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論文摘要:為了研究20個城市的分配水問題,首先我們假定生活,工業以及綜合服務業用水的增長率保持不變,然后使得每個城市個人生活用水標準都一樣,這樣可根據人口加權計算,即生活用水(r為2010年個城市的人口,Q為總的掉水量110億立方米,為第i個城市生活用水),為了讓北方的經濟發展盡量的快,我們在此把總的經濟效益當成目標函數,由此得第一種模型,然而考慮到污染的問題,設每種水的污染程度不同然后減掉污染情況,我們采用單位體積污染水的凈化成本來衡量每種水的污染程度,由此三者對單位體積的水所帶來的污染程度(污染后單位體積的水的凈化費用)分別記為
,則總的污染損失最后得到第二種模型的目標函數
結果證明這種方法能夠有效快速的算出分配水的方案。
一.問題的提出
水利工程建成后,預計2010年年調水量為110億立方米,主要用來解決沿線20個大中城市的生活用水、工業用水和綜合服務業的用水,分配分別為40%、38%和22%。這樣可以改善該地區的生態環境和投資環境,推動經濟發展。用水指標的分配總原則是:改善區域的缺水狀況、提高城市的生活水平、促進經濟發展、提高用水效益、改善城市環境。根據2000年的統計數據,各城市的人口數量差異大,基本狀況和經濟情況也不相同,各城市現有的生活、工業和綜合服務業的用水情況不同,缺水程度也不同(如表所示)
二.問題的分析
2.1關于背景的分析
我國是一個水資源短缺且分布很不均勻,南方地區水資源較為豐富,占到全國的80%以上,而處于干旱半干旱的北方地區,水資源十分匱乏,許多學者調研提出要徹底解決中國北方水資源短缺的問題,不需采取跨流域調水,即“南水北調,南水北調工程2002年末正式動工,此舉將極大化解北方城市的供水壓力,在為工業服務業提供水資源的同時,也將大大提高居民的生活和城市環境,它不僅可以長生巨大的經濟效益,而且其長遠的社會和生態效益更無法估量。
2.2問題一分析
要綜合考慮各種情況,給出2010年每個城市的調水分配指標,使得各城市的總用水量情況盡量均衡,我們考慮讓每個城市都能供上足夠的水,首先假設110噸全部用來解決這20個城市的用水問題(其中包括生活用水,工業用水及其服務業用水),“盡量均衡”的意思就是說讓更需要水的城市多得到供水。由此為了更好的分配110噸水資源我們分別預測2010年的人口,工業情況以及服務業情況,再假設人均生活用水量,萬元,服務業用水,萬元工業增加值用水,均保持不變,即可預測生活用水,工業用水及其服務業用水的情況,再根據相加求和即可得到該城市總用水量,再根據求權重依次分配。
2.3問題二分析
由于各城市的基本狀況和自然條件不同,對相同的供水量所產生的經濟效益不同,從經濟效益的角度,要注意到,每個城市的工業和綜合服務業的發展受產業規模的限制,不可能在短時間內無限制的增長這一特點,我們采用logstic模型進行分析。工業產值及其服務業均可用灰色系統模型進行預測。
三.模型的建立
3.1預測2010年人口的模型
3.1.1模型的假設
1)假設各個城市人口自然增長率保持不變。
2)假設個個城市間人口數相對平衡,相互獨立,互不影響。
3.1.2符號說明
1)x(t)為第t年某個城市的人口數
2)r(x)為自然增長率,是自然資源和環境條件所能容納的最大人口數量。
3.1.3模型的建立
于是有:
(1)
對的一個最簡單的假定是,設為的線性函數,即
(2)
設自然資源和環境條件所能容納的最大人口數量,當時人口不再增長,即增長率,代入(2-2)式得,于是(2-2)式為
(3)
將(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
為了對以后一定時期內的世界人口數做出預測,我們首先根據所給的數據依次求的全部城市的人口數。記為x=x(i,t)為第i個城市在第t年的人口。
將2000年看成初始時刻即,則2001為,以次類推,以2010年為t=10作為終時刻。用函數(5)對表3.1.1中的數據進行非線性擬合,運用Matlab編程得到相關的參數,可以算出可決系數(可決系數是判別曲線擬合效果的一個指標):
3.2預測2010年工業總產值和服務業總產值的logstic模型
3.2.1模型假設
1)工業產值和服務業產值也按logistic模型增長。(經過大量的資料證明工業產值和服務業產值的增長率在前面是逐漸的變大,后逐漸變小這符合logstic模型的增長趨勢。)
3.2.3模型的建立
把上面第i個城市第t年的工業產值和服務業產值分別記為I(i,t){industry}S(i,t)[],則把第i個城市的人口增長模型中的x(t)改寫成工業總產值和服務業總產值的logstic模型。
3.3綜合調水問題
