【摘要】：隨著人口的迅速增長和工業(yè)經濟的快速發(fā)展,作為人類賴以生存和發(fā)展的最重要的基礎資源之一的水,變得越來越重要。相關資料表明,在上個世紀全球用水量增加了六倍,遠高于人口增長速度,目前全球仍有十一億人處于缺水狀態(tài),將近二十六億人用水安全無法得到保證。北京在邁向國際化的進程中隨著人口急劇增加和經濟的飛速發(fā)展,水資源安全形勢日益嚴峻。按照2015年末北京常住人口為2200萬人算,北京地區(qū)人均水資源占有量僅為94立方米,遠遠低于國際平均水資源占有量的一千立方米的重度缺水標準。如何緩解目前水資源安全問題對北京經濟、社會和環(huán)境的健康可持續(xù)發(fā)展的制約,成為當前亟待解決的難題。就目前北京地區(qū)水資源的實際情況來看,水資源問題與水資源安全的轉換過程和演化規(guī)律表現(xiàn)在:(1)北京地區(qū)的水資源問題和水資源安全是可逆的過程,同時也是一個演化的過程;(2)若水資源安全問題得到合理解決,北京地區(qū)的水資源問題與水資源安全問題將是一個可逆且漸變的過程;(3)水資源安全問題若被轉化為水資源事故,則將是不可逆轉的。水資源安全問題可以放在反映資源、環(huán)境等因素的可持續(xù)發(fā)展分析框架內進行研究,利用PSR理論分析框架有助于解釋影響水資源安全的各類因素以及由其中的一個或多個因素相互作用后產生的不良后果,進而揭示水資源安全系統(tǒng)的內在機理和演化規(guī)律。通過對北京地區(qū)水資源安全的PSR分析,構建水資源安全綜合評價指標體系,同時確定水資源安全預警指標,構建水資源安全綜合評價及預警模型,共同形成水資源安全研究的基本內容。水資源安全評價及預警是政府在制定水資源相關法律法規(guī)以及水資源安全決策的前提和依據(jù)。水資源安全綜合評價可以對所在區(qū)域水資源安全狀態(tài)進行分析,進而采取一些基本的水資源安全保障方案和措施。水資源安全預警可以對本區(qū)域水資源安全狀態(tài)的變化情況進行提前反應和預判,這樣就可以事先對水資源安全方面可能存在的問題進行預處理,以此來對北京地區(qū)水資源的協(xié)調可持續(xù)發(fā)展、公共安全管理、水資源危機管理提供理論支持,減少不必要的人員和相關資源浪費,實現(xiàn)北京地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。本文研究的技術路線,首先對水資源安全的相關理論進行研究,并在分析水資源安全現(xiàn)狀、水資源安全綜合評價及預警研究現(xiàn)狀以及本區(qū)域水資源開發(fā)利用的情況下,系統(tǒng)科學分析影響水資源安全的主要因素和風險源。其次,根據(jù)北京地區(qū)實際情況,建立適合北京地區(qū)的水資源安全綜合評價指標體系,并制定相應的安全評價標準。再者,分析和總結現(xiàn)有水資源安全綜合評價方法和預警模型的優(yōu)缺點,分別建立基于粗集—神經網(wǎng)絡的北京地區(qū)水資源安全綜合評價模型和基于粒子群—支持向量機的北京地區(qū)水資源安全預警模型。最后將對北京地區(qū)的水資源安全評價模型及水資源安全預警模型進行實證分析,并根據(jù)評價和預警結果,提出水資源安全應急機制和保障措施。本文針對目前水資源安全綜合評價多為定性化研究這一不足,在綜合分析國內外水安全研究成果的基礎上,建立北京地區(qū)水資源安全綜合評價的指標標準,對于冗余指標利用粗集進行約簡,并建立了基于粗集—bp神經網(wǎng)絡的水資源安全綜合評價模型,通過歷史數(shù)據(jù)來對北京地區(qū)的水資源安全狀況進行分析,在此基礎上構建了基于粒子群-支持向量機的水資源安全預警模型,利用該模型對北京地區(qū)2018年—2020年的水資源安全情況進行預警,最后根據(jù)預警結果,并結合水資源危機管理理論、可持續(xù)發(fā)展理論以及公共安全管理理論提出了北京地區(qū)的水資源安全保障措施和建議。文章的研究成果主要體現(xiàn)在以下八個方面:1.分析并界定相關水資源安全概念。首先對涉及到的水資源安全問題與水資源問題相關性進行分析,闡述國內外發(fā)生的水資源安全問題,論證可再生的水資源也是完全可以用完的,水資源危機時刻在威脅著人類正常的基本生產生活及生存,需對水資源安全問題給予前所未有的關注和重視。