淮河流域及山東半島海水利用現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)策

郭 風(fēng), 楊 彥, 郭有智, 劉利萍, 姚文鋒, 于 璐

(1.河海大學(xué) 海水淡化與非常規(guī)水資源開(kāi)發(fā)利用研究中心，南京 211100； 2.江蘇省非常規(guī)水源開(kāi)發(fā)及利用工程技術(shù)研究中心，南京 211100； 3.淮河水利委員會(huì) 綜合事業(yè)發(fā)展中心，安徽 蚌埠 233001； 4.水利部南水北調(diào)規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局，北京 100038)

1 概 述

“水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基”，是影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化特征的重要內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力和制約因素之一。淡水資源緊缺現(xiàn)已成為全球性的危機(jī)。為解決這一問(wèn)題，全球許多國(guó)家和地區(qū)實(shí)行了開(kāi)源與節(jié)約并重的方針。在沿海地區(qū)，海水利用作為解決區(qū)域水資源危機(jī)的戰(zhàn)略舉措，愈來(lái)愈受到各國(guó)的高度重視。

淮河流域人口眾多，人均水資源占有量為全國(guó)平均的21%[1]，同時(shí)該區(qū)域水污染嚴(yán)重，屬于水質(zhì)型和資源型缺水地區(qū)。從現(xiàn)狀年水資源開(kāi)發(fā)利用及未來(lái)的水資源供需形勢(shì)來(lái)看，淮河流域沿海地區(qū)仍存在嚴(yán)峻的水資源短缺問(wèn)題，部分城市現(xiàn)有水資源難以滿(mǎn)足用水需求。隨著山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)戰(zhàn)略、江蘇沿海開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的深入實(shí)施，區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展加速，供水安全保障面臨的壓力越來(lái)越大，迫切需要多途徑供水。據(jù)分析，到2030年，在50%(平水年份)、75%(中等干旱年份)、90%(干旱年份)保證率下，淮河流域缺水量將分別達(dá)到65×108，130×108和190×108m3[2]。同時(shí)淮河流域及山東半島區(qū)域海岸線漫長(zhǎng)，海水利用條件優(yōu)越，可作為水資源的重要補(bǔ)充和戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備，是極端條件下提高供水安全的重大戰(zhàn)略舉措。

2 我國(guó)海水利用概況

節(jié)水創(chuàng)新是引領(lǐng)濱海地區(qū)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)的內(nèi)在要求，水資源稟賦條件決定了解決水資源短缺矛盾的根本性出路是開(kāi)辟淡化海水、發(fā)展海水直接利用作為新水源。大力發(fā)展海水利用，是深入貫徹“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水方針和“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”基調(diào)、建立起促進(jìn)人水和諧的長(zhǎng)效機(jī)制，實(shí)現(xiàn)水問(wèn)題標(biāo)本兼治的重要舉措。

海水利用包括海水淡化、海水直接利用(海水冷卻、大生活用海水、海水脫硫)和海水化學(xué)資源利用，本文主要研究前二者。近年來(lái)，黨和國(guó)家高度重視海水利用，先后出臺(tái)了《全國(guó)海水利用“十三五”規(guī)劃》《海島海水淡化工程實(shí)施方案》等文件。截至2017年底，除香港、澳門(mén)特別行政區(qū)和臺(tái)灣省外，全國(guó)已建成海水淡化工程136個(gè)，工程規(guī)模119×104m3/d，年冷卻用海水量達(dá)1 345×108m3，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的萬(wàn)噸級(jí)海水淡化技術(shù)，開(kāi)展10萬(wàn)噸級(jí)海水循環(huán)冷卻技術(shù)的示范應(yīng)用，發(fā)布實(shí)施132項(xiàng)海水利用國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3]。同時(shí)實(shí)施了“以電補(bǔ)水”、“供電價(jià)格優(yōu)惠”等政策，探索建立海水淡化循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)園區(qū)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”海水淡化供水、控制用水指標(biāo)促進(jìn)海水淡化應(yīng)用、PPP模式[4]。

