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论文摘要:为了研究20个城市的分配水问题,首先我们假定生活,工业以及综合服务业用水的增长率保持不变,然后使得每个城市个人生活用水标准都一样,这样可根据人口加权计算,即生活用水(r为2010年个城市的人口,Q为总的掉水量110亿立方米,为第i个城市生活用水),为了让北方的经济发展尽量的快,我们在此把总的经济效益当成目标函数,由此得第一种模型,然而考虑到污染的问题,设每种水的污染程度不同然后减掉污染情况,我们采用单位体积污染水的净化成本来衡量每种水的污染程度,由此三者对单位体积的水所带来的污染程度(污染后单位体积的水的净化费用)分别记为
,则总的污染损失最后得到第二种模型的目标函数
结果证明这种方法能够有效快速的算出分配水的方案。
一.问题的提出
水利工程建成后,预计2010年年调水量为110亿立方米,主要用来解决沿线20个大中城市的生活用水、工业用水和综合服务业的用水,分配分别为40%、38%和22%。这样可以改善该地区的生态环境和投资环境,推动经济发展。用水指标的分配总原则是:改善区域的缺水状况、提高城市的生活水平、促进经济发展、提高用水效益、改善城市环境。根据2000年的统计数据,各城市的人口数量差异大,基本状况和经济情况也不相同,各城市现有的生活、工业和综合服务业的用水情况不同,缺水程度也不同(如表所示)
二.问题的分析
2.1关于背景的分析
我国是一个水资源短缺且分布很不均匀,南方地区水资源较为丰富,占到全国的80%以上,而处于干旱半干旱的北方地区,水资源十分匮乏,许多学者调研提出要彻底解决中国北方水资源短缺的问题,不需采取跨流域调水,即“南水北调,南水北调工程2002年末正式动工,此举将极大化解北方城市的供水压力,在为工业服务业提供水资源的同时,也将大大提高居民的生活和城市环境,它不仅可以长生巨大的经济效益,而且其长远的社会和生态效益更无法估量。
2.2问题一分析
要综合考虑各种情况,给出2010年每个城市的调水分配指标,使得各城市的总用水量情况尽量均衡,我们考虑让每个城市都能供上足够的水,首先假设110吨全部用来解决这20个城市的用水问题(其中包括生活用水,工业用水及其服务业用水),“尽量均衡”的意思就是说让更需要水的城市多得到供水。由此为了更好的分配110吨水资源我们分别预测2010年的人口,工业情况以及服务业情况,再假设人均生活用水量,万元,服务业用水,万元工业增加值用水,均保持不变,即可预测生活用水,工业用水及其服务业用水的情况,再根据相加求和即可得到该城市总用水量,再根据求权重依次分配。
2.3问题二分析
由于各城市的基本状况和自然条件不同,对相同的供水量所产生的经济效益不同,从经济效益的角度,要注意到,每个城市的工业和综合服务业的发展受产业规模的限制,不可能在短时间内无限制的增长这一特点,我们采用logstic模型进行分析。工业产值及其服务业均可用灰色系统模型进行预测。
三.模型的建立
3.1预测2010年人口的模型
3.1.1模型的假设
1)假设各个城市人口自然增长率保持不变。
2)假设个个城市间人口数相对平衡,相互独立,互不影响。
3.1.2符号说明
1)x(t)为第t年某个城市的人口数
2)r(x)为自然增长率,是自然资源和环境条件所能容纳的最大人口数量。
3.1.3模型的建立
于是有:
(1)
对的一个最简单的假定是,设为的线性函数,即
(2)
设自然资源和环境条件所能容纳的最大人口数量,当时人口不再增长,即增长率,代入(2-2)式得,于是(2-2)式为
(3)
将(2-3)代入方程(2-1)得:
(4)
解方程(2-4)可得:
(5)
3.1.4模型的求解
为了对以后一定时期内的世界人口数做出预测,我们首先根据所给的数据依次求的全部城市的人口数。记为x=x(i,t)为第i个城市在第t年的人口。
将2000年看成初始时刻即,则2001为,以次类推,以2010年为t=10作为终时刻。用函数(5)对表3.1.1中的数据进行非线性拟合,运用Matlab编程得到相关的参数,可以算出可决系数(可决系数是判别曲线拟合效果的一个指标):
3.2预测2010年工业总产值和服务业总产值的logstic模型
3.2.1模型假设
1)工业产值和服务业产值也按logistic模型增长。(经过大量的资料证明工业产值和服务业产值的增长率在前面是逐渐的变大,后逐渐变小这符合logstic模型的增长趋势。)
