环经济的问题分析

6.3城市水资源发展循环经济的驱动机制·

6.4城市水资源发展循环经济的空间调控与管理

6.5小结

【参考文献】

第7章城市水资源循环经济发展水平的空间评价与调控

7.1城市水资源循环经济评价现状·

7.2评价指标体系的构建·

7.3研究方法…

7.4结果与分析

7.5小结…

【参考文献】

第8章城市群水资源脆弱性综合评价及空间演变分析

8.1研究方法与数据来源

8.2结果分析

8.3结论与讨论【参考文献】

第9章城市污水回用的环境风险因素分析·

9.1硝酸盐氮的来源与危害

9.2污水的影响因素分析

9.3地下水硝酸盐污染模拟的影响参数分析

9.4小结

【参考文献】

第10章城市污水回用的环境风险预测分析

10.1硝酸盐氮迁移转化研究方法概述

10.2包气带污染物垂向迁移累积过程模拟

10.3潮土包气带中硝态氮的垂向运移模拟分析

10.4小结

【参考文献】

第11章结论

11.1研究成果概述

11.2存在问题

附录1PSO优化分析MATLAB程序代码·

附录2京津冀城市群污水回用优化分析结果

第1章绪论

水资源是人类生活和工农业生产不可缺少的重要物质，是地球上所有生命赖以生存和发展的基本条件，是城市环境经济可持续发展的基础。随着城市化水平的不断提高和科学技术的快速发展，城市建设和发展过程中对水资源的利用方式也随之改变，城市水资源的来源不断增加，水资源的利用模式也变得多样化和复杂化。随着城市人口的快速增长，城市用水规模不断扩大，水环境污染不断加剧，城市水资源的供需矛盾越来越尖锐，城市水域的水质下降，造成水质难以满足用水要求的功能性缺水现象。由于水资源具有不可缺少性和不可替代性，水资源对城市发展的瓶颈效应也越来越明显。

面对城市用水的紧张状态，如何合理利用水资源，使城市能够更好地发展，就需要不断探索城市水资源的循环经济利用模式，促进城市水资源的健康循环利用，实现自然环境和人类社会环境的可持续发展。城市水资源的循环经济利用方式，就是在城市发展过程中对水资源的利用不影响自然界中水资源的正常循环和更新，在以前单向利用基础上加强对水资源的回收处理和重复利用，并在排放污水时不影响水体更新的速度和能力(杨海军等，2010）。根据这一思想，我们在对城市水资源进行利用时，不仅要从源头上保证城市水资源的供应，保护好水资源源头的水质和供城市利用的水资源储水量，更重要的是构建完整的用水体系和废水回收再利用体系，根据不同单位的用水要求，对污水进行回收处理，采用合理的管理调控措施，提高水资源的利用效率，缓解城市水资源的供需矛盾。

城市水资源循环利用的环境与经济调控分析是环境经济学领域的重要研究内容，并随管理技术、信息技术、系统科学和环境科学的发展不断深入，需要跨学科的知识交叉和多技术的综合分析（Belanche,L.A.,et al.,1999；Poch,M.,et al.,2004；王浩等，2010），而水环境的综合管理也从污染的末端治理转向对资源利用的全程控制，推行清洁生产和循环经济等发展战略思想，合理利用水资源成为一种国际共识（H.Ahrends,et al,2008;王国友等,2010)。

城市水资源的开发利用和供需调配是一个系统工程，水资源系统和国民经济系统以及其他社会发展体系之间存在着相互制约、相互依存的关系，水资源系统内部的各个不同方面之间也存在着动态平衡关系（刘德地等，2011）。在此前提下，城市水资源宏观优化分配模型把社会、经济、生态、水环境和水资源系统看作一些相互联系、相互制约、相互影响的子系统（Belanche,L.A.,et al.,1999），并把它们综合集成为一个有机整体进行系统分析(王子茹等，2012），因而多目标分析决策技术在水资源规划管理领域得到广泛的应用。在水资源的水量调配中，目前主要应用宏观多目标模型分析各行业需水与经济、环境之间的关系(刘德地等，2011；陆文聪等，2012），这些研究的不足之处就是对城市水资源的循环利用考虑不足，缺乏对城市水资源的内部梯级循环利用分析，因此必须采用生命周期分析方法，系统分析城市水资源的生命周期，构建投入产出模型，提高系统分析的科学性及准确性。

城市水资源及再生水利用受经济、环境、法律、体制、技术、文化等多方面因素的制约，数据的量化分析非常困难，而且受一些不确定性因素影响较大（王国友等，2010；白静等，2012），因此在实际计算时，常进行某些假定和简化，影响分析的客观性。同时，在城市水资源综合管理中，不可避免地会遇到地理空间差异的影响（张智韬等，2010；冯景泽等，2012），如降水的区域分布不均及各产业结构的空间异质性，这些可变因素不仅影响管理方案的确定，还对水量、水价的空间优化分析产生影响（Cai,X.2008)。因此，地理空间特征、经济发展、城市化进程等各类影响因素的不确定性，使得城市水资源优化配置及循环利用成为一个空间多目标优化问题（陆文聪等，2012；王子茹等，2012），如何实现水资源的循环利用并采用经济手段进行空间动态调控，成为环境经济管理中必须解决的重要问题。

目前，污水回用已成为缓解水资源危机的一项重要举措，被联合国环境规划署认定为环境友好技术，并具有显著的社会、经济及生态效益，在世界各国进行推广应用。五十年代中后期，国家开始倡导使用污水进行灌溉，全国范围内陆续形成了五大污灌区，分别为天津污灌区、北京污灌区、辽宁沈抚污灌区、山西整明污灌区及新疆石河子污灌区，污水灌溉引起地下水中硝酸盐的污染日趋严重。由于回用污水中含有硝酸盐、有机物等污染物质，利用回用污水灌溉时易引发地下水硝态氮污染的环境风险，过量的硝态氮容易使婴儿患上高铁血红蛋白症，同时硝态氮、亚硝态氮转化为亚硝胺会产生“三致”作用。

国家环保部、国土资源部与水利部联合发布的《全国地下水污染防治规划（2011-2020年）》中，明确提出应加强对地下水污染的防控，对典型场地地下水污染预防进行示范研究。因此，对污灌区地下水硝酸盐氮的运移机理及累积效应研究，可及早预警潜在地下水环境污染，对探讨我国地下水污染的预防、治理及调控有着重要的指导意义，有助于水资源循环经济发展模式的健康良性发展，实现污灌区区域地下水硝酸盐污染的预警量化分析，明确地下水硝酸盐污染物的迁移规律与演变机制，预测硝酸盐迁移转化的过程和终产物浓度，为再生水的农业灌溉提供方法支持。

本书是一本学术专著，内容以城市水资源为研究对象，以污水回用为重点，对城市水资源的生命周期进行详尽的分析，介绍了水资源循环利用的发展模式。在城市水资源循环利用的基础上，构建水资源在城市不同区域流入、流出的投入产出矩阵，建立城市水资源循环利用的空间多目标优化模型，采用GIS空间分析功能进行环境约束下的经济最优空间分析，为制定环境经济政策目标及经济手段提供理论依据。