北京地区水资源安全研究

发布时间：2018-11-13 15:41

【摘要】：随着人口的迅速增长和工业经济的快速发展,作为人类赖以生存和发展的最重要的基础资源之一的水,变得越来越重要。相关资料表明,在上个世纪全球用水量增加了六倍,远高于人口增长速度,目前全球仍有十一亿人处于缺水状态,将近二十六亿人用水安全无法得到保证。北京在迈向国际化的进程中随着人口急剧增加和经济的飞速发展,水资源安全形势日益严峻。按照2015年末北京常住人口为2200万人算,北京地区人均水资源占有量仅为94立方米,远远低于国际平均水资源占有量的一千立方米的重度缺水标准。如何缓解目前水资源安全问题对北京经济、社会和环境的健康可持续发展的制约,成为当前亟待解决的难题。就目前北京地区水资源的实际情况来看,水资源问题与水资源安全的转换过程和演化规律表现在:(1)北京地区的水资源问题和水资源安全是可逆的过程,同时也是一个演化的过程;(2)若水资源安全问题得到合理解决,北京地区的水资源问题与水资源安全问题将是一个可逆且渐变的过程;(3)水资源安全问题若被转化为水资源事故,则将是不可逆转的。水资源安全问题可以放在反映资源、环境等因素的可持续发展分析框架内进行研究,利用PSR理论分析框架有助于解释影响水资源安全的各类因素以及由其中的一个或多个因素相互作用后产生的不良后果,进而揭示水资源安全系统的内在机理和演化规律。通过对北京地区水资源安全的PSR分析,构建水资源安全综合评价指标体系,同时确定水资源安全预警指标,构建水资源安全综合评价及预警模型,共同形成水资源安全研究的基本内容。水资源安全评价及预警是政府在制定水资源相关法律法规以及水资源安全决策的前提和依据。水资源安全综合评价可以对所在区域水资源安全状态进行分析,进而采取一些基本的水资源安全保障方案和措施。水资源安全预警可以对本区域水资源安全状态的变化情况进行提前反应和预判,这样就可以事先对水资源安全方面可能存在的问题进行预处理,以此来对北京地区水资源的协调可持续发展、公共安全管理、水资源危机管理提供理论支持,减少不必要的人员和相关资源浪费,实现北京地区的可持续发展。本文研究的技术路线,首先对水资源安全的相关理论进行研究,并在分析水资源安全现状、水资源安全综合评价及预警研究现状以及本区域水资源开发利用的情况下,系统科学分析影响水资源安全的主要因素和风险源。其次,根据北京地区实际情况,建立适合北京地区的水资源安全综合评价指标体系,并制定相应的安全评价标准。再者,分析和总结现有水资源安全综合评价方法和预警模型的优缺点,分别建立基于粗集—神经网络的北京地区水资源安全综合评价模型和基于粒子群—支持向量机的北京地区水资源安全预警模型。最后将对北京地区的水资源安全评价模型及水资源安全预警模型进行实证分析,并根据评价和预警结果,提出水资源安全应急机制和保障措施。本文针对目前水资源安全综合评价多为定性化研究这一不足,在综合分析国内外水安全研究成果的基础上,建立北京地区水资源安全综合评价的指标标准,对于冗余指标利用粗集进行约简,并建立了基于粗集—bp神经网络的水资源安全综合评价模型,通过历史数据来对北京地区的水资源安全状况进行分析,在此基础上构建了基于粒子群-支持向量机的水资源安全预警模型,利用该模型对北京地区2018年—2020年的水资源安全情况进行预警,最后根据预警结果,并结合水资源危机管理理论、可持续发展理论以及公共安全管理理论提出了北京地区的水资源安全保障措施和建议。文章的研究成果主要体现在以下八个方面:1.分析并界定相关水资源安全概念。首先对涉及到的水资源安全问题与水资源问题相关性进行分析,阐述国内外发生的水资源安全问题,论证可再生的水资源也是完全可以用完的,水资源危机时刻在威胁着人类正常的基本生产生活及生存,需对水资源安全问题给予前所未有的关注和重视。而后就水资源问题安全化及其本质进行讨论,认为水资源问题转化为水资源安全问题需经过以下两个步骤:(1)水资源问题已经对人类正常生活生存构成巨大的潜在的或已经形成的威胁或危险;(2)水资源问题所产生的各种潜在的或已经存在的威胁或危险已经被社会认为是公共安全问题,并针对北京地区情况进行梳理分析。同时就水资源安全化及内涵重新定义,并就水资源所具有的外延性、水资源安全系统特征作出系统解释。为了进一步说明水资源与社会经济关系,提出了水资源安全经济学分析和psr分析框架。最后,就水资源危机管理包含的防、控、治三个阶段分别进行探讨。2.水资源安全风险因子识别。本文在分析北京地区水资源安全状态的基础上,从北京地区水资源安全涉及到的经济、生态、资源、人口等系统来分析北京地区水资源安全的主要影响因素,认为灾害抵御功能、水资源可开发量及利用率、社会经济发展程度、政府政策和措施、居民的知识水平五大方面是影响北京地区水资源安全的主要因素,再通过风险因子识别方法来对北京地区水资源系统涉及到的风险因子进行系统识别和分析。文章从影响水资源安全的水文风险因子、结构风险因子、技术风险因子、可供水风险因子、用水量风险因子以及其它风险因子对其进行系统分析和研究,识别北京地区水资源安全的主要影响因子。为了进一步分析水资源安全风险的形成过程,通过降水—频率关系的不确定来对北京地区近年来降雨量变化进行研究,降水—径流关系不确定来对北京地区降水情况系统分析,流量—频率的不确定来解释其北京地区水资源安全影响,缺水量—损失的不确定来确定北京地区水资源安全问题产生的损失。通过这些分析后得到北京地区水资源安全风险因素关系模型图。在这些分析基础上,提出本文识别方法的具体实现步骤,并给出实例分析,为下一步水资源安全影响因素的确定奠定良好的基础。