3.2.3模型的建立
把上面第i个城市第t年的工业产值和服务业产值分别记为I(i,t){industry}S(i,t)[],则把第i个城市的人口增长模型中的x(t)改写成工业总产值和服务业总产值的logstic模型。
3.3综合调水问题
3.3.1模型的假设
1)个城市之间相互独立互不影响。
2)假设个城市人口,工业产值,服务业产值增长率保持不变。人口用水量不随时间变化,工业万元增长用水不变和服务业万元用水不变。
3)水只能一次性利用,不考虑循环利用。
4)个城市都处于缺水状态,都从外地调水,之间并不存在互不调水的问题。
3.3.2符号约定
3.3.3模型一的建立
为了使最大限度的使该地区的经济达到快速发展即
已知生活用水,工业用水以及服务业用水分配时所占的比例0.4,0.38,0.22
所以得
我们将人的生活用水按个城市所占人口平均分配,即
设人均产值为k则
(其中x为工业产值,y为综合服务业产值,rwei人口数)
设第i个城市的人均产值增加为
则
令为第i个城市在第n年的人均产值
(式中的n不是次方,而是第n年的含义)
设c为贫富差距,(一常数)为起初的贫富差距
贫富差距C定义为
为了不使贫富差距拉大我们要求
则得到一个规划问题
目标函数:
然而,我们考虑到居民日常生活用水,工业用水以及综合服务业对水的污染程度有所不同,我们的出了第二个模型如下
五.模型检验及其结果分析
5.1模型的检验
随着时间的增长我们发现人均产值在变小,人民生活用水质量不会差异很多,贫富差距会越来越小。
5.2模型结果分析
结果较为准确,到2010年20个城市工业调水最多的是第20个城市
六.模型优缺点分析
6.1模型的及其不足之处之处
模型一中按城市人口平均分配生活用水,虽然有所不足,但是能化简问题,使问题得到了很好的解决。
模型一可以看成模型二的特例,当很小时,可以忽略。的值要具体分析应用,由于地域不同可能会不一样。
模型没有考虑增速变化的情况,而且没有考虑水资源的循环利用问题,在全国实行科学发展观的今天我相信的值会越来越小。
6.2模型的优点
1)用logstic模型人口,预测工业和服务业较为准确,因为增长率按照时间在降低,就像美国的经济一样,总有一天会出现停滞状态,也就是说增长了最后会变成0,但是不是说绝对的这只是一个阶段的变化而已。
2)本模型考虑了环境污染的问题,用单位体积净化的成本来表述污染的程度,此处为本模型创新之处。
七.模型的改进
7.1关于2010年个数据的预测
可以用灰色系来预测2010年的工业产值及其综合服务业总产值,由于计算复杂所以采用简单的logstic预测。
7.2关于线性规划模型
计算过程中遇到了的的大小,可已经一步修正。
7.3运算运用矩阵
可以用matlab7.0直接求出二十个城市的情况。
参考文献
[1]姜启源等,数学建模(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2003
[2]郑錬,当代数学若干理论和方法[M].上海:华东理工大学出版社2002
[3]中国水利资源公报2009./WaterRes/2009
水资源的合理配置并非一项独立的工作,如果没有其他基础工作的辅助,仅仅依靠良好的配置方法与手段是无法完成的。水资源进行配置的核心工作是在对具体情况下水资源相关的各种因素供需平衡的考虑分析,在水资源的配置过程中应该对所需水进行预测、对水资源以及供水的利用开发潜力进行细致的分析、对水资源保护以及节约用水进行科学的分析。水资源合理配置是基础工作就是通过对区域以及流于中的泥沙、水文、水环境、生态以及气象等基本资料进行不同水资源形式变化规律以及人类生活对水资源质量以及数量的影响进行分析。此外,在水资源利用开发的调查研究方面进行水资源变化趋势、状况、结构、供水总量以及分布的分析,其中包含:用水结构、用水量、耗水量、用水水质与耗水量以及相关的农业灌溉水量、工业、生活排污水量等指标进行分析。尽可能的对水资源的利用全过程进行全面、细致、科学的分析。
2水资源合理配置的方法分析
针对目前我国面临的水资源短缺以及水资源利用不合理的现象,水资源相关配置人员应该充分利用科学技术对水资源进行合理配置,通过对国内对外水资源合理配置的研究成果的借鉴,从水资源的取水与用水配置、水资源的配置施工以及水资源非施工的配置三个方面对水资源的合理配置的方法进行详细的阐述:
