1.2　国内外研究进展

1.2.1　城市水源地保护研究

1.2.1.1　国外水源地保护

国外一些发达国家对城市水源地的保护工作始于19世纪中期，对城市水源地的保护主要是从以下几个方面来开展。

（1）制定严格完善的法律体系保障水源地。在法律上重视对水源地保护是国外对水源地保护的一个重要方面。加拿大于1987年颁布了《联邦水政策》，制定了水资源管理与保护的两个根本目标，分别为“保护和提高水质”和“科学高效地开发和管理水资源”（Davies JM，2003）。美国对于水环境开发利用与管理保护的立法非常丰富与完善，其主要法律为《安全饮用水法》和《清洁水法》。美国的水资源保护法律体系建立了美国联邦与州政府及其他相关部门在水源地保护工作中分工明确的管理体制，实行以地方行政区域为主、联邦与区域相结合的水源地管理模式（王伟中，2007）。

（2）水源地安全质量管理与保护方面的制度。俄罗斯政府对水资源管理实行流域综合管理制度（李蓉，2007），水源区内要求采取最经济环保的科技来对新建建筑物进行设计，在水利工程进行选择和设计时，要尽最大限度地减少对水环境安全的危害。通过资源税和排放费等途径，强制水资源使用和受益者为水利工程的建设支付一定的费用。鼓励工矿企业采用能够降低水耗量和节约水资源的现代工业设备和设施，并利用科技手段加强对雨水利用、污水回用资源化等非传统水源的利用，并改善供水管道设施，降低水资源浪费和不必要的损失，提高水资源利用率。美国也实行统一的水资源管理，包括水质、水量及水生态环境安全等各个方面的综合统一管理体制，这样使得水资源的开发利用及保护的整体属性得到了维护（巩莹，2010）。另外，美国的饮用水水源地保护计划对饮用水的划分有具体的实施指导，并在保护区划分完成后调查保护区内可能对饮用水水质安全造成影响的所有已经存在的和潜在的污染源及有危险的活动，然后利用排序或者污染分级方法指出每种风险的威胁程度，并制定出相应的污染源清单，以便采取相应的措施降低甚至解决潜在风险，最后向全体市民进行信息公开，公布最后的水源评价结果。

（3）运用经济财政手段保护水源地安全。美国对水源地权益尤其是经济利益的协调与维护十分完善（Pires M，2004）。美国《安全饮用水法》中允许各州建立饮用水循环基金计划，基金由联邦政府拨款与州政府拨款共同筹集，以帮助公共供水系统筹集饮用水供水基础设施建设所需要的费用。国外一些国家逐步使污水处理成为产业并走向市场，大力推进公私合作伙伴关系（PPP，即Public and Private and Partership），通过私人部门与公共部门合作以生产和交付公共服务的一种方法。让私人企业和资金进入到公共事业中来，可以解决一些如污染处理基础设施建设的资金不足、运营管理成本过高、运营效率低下、人力和技术资源有限以及来自行政体制的影响问题，加强对环境污染的治理与保护效率。法国通过对流域中的水污染排放征收污染排放税，确保了流域委员会的稳定充足的资金来源。另外，国外通过对水价的制定和控制，运用经济手段鼓励人们节约用水，从而减少污水产生量，以达到保护水资源的目的。日本水价实行按供水管管径和用水量累进计算水费的方法收费。

（4）饮水源地污染治理与质量评价。国外对于城市水源地的污染治理方面有着完整的污染治理体系。许多国家基本控制了点源污染对水源地的危害。发达国家对面源污染研究主要集中在对面源污染机理、污染危害程度及面源污染模拟模型的开发与应用，并根据研究结论制定出可实际操作的面源污染控制与管理方案。其中美国政府通过政策制定、税收鼓励、技术指导等途径，运用工程和非工程两种手段，对污染实施从源头控制到传播途径削减及最后的末端治理的全过程管理。非工程措施包括对农业土地实行测土施肥，合理使用农药化肥，免耕或者少耕土地，采取节水灌溉措施，减少水土与养分流失，并制定相关政策激励引导农民实行生态农业种植，从源头上减少污染的产生；工程措施主要有人工湿地技术、草地缓冲带及植被过滤带等。丹麦制定了杀虫剂与水行动规划以促进生物多样性，减少营养物质的流失。奥地利为了减少农业化肥的使用量，从1986年开始对化肥征收一定的税收。芬兰规定使用杀虫剂必须登记。国外在对水源地污染进行全面防治的同时还不断加强对水源地生态系统的环境评价，以检验各种污染控制措施的成效并迅速根据实际情况调整污染控制措施。荷兰开发了水资源管理的决策分析系统来对全国的水资源进行分析评价，该系统根据用户的不同类别进行水管理政策划分，并指出不同的管理措施对各个不同部门的影响。

