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| 內容簡介： |
《水代谢、水再生与水环境承载力》针对水科学与环境科学等学科前沿和热点问题，从流域区域水系统入手，分析水循环、水代谢与水再生之间的关系，及其对水环境承载力的影响；从水的自然代谢与社会代谢及二元水循环角度，研究水的自然与社会再生机理，建立基于水循环、水代谢的水再生与水环境承载力理论与方法体系；进一步将所建立的理论与方法应用于实际案例研究；力求通过调节水循环与水代谢过程，提高水资源再生能力与水环境承载力，实现流域区域水资源可持续利用的最终目标。
《水代谢、水再生与水环境承载力》可作为高等院校水科学与环境科学等专业的研究生以及从事相关领域研究者的参考书。
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| 目錄：
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总序
序
前言
理论方法篇
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 水循环、水代谢与水再生研究进展
1.2.1 水循环的研究进展
1.2.2 水代谢的研究进展
1.2.3 水再生的研究进展
1.3 水环境承载力研究进展
1.4 总结与展望
1.5 全书结构
第2章 水代谢、水再生与水环境承载力概述
2.1 水系统组成与功能
2.1.1 水系统的概念
2.1.2 水系统的组成与属性特征
2.1.3 水系统功能
2.1.4 水系统分类
2.1.5 水循环、水代谢与水再生及水环境承载力之间的关系
2.2 水循环系统组成与功能
2.2.1 水循环系统辨识
2.2.2 水循环系统功能
2.3 水代谢系统组成与功能
2.3.1 水代谢系统辨识
2.3.2 水代谢系统功能
2.4 水再生系统组成与功能
2.4.1 水再生系统辨识
2.4.2 水再生系统功能
2.5 水循环、水代谢与水再生的影响因素分析
2.5.1 自然影响因素分析
2.5.2 社会影响因素分析
2.5.3 流域水资源的影响因子识别
2.6 水环境承载力及其特征
2.6.1 环境、资源与生态概念及其间关系的界定
2.6.2 水环境承载力
2.6.3 水环境承载力的主要特征
第3章 基于GIS的流域水资源自然再生能力评价
3.1 相关研究进展
3.1.1 水资源评价研究
3.1.2 水量转化规律和水平衡模型研究
3.1.3 地统计学在环境和水资源领域的应用研究
3.2 基于GIS的流域水资源自然再生能力评价方法
3.2.1 水资源自然可再生能力综合评价方法
3.2.2 水资源自然可再生能力单指标评价方法
3.2.3 基于GRID的流域水资源自然可再生能力评价方法
3.3 流域水量平衡模型
3.4 模型输入
3.5 模型系统集成及模型参数率定
第4章 城市水资源社会再生能力评价
4.1 相关研究进展
4.1.1 城市水资源评价的研究现状与进展
4.1.2 常用的评价方法
4.2 城市水资源社会再生系统分析及其功能
4.2.1 城市水资源社会再生系统分析
4.2.2 城市水资源社会再生系统的功能表征
4.3 城市水资源社会再生能力评价指标体系
4.3.1 指标体系的构建
4.3.2 各指标解释
4.3.3 综合评价指标
4.4 城市水资源社会再生能力评价方法概述
4.4.1 评价方法的选择
4.4.2 人工神经网络方法简介
4.4.3 基于人工神经元网络评价模型
4.4.4 评价标准的建立
4.4.5 基于MATLAB城市水资源社会再生能力评价模型
4.4.6 基于灰色关联的城市水资源社会再生能力评价方法
第5章 基于城市水代谢的水环境承载力动态调控
5.1 水环境承载力量化方法的相关研究进展及方法选择