3.3.1模型的假設
1)個城市之間相互獨立互不影響。
2)假設個城市人口,工業產值,服務業產值增長率保持不變。人口用水量不隨時間變化,工業萬元增長用水不變和服務業萬元用水不變。
3)水只能一次性利用,不考慮循環利用。
4)個城市都處于缺水狀態,都從外地調水,之間并不存在互不調水的問題。
3.3.2符號約定
3.3.3模型一的建立
為了使最大限度的使該地區的經濟達到快速發展即
已知生活用水,工業用水以及服務業用水分配時所占的比例0.4,0.38,0.22
所以得
我們將人的生活用水按個城市所占人口平均分配,即
設人均產值為k則
(其中x為工業產值,y為綜合服務業產值,rwei人口數)
設第i個城市的人均產值增加為
則
令為第i個城市在第n年的人均產值
(式中的n不是次方,而是第n年的含義)
設c為貧富差距,(一常數)為起初的貧富差距
貧富差距C定義為
為了不使貧富差距拉大我們要求
則得到一個規劃問題
目標函數:
然而,我們考慮到居民日常生活用水,工業用水以及綜合服務業對水的污染程度有所不同,我們的出了第二個模型如下
五.模型檢驗及其結果分析
5.1模型的檢驗
隨著時間的增長我們發現人均產值在變小,人民生活用水質量不會差異很多,貧富差距會越來越小。
5.2模型結果分析
結果較為準確,到2010年20個城市工業調水最多的是第20個城市
六.模型優缺點分析
6.1模型的及其不足之處之處
模型一中按城市人口平均分配生活用水,雖然有所不足,但是能化簡問題,使問題得到了很好的解決。
模型一可以看成模型二的特例,當很小時,可以忽略。的值要具體分析應用,由于地域不同可能會不一樣。
模型沒有考慮增速變化的情況,而且沒有考慮水資源的循環利用問題,在全國實行科學發展觀的今天我相信的值會越來越小。
6.2模型的優點
1)用logstic模型人口,預測工業和服務業較為準確,因為增長率按照時間在降低,就像美國的經濟一樣,總有一天會出現停滯狀態,也就是說增長了最后會變成0,但是不是說絕對的這只是一個階段的變化而已。
2)本模型考慮了環境污染的問題,用單位體積凈化的成本來表述污染的程度,此處為本模型創新之處。
七.模型的改進
7.1關于2010年個數據的預測
可以用灰色系來預測2010年的工業產值及其綜合服務業總產值,由于計算復雜所以采用簡單的logstic預測。
7.2關于線性規劃模型
計算過程中遇到了的的大小,可已經一步修正。
7.3運算運用矩陣
可以用matlab7.0直接求出二十個城市的情況。
參考文獻
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[2]鄭錬,當代數學若干理論和方法[M].上海:華東理工大學出版社2002
[3]中國水利資源公報2009./WaterRes/2009
1.1水資源趨勢
朝陽縣水資源嚴重短缺。特別是近些年,受自然氣候的影響,區域年水資源總量逐漸減少,加之社會經濟不斷發展,對水的需求不斷增加,水的供需矛盾逐漸加劇,缺水已嚴重制約了經濟社會的發展。通過第一次水資源評價與第二次水資源評價分析比較來看:1980年第一次水資源評價多年平均水資源量為45923萬m3,2000年第二次水資源評價多年平均水資源量為38969萬m3,多年平均水資源量減少了6954萬m3,呈減少趨勢。2010年水資源量為29614萬m3,比一次評價時減少了16309萬m3,比二次評價時減少了9355萬m3,呈減少趨勢。詳細數據見表1與表2。
1.2水資源量分析
1.2.1水資源總量全縣多年平均水資源總量為35733.6萬m3(地表水與地下水重復計算量13000.2萬m3)。在流域分布上:大凌河流域(朝陽縣境內)水資源總量為14662.2萬m3,占全縣水資源總量的41%;小凌河流域(朝陽縣境內)水資源總量為21071.4萬m3,占59%。詳細數據見表2。
1.2.2地表水資源量全縣多年平均地表水資源量35526.6萬m3,可利用量為17362.2萬m3。按流域劃分,大凌河流域(朝陽縣境內)地表水資源量為14662.2萬m3,占全縣地表水資源量的41.3%,地表水資源可利用率為53.1%,可利用量為7785.6萬m3;小凌河流域(朝陽縣境內)地表水資源量為20864.4萬m3,占全縣地表水資源量的58.7%,地表水資源可利用率為45.9%,可利用量為9576.6萬m3。詳細數據見表2。
1.2.3地下水資源量全縣多年平均地下水資源量13207.2萬m3,地下水可開采量為6767.7萬m3。從流域分析看,大凌河流域(朝陽縣境內)地下水資源量為7566萬m3,占全縣地下水資源量的57.2%,可開采量為3938.6萬m3,占全縣地下水可開采量的58.2%;小凌河流域(朝陽縣境內)地下水資源量為5641.2萬m3,占全縣地下水資源量的42.8%,可開采量為2829.1萬m3,占全縣地下水可開采量的41.8%。
