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城市水系统环境可持续性评价框架  

2013-10-05 08:05:26|  分类: 志在教学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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陈庆秋 薛建枫 周永章

摘 要 把社会水循环定义为水在人类社会经济系统的运动过程。立足社会水循环与自然水循环的匹配性,提出 了一个社会水循环的概念模型。依据社会水循环概念模型探讨了城市水系统环境可持续性的评价目的、 评价内容框架和评价准则框架,并提出了一组测评城市水系统环境可持续性的指标体系。该指标体系综 合考虑了城市给水、用水和污水排放等系统,有效体现了城市水系统各要素的内在联系及其基本特征。

关键词 社会水循环 城市水系统 评价框架 指标体系

  城市是区域经济发展和社会进步的重要空间载体。随着社会经济的发展,世界人口越来越向城市集中,城市 规模越来越大,城市化已成为当今世
界各国经济社会发展的一个大趋势, 城市化水平被广泛接受为一个国家或 地区经济发展与社会进步的重要指 标。然而,城市是人口集中和人类活动
高强度的地方,世界上的不少城市是 环境污染的主要场所,城市化是当今 全球生态系统退化的重要诱因之一。 城市和城市化过程在实施可持续发展
战略过程中具有特殊的地位,可持续 发展的城市和可持续的城市化是人类 社会可持续发展的核心内容之一。城 市水系统是支撑城市存在和发展的重 要基础设施,随着全球城市化进程的 迅速推进,世界许多地区的城市用水 量占人类总用水量的比重越来越大, 城市水系统对自然水生态系统的影响
也越来越加剧。构建符合可持续发展 准则的城市水系统应是“以水资源的 可持续利用支撑社会经济的可持续发 展”的重要工作内容。

   尽管可持续发展理念目前已经被世界各国政府所广泛接受,然而由于 可持续发展概念的内在复杂性,人们 对可持续发展的理解依然存在很大的 分歧。要使可持续发展从哲学理念进 入操作层次,就需要有定量化测评社 会经济发展之可持续性的有效方法, 以此指导可持续发展目标与政策的构 建和评价可持续发展政策与措施的实 施效果。如何评价城市水系统的可持 续性,是建设可持续发展的城市和推 进可持续的城市化的一个重要问题。

   自从联合国环境与发展委员会发 表《我们共同的未来》报告,尤其在 1992年召开联合国环境与发展大会 以后,国内外的学者对可持续发展评 价问题(特别是可持续发展评价指标 体系)开展了广泛的研究,目前有不少 讨论城市可持续发展指标体系和评价 方法的科研成果,然而,专门讨论城市 水系统可持续性指标体系和评价方法 的研究成果则不多见。对城市水系统 可持续性评价问题的探讨主要是在城 市可持续发展评价或城市水行业绩效 评价等综合研究工作被提及,缺乏针 对性和系统性。当前难得见到的一些 专门讨论城市水系统可持续发展指标 体系和评价方法的研究成果,则是主 要是把生命循环评价这一通用的环境 影响评价方法应用于城市水系统,评 价过程复杂且不能有效体现城市水系 统的基本特征。本文依据社会水循环 概念,提出了一种测评城市水系统环 境可持续性的评价框架和指标体系, 该评价方法把城市给水、用水和污水 排放系统做一体化考虑,充分体现了 城市水系统各要素的内在联系及其基 本特征。

一、社会水循环概念

   以不同水体形态存在于自然界的 水,受太阳辐射和地心引力两种作用 而不停地运动,构成降水、蒸发、渗流 和径流等水文现象。人类在争取生存 和改善生活的实践中,特别是在与自 然界的各类水灾害作斗争的过程中, 逐渐认识到自然界中水运动的循环属 性和各种水文现象之间的内在联系, 经历一个较漫长的朴素萌芽的水文循 环概念的发展阶段后,逐渐形成了科 学描述自然界中水运动过程的水文循 环概念。认识和把握水在自然界的运 动过程的内在规律,是人类开发利用 水资源以及防御洪涝灾害的基础。水 文循环概念为人类剖析水在自然界的 运动过程的规律性提供了一个科学的 理论框架,这一理论框架有效地推动了水文学的知识和技术体系的形成,并 一直在人类开发利用水资源和防御洪 涝等水灾害的过程中发挥着重要的技 术支撑作用。长期以来,人类水利活动 的中心思想一直是改造和开发利用自 然,人们只关注水在自然界中的运动过 程,忽视了由人类用水过程所形成的水 在社会经济系统的运动过程。