3 淮河流域海水利用現(xiàn)狀

淮河流域海水利用經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，社會(huì)對(duì)海水利用的認(rèn)識(shí)逐步提高，利用規(guī)模不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平穩(wěn)步提升，取得了一定成績(jī)，并積累了一系列管理經(jīng)驗(yàn)，形成了系統(tǒng)的管理體系。目前，淮河流域沿海各市基本都遵照國(guó)家及省相關(guān)要求確定海水利用管理體制與模式。一般由發(fā)改部門(mén)牽頭，海洋、住建、水利、環(huán)保、工信、財(cái)政、稅務(wù)等有關(guān)部門(mén)參與，發(fā)改部門(mén)負(fù)責(zé)綜合協(xié)調(diào)和指導(dǎo)推動(dòng)，視情況安排不同的部門(mén)具體落實(shí)，其中青島市主要由城市管理局和經(jīng)信委落實(shí)。鹽城市成立鹽城新能源淡化海水產(chǎn)業(yè)示范園管委會(huì)，負(fù)責(zé)落實(shí)海水淡化相關(guān)政策、服務(wù)企業(yè)、加快市場(chǎng)推廣[5]。

3.1 海水直接利用現(xiàn)狀

3.1.1 工程規(guī)模

近年來(lái)，淮河流域海水直接利用總體規(guī)模不斷增長(zhǎng)(圖1)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2017年淮河流域已建海水直接利用工程近30處，年利用規(guī)模158×108m3，主要分布在火核電、化工、鋼鐵等行業(yè)。海水主要作為工業(yè)冷卻水，占總利用量的92%，其中火(核)電企業(yè)海水冷卻用量占比達(dá)95%。隨著技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的海水冷卻工程采用循環(huán)冷卻工藝，循環(huán)冷卻年利用規(guī)模達(dá)1.73×108m3。此外，還有少部分其他方面的利用，如海水脫硫，利用量達(dá)11.1×108m3；海水沖廁，現(xiàn)已在青島南姜小區(qū)建立了示范工程。海水直接利用用途分析見(jiàn)圖2。

圖1 淮河流域海水直接利用規(guī)模增長(zhǎng)圖Fig.1 Capacity growth of seawater utilization in Huaihe River Basin

圖2 淮河流域海水直接利用用途分析Fig.2 Industry sectors with seawater utilization in Huaihe River Basin

3.1.2 區(qū)域分布

淮河流域除東營(yíng)外的9個(gè)沿海城市均有海水直接利用工程分布(圖3)，尤以煙臺(tái)、青島、連云港、日照、南通整體利用規(guī)模較大。目前，流域最大項(xiàng)目是連云港田灣核電站海水冷卻工程，規(guī)模為700×104m3/d。

圖3 淮河流域海水直接利用區(qū)域分布圖Fig.3 Output capacities of seawater utilization for coastal cities in Huaihe River Basin

3.2 海水淡化利用現(xiàn)狀

3.2.1 工程規(guī)模

近年來(lái)，淮河流域海水淡化規(guī)模增長(zhǎng)較快。至2017年底，已建成海水淡化工程37座，工程規(guī)模28.5×104m3/d(圖4)。目前，流域已建成最大海水淡化工程規(guī)模為10×104m3/d，即百發(fā)海水淡化廠和董家口鋼鐵基地海水淡化廠，均位于青島市。

圖4 淮河流域海水淡化利用規(guī)模增長(zhǎng)圖Fig.4 Capacity growth of seawater desalination in Huaihe River Basin

3.2.2 區(qū)域分布

至2017年底，淮河流域僅青島、煙臺(tái)、威海、濰坊、鹽城、連云港建有海水淡化工程，主要位于水資源嚴(yán)重短缺的沿海城市和海島，尤以青島市利用規(guī)模最大，占流域總規(guī)模的81.7%。鹽城市是江蘇省唯一建有千噸級(jí)海水淡化工程的城市，也是國(guó)家第二批海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展試點(diǎn)城市，占流域總利用量的1.79%(圖5)。

