水資源開發(fā)利用與城市水源規(guī)劃探討

摘 要:如何利用好及保護好水資源是我國目前面臨的因境之一。對城市水資源開發(fā)利用及規(guī)劃做出探討。

關鍵詞:城市水源規(guī)劃;水資源開發(fā)利用;水資源保護

中圖分類號:X2

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)17-0008-03

1 水資源開發(fā)利用與水資源量

廣義地講，地球上的各種水體都是水資源，如海洋、冰川、地下水、河湖江川、大氣水、土壤水等。而實際上現(xiàn)階段可供人類使用的水體只有很小一部分，所以，通常把水資源理解為人類可以利用的那一部分淡水資源，即河流、湖泊中的地表和逐年可以恢復的地下水。實際上，城市水資源除了上述所提到的淡水，還應包括可利用的海水、可回用的污水等。

地球表面70%以上被水覆蓋，另外30%的陸地也有水的存在。地球上的總儲量為14億立方千米，其中淡水儲量僅占2.53%。而其中冰雪固態(tài)淡水、深層地下水、土壤水等占有很大比例，限于技術經(jīng)濟的原因，很難被直接利用。

我國是個缺水的國家，盡管河川徑流量居世界第6位，但人均徑流量僅為世界人均占有量的四分之一。全國平均年地表水資源量27115立方米，平均年地下水資源8288億立方米，扣除兩者重復部分，我國平均年水資源量為8124億立方米。

我國水量在地區(qū)分布上極不平衡，與人口、耕地的分布不相適應。長江以南地區(qū)耕地面積僅為占38%，人口占54%，而水資源占到80%;北方地區(qū)的水資源量只有全國的20%。水量在時程分配上也極不均勻，年際變化大，豐枯年水量相差較大;年內(nèi)分配不均勻，華北和東北地區(qū)每年6-9月份降水量占全年降水量的80%。因此造成我國很多地區(qū)水旱災害頻繁、水資源開發(fā)利用困難的情況。

城市水資源是指可供城市發(fā)展、人民生活和進行城市基礎設施建設利用的地表水和地下水。城市水資源是維持城市存在和發(fā)展的必不可少的必要因素。從城市發(fā)展史上看，世界上大部分的城市是傍水而建。在現(xiàn)在，世界上的大城市基本上也都沿江河和沿海分布。城市用水具有自己的一些特點:用水量大，開采相對集中，要求在較小的范圍內(nèi)獲得大量的水資源，單位面積取水強度大;水質要求嚴格，除保證生產(chǎn)的供應外，必須保證市民的身體健康，世界上由于水污染引起的疾病占全部疾病的80%;用水的連續(xù)性強，城市的各項活動不能斷水;城市用水的增長速度很快。由于上述特點，在有限的水資源條件下，用水矛盾在城市地區(qū)表現(xiàn)的格外尖銳。缺水也成為許多城市面臨的難題。一方面，人口的增長和工業(yè)的發(fā)展，使得用水量不斷增加，水的使用量的增長率是人口增長率的兩倍多，從本世紀50年代至今，世界人均淡水消耗量增加了50%，其中城市用水量所占的比重越來越大，發(fā)達國家超過70%;另一方面，給水排水設施的不足和污染的加劇，使有限的水資源量的開發(fā)利用越來越困難，目前人類已開發(fā)了54%的可利用淡水，預計到2025年將需要可利用淡水徑流量的70%。目前缺水現(xiàn)象已影響到80個國家和40%的世界人口。由于缺水，全球所有大城市21將面臨嚴重危機。

一個城市水資源量的多寡主要由城市所在區(qū)域天然條件決定的。在城市總體規(guī)劃時，應了解城市水資源總量和可開采量，這與城市用水供需平衡、確定城市發(fā)展規(guī)模、功能布局、給水工程系統(tǒng)布置都有密切關系。水資源的評價，是對水資源的數(shù)量、質量、時空分布特征和開發(fā)利用條件的分析評定，涉及到復雜的專業(yè)知識，這里只對水資源量作簡單介紹。