3.水资源安全综合评价指标体系构建。首先,文章总体阐述北京地区水资源状况,从北京地区水资源分布矛盾、水资源供求矛盾、北京地区水资源短缺与污染矛盾以及北京地区水资源协调发展与水资源可持续发展之间的关系来对北京地区水资源安全状态进行系统归纳和分析;其次,从水资源承载压力度与可持续度关系、水资源用水效率问题、水资源管理体制问题、水资源稀缺性及外部性关系对北京地区水资源压力进行梳理和总结;再从数量维发展、质量维协调、储备维持续三个方面对北京地区水资源安全响应情况做出论证;而后本文对北京地区水资源安全问题成因进行详细说明;最后,在上述分析基础上,建立了基于状态—压力—响应理论的北京地区水资源安全综合评价指标体系,并对评价标准的优劣做出相应评价。4.基于粗集—bp神经网络水资源安全综合评价模型构建及分析。首先,就北京地区的地理位置、社会经济、水文气象、水文条件演化规律和水资源开发利用现状进行概述性说明;其次,探寻北京地区水资源安全问题的自然因素和人为因素;之后就北京地区水资源安全问题的详细成因进行系统阐述;在此基础上建立北京地区水资源综合评价指标体系。由于影响北京地区水资源安全系统的因素太多,本文利用粗集理论约简冗余指标,得到核心指标,大大提高计算效率,也进一步提高后期综合评价效果。利用具有良好泛化能力的神经网络模型对北京地区2012-2014年水资源安全情况进行评价。北京地区水资源表现出的可控的安全状态与本文通过相关数据评价得到的结果基本一致。客观说明模型在北京地区水资源安全综合评价方面具有一定的应用价值。5.提出了水资源安全预警的基本思路、指标和运行机制。首先,利用水资源安全预警相关分析,再结合水资源安全预警运行机制所涉及的预警源头探寻、分析及预测来确定水资源安全预警指标,建立北京地区水资源安全预警指标体系,从而针对性地指出了北京地区水资源安全预警的基本演化规律。6.基于粗集—支持向量机的水资源安全预警模型的构建及分析。首先,在北京地区水资源安全预警指标体系基础上,利用粗集理论对这一预警指标体系进行约简,得到核心指标,而后利用支持向量机对约简后的指标体系所获北京地区数据进行建模预警,支持向量机回归预警过程中的参数通过粒子群算法寻优得到,以期找到最为有效、合理的预警结果。利用该模型对北京地区2018-2020年的水资源安全情况进行预警。2018-2019年北京地区水资源安全状况均处于基本安全的状态,警灯显示为黄灯,2020年北京地区水资源安全状态处于安全状态,警灯显示为绿灯。可以看到,这三年水资源安全状态明显提升。这就说明在未来的2018-2020年间北京地区的水资源安全程度在逐渐提高。利用基于粒子群-支持向量机的水资源安全预警模型将对北京地区在未来一段时间内的水资源安全情况进行预判,比较符合当前各类政策预期和变化,可以作为政府相关部门对于北京地区水资源安全情况判断和制定相应政策的依据,同时可以为外来人才进入北京提供一个参考。由此可见基于支持向量机的水资源安全预警模型在北京地区水资源安全预警中具有一定的实用性、科学性和使用价值。7.提出北京地区水资源安全保障建议根据北京地区水资源安全综合评价及预警结果,并结合北京地区可持续发展、公共安全管理和水资源危机管理实际情况,北京地区需在以下方面做出努力,保障水资源安全:(1)利用完善水污染治理规划、严格控制农村污染、加强水资源污染物监测和采用市场手段调节来控制水体污染;(2)加强工业用水、城镇生活用水、农业用水、园林绿化用水的节水创建来推进节水型城市建设;(3)以产业创新加快首都功能布局;(4)加强水资源安全法律建设;(5)加大外埠调水能力,加大对再生水的处理;(6)加大对节水技术的研制开发,提高水资源的利用效率;(7)构建可交易水权制度;(8)调整水价,逐步建立合理的水价体系;(9)改革水资源综合管理体制;(10)建立水资源安全预警及应急机制。8.提出北京地区水资源危机管理体制的完善建议鉴于北京地区在水资源危机管理方面存在的问题与不足,结合各地对水资源危机管理的对策与建议,针对北京地区水资源危机管理机制提出以下建议:(1)开发适合北京地区情况的水资源预警系统,对北京地区的水资源进行实时动态监测,做到水危机的事前监测和控制,政府部门要充分发动广大群众参与到水资源管理当中,协助政府找到和解决问题,实现水资源安全,政府积极组织水资源环境问题进行模拟和演练,提高广大群众的忧患意识和危机意识;(2)针对北京地区的实际情况,设立专门的水资源危机应急处理机构,切实提高水资源危机应急工作的组织保障效率。在突发性水资源危机事件发生时,此类机构可以对应急监测于处理方案进行可行性评估,并提出新方案制订和实施的建议。当事故发生时,准确界定事故的性质、范围、危害程度,实施相应对策;(3)当北京地区的水资源危机态势基本控制后,政府部门充分挖掘水资源危机事件,进行广泛宣传和教育,变危机为契机,强化危机意识。政府部门要将水资源危机管理纳入到日常管理当中,制定水资源危机预测和风险防控方案,并提出其它备选方案,以便当危机发生时,预先做好充足的准备,同时建立权责清晰、科学高效的水资源危机管理决策机构是非常必要的。
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【学位授予单位】：中央财经大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV213.4
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本文编号：2329583