流域水资源承载能力增强机理研究——以东江流域为例

摘要

随着社会经济的发展，人类对水的依赖越来越大，在实际生产生活过程中，缺水的问题逐步显现，如水不能与生态环境形成良性互动、也不能支撑社会和经济的可持续发展等，解决水短缺，化解水危机，提高水资源承载社会经济发展的能力是当务之急，研究水资源承载能力增强机理显得必要和重要。通过研究水资源承载能力增强机理，了解自然—人工水循环复杂环境下，水资源承载系统的结构及其功能、属性，其承载能力可增强性、增强的驱动力、增强演进机理、增强途径机理、增强的主贡献因子等，进而掌握水资源承载能力的增强规律，在此基础上提出相应的措施，对解决我国在经济快速发展和城市化迅速推进过程中所导致的水资源短缺、水环境污染日趋恶化等引发的水危机，保障社会经济的可持续发展，具有重要理论和实际意义。因此，本文研究的目的是：在水资源承载能力研究的基础上，通过深化研究流域水资源承载能力增强的内在机理，掌握水资源承载能力增强的规律；并针对具体的研究区提出切实可行的水资源管理技术经济战略措施。这不仅可以丰富和完善水资源承载能力理论与方法，而且还为解决东江流域的生态环境的保护、社会经济可持续发展提供决策依据。 为达到上述目的，本论文利用包括“天然—人工”二元水循环理论、系统的结构及其功能理论、复杂性科学与复杂性基础理论、适应性循环理论、弹性理论等详细分析水资源承载系统的结构与功能，系统研究了水资源承载能力的可增强性、增强的驱动力、增强演进机理、增强途径机理，并将这些理论研究的成果综合形成水资源承载能力增强机理的理论体系；并应用解释结构模型对影响水资源承载能力增强因素进行主影响因子的识别，应用博弈论研究水资源管理激励机制形成机理，应用系统动力学方法评价用水效率、激励机制对水资源承载能力增强的贡献度，对识别方式正确性加以证实；最后应用PSR建立水危机度评价指标体系，应用模糊评判、支持向量机方法建立评价水危机度的方法。本文取得的主要研究成果和结论如下： （1）水资源承载能力可增强的内因由其系统的层次结构性、属性、复杂性所决定的。 （2）对水需求的不断扩张、对恢复水环境与水生态的需求、对维持水量水质再生的需求是水资源承载能力增强的驱动力。在驱动力作用下，水资源承载系统的适应性逐渐增加，水资源承载能力可增强性的本质发生作用，承载能力也逐渐增强；水资源承载能力增强的途径主要是要谋求经济和社会与水资源承载能力协调发展，在一定水资源可利用量条件下，在现有社会进步条件、经济能力、科技应用水平的基础上通过激励机制、科技手段加大人工水循环中的“取水、输水、用水（耗）、排水”各环节的内涵。 （3）通过对影响水资源承载能力的因素进行分析得出，对于一般流域而言，水资源承载能力的主要影响因素可以分为九个影响因素，分别是水资源数量、水资源质量、生态环境状况、社会与经济发展水平、激励机制、取供水能力、输水效率、用水效率、退排水量与质量，利用ISM解释结构模型对水资源承载能力增强的影响因素进行定性判定得出：激励机制与用水效率等两因素是水资源承载能力增强的主贡献因子。 （4）在分析了博弈理论与水资源管理激励机制关系的基础上，论述了激励机制形成的博弈机理-利益主体对水资源管理制度心理接受、文化的认同，这样，在满足个体理性的前提下达到集体理性。激励机制形成结果是制度完善，执行的成本低，供水与用水户利益均得到保证，水量水质得以维持再生，水资源承载能力得以增强。 （5）在分析了系统动力学的理论应用于水资源承载能力增强优点的基础上，构建了东江流域深圳水资源承载能力系统动力学模型，在此基础上构建了基于SD模型的水资源承载能力增强贡献因子指标体系和因子贡献度的计算方法。通过对深圳市水资源承载能力动力学模型计算得出：深圳市用水效率和激励机制对水资源承载力的贡献起主要作用，其贡献度一直呈增加趋势，与现实相符，验证了SD模型，也进一步验证了第二章的ISM方法识别的正确性。 （6）在分析水危机与水资源承载能力的关系的基础上，构建了基于压力—状态—响应概念框架基础上的水危机度评价指标体系，建立了基于模糊综合评判法、支持向量机（Support Vector Machine，SVM）用水危机度表达的水资源承载能力评价模型。模型应用于东江流域沿岸城市河源、惠州、东莞、深圳市最近12年的水危机度评价，两方法计算结果均显示与实际相符，验证了上两评价模型的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文选题背景、研究目的及其意义

