海岛海水淡化厂选址问题思考——以浙江某海岛海水淡化工程为例

发布时间:2022-12-01 11:13:19 论文编辑:vicky

本文是一篇项目管理论文,本文从海岛特征的角度出发对海水淡化厂选址问题、理论和方法进行研究,并以反渗透技术为切入点,采用文献分析法、案例分析法和专家访谈法筛选出影响海岛反渗透海水淡化厂选址的七大类18项主要因素,并构建了海岛反渗透海水淡化厂选址评价指标体系。。

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

据联合国资料显示,我国人均淡水资源占有量为世界平均水平的25%,年平均缺水量约为404亿m³,是典型的贫水国家。尤其在我国的11个沿海省份,拥有全国43.5%的人口,贡献了全国GDP的60%以上,然而其淡水资源占有量仅有全国的27%,淡水供需矛盾十分突出。淡水资源的严重短缺,也给海岛带来了地面沉降、水资源生态环境恶化、海岛生态系统破坏等生态环境问题[1]。

我国是多海岛国家,海岛总数超11000个。489个面积大于500㎡的有居民海岛中,超过50%的海岛淡水供应依赖于大陆引水和船运输水。部分海岛在经济发展过程中忽视了对地下水开采的控制和保护,造成了不可逆转的环境破坏问题[2]。与同纬度的大陆地区相比,海岛存在降水少、蒸发大、地质环境复杂、过境水源稀缺、可用径流量少、地下水存量不足、运水和大陆引水成本高等问题[3]。海水淡化具有的能耗低、原水资源丰富、稳定性高等优点,使其被世界各国公认为目前最可行和最经济的淡水取用方式[4]。

浙江省位于我国东南沿海,拥有面积500㎡以上的海岛2878个,为全国1/4(浙江省海岛分布情况见图1.1)。其中有居民居住海岛214个,占全国44%。据2020年浙江水资源公报统计,浙江省人均水资源量为1589.96m³,仅为全国平均水平的71%,而海岛地区则更低,如嵊泗县人均水资源量仅149m³,仅为全国平均水平的6.6%。近年来,随着海岛经济的快速发展,浙江海岛对淡水资源的依赖性与日俱增[5],据统计,截止到2020年底,浙江省海岛对淡水资源的需求量约为4亿立方米,供需缺口约达总淡水需求量的一半(1.9亿立方米)。

1.2国内外海水淡化发展现状

随着海水淡化技术和设备的更新迭代,海水淡化成本迅速降低,在军事、商业、居民供水领域的运用越来越广泛。目前,160余个国家已开展海水淡化技术的实际运用,全球海水淡化的产能已超1亿吨/日,21世纪以来的年平均增幅超7%。据相关文献统计,淡化水在市政、工业、农业、旅游业及军事等领域的应用日趋成熟。其中,62%的海水淡化产品水用于市政供水,缓解了超3亿人的饮水问题。从全球产能分布来看,沙特阿拉伯海水淡化水产量占全世界的20%,总规模超900万t/d,海水淡化产能位列世界第一,该国7成饮用水源来自于海水淡化。此外,中国、以色列、科威特、阿联酋等国家的海水淡化产能也位列世界前茅,并呈现出逐年递增趋势。长期以来,美国、法国、德国、西班牙、瑞士、日本及韩国等发达国家在海水淡化领域的关键技术和核心装备制造领域投入了大量的研发力量,在海水淡化的理论研究、技术研发、核心装备发明制造、工程运行管理等方面处于全球领先地位。以反渗透膜材料为例,美国的杜邦(陶氏)、通用公司和日本的东洋纺、东丽公司便占据了全球9成以上的市场份额。

1.2.1国外海水淡化发展现状

上世纪50年代以来,国外海水淡化的反渗透技术和蒸馏技术在发达国家政府的推动下取得重大技术进展,淡化成本不断下探至最初的10%。美国和日本是全球海水淡化装置研发销售的领军国家,全球市场份额占有率均为三成,韩国则凭借其价廉物美的淡化技术,在中东市场分得一杯羹。此外,淡水资源短缺现象突出的国家(如中东地区和国家、非洲国家、亚洲内陆国家等)也不断出台政策鼓励和推动海水淡化技术研发和产业发展,以期打破技术壁垒和市场垄断现状,从而推动淡化水价格的进一步下探。

