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水是维持城市区域生态平衡的重要物质基础，城市作为人类重要的聚居场所，高强度的人类活动扰动使城市水生态系统极为脆弱，城市化发展必然引起城市水系统的变化，城市水系变化体现了人类活动对水系结构和水文过程的调控和影响，并带来不可避免的生态环境效应，产生一系列的生态环境问题，城市水生态安全问题越来越受到人们的关注。本文以济南市为例，分析了济南地表水、地下水、泉水的时空变化和演变态势，揭示了济南市水生态演变的机制和驱动因子，特别从生态需水保障和水质保障两方面分析了济南市水生态安全主要支撑条件，提出了济南市水生态安全评价指标体系并开展了水生态安全评价，进而从工程、技术和政策等方面提出了济南市水生态安全全方位调控模式。主要研究内容如下：
(1)通过分析济南水系统演变规律，阐明了城市化过程中人类活动对城市水生态安全的干扰和胁迫作用，系统分析了济南市水生态安全影响因素，为水生态系统的安全调控奠定了基础。
(2)计算了济南市河湖生态需水和满足泉水喷涌的地下水系统的生态需水。通过计算与整合，得到小清河济南段最小生态需水量为3554万m3/a，大明湖为674.6方m3/a，通过系统研究和数值模拟确定地下水生态水位为27.5m，在满足保泉条件下地下水允许开采量为26.9万t/d。
(3)采用确定性与不确定性两种方法计算小清河水环境容量，在90％保证率情况下小清河济南段水环境容量概率均值COD为7113 kg/d，NH3-N为308 kg/d；采用确定性方法计算出大明湖水环境容量COD为11498 kg/d。
(4)建立了济南市水生态安全评价的指标体系，应用基于PSR和改进AHP的综合指数方法、基于变异系数的模糊物元法两种方法进行了城市水生态安全评价，分析了济南市不同年份(2003、2005、2007)水生态安全特征及变化趋势，进而确定了影响济南市水生态安全的主要因子。
(5)基于水系网络连通性分析，筛选济南生态水系的核心区、连接区和跳板区，采用最短路优化方法，提出了保证生态安全的生态水网构建方案。采用水质水量联合控制的引清调度分析法，提出了小清河及大明湖的调度方案。采用适应性管理方式分析城市水生态安全管理策略。从而构建起保证城市水生态安全的工程、调度和政策全方位调控模式。