海島地區水資源短缺解決方案比較研究
----以舟山群島為例

魏 婧，鄭雄偉，馬海波

(浙江省水利水電勘測設計院，杭州 310002)

隨著國家“藍色經濟”的發力和海防建設的需要，淡水資源匱乏已成為嚴重制約我國海島開發建設和可持續發展的瓶頸。如何因地制宜、合理調配利用各種水資源，有效解決海島水資源短缺問題和確保海島供水安全迫在眉睫[1]。舟山群島具有優越的戰略區位、舉世罕見的港口岸線、豐富的海洋海島資源、扎實的海洋產業基礎、日益完善的海洋海島開發管理機制，“浙江舟山群島新區”的建設具有重要的戰略意義，但水資源供給不足是影響未來群島新區經濟社會可持續發展的主要問題之一。舟山群島無過境淡水資源，又受降水量、集水蓄水庫容、地質地形等自然條件限制，本地水資源非常有限，通過進一步開發利用本地水資源、節約用水、雨水利用、中水回用等方式增加的淡水資源仍然不能解決當地的用水矛盾，用水缺口仍然很大。選擇合理可行的供水方式增加水資源供給，為未來可持續發展提供基礎性保障，是目前群島新區亟須解決的關鍵性問題之一。

1 舟山群島水資源特點[2]

舟山群島呈低山丘陵地貌，匯流分散。淡水資源主要為河川徑流及少量的降水補給的淺層地下水。水資源總量為6.92億m3，人均水資源量618 m3，不到全國人均水平的1/3，屬資源型缺水地區。從資源開發利用的角度，舟山群島的水資源具有以下特點。

(1)降水量小蒸發量大，地面徑流形成少。舟山群島平均年降水量為900～1 400 mm，和同緯度大陸地區比較多年平均降水量偏少70～500 mm。同時多年平均水面蒸發量為900～1 200 mm，和同緯度的大陸地區比較一般大100 mm，個別大300 mm。降水少，蒸發多，形成徑流少。舟山群島多年平均年徑流深在200～500 mm之間，比大陸同緯度地區少44%。

(2)水資源年際變化幅度大，年內分配不均。水資源年際變化幅度大。以定海站降水為例(1954-2000年)，該站多年平均降水1 364 mm，實測最枯1967年全年降水628.5 mm，最豐1977年全年降水1 888.9 mm，最豐年是最枯年的3倍，且有連續豐水年和連續枯水年，如1963-1972年，連續9年的枯水周期，年降水量均小于多年平均值，平均降水1 116.9 mm。從降水的年內分配看，舟山市每年有兩個主要的集中降水期。一個為每年4-7月的梅雨期，降水一般占全年降水的35%～40%；一個為每年7月中下旬開始到10月份的臺風期，降水一般占全年降水的35%～45%。一般說來，臺風期降水量偏少更容易造成當年下半年及次年的大旱，實測的1967-1968年大旱，以及1995-1996年的大旱均屬于上述情況。

(3)地表徑流利用困難，地下水賦存條件差。舟山多為低丘陵山地，一丘一岙地形，且大多呈渾圓狀，產生的徑流向四周擴散，表現為分散的小流域特征，較難形成有效匯集利用，水資源缺乏集中開發利用價值。地下淡水水資源主要分基巖裂隙水和孔隙潛水兩類，主要靠大氣降水直接或間接補給。舟山群島主要為中生代火山活動產物及古老變質巖系構成的丘陵，風化層不發育，土壤覆蓋淺，植被稀疏，巖石堅硬，地面切割微弱，裂隙不發育，地下水賦存條件差，地下水水資源非常貧乏。一遇連續干旱，地下水隨地表水的干涸迅速枯竭。地下水不具備大規模、大面積開發利用的條件，一般只能滿足小型、分散的開采利用，且開采困難。