1.1 區(qū)域水資源

區(qū)域水資源一般由三部分組成，即:地表水、土壤水和地下水。大氣降水是總補給量，流出區(qū)域的河川徑流量、蒸散發(fā)量和地下潛流量是總排泄量，總補給量與總排泄量之差為區(qū)域的地表、土壤地下的蓄水變量，其間的相互關系，遵循區(qū)域水量平衡原理。

1.2 區(qū)域水資源總量

區(qū)域水資源總量是指由當?shù)亟邓纬傻牡乇砗偷叵庐a(chǎn)水量。在水量分析中，把河川徑流量作為地表水資源量，把地下水總補給量減去井灌、工業(yè)和生活等用水的回歸補給出量作為地下水資源量。由于地表水和地下水即相互轉化，處于統(tǒng)一的循環(huán)系統(tǒng)中。河川徑流量包括了一部分地下水排泄量，地下水被給量中又有一部分來源于地表水體，因此不能將地表水資源與地下水資源量直接相加，應扣除相互轉化的重復的水量。

1.3 區(qū)域水資源可利用量

區(qū)域水資源可利用量指經(jīng)濟上合理、技術上可能和生態(tài)環(huán)境不受破壞的前提下，最大可能被控制利用的不重復的一次性水量。它與天然水資源總量、當前的技術經(jīng)濟都有密切關系。

2 城市水源選擇

城市給水水源的廣義和狹義的概念之分。狹義的水源一般指清潔淡水，即傳統(tǒng)意義的地表水和地下水，是城市給水水源的主要選擇;廣義的水源除了上面提到的清潔淡水外，還包括海水和低質水等。在水資源短缺日益嚴重的情況，對海水和低質水的開發(fā)利用，是解決城市用水矛盾的發(fā)展方向，城市給水排水工程規(guī)劃應對此有充分考慮。

2.1 地下水

地下水具有水質清潔、水溫穩(wěn)定、分布面廣等特點。地下水是城市主要水源，若水質符合要求，一般都優(yōu)先考慮。一般情況下，開發(fā)地下水源具有以下優(yōu)點:

(1)取水條件好，取水構筑物構造簡單，便于施工和運行管理。

(2)水處理過程簡單，簡化了給水系統(tǒng)，節(jié)省投資和運行費用。

(3)便于分期修造，減少初期投資。

(4)便于靠近用戶建立水源，降低輸配管網(wǎng)的造價，提高給水系統(tǒng)的安全可靠性。

(5)自然人為因素干擾較少，便于衛(wèi)生防護和采取人防措施。

(6)水溫變幅小，冬暖夏涼，適用于冷卻和恒溫空調用水，利于節(jié)能。

2.2 地表水

地表水主要指江河、湖泊、蓄水庫等。地表水源由于受地面各種因素的影響，具有渾濁度較高、水溫變幅大、易受工農(nóng)業(yè)污染、季節(jié)性變化明顯等特點，但地表徑量大、礦化度和硬度低、含鐵錳量低。采用地表水源時，地形、地質、水文、人防、衛(wèi)生防護等方面較復雜，并且水處理工藝完備，所以投資和運行費用較大。地表水源水量充沛，常能滿足大量用水的需要，是城市給水水源的主要選擇。但多年來的環(huán)境污染，使不少地表水豐富的地區(qū)，不能用城市周圍的地表水源，造成水質型缺水。

2.3 海水

海水含鹽很高，淡化較困難，盡管技術上面有了較大的進步，但耗資巨大。由于水資源缺乏，世界上許多沿海國家開始開發(fā)利用海水。海水做為水源一般用在工業(yè)用水和生活雜用水方面，如工業(yè)冷卻、除塵、沖灰、洗滌、消防等。也有對海水進行淡化處理，作為生產(chǎn)工業(yè)用水和飲用水。海水的開發(fā)利用在我國不少城市有了較大的發(fā)展，如香港、大連、青島等都已大量利用海水。但在海水的開發(fā)利用中，海水腐蝕和海生物附著會對管道和設備造成危害。2.4 低質水