5.1.1 水环境承载力量化方法的相关研究进展
5.1.2 确定量化方法
5.2 基于城市水代谢提高水环境承载力的方案设计
5.2.1 水环境承载力的双向调控
5.2.2 传统城市水代谢下提高水环境承载力的对策
5.2.3 新型城市水代谢下提高水环境承载力的方案设计
5.3 系统动力学建模
5.4 城市水代谢系统反馈回路分析
5.5 城市水代谢动态仿真模型
5.5.1 变量和参数的选择
5.5.2 水代谢动态仿真模型结构设计
5.5.3 模型中方程式的建立
5.5.4 模型参数选择
5.6 基于城市水代谢的城市水环境承载力动态调控模型
案例研究篇
第6章 泾河流域水资源自然再生能力评价
6.1 泾河流域概况
6.1.1 自然环境
6.1.2 水资源概况
6.2 泾河流域水资源自然再生能力影响要素分析
6.2.1 泾河流域降水空间变异分析
6.2.2 泾河流域蒸散量的计算和分析
6.3 流域水平衡模拟
6.3.1 模型输入数据预处理
6.3.2 模型系统集成
6.3.3 模型参数分析调整
6.3.4 径流模拟结果分析
6.3.5 模拟数据输出结果
6.4 泾河流域水资源自然再生能力评价
6.4.1 评价数据整理
6.4.2 模型计算结果
6.4.3 结果分析
第7章 黄河流域主要城市水资源社会再生能力评价
7.1 黄河流域概况
7.2 数据预处理
7.2.1 数据收集整理
7.2.2 评价标准样本数据
7.3 2000年黄河流域主要城市水资源社会再生能力评价
7.3.1 水资源再生量评价
7.3.2 水资源再生效率评价
7.3.3 黄河流域主要城市水资源社会再生能力综合评价
7.4 水资源再生效率动态评价
7.4.1 数据收集
7.4.2 评价结果及其分析
7.5 基于WebGIS城市水资源社会再生能力评价信息发布
7.5.1 信息发布系统的技术方案
7.5.2 信息发布系统的实现
第8章 基于城市水代谢的北京市通州区水环境承载力动态调控
8.1 研究区概况
8.1.1 人口和经济概况
8.1.2 水量和水质情况
8.1.3 规划目标
8.2 模型参数来源
8.2.1 通州区统计数据
8.2.2 通州区相关规划
8.2.3 相关标准
8.3 通州区水环境承载力情景设计
8.3.1 基本约束条件设计
8.3.2 传统城市不可持续水代谢情景设计
8.3.3 新型城市可持续水代谢情景设计
8.4 情景模拟结果
8.4.1 传统城市不可持续水代谢情景
8.4.2 新型城市可持续水代谢情景
8.4.3 与规划目标的比较
8.5 模型灵敏度分析
8.5.1 参数的变化对目标值产生的影响
8.5.2 基本约束条件的变化对目标值产生的影响
第9章 结论与建议
9.1 结论
9.2 建议
参考文献
附录1 专家咨询表
附录2 模型变量和参数列表
附录3 模型结构图
附录4 模型公式
彩插
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| 內容試閱：
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第1 章 绪论
1.1 研究背景与意义
水是人类最基本的生命物质之一， 它的重要作用体现在生产、生活的各个方面。尽管地球上七成多的面积被水覆盖， 总水量为1.8 ×1021 L， 但是其中海水占总体积的97.2%，大陆水体占2.8%， 在大陆水体中极地和高山地区的冰体约占78.6%， 河流湖泊的水仅占总量的0.01%， 至于雨水只占总量的0.001%， 而且大部分落在海洋中。陆地上每年径流总量约为4.1 ×1013 m3 ， 其中， 78%以洪水形式从无人区流入大海， 只有22%可供人类开发利用。所以， 在现有条件下， 地球上可开发的水量只有大约1.065 ×1016 m3 ， 仅占水资源总量的1%左右。