1.2.1.2　国内水源地保护

我国从20世纪80年代初开始对全国河流进行水质规划研究和湖泊、水库富营养化调查。此后，逐步开始了对水源地的保护工作和研究，并先后颁布了多部法律法规，如《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《地表水环境质量标准》等，这些法律法规为饮用水源地环境保护工作提供了法律保障。其中，《中华人民共和国水污染防治法》于2008年2月28日进行了重新修订，修订后该法律进一步完善了饮用水源保护区的分级管理制度，明确规定了饮用水源保护区划定部门和争议解决机制。

技术研究方面，国内学者贺涛等利用数值模型法、类比经验法和GIS辅助法对水库型饮用水水源保护区进行了划分，对不同类型水库的饮用水源保护区划分适用性方法进行了研究（2009）。针对水污染排放、河口潮汐往复流特征和水环境特点，卢士强等利用污染物最大流动距离法确定了潮汐河口水库型水源地的保护范围（2009）。姚玲爱等对广东省茂名市重要供水水源地高州水库2009年、2010年春季发生的水华进行分析，发现该水库蓝藻水华暴发的主要原因可能是较高的水体稳定性、水温回升、氮磷营养化水平接近水华暴发阈值等（2011）。柴福鑫等构建了集城市水资源实时评价、预报、管理与调度等功能于一体，面向用水户的城市水资源实时调度与管理整体模型，并给出了水资源实时预警指标、等级、审批权限与发布流程，为城市水资源科学管理和优化调度提供了重要依据（2009）。

1.2.2　变化环境下的水文响应研究

气候变化和人类活动改变了水文循环过程，影响着水资源系统的结构与功能，将对人类的水资源开发利用带来新的挑战。基于气候变化和人类活动影响的水文响应研究对水资源规划和管理具有重要意义，许多国际重大研究计划都把水文过程对全球变化的响应研究列为重要研究领域。随着分布式水文模型的不断改进和完善，基于模型的变化环境下水文响应研究取得了长足的进步，但全球气候变化对复杂区域水文水资源的影响仍然是一个亟待解决的科学问题。

SWAT（Soil and Water Assessment Tools）是美国农业部（USDA）农业研究局（ARS）1994年开发的面向大中流域、长时间尺度的分布式流域尺度模型，可用来有效模拟流域气候变化对水文循环的影响（Arnold等，1998）。SWAT模型已经广泛应用于世界不同区域，主要针对人类活动、气候变异或其他因素对大范围降水的影响进行直接评价，或是对非点源污染关键区进行识别、对非点源污染进行模拟，或是对模型未来应用的实用性进行探测性评价，较好地满足了使用者的需要（Gassman等，2010）。SWAT模型在流域水量平衡、长期地表径流以及日平均径流模拟等方面得到了广泛应用（郝芳华等，2006）。国内大量研究采用SWAT模型模拟气候和土地利用变化对流域水文循环影响，特别是为大尺度复杂流域应用提供了基础：如海河流域（王中根等，2008；李建新等，2010）、黄河流域（李志等，2009；程磊等，2009）、淮河流域（竹磊磊等，2010）等。应用SWAT模型可以定量分析气候和土地利用变化会对流域水文的影响。在梭磨河流域应用SWAT模型对气候波动和土地覆被变化对流域径流的影响进行评价，结果表明20世纪60—90年代气候波动引起的梭磨河流域的径流变化约占3/5～4/5，而土地覆被变化引起的梭磨河流域的径流变化约占1/5（陈军锋等，2004）。在青海湖布哈河流域SWAT模型的应用研究结果证明，该流域过去几十年中气候变化是导致径流减少的主要原因（刘吉峰等，2007）。SWAT模型通过预先设计或结合其他模型模拟和评价气候变化和人类活动对流域水文循环的影响。如Stonefelt等（2000）和Fontaine（2001）的相关研究采用SWAT模型耦合气候变化情景，模拟研究CO2浓度变化等气候因子变化对植被生长以及径流量的影响。

