我国多数城市面临着水资源短缺与水污染的双重困扰,不合理的水资源开发利用不仅导致与加深了这一问题,而且带来一系列问题,比如资金浪费、生态环境等问题,已经影响到社会经济的可持续发展。不合理的水资源开发利用方式受传统的发展观与经济增长观影响,因此,从循环经济理念与可持续发展观出发指导城市水资源的综合开发利用研究已迫在眉睫。城市水资源要实现可持续利用,必然要重视非常规水源利用,非常规水源利用在国内尚处于起步阶段,相关的技术、规范、政策等尚不成熟。本文从可持续发展观与循环经济理念出发,提出了城市水资源可持续开发利用的原则,通过收集非常规水源利用相关文献与咨询业内专业人士,分析了目前非常规水源利用的技术经济情况与对生态环境的影响,提出了适合我国国情的非常规水源开发利用模式。应用层次分析法,从技术经济、生态环境与社会效益三方面构建了城市水资源开发利用措施综合效益评价模型,评价指标体现可持续发展观与循环经济理念。该模型为定性与定量评价各种水资源开发利用措施的综合效益提供了一种方法,为各种水源的优先开发利用次序决策提供了依据。应用该模型对节水、雨水利用、污水回用、海水淡化、长距离调水的综合效益作了定性评价;以天津市为例,对污水回用、海水淡化、长距离调水的综合效益做了定量评价,认为:污水回用的综合效益远大于后两者,天津应优先大力发展污水回用项目,海水淡化由于能耗高等问题,近期可为天津市提供的水量远小于南水北调将提供的水量,对于严重缺水的天津,海水淡化的综合效益低于南水北调。应用多目标规划法建立了城市水资源开发利用优化模型,该模型综合考虑了社会经济发展的需求、能源的节约、水环境的保护与开发利用的成本,把水污染治理成本纳入了城市水资源开发利用的综合成本中,该模型的应用使得在众多的开发利用方案中能够优选出节能、环境友好、成本低廉的方案,使城市水资源的开发利用真正实现社会、环境、资源与经济效益的统一,优化计算结果将提出各种水源组合开发利用形式与各种水源的开发利用程度。针对天津市的水资源情况与社会经济发展趋势,应用城市水资源开发利用优化模型,研究了天津市的水资源开发利用优化方案,提出了使成本、能耗、污染物排放量都较小的各种水源开发利用量。认为:天津市的现状用水水平虽然能支撑2010年的经济发展规模,但却得付出昂贵的资金与能源的代价,是一个资源浪费型的水资源利用模式,所以天津市必须加大节水力度,并调整产业结构,才能实现可持续的发展;无论是在节水、还是节水并优化产业结构的情况下,天津市都无法依靠开发当地常规水资源、引滦引黄水与非常规水源而解决缺水问题,必须结合南水北调调水,但调水量多少需综合考虑经济、资源与环境效益优化确定,根据本文的计算,规划的调水量规模偏大;.通过节水,天津市2010年的缺水量并不像规划中的大,因此,海水淡化这样高能耗的供水方式可以少量利用,而不宜大规模利用,规划中2010年达到1.5亿吨的规模偏大,它的大规模应用尚有待于能耗的降低。在非常规水源与长距离调水中,污水是应优先开发利用的,高度的污水处理率与污水回用率是天津市实现水资源可持续开发利用的必然选择。