3.2.3 淡化水用途

淮河流域海水淡化工程產(chǎn)水的終端用戶(hù)主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)為工業(yè)用水，用于電力、石油和化工及鋼鐵等高耗水行業(yè)，如董家口鋼鐵基地、黃島電廠等，其利用規(guī)模為16.6×104m3/d，規(guī)模占比為58.1%；另一類(lèi)為市政供水，如青島市和煙臺(tái)長(zhǎng)島縣等城市和海島飲用水，工程規(guī)模達(dá)11.6×104m3/d，占比40.6%。此外，還有少量用于試驗(yàn)、港務(wù)等其他用水，工程規(guī)模占比為1.43%(圖6)。2013年以來(lái)，淮河流域尤其山東半島連年干旱，部分區(qū)域?qū)嵤┫迺r(shí)供水。期間海水淡化水被地方政府如青島市作為緊急備用水源，發(fā)揮了重要的應(yīng)急調(diào)峰和戰(zhàn)略保障作用，為地區(qū)供水安全做出重要貢獻(xiàn)。

圖5 淮河流域沿海城市海水淡化工程分布圖Fig.5 Output capacities of seawater desalination for coastal cities in Huaihe River Basin

圖6 淮河流域海水淡化工程產(chǎn)水用途統(tǒng)計(jì)Fig.6 Industry sectors with seawater desalination in Huaihe River Basin

在實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)工程產(chǎn)水用途不同，海水淡化工程投產(chǎn)情況各異。海島居民用海水淡化工程，因不同年份降水量存在差異，多根據(jù)居民需水量調(diào)節(jié)產(chǎn)水量；工業(yè)用海水淡化工程，其實(shí)際產(chǎn)水量可達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模的60%～70%；為城市市政供水的海水淡化工程，積極與海水淡化水接收用戶(hù)對(duì)接，通過(guò)開(kāi)發(fā)多目標(biāo)用戶(hù)、加快建設(shè)海水淡化輸水管道等，提高海水淡化水的輸送與應(yīng)用，實(shí)際產(chǎn)水量有所提高。

3.2.4 技術(shù)工藝

反滲透(RO)、多效蒸餾(MED)和多級(jí)閃蒸(MSF)是目前全球三大主流淡化技術(shù)。其中，RO工藝因分離效率高、操作簡(jiǎn)單、投資運(yùn)行成本經(jīng)濟(jì)、易模塊化設(shè)計(jì)、規(guī)模易于擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，占據(jù)全球市場(chǎng)規(guī)模的60%，淮河流域現(xiàn)有工程也多采用該工藝，利用規(guī)模28.2×104m3/d，占總規(guī)模的98.9%；低溫多效蒸發(fā)(MED)、機(jī)械蒸汽壓縮(MVC)的規(guī)模占比分別為1.09%、0.02%。

3.3 海水利用典型工程與投資

淮河流域典型海水淡化工程按照投運(yùn)時(shí)間、用途、淡化工藝及電價(jià)等，噸水投資約7 300～10 000元(除大豐項(xiàng)目)，制水成本因邊界條件不同，約為4.1～9.0元/m3；海水冷卻工程運(yùn)行成本分別約0.05元/m3(直流冷卻)和0.09元/m3(循環(huán)冷卻)。各典型工程的噸水投資成本和制水成本比較見(jiàn)表1、表2。