2現狀年供用水量
本次水資源數據分析以2010年為現狀水平年。
2.1現狀年供水量
2010年,全縣實際供水量為8291.7萬m3,其中地表水供水量1555.5萬m3,占總供水量的18.8%,其中,大凌河流域地表水供水量為808.5萬m3,占地表水總供水量的52%,小凌河流域地表水供水量為747萬m3,占地表水總供水量的48%;地下水供水量6736.2萬m3,占總供水量的81.2%,其中,大凌河流域地下水供水量為4224.8萬m3,占地下水總供水量的62.7%,小凌河流域地下水供水量為2511.4萬m3,占地下水總供水量的37.3%。
2.2現狀年用水量
2010年全縣總用水總量8291.7萬m3。各項用水量為:農田灌溉用水量5350萬m3,占總用水量的64.5%,其中:大凌河流域農田灌溉用水量為3401萬m3;小凌河流域農田灌溉用水量為1949萬m3。林牧漁畜業用水量889.5萬m3,占總用水量的10.7%,其中:大凌河流域林牧漁畜業用水量407.5萬m3;小凌河流域林牧漁畜業用水量482萬m3。工業用水量877.7萬m3,占總用水量10.6%;其中大凌河流域工業用水量為711.4萬m3;小凌河流域工業用水量為166.3萬m3。居民生活用水量1174.5萬m3,占總用水量14.2%;其中大凌河流域居民生活用水量513.4萬m3;小凌河流域居民生活用水量661.1萬m3。
3水資源供需分析
3.1水資源十分匱乏
朝陽縣水資源十分有限。全縣多年平均水資源總量35733.6萬m3,多年平均地表水可利用水資源量僅為17362.2萬m3,地下水可開采量6767.7萬m3,人均水資源占有量為622m3,只占遼寧省人均占有量820m3的76%,占全國人均占有量2350m3的26%,屬于水資源極度缺乏地區。多年平均降水量487.9mm,多集中發生在夏季,占全年降水量的80%左右,多年平均蒸發量為1600~2000mm,水資源時空分布不均和現狀全縣缺少水利攔蓄工程造成水資源利用難度很大,此外,近幾年朝陽縣降水量減少,十年九旱,水資源短缺形勢更加嚴峻。
3.2嚴重影響社會經濟發展
隨著人口和社會經濟的持續快速增長,人民生活水平的不斷提高,以及生態環境改善對水資源的需求,朝陽縣用水量將逐年上升,預計到2020年全縣需水量將達到1.44億m3,缺水0.5億m3,供需矛盾將越來越突出,水資源不足已經成為制約全縣經濟社會發展的“瓶頸。
4水資源管理
4.1加強取水許可與水資源論證管理
按照《中華人民共和國水法》和省文件要求實施取水許可審批制度和水資源論證制度,嚴格取水行為。目前,全縣實現了取水許可網上審批管理。
4.2實施水資源總量控制與定額管理相結合制度
加強計劃用水管理,實施總量控制,2010年,根據上年取用水情況和今年經濟發展用水預測,制定全縣宏觀取用水計劃,由縣發改委行文下達全縣計劃用水0.892億m3。年實際取水量0.829億m3。節水630萬m3。
4.3水資源監控與管理系統建設
朝陽縣水資源實時監控管理系統項目初設2007年省廳批復后即開始實施。對23個用水戶安裝了53個取水遠程實時監測點。朝陽縣水資源實時監控管理系統建設,為朝陽縣實施水資源與節水科學化、現代化管理和水資源合理調度,為政府經濟發展決策奠定了基礎。
4.4建立水資源費征收情況月報制度
及時掌握水資源費征收情況;在水資源費征收過程中嚴格按照遼政發〔2010〕18號文件規定的收費標準,堅決杜絕“三亂”現象,嚴格執行“收支兩條線”財政管理制度,依法行政,依法管理水資源,依法征收水資源費,做到應收盡收。
4.5完善規章制度建設
朝陽縣以文件的形式了《關于加強水資源管理的通知》(朝水發[2009]68號)等部門規范性文件和制度。進一步規范了取水、用水、節水行為。
5水資源保護措施
為加強全縣的水資源保護工作,提高全縣用水水平,科學合理調配水資源,朝陽縣采取強制性和引導性措施,加強了水資源的保護,建立各項水資源管理制度,對超計劃用水、用水不達標、無計量取水、工業用水達不到循環利用、私自轉供水、不按期報送用水情況和浪費水資源的行為進行整治。
5.1高度重視水法規宣傳工作
先后利用“世界水日”、“中國水周”之機,采取多種形式,開展了廣泛深入的宣傳活動,增強了全民的水患意識和水法意識,擴大了水利影響。
5.2強化隊伍建設,加大了執法力度
成立了朝陽縣水政監察大隊,配備專兼職水政監察員。縣水政監察大隊運作有力,及時查處水事違法案件,調處水理糾紛。較好地解決了當前水利執法工作中存在的軟弱無力的問題,使水利執法隊伍建設步入了正規化軌道。
5.3加大宣傳工作力度,普及節水知識
1.1極度貧化的水資源狀況
北京是水資源嚴重短缺的大都市,人均水資源占有量只有300m。特別是1999年以來,北京遭受連續5年干旱,水資源緊缺已成為制約北京經濟社會發展的主要因素。