2.1水资源取水与用水的配置
有关水资源的取水方面,相关配置人员应该对水资源的种类与取水的地点确定下来,通常情况下,取水的来源主要有地下水、大气中含水、地表水、海水以及主水等等,对水的来源进行确定后要分析取水的地形,对于地表水要进行海拔高度的判断,对于地下水要进行距离地表高度进行判断,与此同时,还要对水质、水中的微量元素以及水中的重金属是否超标等等问题进行研究,做好取水前的工作统计。此外,有关用水方面。由于用水的水质决定用水的目的,因此,对于不同种类水质的水应该依据其用水目的进行配置。用水的种类主要包含工业生产用水、生活用水、生态保护用水等,而且,应该对各个地区以及各个单位的用水量进行详细的统计。取水与用水是相互结合的,在进行水资源配置计划的制定时,应该结合各个地方的实际用水状况与取水量对有限的水资源进行合理的分配,促进水资源使用效率的最大化。水资源配置人员要充分应用科学方法对水资源在时间以及空间上进行配置,从而促进水资源利用的最优化。
2.2水资源的配置施工
对水资源进行配置施工主要包含五个环节,其具体环节的内容体现为:一是,水源地施工工程。进行水源地的工程施工,主要是进行储水、引流提水以及蓄水的工作。其施工方法就是利用筑堤、挖井、建水窑等方式,对于特别的地区应该使用水泵甚至要建设水泵站;二是,目的地的施工。主要是指人们的生产生活用水、工业用水以及农业用水等,大多数情况下都是由用水者进行用水设施的建立;三是,运输水资源工程。主要是指从水源地到用水地运输设施;四是,进行污水回收;五是,进行市政水循环系统的合理配置。其主要工作内容包含排水渠、排水井等的联动处理,促进一个区域的水系统进行联网,有助于形成水资源的统一的分配与管理,有助于水资源循环的使用。
2.3水资源的非施工配置
在进行水资源合理配置的过程中,除了对工程施工进行硬件方面的建设还要对工程的施工软件进行构建。一方面,要建立健全水资源配置的行政法规。有关水资源配置的法律法规要紧跟时展的步伐,对于传统的法律法规要进行及时的更新。有关法律的缺陷,进行给与及时的完善与改革,进而保障水资源配置有效的进行;另一方面,给予水资源配置政策上的优惠。例如:对海水淡化企业、污水处理企业、使用循环水企业在经济上给与一定的补偿,促进企业进行水资源合理配置的积极性,进而使各个领域的企业积极自愿的参与水资源合理配置的工作。
3结语
1.1极度贫化的水资源状况
北京是水资源严重短缺的大都市,人均水资源占有量只有300m。特别是1999年以来,北京遭受连续5年干旱,水资源紧缺已成为制约北京经济社会发展的主要因素。
(1)水量匮乏。①地表水不足。作为北京主要地表水源的密云、官厅两大水库的来水和蓄水呈逐年衰减趋势,入库水量由60年代的20多亿m3锐减到90年代的不到4亿m3,1999年以来,密云水库5年年均入库水量1.64亿m,官厅水库年均入库水量1.78亿m。。②地下水超采:地下水是北京的最重要的水源之一,由于常年超采地下水,地下水已累计亏损59亿m。。1999年以来的5年间平原区地下水超采34,4亿m3。
(2)水污染严重。水系污染由城区逐步向郊区扩展,符合Ⅱ类和Ⅲ类的水域不断减少。通惠河、凉水河、清河、沙河、温榆河等均变成了排污河道,水质还达不到V类水体要求。官厅水库由于水质恶化,从1996年开始停止向北京市供水。
1.2水资源短缺带来严重和潜在的生态问题
(1)地表水短缺引起的生态问题。由于地表水得不到径流补给,造成河流干涸,河床沙化,水质恶化,鱼虾绝迹,丧失补给地下水功能;排污还造成地下水污染。即使靠引水维持的城市河湖,也因水质恶化,时有水华发生,严重影响城市环境和生态安全。
(2)地下水超采引发的环境问题。由于过量开采,平原区以朝阳区红庙至将台路为中心形成2272km范围的地质沉降区,最大沉降量达619mm。由于地下水污染和超量开采,地下水质不断恶化,主要表现在总硬度和硝酸盐氮超标。污染来自渗井渗坑、污灌、化肥、农药、固废和垃圾,由于超采形成区域性地下水位下降漏斗区,改变了地下水的水动力和化学条件,引起水质变化。长期的超采缺补,给北京市带来了相当的生态赤字和潜在生态风险。
1.3由污水处理向污水资源化转变的迫切性