尽管从理论上而言， 每年流入河流和渗入地下的淡水人均拥有量为7000m3 ， 但世界上已有18 个国家的人均可再生水资源拥有量不到1000m3 。据世界资源研究所的一项报告表明， 世界上有3.4 ×109 人平均每天只能得到50L 水。而且随着社会的发展， 人类对水的需求量越来越大， 水资源受到人类的影响越来越强， 用水形势也就越来越严峻。1972 年6 月， 在瑞典斯德哥尔摩举行的“联合国人类环境会议” 上， 水荒和水污染问题被提到比任何其他问题更为突出的地位， 会议指出： “遍及世界的许多地区， 由于工业的膨胀和人均消费的提高， 需水量已经增加到超过天然来源水量的境地。地下水枯竭， 而且受到污染。为不断增长的人口和膨胀的工业提供适当清洁的水， 已是许多国家技术、经济和政治上的一个复杂问题。”
对于中国而言， 尽管我国水资源总量在巴西、俄罗斯、加拿大之后居世界第四位， 但是我们的人均水资源量仅为世界平均水平的14。我国是一个水资源十分缺乏的国家， 而且生活用水和工农业用水浪费非常严重。据统计， 目前我国工业用水的利用率不足发达国家的一半， 重复利用率不足60%。
在我国北方地区， 水资源紧缺与水环境污染问题突出， 特别是黄河流域所处的西北地区属于干旱、半干旱地带， 降水量少、蒸发量大， 水资源十分短缺， 目前， 该地区经济产业迅速发展， 水资源使用更是捉襟见肘。加之很多地方超采地下水、不控制的排污等不可持续的方式使用水资源， 更加剧了水资源的不足。在过去， 北京、天津等地由于过度开采地下水资源， 地势下陷， 不控制的排污也使这些地区的水质严重污染、水量严重缺乏， 造成河流水量减少形成干涸等灾害。随着社会的发展和人类社会活动的增加， 对水的需求量将会越来越大， 用水形势也就越来越紧张， 从而引发更多尖锐的水资源供需矛盾， 导致一系列的环境生态问题， 使某些地区水资源短缺、洪水灾害加剧、水体退化严重等严峻的局面一一出现。这些问题的出现已经成为制约我国经济发展的瓶颈， 如何解决这些问题， 实现我国流域区域水资源与水环境的协调、持续发展已成当务之急。
为了缓解水资源危机， 实现水资源的可持续利用， 可以采取两种有效的途径： 一是加强水文学、水资源学的基础研究， 探讨水资源可循环利用的物理机制。通过调整水循环、水代谢过程， 提高水资源再生能力。二是加强水资源可持续利用及其过程监管方面的研究， 明确水环境的水资源供给能力和水环境对水污染的承受能力， 使人们改变观念， 使水资源向可持续方向发展。
近年来， 随着水资源紧缺与水环境污染问题日趋严重， 人类开始关注水资源的一些重要的自然属性――循环性、代谢性与再生性， 试图通过调节水循环与水代谢过程， 提高水资源的再生能力与水环境承载力。流域区域水系统是一个开放、动态的人工-天然复合系统， 在人类开发利用水资源的过程中， 水的循环、代谢功能与可再生能力处于不断的动态变化之中， 影响着水系统的功能。因此， 有必要从水循环、水代谢与水再生角度， 优化调控人类的水资源开发利用活动， 以达到提高水系统的水环境承载力， 实现“人-水” 和谐共生的最终目的。
另外， 深入研究水资源的水环境承载力， 在可持续发展利用的框架内， 从人口、资源、环境与经济发展之间的关系着手， 研究水资源开发利用、自然生态保护、社会经济发展与人口承载量的关系， 可以进一步开发水环境的潜力， 由此， 不仅可以更全面地考查人类活动与水系统的关系； 而且， 探索提高水环境承载力的有效途径与措施， 进而实现水资源的可持续利用， 对于缓解水资源供需矛盾、改善水环境质量具有实际研究价值。为此，本书针对我国北方地区水资源紧缺与水环境污染问题， 从水循环、水代谢与水再生过程研究入手， 建立一整套基于水循环、水代谢与水再生的水环境承载力理论框架与研究方法；进一步将其应用于黄河流域水资源自然再生与社会再生能力评价， 以及北京市通州区水环境承载力的动态仿真与优化调控中。