第2章 相关基础理论概述

2.1 基本概念界定

2.1.1海岛及海岛的主要特征

海岛(island) , 在现代汉语中的意思是指海洋里被水环绕、面积比大陆小的陆地[49]。《联合国海洋法公约》规定,岛屿是四面环水并在高潮时高于水面的自然形成的陆地区域[50]。通俗地来说,海岛就是与大陆隔水相望,并且稳定拥有露出海平面的海中陆地。

在生物地理环境方面,海岛因陆域面积较小、隔离度较高[51]、生态系统脆弱和地质地形演化独特等特征,使其与陆地相比,生态环境更加脆弱,如果遭受破坏,恢复难度很大。如海水淡化工程建设,造成的破坏包括山体开挖、构筑物建设、废弃物排放和人类生活干扰等,有些影响对海岛生态环境来说是长期的、不可逆的。

在设施建设方面,海岛和陆地相比,其主要特征有:离岸交通不便,淡水资源较贫乏,人口规模较小,劳动力成本较高,建筑市场成熟度较低、受自然环境(气象灾害)影响大等。值得一提的是,相比于大型海岛,上述劣势在中小型海岛的表现则更为突出。

2.1.2 海水淡化的概念及技术

(1)海水淡化的概念

海水淡化是指将海水中的有机物、微生物、盐分等固体杂质去除以获得淡水的过程。当前,海水淡化的方法主要分为两大类:热法和膜法;此外,一些特定的项目也会采取溶剂萃取法的技术来进行海水物理脱盐。

(2)海水淡化技术

十八世纪六十年代,英国王室萌发了海水淡化的最初想法。然而,直到1954年,第一座海水淡化厂才于美国建成。截至目前,全世界海水淡化技术已超过20种[52];反渗透膜法(RO)、多级闪蒸法(MSF)和低温多效蒸馏法(LT-MED)是最常见的三大海水淡化技术[53],已经在全球范围内开展大规模的商业运用。其中,反渗透海水淡化技术在全球海水淡化技术运用市场的占比超过五成[54]。上述常用的三种海水淡化技术具备各自不同的优缺点,其经济性和技术性能对比情况见表2.1。

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2.2基础理论概述

2.2.1 选址理论

选址理论作为一种独立的理论,其诞生和发展的主要是为了解决人类在生产生活过程中遇到的“在给定的位置上,应该从事何种活动”“给定某项活动,应该如何选择位置”以及上述问题的推广和综合等三个方面的问题[59]。

从应用范围来看,选址理论在区域科学、地理经济学、经济学、运筹学和管理科学领域的应用和影响较为广泛。

从研究的问题来看,选址理论主要包含屠能、韦伯和克里斯塔勒三种理论[60]。屠能的选址理论主要用于解决“在给定的位置上,应该进行哪种活动”的选址问题;韦伯理论则更倾向于用来解决“给定某种活动,去选择合适的位置进行该项活动”的选址问题;而克里斯塔勒则对前面的两种理论进行了综合与延伸,更多地运用于城镇体系选址布局方面的研究。其中,关于韦伯理论应用层次方面的研究最多,即通过对韦伯模型方法的运用,来解决单设施和多设施最优选址的问题,并构建了最小成本选址理论。

从选址管理实践方面来看,从初期的农业生产活动选址、城镇布局选址、军事活动选址,到后期的工厂、零售商店、连锁商店、学校、医院、图书馆、垃圾场、消防应急救援中心等设施选址,都离不开上述三种选址理论的重要指导作用。

本文研究的海岛海水淡化厂选址属于多层次和多设施的选址问题,选址考虑的一个重要因素是实现“最小成本”。因此,本文选择韦伯理论作为海岛海水淡化厂选址的研究理论具有较好的适用性,即:给定海水淡化厂的目标,去选择合适的位置进行建设。