傳統(tǒng)意義的給水水源遠慮可利用的低質水源稱為邊緣水，主要指微咸水、生活污水、暴雨洪水。它們不屬于通常資源范圍的水源，而被認為污水、棄水，但在水資源缺乏地區(qū)，這些水經(jīng)過處理后可以用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水，或直接用于工業(yè)冷卻水、農(nóng)業(yè)用水以及市政用水等。

3 城市水資源保護

盡管在城市規(guī)劃時選擇水源通過水文地質勘察和經(jīng)濟技術論證，在一定時間內(nèi)，也能滿足城市用水需要，但隨著經(jīng)濟發(fā)展，用水量增長和水污染的加劇，會出現(xiàn)水源水量減少和水質惡化的情況。我國不少城市出現(xiàn)因地下水位下降、水井報廢、取水口水質污染、取水口向上游多次上移的情況。水源一旦受破壞，很難在短期內(nèi)恢復，將長期影響城市用水需求。所以在開發(fā)利用水源時，必須采取保護措施，做到利用和保護相結合。水源保護包括水質和水量兩方面。水源保護應結合城市環(huán)境進行保護，并在城市保護規(guī)劃中得以明確。

4 城市水資源利用規(guī)劃對策

人類逐水草而居，水資源對城市的形成、發(fā)展、演變具有誘導和制約作用。水資源不僅影響城市的性質、規(guī)模、而且還影響到城市的布局和發(fā)展變遷。盡管現(xiàn)代科學技術和經(jīng)濟條件可以減少城市對水資源的過于依賴，但水資源作為城市基本的物質支持要素，其重要性是不言而喻的。水資源正在取代石油而成為引起當今世界危機的主要問題。中國的水問題也到了令人觸目驚心的地步，形勢相當嚴重。解決城市缺水問題已成為中國最緊迫的任務之一。從目前情況看，如不解決這個問題，將極大地影響我國的社會經(jīng)濟穩(wěn)定、快速、健康的發(fā)展。

水是不可替代的自然資源，盡管可以再生，但開發(fā)強度超過其再生能力，就會枯竭。所以對城市水資源應進行可持續(xù)開發(fā)利用，保證人類和城市持續(xù)發(fā)展。 在城市規(guī)劃中，特別是城市給水排水工程規(guī)劃，應把握這一原則，充分認識水資源短缺這一國情，通過對水資源的優(yōu)化配置，促進城市可持續(xù)發(fā)展。

4.1 充分利用和發(fā)揮當?shù)厮Y源的優(yōu)勢和潛力

目前，全國水資源開發(fā)利用率為18%，相比較于世界的平均淡水開發(fā)利用程度的54%，我國水資源還沒有充分利用。盡管我國不少城市已經(jīng)力度很大地開發(fā)了附近的水資源，但其中多數(shù)還有相當程度的開發(fā)利用潛力。有些城市的開發(fā)利用度也不強，其水資源的開發(fā)利用潛力更大。

4.2 遠距離引水或跨流域調水、滿足水資源枯竭城市的需求

為了調整水資源分布和水土資源組合的不平衡，許多國家建造了一批長距離調水工程，有的長達400-500千米。我國現(xiàn)有一大批城市供水源工程正在計劃興建。

4.3 采用區(qū)域整體供水，滿足城市密集地區(qū)的供水需求

由于我國許多城鎮(zhèn)以往采用的是先發(fā)展，后治理的方法，造成城市化密集地區(qū)污染嚴重。因城市之間聯(lián)系緊密，城鎮(zhèn)連綿，河道上已無上下游之分，區(qū)域水問題的同質性較強。如太湖流域水環(huán)境的惡化，使得城市無法取用地表水，而地下水因多年超強開采，造成了多起地面塌陷事件。江陰、錫山等51個市鎮(zhèn)約2000平方千米范圍內(nèi)就近無法取得合格水源，因些整個區(qū)域計劃從50千米長江集體引水。區(qū)域用水可以發(fā)揮區(qū)域內(nèi)水資源的優(yōu)勢，通過整體優(yōu)化配置，發(fā)揮工程的效益規(guī)模，降低成本。

