中国水资源现状及其未来发展方向展望.pdf

书书书 中国水资源现状及其未来发展方向展望 * 王熹1王湛2杨文涛2席雪洁2史龙月2董文月2张倩2周跃男2 1． 澳门理工学院， 澳门 999078; 2． 北京工业大学环境与能源工程学院， 北京 100124 摘要 扼要描述中国水资源现状， 并研究分析其成因， 强调指出目前中国地表水的使用和地下水的开采已趋饱和状态， 且面临严重污染治理问题。因此， 要开发新水源摆脱缺水困境， 必须健全水立法和监管体系， 出台保护水生态和治理 水污染的优惠政策， 研发和引进国外先进的技术工艺设备以及科学的治水理念。将污水治理、 海水直接利用、 海水和 苦咸水淡化及雨水实现资源化等作为开辟新水源的攻关目标， 不仅可以改善中国的水生态环境， 治理水污染， 而且有 助于从根本上解决中国的缺水问题， 进而为经济社会持续健康发展提供所需的水资源。 关键词 中国; 水资源; 污染治理; 未来发展 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201407001 SHOＲTAGE OF WATEＲ ＲESOUＲCES IN CHINA AND COUNTEＲMEASUＲES Wang Xi1Wang Zhan2Yang Wentao2Xi Xuejie2Shi Longyue2Dong Wenyue2Zhang Qian2Zhou Yuenan2 1. Macao Polytechnic Institute，Macao 999078，China; 2. College of Environmental and Energy Engineering， Beijing University of Technology，Beijing 100124，China AbstractThe water status in China was described firstly，and then the causes of water resources shortage were analyzed． The current use of surface water and groundwater exploitation had become overexploitation，and faced serious pollution problems． Therefore，in order to shake off the water shortage，new water resource had to explore，and the legislation and regulation system had to be established and improved． Preferential policies to protect water ecology and management of water pollution， development and the introduction of foreign advanced technology equipments and the scientific concept of water conservancy should be introduced． Taking seawater directly using，desalination of seawater and brackish water and rain water recycling as the research target of new sources， not only could improve the water quality of China’ s ecological environment， the governance of water pollution，and conduce to fundamentally solve the problem of water shortage in China，but also provide the water resources for the sustainable and healthy development of economic society． KeywordsChina; water resource; pollution control;future development * 国家自然科学基金项目 21176006 。 