(1)水量匱乏。①地表水不足。作為北京主要地表水源的密云、官廳兩大水庫的來水和蓄水呈逐年衰減趨勢,入庫水量由60年代的20多億m3銳減到90年代的不到4億m3,1999年以來,密云水庫5年年均入庫水量1.64億m,官廳水庫年均入庫水量1.78億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,地下水已累計虧損59億m。。1999年以來的5年間平原區地下水超采34,4億m3。
(2)水污染嚴重。水系污染由城區逐步向郊區擴展,符合Ⅱ類和Ⅲ類的水域不斷減少。通惠河、涼水河、清河、沙河、溫榆河等均變成了排污河道,水質還達不到V類水體要求。官廳水庫由于水質惡化,從1996年開始停止向北京市供水。
1.2水資源短缺帶來嚴重和潛在的生態問題
(1)地表水短缺引起的生態問題。由于地表水得不到徑流補給,造成河流干涸,河床沙化,水質惡化,魚蝦絕跡,喪失補給地下水功能;排污還造成地下水污染。即使靠引水維持的城市河湖,也因水質惡化,時有水華發生,嚴重影響城市環境和生態安全。
(2)地下水超采引發的環境問題。由于過量開采,平原區以朝陽區紅廟至將臺路為中心形成2272km范圍的地質沉降區,最大沉降量達619mm。由于地下水污染和超量開采,地下水質不斷惡化,主要表現在總硬度和硝酸鹽氮超標。污染來自滲井滲坑、污灌、化肥、農藥、固廢和垃圾,由于超采形成區域性地下水位下降漏斗區,改變了地下水的水動力和化學條件,引起水質變化。長期的超采缺補,給北京市帶來了相當的生態赤字和潛在生態風險。
1.3由污水處理向污水資源化轉變的迫切性
尋求新水源,改善水環境,解決北京極度貧化的水資源現狀,已迫在眉睫。把污水變成新的水源是解決北京水資源問題根本性和戰略性的措施。要實現這一點就必須實現污水處理廠向污水資源化工廠的戰略轉變。這意味著:把新建污水處理工程改變為新建污水資源化工程;把以達到排放標準為目標改變為以再生利用水質標準為目標;以利用和消耗天然水體的環境容量(實際已喪失環境容量)稀釋凈化受納的排放污水功能改變為提供生態用水為目標,提供優質再生水補給地表水體和地下水體,恢復地表水和地下水的生態功能。這一戰略轉變是解決北京市水資源貧乏和逐步償還超采赤字的根本途徑。
2污水資源化技術淺析
2.1傳統再生水處理的技術
根據國內外最新研究成果和工程實踐,城鎮污水處理廠二級出水為水源的再生水處理工藝主要有3種。
(1)化學沉淀一過濾一消毒工藝。該工藝采用化學法和機械過濾相結合的方法,是中小型中水廠采用的后處理工藝。
(2)化學沉淀一過濾一活性炭一消毒工藝。該工藝是在工藝(1)的基礎上,為了提高水質,加強對有機物、微污染物、色度、嗅味的去除而采取的強化處理措施。
(3)曝氣生物濾池一過濾一消毒工藝。曝氣生物濾池是利用好氧生物膜技術凈化污水的工藝。該工藝已廣泛用于污水深度處理和微污染水源水處理。
此外,還有一些適合小型中水處理的工藝,如生物接觸氧化法,氣浮+過濾處理等,這些工藝一般應用于建筑小區中水處理與回用或小規模污水場的深度處理。
上述傳統中水處理工藝在污水資源化工作的起步階段起到了一定的作用。但隨著污水資源化工程的深入和對回用水水質和水量要求的不斷提高,這些處理工藝在技術層面上的缺陷也日益明顯。如出水水質不合格,運行不穩定,管理復雜,運行費用高以及占地面積大等問題,都影響了其在污水資源化領域的應用。
2,2膜處理技術
膜處理技術是利用膜的高效分離性能,去除水體中的顆粒物、大分子有機物、細菌乃至小分子和鹽類等污染物,從而達到凈化水質效果的新型處理技術。根據膜的過濾孔徑和分離效果,可將膜處理技術分為微濾、超濾和反滲透等幾種。
(1)微濾/超濾+消毒工藝。該工藝主要采用微濾或超濾膜分離技術,膜孔徑為0.1~0,5gm,二級出水通過膜分離,可以去除全部懸浮物(SS),但對小分子有機物如氨氮等無效。同時該工藝投資運行費用較高,膜沖洗頻繁,出水水質還難以達到中水標準。不宜規模化采用。
(2)連續微濾cMF+R0。該工藝采用了連續微濾CMF+RO的雙膜系統,連續微濾(CMF)解決了微濾膜組件的清洗和連續運行操作問題,但不能實質性提高水質,其污染物的去除依靠RO系統。該工藝可以去除大部分有機和無機污染物,對總氮和磷也有較好的去除效果,能夠達到很高的水質要求。但該工藝投資和運行費用過高,不適用于大規模采用。(3)浸沒式一體化膜生物反應器(SubmergeMembraneBio—Reactor,簡稱SMBR)+消毒工藝。浸沒式一體化膜生物反應器(SMBR)是一種將生物處理技術和膜分離技術相結合的高效污水處理系統。SMBR通過膜組件實現固液分離,提高了生物反應器中活性污泥濃度和處理效率,可以實現較高的回用水質標準。SMBR不僅可以以二沉池出水作為原水,對其進行深度處理,還可以直接以城市污水為原水,處理后直接達到中水回用標準。