4.4 加強污水的處理回用，充實城市水源

在城市或區(qū)域范圍內(nèi)，供水排水循總是以一定的程度存在著，如利用地表水作為給水源的城市都不可避免的使用上游污水排放的殘流。城市污水水量穩(wěn)定集中，不受季節(jié)和干旱影響，若處理達到一定的標準后，將是城市穩(wěn)定的再生資源。城市污水經(jīng)過處理后，用于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)回用、城市雜用水等方面。對污水進行不同程度的處理后，送至不同需求的用戶，既可減輕污水排放對環(huán)境的影響，又可以節(jié)約水資源，節(jié)省長距離輸水的費用。中水系統(tǒng)也是污水回用的一種方式，現(xiàn)在使用比較我廣泛的是建筑中水系統(tǒng)，即把一幅或幾幅建筑物里產(chǎn)生的污水經(jīng)過適當處理后，回用于家庭洗刷、庭院綠化、沖洗廁所、空調冷卻水。

不少國家已將污水回用作為解決城市水資源不足的戰(zhàn)略性對策。美國有300多個城市實行了污水回用，并在1980年代末建立了400多個應用良好的污水灌溉系統(tǒng)。日本的污水處理廠已由單純的排放功能轉向了回用功能，其工業(yè)用水中的70%是循環(huán)使用的，僅1/4的水排入下水道。以色列把全國100%的生活污水進行再生回用，已建立了200多個污水回用系統(tǒng)。污水回用范圍十分廣泛，幾乎可回用于所有的用水領域，是可以持續(xù)開發(fā)利用的水資源，是未來的地展趨勢。

污水回用是一個系統(tǒng)工程，污水的管網(wǎng)收集、污水再生處理、回用水管網(wǎng)布置、輸配用水對象等都需要從城市面布局、功能分區(qū)及整個給水排水工程系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃來考慮。

利用海水做為淡水的替代水源，來供應工業(yè)和生活，目前海水直接淡化的費用很高，不宜普及應用。而海水做為工業(yè)冷卻水具有水源穩(wěn)定、水溫適宜、耗能低、投資少等特點，廣泛應用電廠和石油等生產(chǎn)過程，以節(jié)省大量淡水資源。在工業(yè)方面，海水還可以用做沖灰、洗滌甚至工藝用水。在生活方面，海水可用作沖刷、消防等。世界上，沿海城市非常重視海水作為部分替代水源。大連、天津、青島等城市利用海水也有很長歷史，海水用量可占工業(yè)用水量的一半以上，但開發(fā)利用的力度還不夠。香港廣泛利用海水作為沖廁、消防和空調冷卻水，要求能夠利用海水的地方都要用海水沖廁，其用水比例已達70%以上。

建設雨水水庫和雨水貯留系統(tǒng)，充實城市供水水源。暴雨洪水在(半)干旱地區(qū)出現(xiàn)的時間集中，不能被農(nóng)田和城市充分利用，且短時間的大量積水會危害城市安全。而暴雨洪水被城市排水管道收集后，經(jīng)河道排入大海。缺水城市，特別是實行雨污分流制的城市，可利用管渠將雨水水庫或貯留系統(tǒng)，一方面蓄洪調峰，減少洪澇災害;另一方面可以作為城市水源。也可以建設一些大型 的工程設施匯集、調蓄雨水。在日本，雨經(jīng)過截流池滲濾后貯留在大型地下河、地下水庫中，然后導入中水道作為城市雜用和沖洗河道用水。北京也有將住宅、商業(yè)區(qū)的屋面雨水引入地下滲井，進行天然滲濾，而后抽出使用。應當注意，初期雨水、特別是空氣污染嚴懲的城市的初期雨水含不較多污染物，在使用時應該注意。