1.2 水循环、水代谢与水再生研究进展
1.2.1 水循环的研究进展
自然界的水循环是指发生于大气环流水、降水、地表水和地壳浅部地下水之间水量转化过程。水圈中水体通过蒸发、水汽输送、降水、地表径流、下渗和地下径流等水文过程紧密联系， 互相转化， 处于不断运动状态， 形成一个全球性的动态系统， 称为自然界的水循环系统。合理的水资源开发利用实际上就是通过对水循环变量的调节， 来满足社会、经济、生态、环境等不同部门对水资源的特殊要求。对于水循环的研究， 主要是从水循环的过程和机理， 人类对水循环过程的影响， 以及水循环对社会经济的影响等方面进行的。
早在1965 年， 联合国教育、科学及文化组织（UNESCO） （简称联合国教科文组织）提出了水文10 年计划， 即提出今后的研究要重视水文循环过程中人类活动对其影响的研究。在其后的10 年， 联合国教科文组织又成立了国际水文计划， 内容涉及水循环及其每一个重要环节（蒸发、降水、径流输送、水汽输送等） 以及它们随时空变化而变化的研究。另外， 重点针对人类活动对水环境和水文因素（水循环过程中的各环节） 的影响进行了研究。研究内容涉及面较广泛， 主要探讨人类活动如何引起水文循环及水资源的变化，包括工业化、城市化、排灌系统的发展、土地利用方式的改变以及河流、湖泊、地下水、水库中污染物的稀释、扩散、自净过程以及废热方面的研究。
在这之后， 直到20 世纪80 年代中期， 在国际水文计划的第2 阶段和第3 阶段（1980 ～1990 年）， 才提出了通过水循环各个因素的调查， 对流域水循环进行评价的相关研究。其后的国际水文计划第4 阶段（1990 ～1995 年）， 国际水文界所提的重点课题， 包括水循环过程中水质的变化； 气候变迁与水文系统间的关系； 地、气、水系统之间的界面过程； 冰、雪在全球水分循环中的作用等。截至1990 年， 许多国家的科学机构和科学家参与了全球能量与水循环试验（GEWEX） 计划。此后， 水文学家开始关注土壤-植被-水的全球研究的重要性。1991 年， 第二十届国际大地测量和地球物理学联合会（IUGG）大会在维也纳举行， 在此期间， 为配合国际地圈生物圈计划（IGBP）， 水文科学活动的主题更加明确地侧重探讨土壤和大气之间的相互作用的水文过程。另外， 在这一时期， 还存在不少研究水循环系统和系统中各变量相互关系的文章， 如Lerner （1986， 1990a， 1990b） 和Foster （1990） 在其文章中， 为了更好地评价水管理模式， 定量了城市水循环中各个子系统和它们之间可能的作用流， 以此为依据， 系统地研究了城市地下水的补给问题。
进入20 世纪90 年代末， 变化环境中的水文循环与水资源的脆弱性研究成为当时的热点之一。前沿问题突出反映在： 人类活动影响下的水资源演变规律、水文循环的生物圈方面、社会经济发展之间的相互作用和相互影响等。水文循环及其生态环境演化过程， 成为国际水文界倡导的创新前沿领域之一。当时， 日本十分重视， 被称为“健全的水循环系统研究”， 即“以流域为整体， 以自然变化加人类可调控的水循环方式， 将用水、治污、防洪的目标统一协调， 达到最佳利用的水循环系统”。
2001 年7 月， 在荷兰举办了第6 届国际水文科学大会。会议主要的热点问题是“环境变化与水文循环问题”， 并集中在人类活动对水循环水资源演变的影响这一问题上， 包括如何量化分析人类活动对水文水资源系统变化的影响、人类经济活动（如工农业生产活动） 产生的各种“用水” 和“调水” 行为是如何影响水循环的自然变化规律等。
到目前为止， 国际科学团体和协会共同努力， 组织各国科学界人士及专家集体研究和探讨水循环系统过程及人类活动对其的影响等问题， 已取得了显著的成效。