2 舟山群島近年缺水情況

歷來干旱缺水是舟山市主要的自然災害，并造成了巨大的經濟損失。1994-1996年連續三年發生干旱缺水， 184座小(2)型以上水庫有160座干涸，1 300余座山塘、池塘干裂。由于水荒，全市工業企業處于停產、半停產狀態，旅游旺季游客銳減，漁(農)業大幅減產，各行業均遭受不同程度的損失。為解決居民生活和國防用水，舟山市政府動用萬噸輪船到上海長江口和寧波裝運淡水，單方水成本達到15～17元[3]。

2003年舟山市遭遇了嚴重干旱，舟山各地發生的實際旱情，超過了歷史大旱之年1967年。是年氣候異常，梅汛期短，梅雨量少，出梅以后持續高溫少雨，蒸發量大，既無較強的臺風降雨，也少雷陣雨天氣。從4月起連續6個月，降水量比常年同期偏少50%左右，且蒸發量明顯大于降水量，造成夏秋連旱。根據舟山市50 a的歷史氣象資料分析，2003年的年降水量除定海區略多于1967年，為歷史次低外，其余3縣區降水量均創當地氣象臺建站以來最低紀錄，35 ℃以上高溫日數達到13 d，蒸發量比1967年多100 mm以上。全市飲水困難人數63.9萬人，占全市人口的65%以上，556座水庫、山塘干涸，部分河道干枯。雖然已建成的舟山市大陸引水一期工程滿負荷運行，舟山市區供水仍然緊張。

2011年，舟山市降水持續偏少。根據定海基準氣象站統計，定海測站1-4月總降水量為164.6 mm，僅為常年的43%，2010年的32%。據統計，舟山本島4月29日供水水庫庫容為1 576.8萬m3，僅占可蓄水量的27.3%。部分島嶼居民用水依靠船運淡水和海水淡化。5月27日，舟山全市范圍內啟動抗旱Ⅱ級應急響應，采取定時減壓供水、定時供水的措施，緩解用水壓力。舟山市制定了“先生活后生產”“農業讓水”的原則，應對干旱對居民生活帶來的影響。干旱對舟山市旅游業也產生了較大程度的影響。

3 缺水解決方案

跨流域調水和海水淡化均為解決舟山群島水資源供給不足的有效方式。為解決舟山群島缺水問題，舟山市陸續實施了兩項跨流域調水工程----舟山市大陸引水一期工程和舟山市大陸引水二期工程。舟山市大陸引水一期工程取水口設在寧波姚江大閘上游的姚江河道，于1998年開工建設，2003年建成通水，引水規模為1 m3/s，年平均引水量2 160萬m3。一期工程的實施對舟山市水資源短缺問題起到了一定的緩解作用。在建的舟山大陸引水二期工程取水口仍然設在姚江河道，引水規模為2.8 m3/ s，年平均引水量6 000萬m3，目前主體工程已基本完成。擬建的舟山市大陸引水三期工程引水規模為1.2 m3/s，年平均引水量2 590萬m3。

海水淡化作為水資源增量技術，具有占地少、水質好、供給穩定、規模靈活和水安全保障度高等優勢，在國內外一些海島地區得到廣泛的應用并逐漸發展成為解決海島地區水資源短缺和保障海島水資源安全的重要途徑[4]。從1997年10月嵊山建立了全國第一座500 t級反滲透海水淡化示范工程至今，舟山市共建有11座海水淡化廠，總規模達到5.35萬t/d。隨著海水淡化廠建設規模的逐漸增大，淡化海水在舟山市的供水比例逐漸增加。2010年舟山市海水淡化供水量481.2萬m3，占總供水量13 707萬m3的3.5%。2005-2010年各海水淡化廠詳細供水情況見表1。