2.3不同處理工藝處理后的出水水質
上述幾種常用中水處理工藝在處理效果方面的綜合比較,見表1。
通過以上國內外各種廢水資源化技術的分析表明:“浸沒式一體化膜生物反應器(SMBR)”技術,將生物處理技術與膜分離技術高效結合,為實現城市污水大規模直接資源化提供了新的技術保障。
3SMBR技術在資源化領域的應用分析
1969年,美國的Smith等人首次提出了把活性污泥法和超濾工藝結合處理城市污水的方法,證明膜分離技術與普通活性污泥法相結合可以顯著提高系統的處理效率。
1989年,日本政府聯合一些大公司共同資助,進行了為期6年的“90年代水復興計劃”科研項目,研究>重點集中在SMBR的處理效果與運行穩定性方面,這大大促進了膜生物反應器的開發,使膜生物反應器開始走向實際應用。
同年日本學者Yamamoto等將膜組件直接置入反應器內,通過泵的抽吸,得到過濾液,這樣一體化膜生物反應器誕生。在我國,科技部在“八五”、“九五”、“十五”連續15年將膜生物反應器的研制列入科技攻關計劃。在膜的選擇、處理效率、抗污染以及反應器的優化設計、降低能耗等方面進行了深入的研究和開發。2000年開始步入規模化推廣應用。目前,在北京市SMBR工程累計達50個,總處理量達1.5萬t/d,年節約水資源182.5萬t,在解決北京水資源缺乏難題中顯示出巨大的生命力。
3.1SMBR技術的特點
實際工程應用表明,SMBR技術具有以下顯著優點。
(1)出水水質優良。SMBR由于將生物處理與膜分離技術有機結合,在具有傳統膜分離功能(如去除有機大分子、細菌等)的同時,還可通過其獨特的生物功能有效去除進水中的BOD和NH4-N等污染物,特別是NH4-N的去除率可達90%以上,可以實現較高的回用水質標準。
(2)系統抗沖擊力強,運行更穩定。SMBR采用外壓式中空纖維膜處理組件,是一種耐沖擊負荷的處理工藝,進水水質的波動不會影響出水水質。
(3)控制智能化,管理操作簡單。SMBR技術,省去了繁瑣的預處理過程,顯著減少了控制環節,使系統控制實現智能化,使運行管理簡化。
(4)占地面積省。SMBR技術由于水力停留時間減少和緊湊的設備化設計,系統占地面積較傳統工藝可節省20%~40%。
(5)運行成本低。SMBR技術不需要任何前處理,不需要向系統中投加任何化學藥劑,不需要傳統工藝過程中的多次輸送和反沖洗,因此在運行能耗和管理費用上也顯著低于傳統污水二級處理+深度處理的工藝模式。
(6)二次污染較少。SMBR可實現污泥齡與水力停留時間的徹底分離,污泥齡較長,從而顯著減少了系統剩余污泥的產量,在減少二次污染的同時,大大降低污泥處置費用。
(7)模塊化設計。易于實現整體規劃、分步投資、逐量運行。使實際工程應用具有更好的靈活性,減少投資浪費。
3.2SMBR技術的經濟分析
(1)建設投資。SMBR工程投資可分為2個層次:①較小規模的SMBR工程(日處理量小于500m),其設備化比較強,從設計、土建、設備安裝到調試正常運行,通常每立方米水投資規模約在2000元。②對于有一定規模的污水處理廠(日處理量超過1萬m),其投資將會更省,一般每立方米水1800元左右。
(2)運行費用。運行費用包括能耗、人工、藥劑以及維修等費用。SMBR的運行費用每立方米水約在0.5~0.7元之間,其中每立方米水電耗約為0.5kw·h。
(3)折舊與日常維護。SUR聚乙烯中空纖維膜的壽命在5年左右,而PVDF材質的中空纖維膜壽命在8年左右,因此其折舊費用一般也只不過是每立方米水0.4~0.5元,而且隨著SMBR的普遍推廣,膜的價格在不斷下降,近3年來,膜的降價幅度平均約在20%。
4結論
論文摘要:對水資源行政管理問題進行了詳細分析,同時對水資源行政管理改革的目標、利益結構、動力和阻力進行了分析,以此深化對水資源行政管理改革及其進程的認識。
水資源問題用系統的觀點來看,可以分為工程體系問題和行政管理體系問題。水資源的工程體系問題包括水源、水調度、水土保持、水污染治理、防洪排澇等工程的規模是否適度、布局是否合理、利用效率是否高效等;水資源的行政管理體系問題包括行政管理體制是否適應社會經濟發展的需要、管理職能的確定是否符合科學合理和適應性的要求、管理手段是否先進有效、管理效果是否達到預期目標等。本文將著重對水資源行政管理問題進行討論。
1問題的分析
1.1管理觀念問題首先對管理落后的認識不足。嚴格來講,我國目前仍然處于從計劃經濟體制向市場經濟體制的轉型時期,尤其在水資源管理方面。其次對人與自然的辨證關系認識不足。我們一直把人放在自然的對立面,對自然無休止地索取,人也就必然受到自然的懲罰。如為解決糧食問題,不加控制地超采地下水而出現地下漏斗;為防洪排澇,一味加高堤防。