收稿日期 2013 －11 －06 1中国水资源现状 改革开放后， 中国工业得到快速发展， 但“大量 生产、 大量消费、 大量废弃” 的粗放发展模式， 使得单 位资源产出水平较低， 仅相当于美国的 1/10， 日本的 1/20， 环境污染严重， 单位 GDP 二氧化硫和氮氧化物 排放量是发达国家的 8 倍 ～ 9 倍。工业万元产值用 水量 103 t， 是发达国家的 10 倍 ～ 20 倍， 吨钢耗水 20 ～40 t， 而发达国家仅为 6 t 左右 ［1 ］。以牺牲环境 和浪费资源换取眼前利益的短视行为， 使环境质量遭 受了空前的重创 沙漠化面积 174 万 km2， 90 以上 天然草原退化、 生物多样性减少， 水土流失面积 356 km2， 1/5 城市空气污染严重， 1/3 国土面积受到 酸雨影响， 流经城市的河段普遍受到污染; 固废、 汽车 尾气、 有机污染物污染持续增加， 水源、 空气、 土壤等 污染日益恶化， 主要污染物排放量超过环境承载能 力， 并形成新旧污染与二次污染交相复合的态势， 水 质性缺水呈现恶化趋势， 对生态系统、 食品安全、 人类 健康构成严重威胁。2005 年空气污染对经济生产力 造成的损失高达 1 120 亿美元。每年因环境污染造 成的损失约占 GDP 的 3～ 8［2 ］， 农村约有 3. 6 亿 人喝不上符合标准的饮用水。水资源正在从一种宝 贵的战略资源， 上升为攸关国家经济社会可持续发展 1 水污染防治 Water Pollution Control 和长治久安的重大战略资源。 1. 1水资源严重短缺 中国水资源总量为 2. 81 104亿 t， 占世界第 6 位， 而人均占有量却居世界第 108 位， 是世界上 21 个 贫水和最缺水的国家之一， 人均淡水占有量仅为世界 人均的 1/4。基本状况是人多水少、 水资源时空分布 不均匀， 南多北少，沿海多内地少，山地多平原少， 耕地面积占全国 64. 6 的长江以北地区仅为 20， 近 31 的国土是干旱区 年降雨量在 250 mm 以 下 ［2 ］， 生产力布局和水土资源不相匹配， 供需矛盾 尖锐， 缺口很大 ［3 ］。600 多座城市中有 400 多个供水 不足， 严重缺水城市有 110 个。随着人口增长、 区域 经济发展、 工业化和城市化进程加快， 城市用水需求 不断增长， 将使水资源供应不足、 用水短缺问题， 必然 成为制约经济社会发展的主要阻力和障碍。 1. 2水资源污染严重 改革开放初期只注重发展速度、 忽视环境影响的 粗放型发展模式， 使水资源遭受严重污染 流经城市 河段普遍受到污染， 三江 辽河、 海河、 淮河和三湖 太湖、 滇池和巢湖 均受到严重污染， 蓝藻时常暴 发; 在七大水系 100 个国控省界断面中， ⅠⅢ类、 ⅣⅤ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为 36、 40 和 24。浙江中部海域、 长江口外海域、 渤海湾和珠 江口等地赤潮频发， 对沿岸鱼类和藻类养殖造成巨大 经济损失。90以上地下水遭到不同程度的污染， 其 中 60污染严重， 城市地下水约有 64 遭受严重污 染， 33的城市地下水为轻度污染。全国污水排放总 量呈逐年增加趋势， 20062009 年分别为 536. 8 亿 ［4 ］， 556. 8 亿［5 ］， 571. 7 亿［6 ］， 589. 2 亿 t［7 ］。华北地 下水重金属超标， 局部地区地下水有机物污染严重， 地下水饮用水源安全受到巨大威胁［8 ］。更为严峻的 是一些地区城市污水、 生活垃圾和化肥农药等相互渗 漏渗透， 使地下水环境更加恶化， 解决水污染的难度 加大。 1. 3水资源的重复循环利用率偏低 工业生产用水效率低， 导致成本偏高， 产值效益 不佳， 单方水的 GDP 产出为世界平均水平的1/3。农 业灌溉水有效利用系数为 0. 