寻求新水源,改善水环境,解决北京极度贫化的水资源现状,已迫在眉睫。把污水变成新的水源是解决北京水资源问题根本性和战略性的措施。要实现这一点就必须实现污水处理厂向污水资源化工厂的战略转变。这意味着:把新建污水处理工程改变为新建污水资源化工程;把以达到排放标准为目标改变为以再生利用水质标准为目标;以利用和消耗天然水体的环境容量(实际已丧失环境容量)稀释净化受纳的排放污水功能改变为提供生态用水为目标,提供优质再生水补给地表水体和地下水体,恢复地表水和地下水的生态功能。这一战略转变是解决北京市水资源贫乏和逐步偿还超采赤字的根本途径。
2污水资源化技术浅析
2.1传统再生水处理的技术
根据国内外最新研究成果和工程实践,城镇污水处理厂二级出水为水源的再生水处理工艺主要有3种。
(1)化学沉淀一过滤一消毒工艺。该工艺采用化学法和机械过滤相结合的方法,是中小型中水厂采用的后处理工艺。
(2)化学沉淀一过滤一活性炭一消毒工艺。该工艺是在工艺(1)的基础上,为了提高水质,加强对有机物、微污染物、色度、嗅味的去除而采取的强化处理措施。
(3)曝气生物滤池一过滤一消毒工艺。曝气生物滤池是利用好氧生物膜技术净化污水的工艺。该工艺已广泛用于污水深度处理和微污染水源水处理。
此外,还有一些适合小型中水处理的工艺,如生物接触氧化法,气浮+过滤处理等,这些工艺一般应用于建筑小区中水处理与回用或小规模污水场的深度处理。
上述传统中水处理工艺在污水资源化工作的起步阶段起到了一定的作用。但随着污水资源化工程的深入和对回用水水质和水量要求的不断提高,这些处理工艺在技术层面上的缺陷也日益明显。如出水水质不合格,运行不稳定,管理复杂,运行费用高以及占地面积大等问题,都影响了其在污水资源化领域的应用。
2,2膜处理技术
膜处理技术是利用膜的高效分离性能,去除水体中的颗粒物、大分子有机物、细菌乃至小分子和盐类等污染物,从而达到净化水质效果的新型处理技术。根据膜的过滤孔径和分离效果,可将膜处理技术分为微滤、超滤和反渗透等几种。
(1)微滤/超滤+消毒工艺。该工艺主要采用微滤或超滤膜分离技术,膜孔径为0.1~0,5gm,二级出水通过膜分离,可以去除全部悬浮物(SS),但对小分子有机物如氨氮等无效。同时该工艺投资运行费用较高,膜冲洗频繁,出水水质还难以达到中水标准。不宜规模化采用。
(2)连续微滤cMF+R0。该工艺采用了连续微滤CMF+RO的双膜系统,连续微滤(CMF)解决了微滤膜组件的清洗和连续运行操作问题,但不能实质性提高水质,其污染物的去除依靠RO系统。该工艺可以去除大部分有机和无机污染物,对总氮和磷也有较好的去除效果,能够达到很高的水质要求。但该工艺投资和运行费用过高,不适用于大规模采用。(3)浸没式一体化膜生物反应器(SubmergeMembraneBio—Reactor,简称SMBR)+消毒工艺。浸没式一体化膜生物反应器(SMBR)是一种将生物处理技术和膜分离技术相结合的高效污水处理系统。SMBR通过膜组件实现固液分离,提高了生物反应器中活性污泥浓度和处理效率,可以实现较高的回用水质标准。SMBR不仅可以以二沉池出水作为原水,对其进行深度处理,还可以直接以城市污水为原水,处理后直接达到中水回用标准。
2.3不同处理工艺处理后的出水水质
上述几种常用中水处理工艺在处理效果方面的综合比较,见表1。
通过以上国内外各种废水资源化技术的分析表明:“浸没式一体化膜生物反应器(SMBR)”技术,将生物处理技术与膜分离技术高效结合,为实现城市污水大规模直接资源化提供了新的技术保障。
3SMBR技术在资源化领域的应用分析
1969年,美国的Smith等人首次提出了把活性污泥法和超滤工艺结合处理城市污水的方法,证明膜分离技术与普通活性污泥法相结合可以显著提高系统的处理效率。
1989年,日本政府联合一些大公司共同资助,进行了为期6年的“90年代水复兴计划”科研项目,研究>重点集中在SMBR的处理效果与运行稳定性方面,这大大促进了膜生物反应器的开发,使膜生物反应器开始走向实际应用。
同年日本学者Yamamoto等将膜组件直接置入反应器内,通过泵的抽吸,得到过滤液,这样一体化膜生物反应器诞生。在我国,科技部在“八五”、“九五”、“十五”连续15年将膜生物反应器的研制列入科技攻关计划。在膜的选择、处理效率、抗污染以及反应器的优化设计、降低能耗等方面进行了深入的研究和开发。2000年开始步入规模化推广应用。目前,在北京市SMBR工程累计达50个,总处理量达1.5万t/d,年节约水资源182.5万t,在解决北京水资源缺乏难题中显示出巨大的生命力。