   其实,水在社会经济系统的运动 过程与水在自然界中的运动过程一 样,也具有循环性的特点。随着人口增 长与经济发展,人类社会对水的需求
日益扩大,在许多国家和地区出现了 越来越严重的水稀缺问题,缺水成为 制约社会经济发展和影响人民生活的 重大社会问题。此外,随着人类社会对
水的需求日益扩大,促使人类大规模 地蓄水、引水,极大地改变了水的自然 运动状况(如黄河的断流)。同时,工业 和生活废水排放量的剧增造成越来越 严重的水污染。这一切导致世界上的 许多地区出现了前所未有的水生态环 境退化的问题。目前人类正面临越来 越多主要来自社会经济系统的水问 题,这一客观情势正推动水科学领域 的一些学者关注水在社会经济系统的 循环运动过程。有学者中肯地指出: “水文学在其发展过程中,出现了又一
次重大转折,进入了水资源水文学发 展阶段,从此水文学不仅要研究水在 自然界中的循环、平衡和变化,还要扩 展到人类社会之中,研究水在开发利
用过程中的循环、平衡和变化”。陈庆 秋在1999年曾呼吁:“在现代社会,人 类社会系统与自然水资源系统的相互 作用是空前的,水在社会经济系统的 活动状况正成为控制社会系统与自然 水系统相互作用过程的主导力量。我 们在研究水在自然界中的运动过程的 同时,也应关注水在社会经济系统的
运动过程。”

   伴随着越来越多的学者对社会经 济系统中水循环运动过程的探索,与 传统(自然)水(文)循环概念相对应的 社会水(文)循环概念被提了出来。陈 庆秋把“社会水(文)循环”定义为“水 在人类社会经济系统的运动过程”。笔 者立足社会水循环在与自然水循环的 匹配性,提出了图1所示的社会水循 环的概念模型,本文讨论问题所使用 的社会水循环概念都以这一概念模型 为基准。

二、城市水系统环境可持续性的评价目的

“评价是指根据确定的目的来测 量对象系统的属性,并将这种属性变 为客观定量的计值或者主观效用的行 为”。在讨论城市水系统环境可持续性
的评价问题时,首先必须明确环境可 持续性评价的目的。 可持续发展概念提出后,不同学 科的学者从各自的学科背景探讨了该 概念的内涵,认为人类社会的可持续 发展包括环境可持续性、经济可持续 性、体制可持续性和社会可持续性等 诸多方面。对可持续发展概念追根溯 源,我们可以发现环境可持续性是可 持续发展概念的基本点。  

城市水系统环境可持续性评价框架 - 谭老师地理工作室 - 谭老师地理工作室

图1 社会水循环概念框架

  可持续发展一词在国际文件中最早出现于1980年由国际自然保护同盟(1UCN)制订 发布的《世界自然保护大纲》,而该文 件讨论的焦点便是环境完整性问题。 环境可持续性的基本要旨是人类社会 经济系统的发展要控制在自然生态系 统的承载能力之内。就城市水系统而 言,其环境可持续性主要包括两方面 内容:一方面是水资源的开发量必须 控制在自然水系统的再生能力之内; 另一方面是污水排放必须控制在自然 水系统的纳污能力之内。城市水系统 环境可持续性的评价主要是测量城市 水系统在这两方面的属性,考虑到城 市水系统要消耗能量和产生固体污 泥,城市水系统环境可持续性的评价 也应该适当测评城市水系统作用于水 生态环境以外的环境效应。把社会水 循环概念与城市水系统环境可持续性 相联系,可持续的城市水系统是由良
性的社会水循环所决定的。从本质上 讲,城市水系统环境可持续性评价是 对城市社会水循环的评价。

   改进传统的不可持续城市水系统、 规划建设可持续的城市水系统,是将来 很长一段时间城市水利工作的重点。评价城市水系统环境可持续性的主要目 的是为了帮助决策者改进传统的不可 持续城市水系统与规划建设可持续的城市水系统。城市水系统的改进、规划 与建设从本质上讲,是改进、规划与建 设城市的社会水循环。以社会水循环为 着眼点来剖析城市水系统环境可持续 性的评价目的,一个城市开展水系统环 境可持续性评价通常有如下三个目的: 首先是把水资源可持续利用这一较抽 象的概念在城市社会水循环各环节具 体化;其次是帮助制定水资源可持续利 用的战略目标和选择水资源可持续利 用的政策措施;再者是分析已实施的水 资源可持续利用的政策措施的绩效。

