南水北调北京受水区供水调适与管理

发布时间：2018-04-10 20:14

  本文选题：南水北调 + 水资源承载力　； 参考：《中国矿业大学(北京)》2016年博士论文

【摘要】：水资源的有限供给与人口不断增长之间日益突出的矛盾,使得水资源的可持续供给问题的重要性逐步被人们所认知。北京市作为我国的首都,不仅仅是我国的政治中心,同时也是我国的经济中心与文化中心,多重的城市功能属性使得北京市成为了全世界人口最为集中的超大型城市之一。但是,北京市的天然资源禀赋却并不是非常优越。一方面,北京市的人口依然在不断的膨胀,社会经济快速发展;另一方面,北京市地处我国华北地区,其气候是典型的暖温带半湿润大陆性季风气候,全年降水量不高,水资源短缺。如何协调北京市的水资源与人口之间愈发尖锐的矛盾,从而使得水资源与人口发展关系能够互相协调,已经成为了一个必须要迫切解决的问题。南水北调工程是一项有望在一定程度上缓解我国的水资源分布时空不均矛盾的宏伟工程。其中,中线工程与东线工程将长江水调入到沿线的多个缺水城市,有助于解决这些缺水城市的供水困难。南水北调中线工程一期通水之后,对北京市的水资源的供需矛盾的缓解起到了非常重要的作用。但是,外调水入京,其所造成的影响必然是多方面的,外调水的水量多寡、水质好坏、成本高低等等,都将对北京市的供水体系造成一定的影响。特别是外调水质与本地水质的差别将对北京市现有水处理工艺体系和供水管道系统产生巨大挑战。因此,南水北调来水后,如何对北京市现有的供水系统进行科学、有效和及时的调适管理,对于北京市供水安全的保障以及北京市经济社会持续健康发展具有非常重要的现实意义。本文在对南水北调来水、北京市的水资源供给及其利用现状调查分析基础上,针对北京市多水源供给,对北京市供水系统调适和管理进行了研究。论文主要研究内容及取得成果如下:1、通过对北京市各类水资源调查,统计发现近年来北京市地表水资源量在6.76~17.95亿m3之间,地下水资源量在15.08~21.55亿m3之间,水资源总量在21.84~39.50亿m3之间。正常年份的水资源总量基本在25亿m3左右波动。北京市水资源总量的变化受大气降水影响较大。2、分析了当前北京市的水资源供给情况,研究了北京市经济社会发展对水资源的需求情况。北京市用水可分为生活用水、工业用水、农业用水、环境用水。近年来,北京市的用水量虽然出现了一定的结构性的变化,在第一产业与第二产业方面的用水量有所下降,但环境用水与生活用水在逐年增加。近年来北京市年用水总量在36.0~39.6亿m3之间,但总体保持在35亿m3左右小幅波动。北京市的需水压力较大。近年来工业用水基本上保持在5亿m3左右,生活用水由2011年的15.6亿m3上升到2015年的18.6亿m3,年均增长率为4.8%,环境用水由2011年的4.5亿m3上升到2015年的8.3亿m3,年均增长率为21%。农业用水总量开始大幅下降,由2011年的10.9亿m3降低到2015年的7.5亿m3,年均降低7.8%。近年来北京市各类用水总量的变化与北京市经济发展规划和政策密切相关,工业用水的保持稳定说明北京市的重工业外迁策略已经开始显现作用。农业用水的下降反映了城市化进程压缩了农业发展的空间。而与此同时,城市化带来的结果就是城市人口日渐增多,生活用水以及城市环境用水总量攀升。3、研究认为,当前北京市的水资源供给来源较为多元化,但总量方面较为有限。基于北京市水资源短缺、供需矛盾突出状况,北京市目前形成了本地的地表水、地下水、再生水、应急水以及外调水联合供水的基本格局。根据北京市水资源变化情况,提出了年供水分别为40亿、48亿、54亿的低、中、高三种供水方案。根据北京市的社会经济发展对水资源的需求,认为到2020年北京市的供水量极限为54亿m3。4、分析了水资源承载能力的影响因素,探讨了北京市当前的水资源承载能力的模型构建的问题。通过研究,建构了水资源承载力模型,对北京市的水资源承载能力进行了分析,认为北京市的水资源承载能力在呈现出逐年下降的趋势,但自2005年至2008年北京市的水资源承载力下降速度基本上保持在5%上下,而到了2008年以后,水资源承载力的下降趋势有所减缓,基本上维持在了1.5%-3%之间,到了2013年北京市的水资源承载力有所提升。这一方面说明北京市自从申奥成功之后,对水资源的保护采取的一些措施确实卓有成效。而2013年水资源承载力的提升,则与北京市2012年的降水量大增有密切的关系。对水资源超载的问题进行了分析,研究认为北京市水资源供需矛盾加大、水权制度不完善、水价没有反映用水效率、水资源管理不当使资源配置低下以及水污染加剧了水资源短缺等是北京市水资源超载的原因。南水北调来水丰富了北京市的供水途径,提高了供水能力,可以使北京市本地水得以有效涵养。5、研究了南水北调工程对北京市的供水水质的影响,探讨了南水北调中线工程一期来水与北京市本地水的水质差异。通过对南水北调来水和北京市本地水水质分析及比较,发现南水北调来水主要在硫酸盐、氯化物、总硬度、导电率以及硝酸盐氮等五个指标方面与北京市本地水存在差异,并且前者普遍高于后者。两者水质的差别将导致南水北调来水之后北京市有关水厂水处理工艺和技术的改变。特别是南水北调来水硫酸根以及氯离子的大幅增加与碱度的减少,将导致了水体腐蚀性增强,供水管网的酸碱失衡,因此应加强北京市供水管网的防腐措施建设。根据南水北调来水与北京市当地水质差异实际,构建了水质水量响应模型,根据此模型可将南水北调来水与北京市本地水有效混合,从而保证了北京市供水和供水管网的安全有效使用。研究认为南水北调工程原水经历了1200公里的明渠输送,途径大量村庄与桥梁,可能遭受途径地的污染,水质情况有一定的不确定性。在供水水质的保障方面,需要非常注意藻类的去除问题。丹江口原水的总氮较高,在长途的输水之后,有机氮向无机氮的转化,这是北京市水处理工艺之中可能面对的潜在问题;对于长距离的明渠输水,要有足够的应变措施,防止出现突发性的水污染事件的发生;在水源切换之后,可能引发的配水管网的化学稳定性的破坏问题要引发足够的重视,必须要对南水北调来水进行有针对性的水质调节。6、对南水北调来水后北京市水处理工艺调整和优化进行了研究。