3.1SMBR技术的特点
实际工程应用表明,SMBR技术具有以下显著优点。
(1)出水水质优良。SMBR由于将生物处理与膜分离技术有机结合,在具有传统膜分离功能(如去除有机大分子、细菌等)的同时,还可通过其独特的生物功能有效去除进水中的BOD和NH4-N等污染物,特别是NH4-N的去除率可达90%以上,可以实现较高的回用水质标准。
(2)系统抗冲击力强,运行更稳定。SMBR采用外压式中空纤维膜处理组件,是一种耐冲击负荷的处理工艺,进水水质的波动不会影响出水水质。
(3)控制智能化,管理操作简单。SMBR技术,省去了繁琐的预处理过程,显著减少了控制环节,使系统控制实现智能化,使运行管理简化。
(4)占地面积省。SMBR技术由于水力停留时间减少和紧凑的设备化设计,系统占地面积较传统工艺可节省20%~40%。
(5)运行成本低。SMBR技术不需要任何前处理,不需要向系统中投加任何化学药剂,不需要传统工艺过程中的多次输送和反冲洗,因此在运行能耗和管理费用上也显著低于传统污水二级处理+深度处理的工艺模式。
(6)二次污染较少。SMBR可实现污泥龄与水力停留时间的彻底分离,污泥龄较长,从而显著减少了系统剩余污泥的产量,在减少二次污染的同时,大大降低污泥处置费用。
(7)模块化设计。易于实现整体规划、分步投资、逐量运行。使实际工程应用具有更好的灵活性,减少投资浪费。
3.2SMBR技术的经济分析
(1)建设投资。SMBR工程投资可分为2个层次:①较小规模的SMBR工程(日处理量小于500m),其设备化比较强,从设计、土建、设备安装到调试正常运行,通常每立方米水投资规模约在2000元。②对于有一定规模的污水处理厂(日处理量超过1万m),其投资将会更省,一般每立方米水1800元左右。
(2)运行费用。运行费用包括能耗、人工、药剂以及维修等费用。SMBR的运行费用每立方米水约在0.5~0.7元之间,其中每立方米水电耗约为0.5kw·h。
(3)折旧与日常维护。SUR聚乙烯中空纤维膜的寿命在5年左右,而PVDF材质的中空纤维膜寿命在8年左右,因此其折旧费用一般也只不过是每立方米水0.4~0.5元,而且随着SMBR的普遍推广,膜的价格在不断下降,近3年来,膜的降价幅度平均约在20%。
4结论
论文摘要:对水资源行政管理问题进行了详细分析,同时对水资源行政管理改革的目标、利益结构、动力和阻力进行了分析,以此深化对水资源行政管理改革及其进程的认识。
水资源问题用系统的观点来看,可以分为工程体系问题和行政管理体系问题。水资源的工程体系问题包括水源、水调度、水土保持、水污染治理、防洪排涝等工程的规模是否适度、布局是否合理、利用效率是否高效等;水资源的行政管理体系问题包括行政管理体制是否适应社会经济发展的需要、管理职能的确定是否符合科学合理和适应性的要求、管理手段是否先进有效、管理效果是否达到预期目标等。本文将着重对水资源行政管理问题进行讨论。
1问题的分析
1.1管理观念问题首先对管理落后的认识不足。严格来讲,我国目前仍然处于从计划经济体制向市场经济体制的转型时期,尤其在水资源管理方面。其次对人与自然的辨证关系认识不足。我们一直把人放在自然的对立面,对自然无休止地索取,人也就必然受到自然的惩罚。如为解决粮食问题,不加控制地超采地下水而出现地下漏斗;为防洪排涝,一味加高堤防。
1.2行政体制问题由于水资源的开发、利用和保护,纵向涉及中央和地方的权益,横向涉及水利、农业、建设和环保等部门的权益,重复管理现象严重,责任不明,“政出多门”,不但增加了政府的管理成本,减弱了财政资金的使用效果,而且不利于水资源的统一管理、统筹兼顾、优化配置、节约保护和高效利用,违背了水的自然规律,尤其在流域管理和城市水务管理问题上矛盾更为突出。
1.3管理职能问题管理上仍然存在严重的“越位”和“缺位”现象。“越位”主要指该由市场来解决的问题仍由政府来承担。如水资源合理配置问题,其中最典型的是我国北方缺水地区水资源分配问题。“缺位”主要指宏观调控不到位。如政策、法规的透明度、统一性和预见性较差;水资源监测、评价水平偏低;政策引导、信息服务跟不上等。
2改革的分析
2.1改革目标的分析水资源行政管理改革必须以适应社会主义市场经济发展为基本原则,以建立水市场为中心,把行政管理体制及其运行机制的改革作为重点,以实现水资源的合理配置,提高水的利用效率,最终实现以水资源的可持续利用支持我国社会经济的可持续发展。