三、城市水系统环境可持续性的评价内容框架

  社会水循环的各个要素在一定程 度上与城市水系统环境可持续性的这 两方面内容都存在相关性,通过识别 这些相关性可以有效细化城市水系统 环境可持续性的评价内容。

  图2是基于社会水循环概念所构 建的城市水系统环境可持续性的评价 内容框架。该框架考虑了社会水循环 的大部分要素(仅把“内部再利用”要素并人“用水”要素来考虑、把“外部再 利用”要素并人“废水处理”要素来考 虑),并把社会水循环要素与城市水系 统环境可持续性的相关性分为状态、 负荷、效率、效果和方式五种模式。

  涉及“状态”模式的社会水循环要 素是自然水系统。作为社会水循环闭合 结点的自然水系统是城市水系统赖以 存在和发展的自然平台,城市水系统对 自然水系统的作用会使自然水系统的 状态发生演变。如在珠江三角洲城市群 的经济快速增长过程中,忽视废水处理 和节约用水的城市水系统快速扩展,诱 发流经城市的许多河段水体水质严重 恶化。城市自然水系统的水量水质状态 是水资源开发量是否超过自然水系统 再生能力与污水排放量是否超过自然 水系统纳污能力的体现者,可以直接反 映城市水系统环境可持续性的性状。

  涉及“负荷”模式的社会水循环要 素有取水和回水环节,这两个环节是城 市水系统与自然水系统直接相互作用 的社会水循环要素。取水过程对自然水 系统产生水资源负荷(即水量方面的负 荷),回水过程对自然水系统产生水环 境负荷(即水质方面的负荷),取水和回 水的规模是城市自然水系统是否超过 自然水系统的水资源再生能力和纳污 能力的决定性因素,直接主导着城市水 系统环境可持续性的性状。

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图2 基于社会水循环概念的城市系统环境可持续性评价内容框架

   涉及“效率”模式的社会水循环要 素有给水处理、用水和废水处理,这三 个要素是城市社会水循环的核心要素。 尤其用水这一要素是社会水循环的驱 动力,对社会水循环的整体状况起着决 定作用。用水的效率直接影响取水和回 水的规模,进而影响城市水系统与自然 水系统的协调性(即城市水系统取水和 回水规模与自然水系统水资源再生能 力和纳污能力的匹配性)。给水处理和 废水处理是两个要消耗能量的社会水 循环环节,是城市水系统产生作用于水 生态环境以外环境效应的主要环节,城 市水系统环境可持续性的评价需要适 当考虑这两个环节的能耗效率,特别应 考虑废水处理的能耗效率,以防范水污 染环境负效应的减少是以增加其他类 型的环境负效应为代价。

   “效果”在这里的内涵是社会水循 环要素实现其功能的程度,涉及“效 果”模式的社会水循环要素有配水和 废水处理。社会水循环配水环节的功
能主要是把水输送到各类用水户,其 效果主要体现于水的输送过程是否把 水全部送人用水环节。配水效果的好 坏在一定程度上影响着取水量的大 小,进而影响城市水系统的环境可持 续性。废水处理的效果直接影响回水环节的负荷,进而影响城市水系统与自然水系统的协调性。

   涉及“方式”模式的社会水循环要 素是废水收集。废水收集的方式是否雨 污分流直接影响废水处理环节的效率 与效果,进而影响回水环节的负荷以及 城市水系统与自然水系统的协调性。

四、城市水系统环境可持续性的评价准则框架

   可持续性内涵的一个基本点是自 然资源的存量和环境的纳污能力是有 限的,这种物质上的稀缺性与其在经 济上的稀缺性相结合,共同构成了经 济发展的限制条件。城市化是社会经 济发展的一种现象,在城市化过程中 城市水系统环境可持续性主要取决于 城市水系统是否很好地体现了自然资 源的存量和环境的承载能力是有限的 (即物质上的稀缺性)这一准则。依据 社会水循环概念,评价城市水系统环 境可持续性的这一基本准则可被细化 成一些更具体的子准则,图3便是基 于社会水循环概念所构建的城市水系 统环境可持续性的评价准则框架。

 

五、城市水系统环境可持续性的评价指标体系

   在开展城市水系统环境可持续性 评价时,一项非常重要的工作是要根 据城市水系统环境可持续性的内涵确 立一组相互关联的评价指标。可以说, 指标体系是开展城市水系统环境可持 续性评价工作的基础,也是城市水系 统环境可持续性评价框架的核心点。