4 方案比較分析

本文以舟山市大陸引水工程和舟山市普陀區六橫鎮10萬t/d海水淡化與綜合利用產業化一期工程為基礎，對大陸引水和海水淡化工程就技術可靠性、經濟可行性、區域環境影響、供水安全性、節能減排等各方面作比較，在此基礎上提出舟山群島新區未來發展用水問題的推薦解決方案[6]。六橫鎮10萬t/d海水淡化與綜合利用產業化項目由10個海水淡化機組組成，單機產水量為1萬t/d。項目全部建成投產后可日產淡化水10萬t，年產淡化水3 300萬t。項目分期建設，一期工程規模為2萬t/d，年產淡化水660萬t[5]。

4.1 技術比較

大陸引水三期工程取水口設在寧波姚江閘上的姚江河道，跨海段輸水線路入海管線全程在海上通過，管線從鎮海區新泓口圍墾工程起，穿越東順堤后下海，布置在一、二期管線北側，避開蟹浦至馬目海底光纜，沿東北方向穿過灰鱉洋，至西堠山西北，出海口位置選在馬目山西北桃花涂外海堤處，再接入黃金灣調節水庫。其受西堠門深槽及菰茨槽區尾稍的影響小，區域海底穩定性滿足輸水管道布置要求。國內對于長距離、跨海的引水工程已具備較強的技術、裝備施工力量，同時舟山市大陸引水一、二期工程的成功實施為本項目提供了豐富的工程經驗。

表1 2005-2010年舟山市海水淡化廠年供水情況表 萬m3

六橫鎮10萬t/d海水淡化工程采用反滲透技術，整個工程由海水預處理系統和反滲透海水淡化系統組成，工藝比較先進，其中反滲透海水淡化系統由10個機組組成，單機產水量為1萬t/d。反滲透海水淡化技術比較可靠成熟，截止2010 年底，國內建成海水淡化裝置70 余套，設計淡化水產能60萬t/d；在建裝置5 套，設計淡化水產能26萬t/d。其中，反滲透法占總產能的66%，滲透海水淡化技術得到較快發展。浙江省是國內最早開展反滲透海水淡化研究和應用的省份，在反滲透海水淡化系統流域擁有國內一流的科研實力。

從技術上比較，大陸引水工程和海水淡化工程在技術方面均比較成熟可靠。

4.2 經濟比較

(1)年運行費。大陸引水工程年運行費主要包括修理費、工資及福利費、抽水電費、庫區維護費、水資源費和其他費用。大陸引水工程一、二、三期合計年平均供水量為10 750萬m3。年運行費合計13 109萬元，單方水運行費為1.22元/m3。

海水淡化工程年運行費主要包括修理費、工資及福利費、藥劑費、電費等。海水淡化工程年供水量660萬m3，年運行費合計2 119萬元。單方水運行費為3.21元/m3。

大陸引水工程單方水年運行費為1.22元/m3，海水淡化工程單方水年運行費為3.21元/m3，二者相差2.13元/m3，大陸引水工程由于具有規模優勢，單方水年運行費較低(見表2)。

表2 海水淡化單位運行費用計算表 元/m3

(2)供水成本。舟山大陸引水一期工程靜態總投資29 257萬元；二期工程靜態總投資141 670萬元；三期工程靜態總投資265 165萬元，合計靜態總投資436 092萬元。正常運行期總成本費用26 578萬元，供水量10 750萬m3，單位供水成本為2.47 元/m3。大陸引水為原水，若作為生活用水需經水廠進一步凈化殺菌處理后，方可供自來水管網，為進行同等比較，此處增加單方水制水成本0.5元/m3(包含水廠建設費用)，平均成本水價為2.97元/m3。

以六橫島海水淡化一期工程為例，計算海水淡化工程的成本水價。六橫島海水淡化一期工程年供水量660萬m3，靜態總投資16 889萬元，正常運行期總成本費用3 371萬元，單位供水成本為5.11元/m3。

大陸引水工程平均成本水價為2.97元/m3，海水淡化工程成本水價為5.11元/m3，二者差值為2.14元/m3，大陸引水供水成本較低。

(3)財務水價。按照項目資本金比例為56.88%，全部投資內部收益率3.20%的條件下，舟山市大陸引水三期工程測算的財務水價3.2元/t，加上單方水制水成本0.5元/m3(包含水廠建設費用)，綜合財務水價為3.7元/t。

