城市化的快速发展使城市出现了一系列生态环境问题,其中水资源和水环境问题最为严重,水资源问题已成为制约我国城市化进程和社会进步的主要因素,成为城市可持续发展中的瓶颈。开源、节流、水资源优化配置和加强水资源管理是解决城市生态环境问题的主要措施和有力手段。本文对城市生态环境需水理论与计算方法、城市雨水资源化利用、城市水资源优化配置以及城市水资源价值进行了研究,为城市水资源合理配置和城市水价的制定提供了决策依据和理论支持。本文以济南市为背景,主要研究内容和成果如下:(1)城市生态环境需水理论与计算方法。系统阐述了城市生态环境需水量的概念、内涵、类型与特征,将城市自然系统作为一个完整的系统来考虑其生态环境需水,重点研究了城市普遍存在的绿地系统和河湖系统需水量。利用Vague-Fuzzy评价方法将城市综合性分类,并将分类结果与城市生态环境质量指标等级相结合,确定城市生态环境需水量等级。利用基于降水量概念的城市生态环境需水量计算方法,计算区域城市的生态环境需水量等级。为城市规划和水资源优化配置提供了决策依据,也为城市雨水生态化可利用量计算提供了数据支持。(2)城市水资源系统协同理论与应用。根据城市水资源系统协同理论,重点研究了城市雨水资源开发利用和空中云水资源的开发以及陆空水资源系统的协同。在城市降水及入渗规律研究和城市集水效率影响因素分析的基础上,利用综合降雨径流系数法,通过对降雨径流过程的分析和流域径流系数的推求,分别计算城市市区和城市郊区产生的雨水径流量,从而计算出城市降雨径流总量。通过对城区日用降雨径流量和蓄水池总容积的关系分析,建立了城市降雨径流可利用量计算模型。根据调蓄计算法、水量平衡法和汛末余水全部收集法,对调蓄城市降雨径流的蓄水池有效容积进行了优化,从而推求城市雨水资源可实现潜力。探讨了空中水汽含量、降水效率和增雨潜力,并对人工增雨效果进行了评价。为城市实施水资源系统协同提供了理论指导,也为城市水资源优化配置和科学调水提供了理论支持。(3)城市水资源优化配置模型与应用。系统阐述了水资源优化配置的概念和内涵以及水资源优化配置的目标和原则,通过对水资源系统的概化和供水水源及用水优先级的确定,利用大系统优化分解协调的原理和水资源系统分析的方法,提出了水资源优化配置数学模型,并从时间上和空间上对模型求解进行了优化设计,为城市的水资源优化配置提供了较好的方法和有力的手段。通过对需水预测方法及影响因素的分析,根据指标分析法(用水定额法),分别提出了城市生活及农业需水量预测模型;利用基于Rough集理论的组合预测法对工业需水量进行预测,它是在增长比率法、线性回归法、灰色动态模型群法、模糊优选BP神经网络模型得到的四个预测结果基础上,利用Rough集理论确定不同预测方法的权重并输出最终预测值。在城市供需水量预测的基础上,对城市水资源进行了优化配置。并在雨水径流量、污水回用量和节水量预测的基础上,通过水资源供需平衡分析,最终确定城市不同规划水平年不同保证率下的调引长江水量,从而为城市水资源的优化配置和水资源价值研究提供了依据和基础数据支持。(4)系统阐述了城市水资源价值影响因素,提出了城市水资源价值评价指标体系,利用模糊可变评价理论与模型对水资源价值进行多目标模糊评价,并分别建立了城市水资源价格向量计算模型和城市分质供水水资源价格向量计算模型。通过水资源价格向量与水资源模糊评价的“向量结果”确定水资源价格。模型较好地考虑了水资源价值随水质、水量等因素变化而变化的水资源价值系统的动态性,并将水资源价格与水的用途和效益联系起来,使水资源价格更趋合理。同时,对城市实行分质供水的可行性进行了分析,并探讨了城市分质供水的模式及建设管理体制,从而有利于促进水资源优化配置目标的实现。