表1 淮河流域典型海水直接利用工程*

注：*數(shù)據(jù)主要源于企業(yè)提供的調(diào)查表，輔以相關(guān)文獻(xiàn)。

**按5 000利用小時(shí)數(shù)計(jì)。

表2 淮河流域典型海水淡化工程投資成本和制水成本比較

注：數(shù)據(jù)主要源于企業(yè)提供的調(diào)查表，輔以相關(guān)文獻(xiàn)。

3.4 海水利用管理政策與措施

淮河流域各沿海地區(qū)各級(jí)政府高度重視海水利用，相繼頒布了一系列促進(jìn)與優(yōu)惠政策。江蘇省明確表示要積極發(fā)展海水淡化與綜合利用業(yè)，加快飲用淡化水向工業(yè)淡化水、醫(yī)用淡化水、農(nóng)林灌溉淡化水延伸[6]。山東省明確將淡化海水等所有可用水資源全部納入水供給體系，省級(jí)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一配置、統(tǒng)一管控，強(qiáng)化用水導(dǎo)向性、控制性管理，做到優(yōu)水優(yōu)用、分質(zhì)供水，確保應(yīng)配盡配、應(yīng)用盡用、應(yīng)管盡管，最大程度替代新鮮水源[7]。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，僅青島市出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。先后頒布《海水淡化生活飲用水集中式供水單位衛(wèi)生規(guī)范(試行)》[8]、《海水淡化生活飲用水集中式供水單位衛(wèi)生管理規(guī)范》[9]，對(duì)海水淡化集中式供水單位的水源選擇和衛(wèi)生防護(hù)、衛(wèi)生管理、生產(chǎn)的衛(wèi)生要求、輸配水的衛(wèi)生要求、水質(zhì)檢驗(yàn)、信息報(bào)告和事件處理、從業(yè)人員的衛(wèi)生要求等進(jìn)行規(guī)范，形成完整系統(tǒng)的海水淡化生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

在激勵(lì)政策方面，山東省采用“降低企業(yè)用電價(jià)格”的方式，明確自2018年起3年內(nèi)，對(duì)青島市百發(fā)、董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)、濰坊清水源(一期)海水淡化項(xiàng)目執(zhí)行優(yōu)惠電價(jià)，用電價(jià)格暫按居民生活用電類(lèi)的非居民用戶(hù)0.555元/kW·h(含稅)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，期滿(mǎn)后根據(jù)國(guó)家電價(jià)改革進(jìn)程和海水淡化項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)狀況另行確定[10]。

4 淮河流域海水利用存在的問(wèn)題及原因分析

目前，淮河流域海水利用發(fā)展尚存在諸多問(wèn)題與制約因素，這些問(wèn)題也是我國(guó)目前海水利用環(huán)境普遍面臨的問(wèn)題。尤其是海水淡化的利用，其核心問(wèn)題一是成本與水價(jià)；二是淡化海水的配置，涉及淡化水水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)與城市供水安全保障問(wèn)題。究其原因如下：

1) 良性?xún)r(jià)格體系尚未形成。海水淡化亟待解決的核心是改變水價(jià)體系不合理局面，扭轉(zhuǎn)其在價(jià)格上的劣勢(shì)。多年來(lái)，我國(guó)一直將水利工程和城市供水工程作為基礎(chǔ)性、公益性工程長(zhǎng)期實(shí)行補(bǔ)貼，而海水淡化從一落地就完全按照市場(chǎng)化方式運(yùn)作。這種不對(duì)等造成了供水價(jià)格的較大差異，導(dǎo)致海水淡化工程難以實(shí)現(xiàn)良性運(yùn)轉(zhuǎn)。

2) 相關(guān)法規(guī)政策不夠健全。一是缺乏實(shí)質(zhì)有效、精準(zhǔn)的扶持政策。二是法律法規(guī)和相關(guān)配套標(biāo)準(zhǔn)亟需完善，目前淡化水入市政管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)尚未建立。

3) 管理體制不夠完善。海水淡化多部門(mén)協(xié)調(diào)的條塊式管理，導(dǎo)致難以對(duì)區(qū)域水資源進(jìn)行優(yōu)化配置和有效管理，海水利用尚未真正納入水資源統(tǒng)一配置，閑置嚴(yán)重。

此外，公眾認(rèn)識(shí)有待進(jìn)一步提升，對(duì)將淡化海水作為飲用水的安全性、淡化后濃水對(duì)環(huán)境的影響等仍存疑慮；而且資金投入不足，規(guī)模示范不夠，缺乏公共科創(chuàng)平臺(tái)，成果轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)(規(guī)模示范和產(chǎn)業(yè)培育階段)銜接不夠[5]，技術(shù)國(guó)產(chǎn)化水平有待提高。

5 建議與對(duì)策

隨著淮河流域海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及規(guī)劃、政策的落地，區(qū)域工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程將不斷加快，對(duì)水資源保障及用水方式、用水安全提出新的更高要求。因此，亟需在節(jié)水同時(shí)加大海水利用等非常規(guī)水資源開(kāi)發(fā)利用力度，以有效補(bǔ)充水資源。根據(jù)規(guī)劃，到2030年將實(shí)現(xiàn)建設(shè)海島、缺水城市、工業(yè)園區(qū)海水淡化工程43個(gè)，新增規(guī)模達(dá)180×104m3/d[7]以上。