我国对水循环的研究， 首先集中于水资源配置的问题上， 自“六五” 时期国家科技攻关开始， 就已结合水循环的特点， 研究北方地区的水资源问题， 以及水资源配置与经济、社会和环境等各个方面的关系。在“七五” 时期， 国家攻关项目重点研究了降水―地表水―土壤水―地下水的水循环过程， 以及进行水均衡观测试验研究， 获得了华北地区地表水资源量、地下水资源量、水资源总量及水资源可利用量等评价成果。“八五” 期间， 重点攻关区域宏观经济的水资源配置； 站在社会经济的角度上， 初步考虑水资源优化配置的问题； 这一段时期， 对水循环的研究更关注于自然界的水循环过程。
直到“九五” 期间， 有关水循环的新的理论和研究方法相继出现， 成果也出现很多。
这一时期， 国家的攻关项目重点关注人与自然和谐相处的理论， 并开始重视不同尺度水循环演化与区域地下水资源演化研究。1996 年中国科学院地学部将“大陆水圈循环演化研究” 列入“21 世纪发展纲要” 中， 从战略角度确立了“大陆水循环演化” 在我国地学研究中的地位。同时， 水的自然循环和社会循环理论以及二元水循环的理论也相继提出。前者是曾维华教授在1996 年提出的， 他提出流域水环境大系统由自然循环与社会循环组成，并研究了水的自然循环和社会循环双向调控过程。他认为： 由于水的自然循环为人类提供了可利用的淡水资源与对污染物的稀释自净能力， 可通过调节水的自然循环――建坝蓄水、区外调水等， 增加水资源利用量与自净能力， 使之极大地满足水的社会循环的需要；再通过调节水的社会循环――节约用水、加大水处理强度以及减少合流制污水的溢流发生频率等， 减轻水的自然循环对社会循环的压力， 才能使水系统处于最佳状态。后者是王浩院士21 世纪初提出的， 他提出了二元水循环模式的水资源评价理论方法， 即是人类对水循环的干扰， 打破了原有天然水循环系统的规律和平衡， 使原有的水循环系统由单一的受自然主导的循环过程转变成受自然和人工共同影响、共同作用的新的水循环系统。新的水循环研究模式的提出， 强调了人类活动对自然水循环过程的影响。并且随着人类活动强度和广度的增加， 人类活动对自然水循环过程的影响会逐渐增强。
这一期间， 针对黄河断流问题， 科学技术部在1999 ～2004 年组织开展了国家重点基础研究发展计划项目“黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理” （G19990436） 研究工作， 突出了“水分在不同赋存空间中的运动， 区域土壤-植被-大气水分传输与流域产、汇流相偶合的动力学模式”， “水资源演化的非线性变化规律与河流系统功能、洪水灾害” 和“黄河流域水资源可再生性评价理论、方法和维持机理” 等重大科学问题。例如，刘昌明和孙睿（1999） 针对中国水循环与土壤-植物-大气水分能量传输生态研究的问题， 阐述了水循环研究的需求与水量转化的重要机制， 包括模式与子系统偶合的界面； 评述了水、热平衡研究若干工作， 包括农田生态系统， 干旱、半干旱区， 陆面过程模式， 遥感信息的应用以及系统偶合的尺度问题。曾维华等（2001） 从水的自然循环和社会循环的特征分析入手， 系统阐述水资源可再生能力及其影响因子， 提出水的自然再生能力和社会再生能力的概念模型； 刘昌明和郑红星（2003） 根据月降水、径流资料进行水循环要素分解， 并应用Mann-Kendall 方法分析了7 个主要的水循环要素的变化趋势， 结果表明用水量的增加、降水的减少以及径流系数的减小与黄河流域水循环的变化有着密切的关系。王浩等（2004） 在水资源的二元演化模式下提出年径流的天然-人工二元演化理论， 并在黄河中游的无定河流域进行了应用。通过对比分析无定河流域下垫面动态变化情况下的降水径流关系， 提出代表流域水保措施的水保指标面积的概念和降水径流经验模型。