1.1.1论文选题背景

1.1.2论文研究目的

1.1.3论文研究意义

1.2国内外研究进展

1.2.1水资源承载能力理论的研究进展

1.2.2用水效率与水资源承载能力增强关系研究进展

1.2.3激励机制与水资源承载能力增强关系研究进展

1.2.4研究方法研究进展

1.2.5目前研究中存在的问题

1.2.6研究进展的展望

1.3本论文研究内容、方法、技术路线以及创新点

1.3.1研究的主要内容

1.3.2研究方法

1.3.3研究技术路线

1.4论文的创新点

参考文献

第二章水资源承载能力增强机理基本理论

2.1水资源承载系统的结构性、属性与复杂性

2.1.1自然—人工二元水循环与水资源承载系统的关系

2.1.2水资源承载系统的层次结构及其功能

2.1.3水资源承载系统的属性

2.1.4水资源承载系统的复杂性

2.2水资源承载能力增强机理理论研究

2.2.1水资源承载能力增强内因—可增强性机理研究

2.2.2水资源承载能力增强的外因—驱动机理

2.2.3水资源承载能力增强演进机理

2.2.4水资源承载能力增强途径机理

2.3影响东江流域水资源承载能力增强因素主贡献因子的ISM定性判定

2.3.1水资源承载能力影响因素分析

2.3.2影响东江流域水资源承载能力因素和指标设定

2.3.3东江流域水资源承载力增强因素的主贡献因子的判别

2.4本章小结

参考文献

第三章水资源承载能力增强激励机制形成机理的博弈研究

3.1博弈与水资源管理激励机制的关系

3.1.1博弈论的基本概念

3.1.2博弈论与水资源管理激励机制的关系

3.2激励机制形成机理研究

3.2.1激励制度的动力设计

3.2.2激励制度的文化认同

3.2.3激励制度的心理接受

3.3本章小结

参考文献

第四章基于系统动力学的激励机制和用水效率对水资源承载能力增强贡献度研究

4.1系统动力学方法与水资源承载能力增强的关系

4.1.1系统动力学方法应用于解决水资源承载能力增强问题的优势

4.1.2系统动力学求解水资源承载能力增强问题的基本步骤

4.2东江流域深圳市水资源承载力系统动力学模型的构建

4.2.1模型总体框架

4.2.2模型结构流程图

4.2.3模型的主要方程

3.2.4模型的检验与调试

4.3基于SD模型的激励机制和用水效率对水资源承载能力增强贡献度

3.3.1基于SD模型的水资源承载能力增强影响指标的选取

4.3.2指标标准化与评价方法

4.3.3因子贡献度计算方法

4.4实例实证

4.5本章小结

参考文献

第五章基于水危机度的水资源承载能力评价指标体系与方法

5.1水资源承载能力与水危机的内在机理

5.1.1水危机的概念

5.1.2水资源承载能力与水危机的内在机理

5.2水危机度的评价

5.2.1水危机的PSR模型框架机理

5.2.2水危机度评价指标体系

5.2.3水危机模糊综合评判模型

5.2.4水危机的向量机评判模型

5.2.5两评判模型例证实证

5.3小结

参考文献

第六章东江流域水资源承载能力增强应用研究

6.1东江流域水资源及其利用概况

6.2东江流域水危机度的评价

6.2.1模糊综合评判的水危机度评价结果

6.2.2向量机评判的水危机度评价结果

6.3深圳市用水效率对水资源承载能力增强的贡献度

6.3.1深圳市水资源承载能力模型验证与仿真模拟

6.3.2结果分析

6.3.3深圳市用水效率指标对水资源承载能力增强贡献度分析

6.3.4本节小结

6.4激励机制对深圳市水资源承载能力增强贡献度实证

6.4.1 1995—2030年激励机制指标预测结果

6.4.2激励机制指标对水资源承载能力增强贡献度分析

6.4.3本节小结

参考文献

第七章结论与展望

7.1研究成果

7.2不足之处

7.3研究展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间的科研成果