為深化調(diào)整淮河流域水資源結(jié)構(gòu)、保障區(qū)域水安全、促進(jìn)淮河流域海水利用，針對(duì)海水利用特點(diǎn)和淮河流域海水利用發(fā)展實(shí)際情況，現(xiàn)提出建議如下：

1) 完善各部門(mén)間協(xié)調(diào)機(jī)制，推動(dòng)落實(shí)淡化海水配置。從技術(shù)、政治經(jīng)濟(jì)角度解決淡化水水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)與城市供水安全保障問(wèn)題。技術(shù)層面上，開(kāi)展淡化海水納入城市供水系統(tǒng)水質(zhì)安全保障技術(shù)研究，探索基于供需雙側(cè)協(xié)調(diào)的城市多水源多目標(biāo)配置模型，建立實(shí)現(xiàn)淡化海水納入?yún)^(qū)域水資源統(tǒng)一配置的技術(shù)體系。政策層面上，基于制度經(jīng)濟(jì)學(xué)的淡化海水用于城市供水保障政策分析，研究促進(jìn)淡化海水利用的城市多水源綜合水價(jià)機(jī)制和保障政策。

2) 加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)、統(tǒng)籌兼顧、全面規(guī)劃淮河流域淡化海水等非常規(guī)水資源利用。非常規(guī)水資源利用規(guī)劃是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及方方面面，須強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，及早啟動(dòng)規(guī)劃編制，將其納入淮河流域相關(guān)規(guī)劃，指導(dǎo)各地加大淡化海水等非常規(guī)水資源開(kāi)發(fā)利用，進(jìn)一步提高區(qū)域供水安全保障水平。

3) 積極開(kāi)展淡化海水等非常規(guī)水資源利用示范建設(shè)。2019年，海水淡化、再生水、雨水、礦井水等非常規(guī)水源利用，被納入綠色產(chǎn)業(yè)名錄，要求各地出臺(tái)、落實(shí)相關(guān)投資、價(jià)格、金融、稅收措施[11]。為推進(jìn)落實(shí)，亟需開(kāi)展產(chǎn)業(yè)試點(diǎn)，加大加快推廣應(yīng)用。統(tǒng)籌考慮水資源供需，選擇適宜地區(qū)，開(kāi)展淡化海水等非常規(guī)水源利用與配置示范；統(tǒng)籌考慮區(qū)域常規(guī)與非常規(guī)水，將水資源配置、水處理、輸配水相關(guān)工程統(tǒng)一規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行管理。基于供需雙側(cè)協(xié)調(diào)，建立納入?yún)^(qū)域水務(wù)運(yùn)營(yíng)一體化體系的非常規(guī)水源利用示范項(xiàng)目。探索建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式，運(yùn)用補(bǔ)貼等政策手段，為建立適應(yīng)淡化水等非常規(guī)水源利用發(fā)展的水利管理制度和政策體系累積經(jīng)驗(yàn)。

4) 加大政策扶持力度，強(qiáng)化科研投入、技術(shù)創(chuàng)新，建立技術(shù)革新機(jī)制與公共創(chuàng)新平臺(tái)。充分發(fā)揮價(jià)格杠桿作用，積極推進(jìn)水價(jià)綜合改革，形成良性的海水利用價(jià)格體系，實(shí)現(xiàn)“供水有利，賣(mài)水有賺，買(mǎi)水有惠”的良好局面。充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)、大資金優(yōu)勢(shì)，針對(duì)淮河流域海域水質(zhì)特點(diǎn)，開(kāi)展適合流域的環(huán)保、節(jié)能、高效的海水淡化技術(shù)、工藝的推廣應(yīng)用。

5) 加大科普宣傳力度，擴(kuò)大海水利用宣傳。積極推動(dòng)公眾參與節(jié)水與水資源保護(hù)，進(jìn)一步提高全社會(huì)尤其是用水企業(yè)對(duì)海水利用重要意義的認(rèn)識(shí)。建立海水利用開(kāi)放中心，鼓勵(lì)民眾免費(fèi)參觀和品嘗，打消對(duì)淡化海水飲用安全的顧慮，在觀念上牢固樹(shù)立海水利用的安全性。