48 左右。尽管在北京、 天津等大城市实现了水的循环利用， 城市工业用水的 重复利用率超过 90， 但全国大多数城市工业用水 仍然浪费严重， 平均重复利用率只有 30 ～40［9 ］。 2009 年 全 国 城 市 生 活 污 水 集 中 处 理 率 平 均 为 63. 42［10 ］， 无法与先进国家相比。加强污水技术改 造和扩大重复利用的空间很大。 1. 4水资源的宣传和管理不到位 长期以来， 水资源短缺现状的宣传教育力度不 够， 科学有效使用水资源的引导和督察不到位， 工农 业和生活用水管理处于缺失状态， 水的立法工作严重 滞后， 再加上偏低的水价， 各行各业及居民生活用水 浪费现象普遍存在， 民众节水意识淡薄， 水资源管理 工作有待加强。从未来发展看， 水资源供需矛盾将更 加尖锐。2010 年总需水量为 7 300 亿 t， 可供水量仅 有 6 200 亿 ～6 300 亿 t， 缺水量 1 000 亿 t， 城市缺水 总量为 60 亿 t［11 ］。发展节水型农业和工业， 减少工 业和生活污水排放， 加强用水立法和监督机制， 是当 前一项重要工作。 2应对中国水资源短缺的措施 解决水资源短缺的主要措施 建设节水型社会。 做好工农业及生活用水等节水工作， 加强水生态环境 的保护与治理， 做好非常规水源的开发利用， 加大海 水的直接利用， 保障地下水资源合理使用， 将污水变 为可用资源， 实现零排放和污水资源化， 支配使用好 现有水资源。 2. 1应全面保护和审慎开采地下水 20 世纪 7080 年代的地下水开采量分别为 572 亿， 748 亿 t/a， 20 世纪末达到 1 058 亿 t， 之后维 持在 1 000 亿 t 以上， 每年以 25 亿 t 的速度增加。全 国 657 个城市中有 400 多个以地下水作为饮用水源， 北方地区 65的生活用水， 50 的工业用水和 33 的农业灌溉用水来自地下水。北京、 天津、 河北、 河 南、 山东、 山西、 陕西、 甘肃和新疆等许多地区地下水 均处于超采状态。2008 年已形成大小不等的地下水 降落漏斗 222 个 浅层 133 个， 深层 78 个， 岩溶 11 个 ， 主要分布在华北和华东地区， 而在华北平原形 成的地下漏斗约为 3 万 ～5 万 km2， 已成为世界区域 性最大的漏斗分布区［2 ］。在 118 个大中城市中 64 的地下水属于较重度污染， 33的属于轻度污染。地 下水已不同程度遭受有机和无机有毒有害物的污染， 并呈现由点向面、 由浅到深、 由城市到农村不断扩展 的趋势， 北方污染程度比南方严重 ［12 ］。从京津地区、 长江三角洲、 珠江三角洲等的“三致” 致癌、 致畸、 致 突变 有机污染物到中东部城市和老工业基地的“五 毒” 挥发酚、 氰化物、 砷、 汞、 六价铬 、 重金属元素、 石油烃的污染都非常严重， 很多地方被迫打深井饮 2 环境工程 Environmental Engineering “深层” 地下水，但这可能造成地表沉降下陷、 地层断 裂、 海水入侵和土壤盐渍化等地质灾害， 并对城市基 础设施构成严重威胁。因此， 增加地下水开采无法从 根本上解决水资源短缺的难题。 2. 2海水直接利用工作要加大力度 英、 法、 荷、 意等国在火力发电、 核电、 冶金以及石 油化工等行业的脱硫、 回注采油、 制冰和印染等方面， 以及生活的冲厕、 冲灰、 洗涤和消防等方面直接利用 海水代替淡水。2010 年世界海水直接利用量近 6 000 亿t， 淡水资源节约效果显著。 在中国沿海的电力、 化工、 石化等领域， 海水被用 于直流冷却和循环冷却、 消防系统用水、 海水冲厕等 方面。2010 年， 海水直接利用量 550 亿 t， 其中用作 冷却水的占 90 左右， 其贡献率为 16 ～ 24。到 2020 年将达到 1 000 亿 t， 贡献率将提高至 26 ～ 37。海水直接用于化工、 石化等行业领域的份额， 相对于其体量和规模来讲， 还远远不够， 有待提升的 空间很大。海水直接利用将是解决沿海水资源短缺 的主要措施之一。 2. 3海水淡化技术有待升级和推广 全球设有海水淡化厂 1 万多家， 近 1/40 地区的 世界人口靠淡化海水作为饮用水。