第3章 海岛反渗透海水淡化厂选址评价指标体系构建 ......................... 23

3.1 枸杞岛反渗透海水淡化厂选址案例分析 ................................. 23

3.1.1 选址案例概况 .......................... 23

3.1.2 选址评价经验分析 ................. 23

第4章 L岛反渗透海水淡化厂选址案例分析 .................................. 44

4.1 案例概况 ........................................ 44

4.2 案例选址评价现状分析 ....................... 44

第5章 结论与展望 ....................................... 58

5.1 结论 .............................. 58

5.2 研究展望 ........................... 58

第4章 L岛反渗透海水淡化厂选址案例分析

4.1案例概况

L岛位于浙江省W市D区北部,面积10.06平方公里,常驻人口3884人,流动人口约 300 人,是浙江省典型的“渔旅融合”产业岛。现有80吨级以上渔船107艘,制冰厂 4家,船舶修造厂2家,大黄鱼养殖企业4家,羊栖菜养殖面积近2000亩,宾馆、民宿和酒店共68家,年接待游客约16万人。L岛无过境淡水资源,目前主要通过3种方式供水,分别是水库供水、钻井供水和船运供水。岛内建有24万方和9.78万方储水量水库各1座,共有可利用水井38口,日采用量约200m³。此外,L岛每年需要通过船运调水约3.5万m³。除船运淡水外,目前岛内淡水水质均不达标,两座水库的水经处理后,重金属(锰、镁)的含量仍然超标。L岛周边海水水质较好,根据自然资源部第二海洋研究所2019年11月在L岛周边海域开展的海洋生态环境现状调查报告显示,L岛周边海域水质检测结果达《海水水质标准》(GB3097-1997)二类,达到了海水淡化原水的标准。为了解决L岛淡水资源短缺问题,D区政府拟投资建设规模为1000吨/日的反渗透海水淡化厂(一期建设规模为500吨/日),项目总用地面积3150平方米,建筑占地面积842平方米,概算投资1079.19万元。

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第5章 结论与展望

5.1结论

海水淡化作为一种战略性资源生产技术,受到了海岛等淡水资源短缺地区的高度关注。选址对于海岛海水淡化设施布局和海水淡化产业发展具有十分重要的研究意义。微观层面,选址的可靠性直接影响海岛海水淡化厂项目的直接经济效益;宏观层面,作为一种公共水资源生产设施,海岛海水淡化厂选址的问题又密切地关系着社会的方方面面;因此,海岛海水淡化厂的选址问题是工程管理的一项重要性工作。

海岛海水淡化厂选址问题是一个具有海岛特殊性、影响因素复杂(共性和个性影响因素)、限制条件较多、涉及领域广泛的多层次复杂的综合选址问题,不能够简单地套用内陆、沿海等地区的选址原则、方法和程序。

目前,国内外对于海岛地区海水淡化厂选址的相关研究还不够系统,难以有效地指导选址实践。因此,本文从海岛特征的角度出发对海水淡化厂选址问题、理论和方法进行研究,并以反渗透技术为切入点,采用文献分析法、案例分析法和专家访谈法筛选出影响海岛反渗透海水淡化厂选址的七大类18项主要因素,并构建了海岛反渗透海水淡化厂选址评价指标体系。本文的研究结论如下:

1)在国内外学者研究的基础上,全面、系统地研究分析了选址的相关理论和评价方法,对比分析各选址理论和评价方法的优缺点,结合海岛海水淡化厂选址的特点,确定本研究所采用的选址评价方法为层次分析法(AHP)-模糊综合评价法(FCE)相结合法。

2)在文献分析、案例分析和专家访谈的基础上,对海岛反渗透海水淡化厂选址现状问题进行了深入研究,梳理总结出海岛反渗透海水淡化厂选址应遵循的原则、方法和程序,详细分析了影响海岛反渗透海水淡化厂选址的共性和个性因素,然后通过德尔菲法邀请专家对影响因素进行多次筛选,并构建了一套适用于海岛地区的反渗透海水淡化厂选址评价指标体系。

3)以浙江省W市D区L岛反渗透海水淡化厂选址为例,分析原选址评价原则、方法和程序等方面存在的问题。然后运用本研究确定的选址评价指标体系和方法对案例进行评价,验证了本文构建的海岛反渗透海水淡化厂选址评价系统的科学性和实用性,为L岛反渗透海水淡化厂后期续建选址提供理论指导。

参考文献(略)