   明确了城市水系统环境可持续性 的评价内容框架和评价准则框架后,也就基本明晰了选择城市水系统环境可 持续性评价指标的技术路线。从上述讨 论可以看出,社会水循环概念为城市水系统环境可持续性的评价内容框架和 评价准则框架的构建提供了有效的工 具。社会水循环概念也可以作为构建城 市水系统环境可持续性评价指标的有 效工具。图4是基于社会水循环各环节 对城市水系统环境可持续性影响效应 而设计出的城市水系统环境可持续性 的评价指标体系,这一指标体系的各组 成指标与城市水系统环境可持续性的 内在关联以及各指标之间的相互联系, 依托社会水循环概念得于充分体现。表 1给出了各指标的定义,从各指标定义 可以看出,所选指标都把反映城市水系 统环境可持续性的各侧面信息定量化了,使这些信息较为清楚明了。此外,所 选指标还尽可能综合简化了反映城市 水系统复杂现象的诸多信息,使得指标易于掌握和使用。

六、结语

   城市水系统是支撑城市社会经济 系统运行的重要基础设施,构建符合可 持续发展准则的城市水系统应是“以水 资源的可持续利用支撑社会经济的可 持续发展”的重要工作内容。如何评价 城市水系统的可持续性,是建设城市和 推进城市化的一个重要问题。本文把社 会水循环定义为水在人类社会经济系 统的运动过程,立足社会水循环与自然 水循环的匹配性,提出了社会水循环的 概念模型。依据社会水循环概念模型讨 论了城市水系统环境可持续性的评价 目的,指出:城市水系统环境可持续性 的评价目的首先是把水资源可持续利 用这一较抽象的概念在城市社会水循 环各环节具体化,其次是帮助制定水资 源可持续利用的战略目标和选择水资 源可持续利用的政策措施,再者是分析 已实施的水资源可持续利用的政策措 施的绩效。文章以社会水循环概念模型 作为分析问题的主线,探讨了城市水系 统环境可持续性的评价内容框架和评 价准则框架,提出了一组测评城市水系 统环境可持续性的指标体系,该指标体 系把城市给水、用水和污水排放系统做 一体化考虑,有效体现了城市水系统的各要素的内在联系及其基本特征。

表1 城市水系统环境可持续性评价指标的定议

指标名称定义反映内容
 自然水体水质达标率  符合水功能区划水质目标要求的自然水体占全部自然水体的比例(河流使用河段长度比例,水库湖泊使用水域面积比例,地下水使用储量比例)  水生态环境现实总体状况
 水资源开发利用率  水资源开发利用量占水资源总量的比例(这里的水资源开发利用是指河道外用水,不包括河道内用水)  自然水系统量方面的特征及人类对水资源量方面影响程度
 取水水质达标率  水质符合饮用水源标准的取水量占取水总量的比例  自然水系统质方面的特征
水源地距离指数  城市水源地与给水处理地之间的最大距离与城市行政辖区的的面积半径之比  城市水系统的空间影响
 给水处理能耗率  给水处理过程每生产单位供水所消耗的电能  给水处理系统的能耗情况
 配水漏失率  配水过程漏失水量与配水系统人口总水量的比值  城市供水利用程度
 人均生活用水量  城市居民每年每人平均生活用水量(不含城市公共设施用水量)城市居民用水水平与效率
 城市单位CDP用水量  城市第二、三产业的用水量与第二、三产业的CDP的比值城市非农经济活动的用水水平与效率
 废水处理率  送入废水处理系统处理的废水量与废水排放总量的比值废水处理的数量水平
 雨污分流率  采用雨污分流方式收集的废水量与废水收集总量的比值废水收集系统的有效性
 废水处理达标排放率  废水处理排放达标量与废水排放总量的比值 废水处理系统的减污效果
 污泥无害化处理指数  无害化处理的污泥量占污泥总量的比例(污泥无害化处理主要指“资源化利用“卫生填埋”和“焚烧”三种方式)废水处理系统固体排出物的环境影响
 废水处理能耗率  废水处理过程每处理单位废水所消耗的电能废水处理系统的能耗情况
 外部再利用率  经废水处理系统处理达到规定水质标准后被再利用的水量与废水处理系统总排水量的比值废水处理系统处理过的中水再利用情况
 回水负荷指数  城市各种回水的五日生化需氧量的水量加权平均值城市废水排放的综合环境负荷

参考文献:

1.王放.中国城市化与可持续发展.北京:科学出版社,2000
2.张忠祥,钱易.城市可持续发展与水污染防治对策.北京:中国建筑工业出版社,1998
3.曾珍香,顾培亮.可持续发展的系统分析与评价.北京:科学出版社,2000
4.洪银兴.可持续发展经济学.北京:商务印书馆,2000
5.张坤民等.可持续发展论.北京:中国环境科学出版社,1997
6.王慧等.可持续发展与经济结构.北京:科学出版社,1999

(作者陈庆秋为中山大学地理科学与规划学院博士研究生,薛建枫为水利部珠江水利委员会主任,周永章为中山大学地球环境与地球资源研究中心主任、博士生导师) 
责任编辑 李计初

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