目前已形成以多 级闪蒸、 低温多效和反渗透为代表的三大海水淡化主 流技术。全球海水淡化日产量约 6 348 万 t， 电耗在 3 kW h/t以下， 淡化水成本约 0. 5 美元/t， 而海水淡 化过程中产生的附加值， 每年能提取海盐 5 000 万 t、 镁和氧化镁 260 多万 t、 溴 20 万 t。 中国海水淡化技术已进入加速发展期， 主要采用 低温多效和反渗透技术淡化海水。2010 年日产淡水 60 万 t， 成本相对较高， 淡化海水价格从 6 元/t 到 10 元/t不等， 影响了其推广和应用， 沿海居民用作饮 用水的仅占海水淡化工程供水总量的 13. 6。从区 域分布看， 在建和待建的多个海水淡化项目， 大部分 集中在浙江、 山东、 辽宁大连、 天津等地， 其中唐山曹 妃甸工业区阿科凌、 大连红沿河电站、 青岛百发、 浙江 大唐乌沙山电厂等万吨级及以上海水淡化项目建成 后， 淡水能力将达到 220 万 t/d。到 2020 年， 海水淡 化量将实现 250 万 ～300 万 t/d 的目标。目前海水淡 化技术需要解决的技术和应用问题是 首先， 关键设备制造及新技术开发有待完善和攻 克难关。如用反渗透法时， 关键部件包括能量回收设 备、 反渗透膜和高压泵， 分别约占设备总投资的 1/3， 须将浓水侧的高压加以回收以达到节能降耗的目的。 当前， 能量回收装置 能量回收率分别在 50 ～80 和 91 ～ 95 的离心式和正位移式 主要靠进口， 90的反渗透膜和大部分高压泵也依赖进口。国产 日产千吨级的能量回收装置 能量回收效率在 93 ～ 95 ［13 ］、国 产 化 反 渗 透 膜 脱 盐 率 约 99. 4 与国外膜的质量 脱盐率约 99. 7 相差不 大， 但高压蒸用新材料、 级间抽汽和其他新技术的应 用有待提高 ［14 ］。 其次， 海水浓水的处理技术有待改进和提高。海 水经热法和膜法淡化后， 除淡水外， 还有约 50 的浓 水需排放， 其含各种化学药剂 杀菌剂、 混凝剂和助 凝剂、 缓蚀阻垢剂、 消泡剂和还原剂等 ， 直接排到海 里， 将造成热污染或化学污染。总体来说， 浓盐水处 理用关键设备已达到国外先进水平， 但在高性能反渗 透膜、 预处理技术、 大型高压泵与能量回收系统等方 面还有差距。此外， 低温多效蒸馏超大型蒸汽喷射 器、 三相流海水均匀喷淋布液系统、 传热强化及材料 优化、 装备腐蚀与防护、 运行软件、 多级闪式水平、 浓 盐水体积以及环境特征等处理费用约占总淡化成本 的 5 ～33， 需科学攻关才能解决有关问题。 2. 4苦咸水淡化能力有待提高 当前， 世界各国苦咸水淡化方法， 主要有蒸馏法 多效蒸馏、 多级闪蒸和压气蒸馏 、 膜法 反渗透和 纳滤和电渗析法 电渗析和频繁倒极电渗析 等多 种， 其中膜技术占绝对优势 反渗透占 76， 电渗析 占 15. 6， 多级闪蒸占 2， 其他占 5 。目前超过 15 个国家的 100 多个科研机关正在从事苦咸水利用 与淡化方面的研究工作。 中国苦咸水资源较为丰富， 总面积为 1. 6 106km2， 具有开采应用价值的微咸和中咸苦咸水资 源量为 20. 05 亿 t/a， 其中微咸苦咸水为 14. 4 亿 t/a， 中咸苦咸水为 5. 65 亿 t/a。以苦咸水淡化技术生产 淡水， 可作为淡水资源的重要补充。与其他国家的技 术运用相比， 中国淡化苦咸水的装机容量较小， 自 2005 年以来维持在 2. 8 万 t/d， 只占世界苦咸水淡化 产量 700 万 t/d 的 0. 4 左右， 开发利用潜力很大， 开展苦咸水淡化膜法进行苦咸水淡化， 有助于解决缺 水的难题， 此项技术应是解决中国水资源短缺主要的 技术措施之一。 2. 5污水资源化是解决缺水的主攻方向［15 ］ 工业废水排放达标率一直在 90 以上， 工业用 3 水污染防治 Water Pollution Control 水重复利用率在 80 以上， 城市生活污水处理率在 50左右。工业和生活废水、 化学需氧量和氨氮的排 放量， 从 20062010 年呈下降趋势， 治污能力在提 高。2010 年城市污水再生水量占城市污水总量的比 例为 8. 5， 2015 年将争取达到 10。