主要包括:①加快水法、节水法等水法规体系的建设;②在明确水权的基础上,建立流域水资源统一管理机构;结合城市供水及水处理市场的对外开放形势,积极推行城市水务一体化管理;③以水价政策改革为契机,建立和完善水市场规制体系;④启动水利资产管理运行机制,提高水利建设融资和水利国有资产增值保值能力。
2.2改革动力与阻力的分析
2.2.1改革的动力。改革的动力一方面是利益的驱动,另一方面是现实的需要。
①客观形式的需要。所谓客观形势主要是指:我国水资源所面临的危机已经严重制约社会经济的正常发展,水利部门的改革显然已经到了“不改不行”的地步,需要进一步开放水务市场等。
②履行职责的需要。供水价格偏低,造成水资源浪费严重;众多供水企业以及相关水管单位经营失败、普遍亏损等等。问题的解决取决于水资源行政管理改革的深度和进程,因此,履行职责的需要也是改革的推动力之一。
2.2.2改革的阻力。水资源行政管理改革的阻力,一方面来自既得利益者,另一方面来自传统观念的束缚和习惯势力的制约。
只注重了水资源的开发利用,而忽视了水资源的合理配置、水资源的节约和保护。由于人们对水资源危机的认识不足,同时又由于改革的道路是艰难而曲折的,需要社会以及个人付出一定代价,因此,旧观念的束缚对改革是一种无形障碍。同时,习惯势力的影响也对改革形成阻碍。在计划经济条件下,人们通常认为水利是福利事业,理应由国家投资和无偿用水和排污。在这样一种思维定式下,要想确立新的水资源观念、水市场观念,其难度是显而易见的。
3改革的构想
3.1行政体制改革水资源行政管理体制改革的总体思路是:以加强流域水资源统一和城市水务一体化管理为突破口,构建现代水资源行政管理体制,以保证政府职能系统效益最佳,保证中央、地方以及社会组织对科学合理开发利用和保护水资源的积极性的发挥。
3.1.1流域水资源实行统一管理。设立流域管理委员会,其成员由中央政府代表、地方政府代表、用水户代表、专家代表;委员会主席由选举产生;流域委员会依法拥有对流域水资源的分配权,依法对流域水资源进行统一规划、统一管理,实现流域水资源的优化配置。
3.1.2城市水务实行一体化管理。对供水企业、水处理企业实行出租或转让;对经营性水务工程实行资产管理;将用水许可与排污许可有机结合起来,推进城市节水。
3.2建立水市场
3.2.1水权管理改革。水权管理的核心是产权的明晰和确定。将水资源的所有权和使用权分离开,是促进水资源优化配置的前提,是建立水市场的基础。
建议通过法律的形式,首先确定以占有优先权原则为主、河岸优先权及惯例水权原则为辅的优先权原则,再结合水资源现状,因地制宜,制定相关法律法规及实施细则。第二,设定总量控制、保障生活用水和环境用水,旱情调度预案、水污染防治的事权划分等限制条件。第三,实行以水资源规划为先导,有计划、分类分批地进行水资源使用权登记并公告社会。第四,建立水资源使用权招投标、使用权拍卖等管理机制。通过以上努力,逐步建立起适应我国社会主义市场经济发展的水权制度。
3.2.2水价政策改革。改革现行的水价制定方法,按提高公众参与程度,即由政府代表、用水户代表、供水企业以及有资质的独立审计事务所共同协商确定水价;水价应计入资源水价、工程成本、利润;资源水价应在政府统一评估基础上允许在合理的范围内浮动;利润不再以工程成本及运行成本加成的方式计算,而是以国家的社会平均利润率和资本金来计算;水价的确定要兼顾公众承受能力和政府的财政能力。
3.3改革管理模式
3.3.1资产管理。要尽快调整政府及水利部门在水利工程建设及管理中的定位。水务企业完成企业自我发展的公司制经营实体,经营性、科研性、开发性的事业单位要逐步转制为企业。依据不同的情况和条件,对原有的水利工程要逐步实行企业化管理。
3.3.2节约用水。在国家宏观调控与市场机制下,水价是调节供需方矛盾最敏感的经济杠杆。国外研究表明,水价提高10%,将使家庭用水减少3%~7%,同时如果水费没有占到市民收入的1%以上,人们就不会注意节水问题。
因此,政府应在建立和完善相关法律法规、调整产业结构、制定相关用水标准及定额、推进节水技术发展的同时,以改革水价政策、提高全社会节水意识为重点,运用信息技术等现代管理手段,在建立节水型社会过程中充分发挥政府的宏观调控作用。