海水淡化工程測算的財務水價為5.75元/t，較引水方案高2.05 元/t。

4.3 環境影響比較

大陸引水工程海上段管道施工采用敷管船敷埋法，工程區附近海域出現的海洋生物為習見種，無珍稀名貴物種出現。海上段施工時間較短，施工時底棲生物有所損失，但由于海域寬闊，生物具有活動性，因此人類活動的干擾不會根本性改變海洋生物的覓食及活動規律。施工結束后，在施工區海域形成新的生態平衡。工程取水口位于姚江閘址上游的姚江河道，其引水水源是作為浙東引水工程的組成部分進行多水資源優化配置后的復合水源。姚江流域多年平均年徑流量14.7億m3(46.6 m3/s)，大陸引水工程設計引水流量5 m3/s，占姚江多年平均流量的10.7%。工程建成后，姚江閘址下游水量有一定幅度的減少，但對姚江閘址下游水文情勢沒有明顯的改變。隨著浙東引水工程的建成運行，實施錢塘江對姚江流域的補水，舟山市大陸引水對姚江的水文情勢影響將進一步減小。

六橫海水淡化工程直接通過管道抽取海水，在此過程中體形較大的海洋生物會因泵的吸力或者不慎卡在取水管濾網上而死亡，而通過濾網的浮游生物、魚卵或一些小魚等, 則會在海水淡化過程中死亡。海水淡化過程中，過濾器、蒸發器與膜組件都需要定期清洗。清洗過程采用物理沖洗或酸堿等化學清洗劑清洗，清洗廢液的排放也會造成海洋環境的污染，進而影響海洋生物的生存狀態。排放水的平均含鹽量為45 000～48 000 mg/ L，而水溫會比取水口的海水溫度高1～2 ℃，而該處海水含鹽量28 000～30 000 mg/L，排放水的含鹽度和溫度會影響生物的新陳代謝，甚至使生物群落發生改變，破壞海洋生物的棲息環境[7,8]。反滲透海水淡化過程中會產生反滲透濃鹽水、反滲透系統沖洗水、反滲透清洗廢水等外排水，現行的海水淡化方法水回收率較低，60%的進料海水經濃縮后排放至海洋。濃鹽水的組成中，殺菌劑、混凝劑、阻垢劑、緩蝕劑、消泡劑、還原劑、酸堿等化學藥劑的排放是影響海洋環境的關鍵因素。

此外，海水淡化除去海水中以鹽的形式存在的弱堿性物質, 使得淡化水呈酸性(pH值通常為5～7)。如果直接進入供水系統，會侵蝕供水系統, 加速供水系統老化。另外, 強酸性的水容易導致供水管網的鐵等重金屬含量升高[9-11]。

從環境影響方面比較，大陸引水方案環境影響較小，海水淡化工程對環境有著直接或潛在的不利影響。

4.4 供水安全性比較

供水安全性比較從取水水量保障、原水水質、產水水質3個方面進行分析。

(1)水量保障。浙東引水工程建成后，浙東地區將形成統一的水資源配置網絡，統一調配水資源，實現水資源質和量的優化調配。目前浙東引水工程大部分已實施，并已開展試通水，舟山大陸引水工程作為浙東引水工程的重要組成部分，隨著寧波引曹南線工程的實施，舟山大陸引水的水資源量將進一步得到保障。海水淡化原水直接取自海水，除了臺風、赤潮(部分地區)等因素的短時間影響外，不受區域性干旱因素的影響，抗旱災風險性較強，水量有充分保障。