2008 年北京 市再生水首次超过地表水的新用水量， 占总用水量的 18. 4， 成为一个非常稳定的水源。当前， 北京市的 中水利用率为 30 ～ 40， 每年利用中水 6 亿 t， 在 中国处于领先地位， 但与中水利用率的理想值30 ～ 50的目标还有一定差距。2010 年全国城市污水回 收利用率为 8. 5， 与城市用水的需求有相当大的缺 口。目前已具备技术力量和经济实力来进行污水治 理资源化的工作。实现污水治理资源化， 提高水重复 利用率， 是今后长期治理污水的工作重点， 是解决水 资源短缺的根本出路。 2. 6雨水资源化工作亟需重视和加强 大多数城市， 主要以江河湖泊等地表水、 地下水 以及外调水 如南水北调 作为主要水源， 对雨水的 开发利用不够重视。雨水是继中水、 海水之后的人类 “第三水源” 。中国平均年降雨总量为 6. 2 104亿 t， 除通过土壤水直接利用于天然生态系统与人工生态 系统之外， 通过水循环更新的地表水和地下水的多年 平均水资源总量为 2. 8 104亿 t 仅次于巴西、 俄罗 斯、 加拿大、 美国和印度尼西亚 ， 是一个具开发价值 的水资源。围绕雨水资源的综合利用， 尽管中国已开 展理论探索和科学研究 ［16 ］， 但在协调统筹雨水综合 利用与排水设施规划建设、 雨水综合利用与供水关系 等方面还存在一些问题， 相关的法律法规建设和技术 规范与管理等工作滞后， 各项基本设施不健全， 再加 上公众认识不足、 公众教育缺失等原因， 影响了其开 发利用工作， 使其重要性没有得到应有的体现。 很多大城市在雨水资源开发利用方面取得了积 极成效。如起步最早的北京市， 2006 年， 100 个集雨 项目共收集雨水 200 万 t， 分别占全市年均降雨量、 年 用水总量的万分之二和万分之六， 并且其成本比自来 水低很多， 每吨仅约 0. 1 元。在全国广大地区积极推 广应用雨水资源化技术， 无论从环保、 解决水资源短 缺角度， 还是从技术设施和运营成本看， 雨水收集和 利用作为一种非传统水源， 具有非常好的发展前景。 总之， 将地下水的科学安全使用、 海水的直接利 用、 海水和苦咸的淡化、 污水的治理和零排放以及雨 水的资源化， 作为中国解决水资源短缺的主要措施， 是对中国水资源现状和未来发展需要进行综合研究 和分析后， 提出一个具有实际操作性的实施方案。 3未来展望 当前中国水资源短缺的矛盾越来越突出， 与水资 源法律和监管体系建设缺失、 发展理念不科学、 基础 水利设施建设滞后、 构建节水型社会宣传引导不力等 有着直接联系。今后制定解决中国水资源短缺的对 策， 应权衡长远发展和短期目标， 建立符合中国国情 和水情的法律法规和监管体系， 将环境治理和经济发 展同等看待， 研发和引进世界上先进的水处理技术， 开发新水源， 提高水资源重复利用率， 才可从根本上 缓解水资源短缺的问题。 首先， 在政策层面上， 构建节水型社会， 建立完备 的水资源法律法规和监管制度， 加强用水总量控制与 再生水利用。一是要建立健全节水管理体制和监管 体系， 重点是加强执行力度， 确保制度建设落在实处， 出台国家相关法规实施细则， 进而对水资源的优化配 置和生态保护进行科学指导， 同时进行水权、 水市场 的探索和研究。二是要完善各种供水设施建设， 减少 不必要的浪费， 在全社会切实推动节水工作和建设的 开展。三是在条件具备的地区发展再生水灌溉、 中水 用作城市景观用水， 以替代并减少新鲜水量。四是在 公共设施和生活用水方面， 加大节约用水的宣传力 度， 推广和使用节水器具， 检查和杜绝输水管道设施 的漏损和二次污染， 提高再生水在公共设施和城镇生 活中的使用比率， 减少新鲜水量［17 ］， 构建节水型 社会。 其次， 在发展经济方面， 培育符合中国国情的经 济增长速度及规模， 是解决中国水资源短缺的主要出 路和努力方向。一是在工业支柱产业推广工业节水 措施、 加强用水管理、 培养员工的节水意识、 杜绝跑冒 滴漏、 使用节水器等工作， 通过节水措施和再生水回 用和制水工艺改造等措施， 将工业节水工作落到实 处， 加强水资源的合理科学配置和使用。