枣庄市薛城区位于山东省南部、微山湖东岸,地处鲁中南低山丘陵边缘,衔接黄淮海洪泛区,京沪铁路、京福高速公路城东穿过,交通便利,有山东南大门之称。薛城区属暖温带半湿润季风型大陆性气候,在一定程度上受海洋调节的影响,有显著的大陆性气候特征,四季分明,气候温和,雨热同季,降水集中。春季回暖快,降雨量少,多风,蒸发量大,易干旱;夏季炎热、多雨,潮湿,易涝;秋季降温快,雨量骤减,多晴朗天气,晚秋易旱;冬季雨量稀少,寒冷干燥。全区全年日照时数为2532.1小时,整个作物生长期3月至10月份总日照时数为1826.9小时,占全年日照时数的72%,光照条件优越。全区多年年平均气温14℃,最高气温极值40.5℃,最低气温极值-22.3℃。多年平均降雨量为804毫米,季节降水明显不均,春季占年降水量的16.3%,夏季占59.2%,秋季占19.2%,冬季占5.3%。本区多年平均蒸发量757.5毫米,夏季是全年蒸发量最大的季节,月平均蒸发量166.4毫米。
薛城区属淮河流域湖东京杭大运河水系,区内大小河流共17条,多发源于山丘地带,均属季节性河流,自东向西,自北向南分别注入京杭大运河和微山湖。区内主要河道为薛城大沙河、周营沙河以及位于常庄、沙沟、周营等镇内的小河流。
全区面积506平方公里,辖六镇一街,361个行政村,至2002年底,总人口达44.91万人,其中薛城南部地区主要包括沙沟镇和周营镇,人口18万人,占全区总人口的40%,共有耕地20万亩,约占全区耕地面积的58%,而水资源量仅占全区水资源总量的24%,水资源的贫乏严重制约当地经济的可持续发展,水资源资源的可持续利用。2.水资源状况
南部地区河流主要有周营沙河以及位于常庄、沙沟、周营等镇内的小河流,发源于山丘地带,均属季节性河流,自东向西,自北向南分别注入京杭大运河和微山湖。该区域无大中型水库,50年代后期先后兴建了小营、南常三村、九队等5座小型水库,塘坝110座,总有效蓄水能力为300万立方米。2.1地下水
薛城南部区域地质属薛南变质岩区,总面积217平方公里,占全区总面积的43%,区域内隐伏着太古界片麻岩,花岗片麻岩,地下水赋存于风化裂隙中,岩层风化深度较浅,贮水条件较差,水量很小,单位涌水量小于10m3/d。地下水主要为附近农村生活及生产用水,对工农业取水无集中开采价值。
参考2001年枣庄市水资源试验站提交的《枣庄市地下水资源评价报告》和1997年省水利厅科教处组织专家评审验收的《山东省枣庄市薛城区地下水规划管理研究》成果有关成果数据:薛城区多年平均地下水资源量9000万立方米,其中薛城南部地区1350万立方米,可开采量仅700万立方米。
根据枣庄市历年地下水资源量计算成果,统计为地下水资源量丰水年份有15年,平水年份有16年,枯水年份有13年(特枯年份有6年)。2.2地表水
依据1993年《薛城区水资源长期供求计划编制》以及枣庄水文水资源勘测局2001提交的《枣庄市地表水资源分析评价报告》有关成果数据:薛城南部地区多年平均降雨量803.7mm,多年平均降水总量为1.75亿立方米;薛城南部地区多年净流量4375万立方米,其中周营大沙河年净流量2160万立方米。
根据统计资料,薛城区1956~1999多年平均径流量为1.104亿立米,折合径流深230毫米,其中周营大沙河年径流深为217.1毫米,多年平均径流量为1800万立方米。2.3水资源特点
一、降水特征:薛城南部区域降水量具有以下特征。
1、降水季节变化大。年降水量的70~80%,集中在汛期6~9月,且7、8月份降水量又占全年降水量50%左右。
2、降水量年际变化大,存在着丰枯交替,连枯、连丰的现象。
二、地表径流特征:地表径流在地域时空分布的特点,总趋势同年降水量基本一致。
1、区域分布不均匀,山区为高径流区,平原区为低径流区。
2、季节变化大,径流量年内变化剧烈。汛期暴雨产生洪水,发生洪涝灾害,枯季径流量小,时常发生河道干涸,水源十分不足现象。
3、年际变化大,丰枯交替,连丰和连枯水的情况经常发生。
三、地表水资源特点:由于汛期降水集中,造成地表径流量可利用率较低,流失量大,尽管兴建了一批拦蓄工程,但拦蓄量不足地表径流量的10%,存在一定的开发潜力。
四、旱涝灾害频繁:由于降水特征季节性强,年内、年际变化大,地域分布不均,年内变化反映夏多冬少,秋多春少;年际变化反映偏旱年多于丰水年,旱多于涝。据史料记载,大面积洪涝灾害平均5年一次。干旱危害经常发生,其中春旱危害面积大,持续时间长,给农业生产、人畜用水造成困难,2002年干旱造成该区域内大面积粮食减产,严重区域出现绝产现象。2.4水资源总量