分析对比了不同水处理工艺优缺点,研究认为:机械加速澄清池,处理效果佳、成本低,适应性强,在常规处理环节,是首选方案。臭氧-生物活性炭吸附工艺可进一步强化常规工艺安全性,可有效去除水中有机物和病原微生物,鉴于南水北调来水后水质特征具有不确定性,建议在原有的常规处理工艺基础之上引入臭氧-活性炭吸附过滤的深度处理工艺。利用超滤膜技术可以显著改善出水浊度,一般可以控制在0.1ntu以下,保持水质稳定性。同时超滤膜对于两虫的控制效果显著,可以有效去除隐孢子虫属、贾第鞭毛虫属、大肠杆菌等肠球菌等。鉴于北京市已经成为国际化大都市,人民生活水平日益提高,对供水安全性和质量标准要求越来越高,南水北调来水后有必要实施深度处理工艺。利用臭氧活性炭吸附技术,对于水质色、嗅及味等指标具有显著改善效果;利用超滤膜及活性炭工艺能够在上述基础之上,将出水浊度控制在更低水平。根据南水北调来水水质特点,以及北京市现行水厂运行实践经验,基于南水北调来水后北京地区来水具有多水源、高风险特点,作者提出了水处理工艺优化流程:紧急状态的预氧化或者粉末活性炭投加预处理—机械加速澄清池常规处理—气水反冲洗滤池—预臭氧生物活性炭吸附池—超滤膜处理。7、通过对水价产权、稀缺性以及自身价值等内涵的解读与剖析,引入全成本订价法、收益还原订价法和市场订价法的概念,研究了在南水北调来水后,对北京市的供水价格的具体影响。认为北京市行业水价差别过于显著,水资源费征收标准稍显弱化,水价的上涨幅度及速度都没有将其自身的供需矛盾彻底表现出来,特别是在水资源消耗量相对较大的夏季,水资源对于北京市社会与经济发展所造成的制约性影响更为显著,目前的供水价格尚未切实将水价内涵展示出来。建构了水价形成模型,分析了影响北京市的供水价格的构成要素,南水北调供水之后北京市的多水源水价的形成机制,并且通过对北京市的社会经济发展水平的预测,分别制定了在正常发展速度之下的中等方案以及在快速发展速度之下的高方案,同时还按照北京市的发展规划,制定了较低用水水平以及一般的用水水平。两两组合之后,形成了四种需水方案的水价构成模型。根据当前现有的数据,对其具体的价格构成进行了测算。通过对北京市当地可用水资源量、缺水情况、南水北调供水量进行分析,实现了对北京市当地供水的全成本水价核算,以及考虑了南水北调外调入水之后的两部制水价核算,并进行了分行业的综合水价核算。通过全面的分析,认为南水北调来水之后,会在部分行业提高用水成本,但综合水价不会高于居民的水价承受能力。8、研究认为,南水北调来水能够在一定程度上缓解北京市的水资源供需压力,但并不可能从根本上解决北京市的所有供水问题。北京市还需要从自身内部着手,加强水资源的可持续利用,在具体架构方面,则考虑以政府层面、市场手段以及社会力量三位一体,全面参与的方式,完善相关法律法规、政策制度,形成完善的水资源价格机制、优化产权制度、创新市场调节机制,加快水资源市场体系的建设,鼓励社会力量积极参与到水资源可持续利用之中来。
[Abstract]:Based on the investigation and analysis of water resources and population development in Beijing , this paper studies the water supply system and water supply system in Beijing . According to the change of water resources in Beijing , the water resources carrying capacity of Beijing has been increased from 150 million m3 in 2011 to 830 million m3 in 2015 , and the annual average growth rate is about 21 % . In recent years , the water resources carrying capacity of Beijing has been reduced to 750 million m3 in 2015 , and the annual average growth rate is decreased by 7.8 % . This paper studies the water quality characteristics of Beijing ' s water supply and water supply network . Based on the analysis of the characteristics of water quality and high risk of water supply in Beijing , this paper analyzes the factors affecting the water supply price in Beijing . In a comprehensive way , perfect the relevant laws and regulations , the policy system , form perfect water resources price mechanism , optimize the property right system , innovate the market adjustment mechanism , accelerate the construction of the water resources market system , and encourage the social forces to participate actively in the sustainable use of water resources .

【学位授予单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV213.4;TV68
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本文编号：1732740