1.2行政體制問題由于水資源的開發、利用和保護,縱向涉及中央和地方的權益,橫向涉及水利、農業、建設和環保等部門的權益,重復管理現象嚴重,責任不明,“政出多門”,不但增加了政府的管理成本,減弱了財政資金的使用效果,而且不利于水資源的統一管理、統籌兼顧、優化配置、節約保護和高效利用,違背了水的自然規律,尤其在流域管理和城市水務管理問題上矛盾更為突出。
1.3管理職能問題管理上仍然存在嚴重的“越位”和“缺位”現象。“越位”主要指該由市場來解決的問題仍由政府來承擔。如水資源合理配置問題,其中最典型的是我國北方缺水地區水資源分配問題。“缺位”主要指宏觀調控不到位。如政策、法規的透明度、統一性和預見性較差;水資源監測、評價水平偏低;政策引導、信息服務跟不上等。
2改革的分析
2.1改革目標的分析水資源行政管理改革必須以適應社會主義市場經濟發展為基本原則,以建立水市場為中心,把行政管理體制及其運行機制的改革作為重點,以實現水資源的合理配置,提高水的利用效率,最終實現以水資源的可持續利用支持我國社會經濟的可持續發展。
主要包括:①加快水法、節水法等水法規體系的建設;②在明確水權的基礎上,建立流域水資源統一管理機構;結合城市供水及水處理市場的對外開放形勢,積極推行城市水務一體化管理;③以水價政策改革為契機,建立和完善水市場規制體系;④啟動水利資產管理運行機制,提高水利建設融資和水利國有資產增值保值能力。
2.2改革動力與阻力的分析
2.2.1改革的動力。改革的動力一方面是利益的驅動,另一方面是現實的需要。
①客觀形式的需要。所謂客觀形勢主要是指:我國水資源所面臨的危機已經嚴重制約社會經濟的正常發展,水利部門的改革顯然已經到了“不改不行”的地步,需要進一步開放水務市場等。
②履行職責的需要。供水價格偏低,造成水資源浪費嚴重;眾多供水企業以及相關水管單位經營失敗、普遍虧損等等。問題的解決取決于水資源行政管理改革的深度和進程,因此,履行職責的需要也是改革的推動力之一。
2.2.2改革的阻力。水資源行政管理改革的阻力,一方面來自既得利益者,另一方面來自傳統觀念的束縛和習慣勢力的制約。
只注重了水資源的開發利用,而忽視了水資源的合理配置、水資源的節約和保護。由于人們對水資源危機的認識不足,同時又由于改革的道路是艱難而曲折的,需要社會以及個人付出一定代價,因此,舊觀念的束縛對改革是一種無形障礙。同時,習慣勢力的影響也對改革形成阻礙。在計劃經濟條件下,人們通常認為水利是福利事業,理應由國家投資和無償用水和排污。在這樣一種思維定式下,要想確立新的水資源觀念、水市場觀念,其難度是顯而易見的。
3改革的構想
3.1行政體制改革水資源行政管理體制改革的總體思路是:以加強流域水資源統一和城市水務一體化管理為突破口,構建現代水資源行政管理體制,以保證政府職能系統效益最佳,保證中央、地方以及社會組織對科學合理開發利用和保護水資源的積極性的發揮。
3.1.1流域水資源實行統一管理。設立流域管理委員會,其成員由中央政府代表、地方政府代表、用水戶代表、專家代表;委員會主席由選舉產生;流域委員會依法擁有對流域水資源的分配權,依法對流域水資源進行統一規劃、統一管理,實現流域水資源的優化配置。
3.1.2城市水務實行一體化管理。對供水企業、水處理企業實行出租或轉讓;對經營性水務工程實行資產管理;將用水許可與排污許可有機結合起來,推進城市節水。
3.2建立水市場
3.2.1水權管理改革。水權管理的核心是產權的明晰和確定。將水資源的所有權和使用權分離開,是促進水資源優化配置的前提,是建立水市場的基礎。
建議通過法律的形式,首先確定以占有優先權原則為主、河岸優先權及慣例水權原則為輔的優先權原則,再結合水資源現狀,因地制宜,制定相關法律法規及實施細則。第二,設定總量控制、保障生活用水和環境用水,旱情調度預案、水污染防治的事權劃分等限制條件。第三,實行以水資源規劃為先導,有計劃、分類分批地進行水資源使用權登記并公告社會。第四,建立水資源使用權招投標、使用權拍賣等管理機制。通過以上努力,逐步建立起適應我國社會主義市場經濟發展的水權制度。
3.2.2水價政策改革。改革現行的水價制定方法,按提高公眾參與程度,即由政府代表、用水戶代表、供水企業以及有資質的獨立審計事務所共同協商確定水價;水價應計入資源水價、工程成本、利潤;資源水價應在政府統一評估基礎上允許在合理的范圍內浮動;利潤不再以工程成本及運行成本加成的方式計算,而是以國家的社會平均利潤率和資本金來計算;水價的確定要兼顧公眾承受能力和政府的財政能力。
3.3改革管理模式
3.3.1資產管理。要盡快調整政府及水利部門在水利工程建設及管理中的定位。水務企業完成企業自我發展的公司制經營實體,經營性、科研性、開發性的事業單位要逐步轉制為企業。依據不同的情況和條件,對原有的水利工程要逐步實行企業化管理。