而后就水資源問題安全化及其本質進行討論,認為水資源問題轉化為水資源安全問題需經過以下兩個步驟:(1)水資源問題已經對人類正常生活生存構成巨大的潛在的或已經形成的威脅或危險;(2)水資源問題所產生的各種潛在的或已經存在的威脅或危險已經被社會認為是公共安全問題,并針對北京地區(qū)情況進行梳理分析。同時就水資源安全化及內涵重新定義,并就水資源所具有的外延性、水資源安全系統(tǒng)特征作出系統(tǒng)解釋。為了進一步說明水資源與社會經濟關系,提出了水資源安全經濟學分析和psr分析框架。最后,就水資源危機管理包含的防、控、治三個階段分別進行探討。2.水資源安全風險因子識別。本文在分析北京地區(qū)水資源安全狀態(tài)的基礎上,從北京地區(qū)水資源安全涉及到的經濟、生態(tài)、資源、人口等系統(tǒng)來分析北京地區(qū)水資源安全的主要影響因素,認為災害抵御功能、水資源可開發(fā)量及利用率、社會經濟發(fā)展程度、政府政策和措施、居民的知識水平五大方面是影響北京地區(qū)水資源安全的主要因素,再通過風險因子識別方法來對北京地區(qū)水資源系統(tǒng)涉及到的風險因子進行系統(tǒng)識別和分析。文章從影響水資源安全的水文風險因子、結構風險因子、技術風險因子、可供水風險因子、用水量風險因子以及其它風險因子對其進行系統(tǒng)分析和研究,識別北京地區(qū)水資源安全的主要影響因子。為了進一步分析水資源安全風險的形成過程,通過降水—頻率關系的不確定來對北京地區(qū)近年來降雨量變化進行研究,降水—徑流關系不確定來對北京地區(qū)降水情況系統(tǒng)分析,流量—頻率的不確定來解釋其北京地區(qū)水資源安全影響,缺水量—損失的不確定來確定北京地區(qū)水資源安全問題產生的損失。通過這些分析后得到北京地區(qū)水資源安全風險因素關系模型圖。在這些分析基礎上,提出本文識別方法的具體實現(xiàn)步驟,并給出實例分析,為下一步水資源安全影響因素的確定奠定良好的基礎。3.水資源安全綜合評價指標體系構建。首先,文章總體闡述北京地區(qū)水資源狀況,從北京地區(qū)水資源分布矛盾、水資源供求矛盾、北京地區(qū)水資源短缺與污染矛盾以及北京地區(qū)水資源協(xié)調發(fā)展與水資源可持續(xù)發(fā)展之間的關系來對北京地區(qū)水資源安全狀態(tài)進行系統(tǒng)歸納和分析;其次,從水資源承載壓力度與可持續(xù)度關系、水資源用水效率問題、水資源管理體制問題、水資源稀缺性及外部性關系對北京地區(qū)水資源壓力進行梳理和總結;再從數(shù)量維發(fā)展、質量維協(xié)調、儲備維持續(xù)三個方面對北京地區(qū)水資源安全響應情況做出論證;而后本文對北京地區(qū)水資源安全問題成因進行詳細說明;最后,在上述分析基礎上,建立了基于狀態(tài)—壓力—響應理論的北京地區(qū)水資源安全綜合評價指標體系,并對評價標準的優(yōu)劣做出相應評價。4.基于粗集—bp神經網(wǎng)絡水資源安全綜合評價模型構建及分析。首先,就北京地區(qū)的地理位置、社會經濟、水文氣象、水文條件演化規(guī)律和水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀進行概述性說明;其次,探尋北京地區(qū)水資源安全問題的自然因素和人為因素;之后就北京地區(qū)水資源安全問題的詳細成因進行系統(tǒng)闡述;在此基礎上建立北京地區(qū)水資源綜合評價指標體系。由于影響北京地區(qū)水資源安全系統(tǒng)的因素太多,本文利用粗集理論約簡冗余指標,得到核心指標,大大提高計算效率,也進一步提高后期綜合評價效果。利用具有良好泛化能力的神經網(wǎng)絡模型對北京地區(qū)2012-2014年水資源安全情況進行評價。北京地區(qū)水資源表現(xiàn)出的可控的安全狀態(tài)與本文通過相關數(shù)據(jù)評價得到的結果基本一致�？陀^說明模型在北京地區(qū)水資源安全綜合評價方面具有一定的應用價值。5.提出了水資源安全預警的基本思路、指標和運行機制。首先,利用水資源安全預警相關分析,再結合水資源安全預警運行機制所涉及的預警源頭探尋、分析及預測來確定水資源安全預警指標,建立北京地區(qū)水資源安全預警指標體系,從而針對性地指出了北京地區(qū)水資源安全預警的基本演化規(guī)律。