南部地区平均年径流总量为3430万立方米,其中地表水资源量为2730万立方米,地下水资源量为700万立方米。由于径流主要由降水形成,因此径流变化特征与降水相似,汛期来量集中,约占全年的58.2%,拦蓄工程少,造成径流大量流失,容易发生洪涝灾害。
随着人口增长和社会经济的发展,薛城区南部水资源短缺问题,将使工农业用水更加紧张,将严重制约南部区域经济的可持续发展。3.存在的问题
由于薛城南部所处的地理位置,降水年际、年内分布极不均匀,经常出现旱涝灾害同地持续发生。汛期面临洪涝灾害严重,旱季又面临水资源紧缺的问题。近几年连续干旱,造成薛城南部地区严重缺水,绝大部分河道断流、水库塘坝干涸,大面积粮食作物因缺水减产、甚至绝收,严重影响了南部地区群众的生产、生活。从长远的角度看,随着城市的发展,缺水问题将更为严重。为此,我们必须根据薛城南部地区的实际情况,防汛与抗旱、拦蓄与防洪相结合,正确处理经济发展与水资源的关系,在跨流域调水工程没有建设配套前,充分利用洪水资源缓解缺水问题成为可能和必要。4.利用洪水资源的措施4.1进一步扩大控制洪水的能力
薛城南部地区是我区旱灾高发地区,水资源人均占有量约占全区的24%,年降雨量的60%左右集中在汛期两三个月,洪水峰高量大,特别是较集中的几场大雨的洪水流量甚至高达40%~60%。目前所建设的拦蓄工程只能控制年总径流量的10%,洪水控制能力很低,致使大量的洪水资源得不到利用而白白流失。由于没有拦蓄,大量洪水短时间内排走,洪水过后,随之而来的便是干旱。为此,解决缺水问题,首先要对现有水库进行加固处理,在保证水库运行安全和来水量充足的前提下,进行必要的扩容,增加现有水库塘坝的拦蓄水能力,经薛城区水务局统计、分析、论证南常系列水库有较大扩容的潜力,其中小营水库扩容能力最大,可增加兴利库容46万立方米;其次,在拦蓄条件好的区域新建拦蓄洪水工程,特别是在沙沟南常山区丘陵区域内,新建一些小水库、小塘坝,进一步增强控制洪水和利用洪水资源的能力。
在进行拦蓄洪水的同时要建立健全水库、塘坝等拦蓄工程洪水调度机制。目前薛城区已建立自动化量雨系统,但是还不是全面自动化雨情雨量监控,随着经济的发展、科学的进步,薛城区防汛指挥系统的将逐步建立并完善水库、塘坝等拦蓄工程的自动监测,不断提高水利工程拦蓄洪水的能力。因此,我们要根据实际情况,进一步建设水库、塘坝洪水自动化监测调度工程,最大限度地发挥水库、塘坝的拦洪、蓄水、供水作用,科学调度,减少资源浪费。4.2充分发挥河道蓄洪作用
薛城区南部多年平均降雨量为804毫米,其中夏季占59.2%,薛城南部地区大小河流年总径流量约3430万立方米,其中汛期洪水总量约占河流总径流量的60%。区域内河流一般源短流急,河道有水期往往集中在汛期某个洪水过程,如果不抓紧拦蓄洪水,一场洪水短短几天就流走,因此,要充分发挥河道天然蓄滞洪水的作用。目前国内外许多地区对河道进行多级开发,修建多级拦河坝,一方面利用河道拦蓄洪水,减少下游防洪压力;另一方面充分利用洪水资源,改善周边环境,增长洪水与地面的接触时间,增加地下水的补给。周营大沙河是南部最大的河流,多年评价径流量1800万立方米,除上游有小型水库1座外,基本没有拦蓄工程,河水利用率不足5%,开发的潜力很大,如果拦蓄量达到20%,通过灌溉工程配套建设,可改善灌溉面积1.5万亩,有效改善沿河两岸的水利条件,缓解用水紧张的局面,减少引湖灌溉的费用。根据周营大沙河的长期规划治理方案,该河道经综合治理后拦蓄量将达到40%,可有效的改善河道沿岸水环境,缓解严重缺水的局面。山东省胶东地区连续两年严重干旱,河道拦洪工程发挥很大作用,威海、烟台两地拦河坝共拦蓄洪水约1000万立方米,使胶东地区缺水紧张局面得到缓解。这些成功拦蓄洪水的例子为薛城南部的水资源提供发展模式,使拦蓄汛期洪水资源缓解薛城南部缺水问题成为可能和趋势。4.3建立水资源价格机制
水作为重要的生产资料,与原料、工具有同等的意义,都是商品,应具有其本身的价值。在市场经济杠杆调节作用和国家宏观调控下,充分发挥水价格的配置资源的功能,合理调整产业结构,制订水资源的价格政策。
拦蓄的洪水资源必须有偿供给工业、农业等各行业利用,收取的水费,进行工程维修资金的积累,保证拦蓄工程的正常、安全运行,保证水资源的可持续发展,以水资源的可持续利用促进经济社会的可持续发展。4.4加强水资源统一管理,建立高效、有力的水资源管理体制。