3.3.2節約用水。在國家宏觀調控與市場機制下,水價是調節供需方矛盾最敏感的經濟杠桿。國外研究表明,水價提高10%,將使家庭用水減少3%~7%,同時如果水費沒有占到市民收入的1%以上,人們就不會注意節水問題。
因此,政府應在建立和完善相關法律法規、調整產業結構、制定相關用水標準及定額、推進節水技術發展的同時,以改革水價政策、提高全社會節水意識為重點,運用信息技術等現代管理手段,在建立節水型社會過程中充分發揮政府的宏觀調控作用。
棗莊市薛城區位于山東省南部、微山湖東岸,地處魯中南低山丘陵邊緣,銜接黃淮海洪泛區,京滬鐵路、京福高速公路城東穿過,交通便利,有山東南大門之稱。薛城區屬暖溫帶半濕潤季風型大陸性氣候,在一定程度上受海洋調節的影響,有顯著的大陸性氣候特征,四季分明,氣候溫和,雨熱同季,降水集中。春季回暖快,降雨量少,多風,蒸發量大,易干旱;夏季炎熱、多雨,潮濕,易澇;秋季降溫快,雨量驟減,多晴朗天氣,晚秋易旱;冬季雨量稀少,寒冷干燥。全區全年日照時數為2532.1小時,整個作物生長期3月至10月份總日照時數為1826.9小時,占全年日照時數的72%,光照條件優越。全區多年年平均氣溫14℃,最高氣溫極值40.5℃,最低氣溫極值-22.3℃。多年平均降雨量為804毫米,季節降水明顯不均,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%。本區多年平均蒸發量757.5毫米,夏季是全年蒸發量最大的季節,月平均蒸發量166.4毫米。
薛城區屬淮河流域湖東京杭大運河水系,區內大小河流共17條,多發源于山丘地帶,均屬季節性河流,自東向西,自北向南分別注入京杭大運河和微山湖。區內主要河道為薛城大沙河、周營沙河以及位于常莊、沙溝、周營等鎮內的小河流。
全區面積506平方公里,轄六鎮一街,361個行政村,至2002年底,總人口達44.91萬人,其中薛城南部地區主要包括沙溝鎮和周營鎮,人口18萬人,占全區總人口的40%,共有耕地20萬畝,約占全區耕地面積的58%,而水資源量僅占全區水資源總量的24%,水資源的貧乏嚴重制約當地經濟的可持續發展,水資源資源的可持續利用。2.水資源狀況
南部地區河流主要有周營沙河以及位于常莊、沙溝、周營等鎮內的小河流,發源于山丘地帶,均屬季節性河流,自東向西,自北向南分別注入京杭大運河和微山湖。該區域無大中型水庫,50年代后期先后興建了小營、南常三村、九隊等5座小型水庫,塘壩110座,總有效蓄水能力為300萬立方米。2.1地下水
薛城南部區域地質屬薛南變質巖區,總面積217平方公里,占全區總面積的43%,區域內隱伏著太古界片麻巖,花崗片麻巖,地下水賦存于風化裂隙中,巖層風化深度較淺,貯水條件較差,水量很小,單位涌水量小于10m3/d。地下水主要為附近農村生活及生產用水,對工農業取水無集中開采價值。
參考2001年棗莊市水資源試驗站提交的《棗莊市地下水資源評價報告》和1997年省水利廳科教處組織專家評審驗收的《山東省棗莊市薛城區地下水規劃管理研究》成果有關成果數據:薛城區多年平均地下水資源量9000萬立方米,其中薛城南部地區1350萬立方米,可開采量僅700萬立方米。
根據棗莊市歷年地下水資源量計算成果,統計為地下水資源量豐水年份有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
依據1993年《薛城區水資源長期供求計劃編制》以及棗莊水文水資源勘測局2001提交的《棗莊市地表水資源分析評價報告》有關成果數據:薛城南部地區多年平均降雨量803.7mm,多年平均降水總量為1.75億立方米;薛城南部地區多年凈流量4375萬立方米,其中周營大沙河年凈流量2160萬立方米。
根據統計資料,薛城區1956~1999多年平均徑流量為1.104億立米,折合徑流深230毫米,其中周營大沙河年徑流深為217.1毫米,多年平均徑流量為1800萬立方米。2.3水資源特點
一、降水特征:薛城南部區域降水量具有以下特征。
1、降水季節變化大。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、降水量年際變化大,存在著豐枯交替,連枯、連豐的現象。
二、地表徑流特征:地表徑流在地域時空分布的特點,總趨勢同年降水量基本一致。
1、區域分布不均勻,山區為高徑流區,平原區為低徑流區。
2、季節變化大,徑流量年內變化劇烈。汛期暴雨產生洪水,發生洪澇災害,枯季徑流量小,時常發生河道干涸,水源十分不足現象。
3、年際變化大,豐枯交替,連豐和連枯水的情況經常發生。
三、地表水資源特點:由于汛期降水集中,造成地表徑流量可利用率較低,流失量大,盡管興建了一批攔蓄工程,但攔蓄量不足地表徑流量的10%,存在一定的開發潛力。