6.基于粗集—支持向量機的水資源安全預警模型的構建及分析。首先,在北京地區(qū)水資源安全預警指標體系基礎上,利用粗集理論對這一預警指標體系進行約簡,得到核心指標,而后利用支持向量機對約簡后的指標體系所獲北京地區(qū)數(shù)據(jù)進行建模預警,支持向量機回歸預警過程中的參數(shù)通過粒子群算法尋優(yōu)得到,以期找到最為有效、合理的預警結果。利用該模型對北京地區(qū)2018-2020年的水資源安全情況進行預警。2018-2019年北京地區(qū)水資源安全狀況均處于基本安全的狀態(tài),警燈顯示為黃燈,2020年北京地區(qū)水資源安全狀態(tài)處于安全狀態(tài),警燈顯示為綠燈。可以看到,這三年水資源安全狀態(tài)明顯提升。這就說明在未來的2018-2020年間北京地區(qū)的水資源安全程度在逐漸提高。利用基于粒子群-支持向量機的水資源安全預警模型將對北京地區(qū)在未來一段時間內的水資源安全情況進行預判,比較符合當前各類政策預期和變化,可以作為政府相關部門對于北京地區(qū)水資源安全情況判斷和制定相應政策的依據(jù),同時可以為外來人才進入北京提供一個參考。由此可見基于支持向量機的水資源安全預警模型在北京地區(qū)水資源安全預警中具有一定的實用性、科學性和使用價值。7.提出北京地區(qū)水資源安全保障建議根據(jù)北京地區(qū)水資源安全綜合評價及預警結果,并結合北京地區(qū)可持續(xù)發(fā)展、公共安全管理和水資源危機管理實際情況,北京地區(qū)需在以下方面做出努力,保障水資源安全:(1)利用完善水污染治理規(guī)劃、嚴格控制農村污染、加強水資源污染物監(jiān)測和采用市場手段調節(jié)來控制水體污染;(2)加強工業(yè)用水、城鎮(zhèn)生活用水、農業(yè)用水、園林綠化用水的節(jié)水創(chuàng)建來推進節(jié)水型城市建設;(3)以產業(yè)創(chuàng)新加快首都功能布局;(4)加強水資源安全法律建設;(5)加大外埠調水能力,加大對再生水的處理;(6)加大對節(jié)水技術的研制開發(fā),提高水資源的利用效率;(7)構建可交易水權制度;(8)調整水價,逐步建立合理的水價體系;(9)改革水資源綜合管理體制;(10)建立水資源安全預警及應急機制。8.提出北京地區(qū)水資源危機管理體制的完善建議鑒于北京地區(qū)在水資源危機管理方面存在的問題與不足,結合各地對水資源危機管理的對策與建議,針對北京地區(qū)水資源危機管理機制提出以下建議:(1)開發(fā)適合北京地區(qū)情況的水資源預警系統(tǒng),對北京地區(qū)的水資源進行實時動態(tài)監(jiān)測,做到水危機的事前監(jiān)測和控制,政府部門要充分發(fā)動廣大群眾參與到水資源管理當中,協(xié)助政府找到和解決問題,實現(xiàn)水資源安全,政府積極組織水資源環(huán)境問題進行模擬和演練,提高廣大群眾的憂患意識和危機意識;(2)針對北京地區(qū)的實際情況,設立專門的水資源危機應急處理機構,切實提高水資源危機應急工作的組織保障效率。在突發(fā)性水資源危機事件發(fā)生時,此類機構可以對應急監(jiān)測于處理方案進行可行性評估,并提出新方案制訂和實施的建議。當事故發(fā)生時,準確界定事故的性質、范圍、危害程度,實施相應對策;(3)當北京地區(qū)的水資源危機態(tài)勢基本控制后,政府部門充分挖掘水資源危機事件,進行廣泛宣傳和教育,變危機為契機,強化危機意識。政府部門要將水資源危機管理納入到日常管理當中,制定水資源危機預測和風險防控方案,并提出其它備選方案,以便當危機發(fā)生時,預先做好充足的準備,同時建立權責清晰、科學高效的水資源危機管理決策機構是非常必要的。
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【學位授予單位】：中央財經大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TV213.4
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本文編號：2329583