(2)原水水質。舟山市大陸引水主要取水水源為浙東引水工程的復合水源，由錢塘江、曹娥江、姚江3個水系的水混合而成，現狀富春江水質主要為Ⅱ～Ⅲ類，曹娥江水質為Ⅲ類，姚江水質基本為Ⅲ類，經過復合水源配置后，姚江水質在現狀排污的情況下，基本會保持Ⅲ類水。隨著浙東引水工程的實施，姚江水質將進一步得到保障。根據環保部門海水水質監測數據，舟山海域已無一類海水，主要超標項目為無機氮。反滲透海水淡化系統進水水質要求符合《海水水質標準》規定的一類海水要求，因此需要加強海水預處理。

(3)產水水質。大陸引水工程的原水經過凈水廠處理后，產水水質能符合《生活飲用水衛生標準》和《生活飲用水衛生規范》。海水淡化水具有潔凈、高純度和供給穩定的特點，是安全可靠的高品位水源，產水水質更符合上述標準和規范，可直接作為飲用水。但是，海水淡化的原水中含有多種海洋微生物、藻類和細菌，在處理過程中，因為工藝需要而加入的多種化學藥劑或生物藥劑，可能導致淡化水中含有多種現行水質標準控制之外的生物或化學污染物。

4.5 能耗、節能減排比較

國務院2012年8月印發的《節能減排“十二五”規劃》指出：隨著工業化、城鎮化進程加快和消費結構升級，我國能源需求呈剛性增長，受國內資源保障能力和環境容量制約，我國經濟社會發展面臨的資源環境瓶頸約束更加突出，節能減排工作難度不斷加大。要充分認識節能減排的極端重要性和緊迫性，增強憂患意識和危機意識，抓住機遇，大力推進節能減排，促進經濟社會發展與資源環境相協調，切實增強可持續發展能力。

大陸引水工程在建設期主要消耗的能源為柴油、汽油和電力等。在運行期主要是為運行維護壩區和輸水工程各種閘門消耗的柴油和電力以及取水泵站、加壓泵站負荷用電、管理用電等能源。根據大陸引水工程燃料動力費測算，平均單方水能耗為0.6 kWh。工程不存在能耗過大的建筑物和設備，項目的建設和運行期亦不會消耗大量能源，能源消耗總量相對合理，不會對當地能源消耗結構及能源利用產生不利影響。

與傳統的供水方式相比，海水淡化是高耗能產業。目前絕大多數的海水淡化依賴傳統能源, 海水淡化工程不可避免的需消耗大量的能源，在當前全球原材料、能源價格持續走高的形勢下, 淡化水的價格很難大幅度下調。工程產水能耗為3.5 kWh/m3，10萬t/d的海水淡化工程日均消耗電量約35萬kWh，年消耗電量接近1.28億kWh，按照舟山市現行電價0.843 元/0.6 kWh計，僅電費一項年運行費用就達到1.077 億元，運行費用非常高昂。對與海島地區來說，不僅水資源是稀缺資源，電力也是非常稀缺珍貴的資源，若建設專門的海水淡化配套供電設施，投資還要增加。

4.6 產業拉動作用比較

調水工程的建設對相關產業有較明顯的拉動作用，能有效地帶動和促進建材、冶金、機械等產業的發展，并提供就業機會。 據估算，萬元水利投入可創造約1.0～1.2個人年的就業機會。實施調水工程，對GDP增長將產生直接拉動作用；同時可以相應增加工程建設設備和建筑材料等產品的需求，并進一步刺激相關上游產業和關聯產品的發展；而且投資會有40%以上轉化為消費，工程投資對經濟增長的影響將進一步放大[12]。