四、旱澇災害頻繁:由于降水特征季節性強,年內、年際變化大,地域分布不均,年內變化反映夏多冬少,秋多春少;年際變化反映偏旱年多于豐水年,旱多于澇。據史料記載,大面積洪澇災害平均5年一次。干旱危害經常發生,其中春旱危害面積大,持續時間長,給農業生產、人畜用水造成困難,2002年干旱造成該區域內大面積糧食減產,嚴重區域出現絕產現象。2.4水資源總量
南部地區平均年徑流總量為3430萬立方米,其中地表水資源量為2730萬立方米,地下水資源量為700萬立方米。由于徑流主要由降水形成,因此徑流變化特征與降水相似,汛期來量集中,約占全年的58.2%,攔蓄工程少,造成徑流大量流失,容易發生洪澇災害。
隨著人口增長和社會經濟的發展,薛城區南部水資源短缺問題,將使工農業用水更加緊張,將嚴重制約南部區域經濟的可持續發展。3.存在的問題
由于薛城南部所處的地理位置,降水年際、年內分布極不均勻,經常出現旱澇災害同地持續發生。汛期面臨洪澇災害嚴重,旱季又面臨水資源緊缺的問題。近幾年連續干旱,造成薛城南部地區嚴重缺水,絕大部分河道斷流、水庫塘壩干涸,大面積糧食作物因缺水減產、甚至絕收,嚴重影響了南部地區群眾的生產、生活。從長遠的角度看,隨著城市的發展,缺水問題將更為嚴重。為此,我們必須根據薛城南部地區的實際情況,防汛與抗旱、攔蓄與防洪相結合,正確處理經濟發展與水資源的關系,在跨流域調水工程沒有建設配套前,充分利用洪水資源緩解缺水問題成為可能和必要。4.利用洪水資源的措施4.1進一步擴大控制洪水的能力
薛城南部地區是我區旱災高發地區,水資源人均占有量約占全區的24%,年降雨量的60%左右集中在汛期兩三個月,洪水峰高量大,特別是較集中的幾場大雨的洪水流量甚至高達40%~60%。目前所建設的攔蓄工程只能控制年總徑流量的10%,洪水控制能力很低,致使大量的洪水資源得不到利用而白白流失。由于沒有攔蓄,大量洪水短時間內排走,洪水過后,隨之而來的便是干旱。為此,解決缺水問題,首先要對現有水庫進行加固處理,在保證水庫運行安全和來水量充足的前提下,進行必要的擴容,增加現有水庫塘壩的攔蓄水能力,經薛城區水務局統計、分析、論證南常系列水庫有較大擴容的潛力,其中小營水庫擴容能力最大,可增加興利庫容46萬立方米;其次,在攔蓄條件好的區域新建攔蓄洪水工程,特別是在沙溝南常山區丘陵區域內,新建一些小水庫、小塘壩,進一步增強控制洪水和利用洪水資源的能力。
在進行攔蓄洪水的同時要建立健全水庫、塘壩等攔蓄工程洪水調度機制。目前薛城區已建立自動化量雨系統,但是還不是全面自動化雨情雨量監控,隨著經濟的發展、科學的進步,薛城區防汛指揮系統的將逐步建立并完善水庫、塘壩等攔蓄工程的自動監測,不斷提高水利工程攔蓄洪水的能力。因此,我們要根據實際情況,進一步建設水庫、塘壩洪水自動化監測調度工程,最大限度地發揮水庫、塘壩的攔洪、蓄水、供水作用,科學調度,減少資源浪費。4.2充分發揮河道蓄洪作用
薛城區南部多年平均降雨量為804毫米,其中夏季占59.2%,薛城南部地區大小河流年總徑流量約3430萬立方米,其中汛期洪水總量約占河流總徑流量的60%。區域內河流一般源短流急,河道有水期往往集中在汛期某個洪水過程,如果不抓緊攔蓄洪水,一場洪水短短幾天就流走,因此,要充分發揮河道天然蓄滯洪水的作用。目前國內外許多地區對河道進行多級開發,修建多級攔河壩,一方面利用河道攔蓄洪水,減少下游防洪壓力;另一方面充分利用洪水資源,改善周邊環境,增長洪水與地面的接觸時間,增加地下水的補給。周營大沙河是南部最大的河流,多年評價徑流量1800萬立方米,除上游有小型水庫1座外,基本沒有攔蓄工程,河水利用率不足5%,開發的潛力很大,如果攔蓄量達到20%,通過灌溉工程配套建設,可改善灌溉面積1.5萬畝,有效改善沿河兩岸的水利條件,緩解用水緊張的局面,減少引湖灌溉的費用。根據周營大沙河的長期規劃治理方案,該河道經綜合治理后攔蓄量將達到40%,可有效的改善河道沿岸水環境,緩解嚴重缺水的局面。山東省膠東地區連續兩年嚴重干旱,河道攔洪工程發揮很大作用,威海、煙臺兩地攔河壩共攔蓄洪水約1000萬立方米,使膠東地區缺水緊張局面得到緩解。這些成功攔蓄洪水的例子為薛城南部的水資源提供發展模式,使攔蓄汛期洪水資源緩解薛城南部缺水問題成為可能和趨勢。4.3建立水資源價格機制
水作為重要的生產資料,與原料、工具有同等的意義,都是商品,應具有其本身的價值。在市場經濟杠桿調節作用和國家宏觀調控下,充分發揮水價格的配置資源的功能,合理調整產業結構,制訂水資源的價格政策。
攔蓄的洪水資源必須有償供給工業、農業等各行業利用,收取的水費,進行工程維修資金的積累,保證攔蓄工程的正常、安全運行,保證水資源的可持續發展,以水資源的可持續利用促進經濟社會的可持續發展。4.4加強水資源統一管理,建立高效、有力的水資源管理體制。