分質供水可以做到水盡其用。如把高質量的地下水或優(yōu)質的地表水用于生活馀用，把水質稍差但符合標準的原水、再生水或海水用作工業(yè)或生活雜用水，再把經(jīng)過一定處理的回用污水用于農(nóng)業(yè)。

5 城市水資源規(guī)劃應注意的問題

鑒于水資源對城市的發(fā)展重要作用，規(guī)劃應協(xié)調各方面關系，切實保持與城市整體發(fā)展相一致，減少失誤。在規(guī)劃時，應注意下面幾個問題:

5.1 加強區(qū)域范圍內(nèi)的供水研究

由于我國水資源的開發(fā)利用缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃的管理，地方和部分往往過多地考慮自身利益的短期利益，加劇了對水資源的破壞。隨著城市化的發(fā)展和城鎮(zhèn)的密切集聚，區(qū)域、流域內(nèi)城市的相互依存性增加，跨地區(qū)河流常因上游城市污染而影響下游城市水質。規(guī)劃時應從流域和區(qū)域層次考慮問題，注意給水排水的統(tǒng)一性。特別是區(qū)域規(guī)劃，應打破行政區(qū)規(guī)和部分分割的界限，進行區(qū)域范圍內(nèi)的供水研究，選擇可靠的水源，在區(qū)域內(nèi)優(yōu)化供水系統(tǒng)。事實證明，這是最經(jīng)濟合理的解決辦法。

5.2 重視對水資源可靠性的詳細勘察和綜合評價

由于缺乏對水資源情況的認真考慮和分析，造成水源工程選址不當或工程失誤的事例時有發(fā)生。有的工程建成后，發(fā)現(xiàn)諸如水源水量不足、與農(nóng)業(yè)用水發(fā)生矛盾等情況，不得不另選水源，造成極大的浪費，阻礙了城市的發(fā)展，有些城市規(guī)劃布局時，忽視了項目對水源的影響，造成污染和破壞城市水源。如某市的一項大型石化工程，在選址時，缺乏在水方面的規(guī)劃論證，廠址坐落在城市地下水源上游，離城市水廠僅4千米;而此處的地下水位高于水廠5米。結果投資幾十億的一期工程投產(chǎn)后，造成地下水嚴重污染，水廠原水中的許多指標超過標準上千倍，造成城市用水極度緊張。該市十幾年來，花費巨大代價采取種種措施加以補救，至今也沒有完全解決。也有城市在興建水庫作水源時，規(guī)劃時缺少對水源匯水面積的詳細勘察，造成水庫蓄水量不足。更有一些城市缺乏對水體變化的預測，結果水源的水質污染環(huán)境嚴重，取水口不得不多次上移。因此，在進行城市水源利用規(guī)劃時，必須認真做好水資源可靠性的詳細勘察、綜合評價等前期工作。

5.3 應充分考慮水資源對城市規(guī)模的制約作用

我國一些地區(qū)的人均占水資源量只有300-500立方米，與國際現(xiàn)代化國家人均水1000立方米差距很大，今后新的水利工程開發(fā)實施也將更困難。因此應清醒認識我國水資源短缺的現(xiàn)實，規(guī)劃時，要合理制定城市用水標準，科學預測城市用水總量，做好城市用水供需平衡，保證城市未來發(fā)展規(guī)模和可利用的水資源相協(xié)調。在研究城市人口、建設用地、城市布局時，必須分析水資源的“門檻”對城市發(fā)展的限制。