二是在沿海 可直接利用海水的地区， 推广实施海水在电力、 化工、 石化等行业的直接利用工作， 以替代淡水; 在沿海高 用水行业的新建项目中， 推广海水直流冷却和循环冷 却系统的应用; 海水作为消防用水和公共设施及冲厕 水源等都具有发展前景。三是国家鼓励引进国外先 进海水淡化和海水直接应用技术， 加速推进海水淡化 和直接利用取得实质性进展。扶持成本较高于原水 的淡化海水进入市政管网， 来缓解用水短缺和紧张的 4 环境工程 Environmental Engineering 难题。 再次， 要完善地表水和地下水资源的监管体系， 通过加大专项配套资金投入以及技术升级的办法， 强 化对水资源的保护力度， 始终将水污染治理作为重要 施政工作常抓不懈。在地下水保护和污染治理方面， 国家环保部、 国土资源部与水利部于 2011 年发布了 中国第一部防治地下水源污染的纲领性法规文件 全国地下水污染防治规划 20112020 年 ， 对中 国地下水污染治理作了全面规划， 计划投资 346. 6 亿 元用于地下水污染防治。2013 年 9 月， 国务院通过 城镇排水与污水处理条例 草案 明确提出 城镇 排水与污水处理规划要与城镇开发建设、 道路、 绿地、 水系等专项规划相衔接; 规范雨水与污水排放， 促进 污水处理再利用和污泥、 雨水的资源划利用; 加强对 污水排放和处理设施运营情况的监管等［18 ］。标志着 中国地下水保护和污染治理将走上有法可依的正规 发展轨道。 最后， 要重视非常规水的利用工作。非常规水源 的开发利用包括雨水和再生水利用 2 个方面。当务 之急是做好四件事情 加强规划、 增加投入、 修缮设 施、 引进技术。改变传统思维定式， 不能先污染再治 理， 应将保护与治理同等对待， 做到将污染降到最低， 把有限的资金用在刀刃上。一是在雨水利用方面， 各 级政府要拨付专项经费， 做好雨水收集工程项目， 并 将收集的雨水作为绿化及道路喷洒用水。在城市建 设中， 从规划时就要对排污及其雨水利用设施作出通 盘考虑， 避免雨汚合流、 增加雨水资源利用率。二是 在再生水利用方面， 在城镇和农村， 通过加大资金投 入和污水处理设施建设， 重点治理污染和处理好污 水， 努力实现零排放， 同时污水管网和再生水管网的 建设要跟上， 设立专项资金， 扶持并促进再生水入户 和在其他方面的应用， 以减少污水排放量及新鲜水取 用量。中水利用率过低会对环境产生不利影响， 过高 会带来经济成本增加， 社会难以承受［19 ］。因此， 提出 符合国情的实施方案是必要和迫切的。简而言之， 我 国缺水问题由来已久， 水生态环境恶化和污染日益严 重的情势， 无疑增加了恢复水生态环境和治理污染的 难度， 但亡羊补牢犹未晚也。而国家和各级政府制定 颁布的水资源的法律法规， 对水资源与经济社会发 展、 环境保护及可持续发展与人类健康的关系等都有 科学阐述， 相信中国水资源短缺问题的解决将指日 可待。 参考文献 ［1］沈旭顺． 二十一世纪中国面临的挑战 论水资源与环境 ［J］． 黑龙江科技信息， 2003 4 22． ［2］Zuo Tieyong． Ｒecycling Economy and Sustainable Development of Materials，3th China Conference on Membrane Science and Technology ［Ｒ］．Beijing Beijing University of Technology， 2007. ［3］国家发展和改革委员会， 国家海洋局和财政部． 海水利用专项 规划［G］． 2005. ［4］中华人民共和国环境保护部． 环境统计年报［G］． 2006. ［5］中华人民共和国环境保护部． 环境统计年报［G］． 2007. ［6］中华人民共和国环境保护部． 环境统计年报［G］． 2008. ［7］中华人民共和国环境保护部． 环境统计年报［G］． 2009. ［8］华北地下水重金属超标． 北京南郊有机物严重［N］． 法制日 报， 2013 －04 －27. ［9］Bian Zhiming，Zhang Lei． Main problems in the exploitation of 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