此后的研究， 更加注重水循环的模型和评价体系的研究创新， 并且通过研究水循环的自然循环与社会循环或二元水循环的特点， 来探索水资源或水环境管理的途径。例如， 王浩等（2006） 通过总结现行水资源评价方法的应用现状以及发展的限制性因素， 提出适合于现代变化环境的、以“天然-人工” 二元水循环理论为指导的、以WEP-L 分布式水文模型为评价手段的层次化动态水资源评价方法。李文生（2008） 通过分析水循环的特点及其在自然界以及社会经济发展中的功能和作用， 提出健全水循环的概念并构造评价指标体系与评价模型， 提出用健全水循环综合指数来表示流域水循环状态的方法。刘家宏等（2010） 基于水循环的自然循环和社会循环特点， 勾勒出二元水循环模式的系统图景， 分析二元水循环的关键要素、平衡方程以及演变历程， 并应用建立的二元水循环模式理论，研究海河流域二元水循环十项关键要素的演化规律， 在此基础上提出海河流域的健康水循环模式及其调控方向。王浩和杨贵羽（2010） 结合“天然-人工” 二元水循环过程， 对现代环境下的流域区域水资源管理作了新的探索， 论述了在二元水循环条件下开展“以耗水（ET） 管理为核心， 七大总量控制为约束” 的水资源管理的重要性并分析其可行性。
周祖昊等（2011） 基于二元水循环理论， 提出基于流域二元水循环全过程的用水评价方法， 弥补了前人所研究的用水评价方面的不足。
国内外学者对水循环的研究较多， 如探讨某一地区的缺水问题、水资源的调控、水资源的利用等， 都取得了很大成果， 但是从基础理论的角度还存在一些不容忽视的问题。
1） 水文循环过程与其他过程或系统之间的内在联系。水体拥有健康的自然循环和社会循环过程， 对于水体净化污染物， 提高水环境承载力具有很大作用。随着人类活动的不断增加， 用水量不断增大， 用水的压力也会越来越大， 造成水循环系统紊乱， 不利于水体自净与可持续利用， 如果通过人类活动使水系统具有再生性， 即存在水再生系统， 不仅减少对自然水体的过度使用， 节省水量， 同时也促进水循环更好的运行。因此， 研究水循环系统离不开研究其与其他系统之间的关系。
2） 人类活动对区域水循环的影响。研究人类活动干扰下流域尺度的水循环模式， 包括流域土地利用、土地覆被格局变化对水文过程的影响， 流域水资源的承载能力， 水资源的调控以及数字化流域和管理模式。人类利用土地、改变土地格局， 如开发土地资源建房盖楼， 势必会改变水循环的路径， 减少水资源总量； 另外， 人类建立水资源管理模式， 可以有效地调控各地区的水量、水位， 特别是在洪涝期， 使水资源得到有效控制和利用， 使水循环系统正常运行， 不会危害人类等。因此， 研究人类活动对水循环的影响是非常重要的。
1.2.2 水代谢的研究进展
最早论述城市代谢系统的是Wolman （1965）， 他在?城市代谢?一书中提出城市代谢系统概念。城市代谢包括用来维持城市居民的生活、生产和活动的所有材料和商品， 并认为城市代谢必须是可持续的， 这样才能维持城市的发展。Peter （1999） 扩展了城市代谢的概念， 将城市代谢定义为基于资源输入与废弃物产出分析的生物系统模式。事实上， 城市代谢中所涉及的所有材料和商品并不都适合用这种“可持续的代谢” 的观点来描述。加利福尼亚大学的Hermanowicz 和Takashi （1999） 认为Wolman 描述的城市代谢的概念最适用于城市内的水循环， 从城市代谢过渡到城市水代谢， 这就是城市水代谢的雏形。丹保宪仁于21 世纪初著有多篇文章论述城市水代谢， 为城市水代谢理论奠定了基础。他提出了“水资源按用途分类并重复利用”， “供给必需水量并满足必要水质”， “用水和排水的城市要对水环境负直接责任” 的城市水代谢系统。若把城市看做一个有机系统， 则城市水系统的“水质” 污染实际上是城市物质代谢失衡的结果。