题目：人类活动对城市水环境影响的理论及应用研究

水环境是生态系统赖以生存的自然因素，水资源问题现已成为世界普遍关注的焦点，它影响与制约着现代社会的可持续发展。未来世界人口规模的膨胀和在城市地区的集中分布，将使水需求的增长聚焦于快速扩张的城市，城市化对全球和地区环境将产生巨大影响，城市自身则面临水污染加剧和水传播病的巨大挑战。在人口数量较高的发展中国家地区由于缺乏水处理设施又加剧了这种局面，中国快速增长的经济体使得环境问题十分突出。北京是我国的政治和文化中心，随着经济的快速发展和人口的飞速增长，城市用水量和排污量增加，使得水环境的自净容量已低于人类活动给水环境带来的污染负荷，人为带来的水环境障碍成了主要问题。研究人类活动对于北京市水环境的影响，有助于为区域水环境的改善和水资源的合理开发利用。采用系统分析的模型和方法对北京地区的水环境质量进行了综合评价，并在此基础上运用多元统计分析方法定量地研究了人类活动与水资源之间的相互关系，利用系统动力学方法构建城市水供需平衡模型，对未来可能的不同政策下水环境系统的演变进行了分析。论文的主要工作如下：（1）在模糊综合评价和灰色聚类方法的基础上，设计了结合两者优点的聚类权重，得到模糊-灰色耦合评价方法，应用于北京地区5大河流水系1999年主要污染指标年平均浓度值的水质评价。研究结果表明：永定河水系所有河段评价结果均为Ⅰ类水，满足相应水体功能要求。潮白河水系除怀河断面为Ⅴ类水质、潮白河下段断面表现为Ⅳ类外，其余河段均均为Ⅰ类水，满足相应水体功能要求。潮白河下游污染来源主要为城市生活污水，其次是工业污水。大清河水系除小清河以及大石河下游河段被严重污染，其余河段均满足水质功能要求。蓟运河水系上游水质为Ⅳ类或Ⅴ类，主要是因为接纳了平谷城关以及顺义部分地区废水，导致水体被严重污染。 北运河水系均不满足相应水体功能要求，表现水质大部分为Ⅴ类，污染原因是接纳了大量的北京城近郊区的城市污水。北京地区主要超标污染物类型属有机污染型，主要污染物是高锰酸盐指数、生化需氧量和氨氮，其次是挥发酚和石油类，重金属类超标现象不明显。（2）将改进的两阶段模糊法运用于北京地区主要水源地水质的综合评价，分析了2004~2006年密云水库和官厅水库2个断面的月平均数据，计算得到替代原观测值的一个全局水质指标。评价结果表明：北京水源地的各断面水质在2006年内总体水质较好，密云监测断面的水质基本在Ⅰ~Ⅲ类，而门头沟监测断面处水质为Ⅳ~Ⅴ类的时间增长，出现轻微恶化的趋势。（3）运用多元统计分析方法于人类活动对城市水质影响因素分析，分别研究了水质变化规律的时空间分布规律。首先，运用偏最小二乘回归分析了工业污染排放物与工业经济规模、工业行业结构、工业技术进步以及环境治理投资等因素之间的相互关系，选取1995~2005年的时间序列数据作为样本点，建立线性回归分析模型；其次，利用1997~2004年的一组数据，通过相关分析考察了北京市生活污水排放量与城市人口、人均国内生产总值（GDP）、居民用水量与城市污水处理率等因素之间的相关关系；最后，利用聚类分析考察了北京市18个区县水质污染在空间分布上的差异。结果表明：近年来工业污水量随着工业化发展呈下降趋势，动力主要来源于工业产业结构的调整和技术进步。生活污水量则受城市化影响经历了迅速增加的阶段，在2001年达到拐点，之后总量开始缓慢下降，但对环境的压力仍然存在。水质污染分布则大致呈现西北-东南走向，污染区域主要集中在人类活动剧烈的东南部，水体污染有向下游集中加重的趋势。（4）引入基于成分数据的预测方法和线性回归分析方法用于城市用水结构受人类活动影响的研究：利用球坐标变换的成分数据预测建模方法，对北京市未来2年用水结构做出了短期预测；运用成分数据的偏最小二乘回归建立了北京市用水结构的动态规律分析模型，分析了1990~2006年生活用水结构受城市化水平的影响规律。研究结果表明：近年来北京市用水总量保持着稳定的下降趋势，用水结构中工农业用水比例持续下降的同时，生活用水量稳步增长，这些变化与城市三次产业结构与城市化水平有着密切的关系。（5）在研究北京市水资源供需现状的基础上，采用系统动力学方法构建了城市水资源供需模型。利用系统思考中学习型组织的信息反馈回路模式，引入基于可持续发展系统生存回路的水资源供需平衡指标，采用反映供需关系紧张的水供需一次、二次平衡作为衡量地区水危机的变量。按照人口增长与人均综合用水定额不同组合下的城市水需求总量，得到未来北京市水资源供需平衡变化的四种情境，通过动态模拟，分析不同情况下满足水需求的供应方案。结果显示，北京市现有的水资源条件与城市发展需水要求还有很大距离，必须在最大限度地挖掘本地水资源之上，依靠南水北调工程等境外调水方式，才能缓解地区缺水的矛盾。