1.2.3　水体环境容量研究

20世纪六七十年代以后，随着自然资源的耗竭和一些全球性环境事件的爆发，在全球范围内展开了关于地球承载力、环境承载力等问题的广泛讨论和研究，人们开始反思并逐步认识到人类活动与自然生态系统的相互制约、相互作用的关系。环境容量的概念正是在这种浪潮中被提出，并应用于实际的环境管理与规划之中，研究的手段也日趋多样化，其中利用计算机建立起来的水质模型的兴起使环境容量的概念从定性描述转向定量计算。1989年，美国Environmental Protection Agency（EPA）推出了QUAL2E模型。这是一维水质模型，它全面考虑了河流自净的机理，可用于预测多种污染物在水体中的衰减变化。之后，又开发出了具备进行不确定性分析功能的QUAL2E-UN-CAS模型。随着应用深化和开展，计算模型从一维发展到二维、三维乃至多维，模型涵盖的内容也越来越丰富，水动力模型、底泥释放机理、面源污染、大气污染等因素逐渐融入到环境容量计算中（许仁义，2006）。

在环境容量计算方面国内学者也做了大量研究，胡守丽等利用一维动态水动力与水质数学模型，结合浓度场叠加原理与线性优化模型，计算深圳河的环境容量，并讨论河口潮汐、排污口位置、截污能力限制等因素对环境容量的影响（2006）。向军采用二维水质模型，选择化学需氧量、氨氮作为污染指标，对柳州市柳江进行环境容量计算（2006）。袁弘任运用河流水质模型对蓄水后三峡水库水功能区的环境容量进行计算（2004）。史晓新等运用二维数学模型进行太湖环境容量动态模拟，得到了太湖环境容量总量和逐月环境容量量值（2008）。徐智廷等通过对临沂市水功能区基本情况的分析和对一维S-P水质模型的概化，建立水体中污染物排放与受纳水体水质之间的关系，在现状和规划的水质目标、设计水量、水质背景条件、排污口位置及排污口排放方式的前提下，定量分析计算水功能区的环境容量（2007）。

1.2.4　水资源脆弱性研究

自20世纪60年代Albinet和Marget提出“脆弱性”这一科学术语以来，脆弱性研究已从最初的自然灾害领域，逐步扩大到横跨资源环境和社会经济领域，特别是在20世纪90年代以来，脆弱性研究呈快速增长的趋势（Janssena，2006）。

在地表水资源脆弱性评价方面，国外大多是基于气候变化条件下水资源系统脆弱性的评价。Marc等建立了基于暴露度、敏感性和适应性的脆弱性评价指标体系，评价气候变化条件下生态系统和水资源系统的脆弱性（2005）。Mohamed A.Hamouda等采用“雷达图”法选择31个脆弱性评价指标对东尼罗河流域沿岸三个国家水资源脆弱性进行了评价（2009）。James、Troy、Clutter、Timothy、Maarten等分别就气候变化条件下，水资源系统的供需平衡、城市化地区的水安全等问题进行了相关的分析研究（2006）。国内水资源脆弱性研究目前多停留在概念和内涵探讨层面。唐国平等认为水资源脆弱性是水资源系统在气候变化、人为活动等的作用下，水资源系统的结构发生改变、水资源的数量减少和质量降低，以及由此引发的水资源供给、需求、管理的变化和旱涝等自然灾害的发生（2000）。刘绿柳等参考目前水资源脆弱性研究的成功与不足，重新定义了宏观水资源脆弱性的概念，认为水资源系统的脆弱性是水资源系统易于遭受人类活动、自然灾害威胁和损失的性质和状态，受损后难以恢复到原来状态和功能的性质。将水资源系统的脆弱性分为本质脆弱性和特殊脆弱性，由AHP法确定指标权重，定量计算了区域水资源系统的脆弱度（2002）。邹君等将地表水资源脆弱性分为自然脆弱性、人为脆弱性、承载脆弱性，选取12个评价指标采用AHP法计算了衡阳盆地7个县（市）的地表水资源脆弱度（2007）。董四方等则利用大样本数据、投影寻踪、遗传算法、插值型曲线，建立了新的评价模型——粒子群投影寻踪插值模型（2010）。段顺琼等构建了基于“压力-状态-响应”模式（PRS模式）的高原湖泊水资源脆弱性评价指标体系，并选择了18个评价指标采用集对高原湖泊水资源脆弱性进行分析评价，得出了玉溪市湖泊区2005—2007年水资源脆弱性状况（2011）；冯少辉等结合云南省水资源特征和滇中区域特点，从水循环领域、社会经济领域和生态环境领域构建了包含16个指标的滇中地区水资源脆弱性评价指标体系（2010）。