并在此基础上， 通过分析近代给排水系统的局限性， 面对人口剧增、资源和能量消耗巨大的21 世纪， 阐述了对现代城市新型水环境代谢体系的基本构思， 提出了在水文大循环的体系中对水环境按“保护” 和“使用” 进行功能分区、对水资源按“质” 和“量” 合理使用的新型系统构成（丹保宪仁，2002）。Bodini 和Bondavalli （2002） 使用生态网络分析的方法研究了意大利北部的城市水代谢系统， 并发展了一个将系统分为农业、工业、家庭、服务、地下水源和河流为单位的网络模型； 并通过计算各种各样的指标来描述水资源， 如各单位的相关性、循环水、网络路径的长度和水路径的构成， 来分析该市水资源利用的可持续性， 展示了生态网络分析对于研究城市水代谢的实用性。Ringuet 和Mackenzie （2005） 与Russell 等（2006） 分别利用代谢的理念， 评价暴风等因素对于河口扰动的影响。Jenerette （2006） 通过使用水足迹系统动态学方法来研究水代谢系统。
国内也有学者在丹保宪仁所做研究的基础上， 研究水环境代谢与水环境问题的关系，如钱家忠等（2000） 从系统的观点出发， 提出地球水循环过程中地下水代谢的概念， 分析地下水的代谢过程， 建立地下水极限代谢条件方程， 进一步阐述解决水资源问题的根本出路在于最大限度地发挥水资源的恢复功能、调节功能与重复利用功能。其所研究的结果证明地下水代谢在水资源保护尤其是在发挥水资源恢复功能与调节功能中起重要作用， 在水资源保护中应当充分利用。另外， 还有一些学者将水代谢的理论和内涵运用到水系统问题中进行研究， 如宋新山等（2004） 指出水环境代谢失衡的原因， 即大量的矿石、燃料、化学合成物质输入城市后， 部分转化为产品， 部分在生产过程中以工业污水的形式排入水环境， 或以气体、颗粒物的形式进入大气环境， 随大气降水一起进入水环境， 转化为产品的部分又通过人们的消费和使用以生活污水的形式排入水环境。大量的污染物进入城市水环境， 造成城市水环境物质代谢的失衡。颜京松和王美珍（2005） 认为水资源的供需矛盾、水旱灾害威胁增大、水质污染日益加剧、地下水超量开采、地下水水位下降、水体生态系统结构和功能的失调和破坏以及忽略自然生态用水， 破坏了原有自然景观和生态平衡等问题的生态实质和根本原因是水资源代谢在时间、空间尺度上的生态滞留或耗竭， 即水环境代谢的失衡造成的城市水系统的问题。熊家晴等（2006） 分析城市水代谢系统的代谢机理， 开发了一个可以提升系统先天代谢功能的概念模型； 并研究系统内部的机制来提高水循环和水环境的承载能力； 最后， 总结出城市水环境代谢系统与人工生命系统的相应机制具有类似性质。黄志（2007） 通过分析近代城市给水排水系统的局限性， 面对人口剧增、资源和能量消耗巨大的21 世纪， 阐述了对现代城市新型水环境代谢体系的基本构思。邵田（2008） 研究了中国东部高水耗城市上海市的水环境代谢。首先通过分析上海市水环境代谢的12 项指标， 采用灰色系统模型分析的方法分析上海水环境代谢的特征和成因； 并针对农业用水总量、农业万元GDP 耗水量、工业万元GDP 用水量、工业废水排放量与工业用水量的比值、生活污水排放量5 项指标构建水环境代谢安全模型， 对上海城市化过程中水环境代谢的动态特征及水环境代谢安全状况进行分析与评价， 进而提出解决问题的途径和对策。柴莹（2009） 将水质水量综合表征方法及人口和经济规模表征方法相结合， 建立了一套科学合理的水环境承载力量化方法体系； 并开展了基于水代谢的城市水环境承载力动态仿真研究， 通过对传统城市水代谢和新型城市水代谢的特征及优劣的系统分析， 以
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