5.4 城市的產(chǎn)業(yè)結構與布局應與當?shù)厮Y源條件相適應

城市工業(yè)用水集中，水源保證率高，對水質有一定的要求。如在缺水城市不易再發(fā)展耗水量大的工業(yè)。水資源過分緊張的地區(qū)應慎重選擇產(chǎn)來體系，合理研究產(chǎn)業(yè)區(qū)組合，尤其火電廠的建設應充分考慮水資源條件。城市水源地不宜發(fā)展旅游和水產(chǎn)養(yǎng)殖，避免水資源的破壞。

5.5 合理分配水限的水資源

防止因不合理開發(fā)利用水資源，而對下游城市用水造成威脅，減少由此引起的城市之間的種種紛爭。由于天然來水的隨機性變化較大，比較穩(wěn)定可以利用的水資源只占全部來水的一部分，所以應考慮上下游的關系，而不能把工程所在地點上的全部徑流都作為從此處引出的水量。除按現(xiàn)狀上下游用水情況來分配各城市范圍內(nèi)的水資源外，還應考慮不同地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展速度的差異所帶來的矛盾。同時，城市生活用水和工農(nóng)業(yè)用水應有合理的比例，根據(jù)工農(nóng)業(yè)發(fā)展情況，合理安排，調整比例，使之既能優(yōu)先滿足城市居民生活用水，又能合理安排好工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水。目前，有些城市還依據(jù)優(yōu)先開采地下水的原則，城市生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)都在無限制開采地下水、造成地下水源枯竭。此外，對工業(yè)自備水源的開發(fā)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃與管理，加劇了用水浪費。因此，規(guī)劃中應對地表水和地下水的開發(fā)統(tǒng)籌考慮，合理安排開發(fā)比例。

5.6 分析缺水原因，優(yōu)化解決城市缺水問題

城市缺水大致有三種類型:一種是資源型缺水，表現(xiàn)為水資源絕對數(shù)量不足，達到“開源”極限;第二種是水質型缺水，盡管城市水資源量較豐富，但由于水質污染嚴重，城市沒有合格用水;第三種是工程型缺水，因設施陳舊，或投資不足，給水排水工程設施滿足不了城市發(fā)展需要。規(guī)劃時，應針對不同的原因，提出相應的解決措施。現(xiàn)在許多城市不加強水污染控制，動輒就遠距離調水，又難以奏效。國內(nèi)外經(jīng)驗與教訓證明了遠距離調水并不是解決缺水問題的唯一辦法和最好辦法。目前，我國大部分缺水城市幾乎都有用水浪費問題，節(jié)水潛力很大。因此，首先應從城市自身解決問題，優(yōu)化城市用水結構，節(jié)約用水，走挖潛優(yōu)化、內(nèi)涵發(fā)展的道路。回用污水、海水和雨水的利用都是發(fā)展方向，在一些城市中也獲得了成功的經(jīng)驗。規(guī)劃時，應盡可能提出經(jīng)濟、有效的解決方案。

5.7 城市水源規(guī)劃應與城市總體規(guī)劃和城市長遠發(fā)展相一致

城市水源開發(fā)利用應有長遠規(guī)劃和彈性，適應市場經(jīng)濟，有利于各階段的開發(fā)利用，便于動態(tài)開發(fā)，避免被動應付。給水工程的建設周期較長，投資費用高，往往出現(xiàn)不能與城市發(fā)展同步的滯后性，規(guī)劃時應充分考慮這一特點。對規(guī)劃用地、廠站選址、設施布置等應有遠景考慮，確保城市水源規(guī)劃與建設適應城市發(fā)展的需要，如有的城市幾年內(nèi)的用水就達到遠期規(guī)劃目標，而一時又無法開辟新水源，只能限制用水。再如，有的城市，在規(guī)劃時水源水質為Ⅱ類水體，而等工程完工后，水質變成了Ⅳ類水體，結果只能重新選新取水源。