調水工程對相關產業的拉動力度是海水淡化所不及的。目前海水淡化廠主要是設備投資，且海水淡化設備大多是進口，對擴大內需、拉動相關產業發展的作用較小。

5 結 語

通過對舟山市大陸引水工程和舟山市普陀區六橫鎮10萬t/d海水淡化與綜合利用產業化一期工程為基礎，對大陸引水和海水淡化工程就技術可靠性、經濟可行性、區域環境影響、供水安全性、能耗及產業拉動等各方面進行了比較分析，認為：兩種解決方案作為解決海島缺水問題的有效途徑，在技術上均可靠成熟；大陸引水工程一次性投資大，但年運行費較低，從經濟角度及環境影響角度比較，大陸引水工程的規模優勢及環保效應較為明顯，而海水淡化目前主要靠政府補貼才得以正常運行；供水安全性方面，兩者水量及產水水質均可得到保障，但在居民可接受程度上海水淡化水不如天然水；此外，在節能減排和產業拉動方面，大陸引水具有一定的優勢。

因此，將海水淡化作為解決舟山群島供水缺口的主要水源，條件尚不成熟。一是海水淡化供水成本相對本地水資源開發和大陸引水沒有比較優勢，水價難以被市場廣泛接受；二是舟山各島的供水水源主要由當地水源工程和大陸引水工程構成，已具備一定的供水保證率，缺水量在不同年份之間變化很大，因此不利于大規模海水淡化裝置運行效益的發揮。從長遠看，隨著水資源供需矛盾的加劇，海水淡化技術的進步和制水成本的逐步下降，海水淡化作為補充水源，將成為緩解海島和沿海地區水資源供需矛盾的有效途徑之一[13]。

綜合上述分析，提出舟山群島解決缺水問題的推薦方案為：舟山本島、岱山島等主要大島在充分利用 本地水的基礎上實施大陸引水工程，利用大陸引水的規模效益滿足當地居民生活及生產用水需求，海水淡化作為適當補充；其他邊遠小島由于水資源極度貧乏且開發條件很差，目前供水成本已接近海水淡化，且常年處于缺水狀態，因此，海水淡化對解決或緩解這些小島的缺水矛盾可以發揮重要的作用；沿海大型火電廠及其他特殊產業可直接利用海水及淡化水滿足其用水需求。

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[1] 陳國偉.浙江省海島地區供水配置探討[J].水利規劃與設計,2006,(1):19-22.

[2] 浙江省水利水電勘測設計院.浙江省舟山市大陸引水三期工程水資源論證報告書[R]. 杭州：浙江省水利水電勘測設計院,2015.

[3] 《舟山市水利志》編纂委員會.舟山市水利志[M].北京:中華書局,2006.

[4] 王曉麗,初喜章,單 科，等.我國海島發展海水淡化產業前景和戰略對策分析[J].中國農村水利水電,2014,(10):96-100.

[5] 浙江省舟山市普陀區六橫鎮10萬t/日海水淡化與綜合利用產業化一期工程可行性研究報告[R]. 杭州：杭州水處理技術研究開發中心有限公司,2009.

[6] 郝艷萍.山東海水淡化與跨流域調水工程之比較[J].海洋開發與管理,2005,(1):107-110.

[7] 王曉萌,劉學海,梁生康,等.海水淡化排海濃鹽水對膠州灣鹽度分布影響[J].海洋學報,2009,31(1):44-51.

[8] 黃逸君,陳全震,曾江寧,等. 海水淡化排放的高鹽廢水對海洋生態環境的影響[J].海洋學研究,2009,27(3):103-110.

[9] 王 洋.給水管網鐵穩定特性及控制技術研究[D].北京:清華大學,2009.

[10] 王 洋,牛璋彬,張曉健,等.水源更換對給水管網水質的影響研究[J].環境科學, 2007,28(10):2 276-2 279.

[11] 袁朋飛,李 冬,姜 松,等.海水淡化水與地表水聯合供水地區市政管網水質變化研究[J].水處理技術,2012,38(5):15-18.

[12] 黃 河,謝文靜.水利部發展研究中心《參閱報告》之三:海水淡化與調水工程的比較分析[EB/OL].www.waterinfo.com,2005-03-22.

[13] 陳康翔,錢德雪. 海水淡化在舟山海島地區的適用性分析[J]. 浙江水利科技,2006,(5):11-14.