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城市化进程中水源安全问题及其应对

发布作者:王浩  来源:给水排水微信  发布时间:2016/4/6 13:30:53

随着城镇化率及城镇居民用水量的不断提高、北方地区的连续干旱,城市供水短缺状况加剧,水源水量不足、保证率不高,地下超采严重,不仅给城镇居民生活造成困难,也影响了城市的整体发展,成为我国城镇化进程中面临的关键问题之一

1.城市化对水循环系统的影响

我 国正经历着快速的城市化过程,1978年以来,我国城镇常住人口从1.7亿人增加到7.3亿人,城镇化率从17.9%提升到53.7%,城市数量从193 个增加到658个,形成了武汉、成都、南京、东莞、西安、沈阳、杭州、哈尔滨、香港、佛山等11座特大城市以及上海、北京、重庆、天津、广州、深圳6个人 口超过1000万的超大城市。

长三角、珠三角、京津冀、长江中游、成渝、海峡西岸、中原、哈长、辽中南、关中、山东半岛等国家级城市群日益突出,仅仅是长三角、珠三角、京津冀三大城市群,就以2.8%的国土面积集聚了18%的人口,创造了36%的GDP,成为带动我国经济增长的重要平台。

城市的扩张与城市群的形成极大地改变了水循环的基本模式,水循环已从“自然”模式占主导逐渐转变为“自然-人工”二元模式,城市水循环的“自然-社会”二元水循环程度逐步加深,呈现出四大特征:

一是城市社会水循环通量扩张。随着城市人口的增加和城市面积的扩张,城市社会水循环通量不断增加,尤其是生活用水通量不断增加,给供水安全保障带来了压力。

二是城市社会水循环排放集中。城市是社会经济发展中生产和消费最为集中的地方,城市高强度用耗水过程带来污废水的大规模排放。如城市的水污染防治不能满足社会经济发展要求,大规模污染负荷进入水体将带来严重的水污染问题,进而加剧城市水资源短缺的矛盾。

三 是城市社会水循环路径延展。城市社会水循环的路径由原始的“取—用—排”过程逐步延展为“取水—给水处理—配水—一次利用—重复利用—污水处理—再生—排 水”。城市社会水循环系统内部通常包括若干个闭路循环子系统,如城市再生利用子系统、企业循环用水子系统以及社区中水利用子系统等,其结构日趋复杂,不确 定性日益增加,也带来了多环节的水质防控风险。

四是城市社会水循环与自然水循环分离特性明显。随着文明的发展和卫生的要求,城市通常建设了大规模的管网系统,具体包括供水管网、污水管网、雨水管网、再生水管网、直饮水管网等,这些复杂的管网系统改造减少了地下渗漏量,使得社会水循环系统与自然水循环系统不断分离。

由于城市的重要地位、职能及其所具备的鲜明特征,城市水源无论在类型选择、供水范围、供水方式、供水规模、供水系统及安全保障方面都与农村存在较大的不同,随着城市的快速发展,给城市水源安全保障带来了极大的挑战。

2.城市水源安全现状与问题

城 市水源地的选择通常有两个主要标准,一是水质良好、水量充沛;二是在保证安全取水的前提下,就近取水。我国大部分地区以河流、湖泊为重要的饮用水水源地。 我们国家一直高度重视城市水源安全保障工作,取得了显著的成效,但目前城市水源安全仍然面临严峻的形势,水安全保障水平与全面建设小康社会的要求还存在着 较大差距:

一是随着城镇化率及城镇居民用水量的不断提高、北方地区的连续干旱,城市供水短缺状况加剧,水源水量不足、保证率不高,地下超采严重,不仅给城镇居民生活造成困难,也影响了城市的整体发展,成为我国城镇化进程中面临的关键问题之一;

二是水源污染严重、生态恶化。目前全国城市水域大部分受到污染,有机污染凸现,藻类暴发,水性疾病种类增多,发病率升高,严重威胁人民的生命健康;

三是饮用水水源突发污染等事故增多,应急能力不足,应急预案与机制不完善。

2.1.水量问题依然较为突出

人 多水少、时空分布不均是我国水资源基本特征,全国人均水资源占有量仅2100m3,仅为世界平均水平的28%,在联合国2006年对192个国家和地区评 价中,位居第127位。全国正常年份缺水约500亿m3,海河、黄河、辽河、西北和东部沿海城市等地缺水严重,缺水范围在蔓延。在全国658个城市中,缺 水城市达300多个,其中严重缺水城市114个,日缺水量达1600万m3。

据不完 全统计,1950年以来全国共发生较大的城市缺水事件100多起,其中属于资源型缺水的约占65%,主要是北方缺水地区和沿海地区缺乏淡水资源的城市;属 于工程型缺水的约占20%,属于水质型缺水的约占5%,属于混合型缺水的约占10%,主要是长江三角洲、珠江三角洲和淮河流域的城市。

据水利部调查评估的175个全国重要饮用水水源地,涵盖31个省(自治区、直辖市)中144个地级以上城市,涉及供水人口4.06亿,约占全国城市总供水人口的62%。总供水量327亿m3,约占全国城市总供水量的80%。

从 地域来看,东南和华南地区供水量较为丰富,分别约占全国总量的30%和27%,而西北、西南、华北和东北地区的供水量较为短缺,其中水资源较为缺乏的华北 地区以地下水为主要水源,存在长期超采导致地质和生态环境问题,地下水水源地保护和治理难度大、历时长,是一个长期艰巨的任务。

2.2.水质状况仍然存在风险

根 据2014年水资源公报统计分析,全国Ⅰ~Ⅲ类水质占评价河长的比例为72.8%,Ⅰ~Ⅲ类水质湖泊个数占评价湖泊的比例只有32.2%,Ⅰ~Ⅲ类水质占 评价水库座数比例为80.8%,其中635座水库进行了富营养状况评价,37.3%的水库处于富营养状态。在国家整体水质一般的情况下,部分水源地仍受到 污染威胁。

部分水源地流域范围内的点源污染未得到根本遏制,保护区内存在非法入河排 污口,河道型水源地排污口与取水口交错分布;部分湖库水源地面源污染形势严峻,据调查,90个全国重要饮用水水源地的二级保护区和准保护区内存在含磷的洗 涤剂、农药和化肥等农业面源污染,存在危险废物、生活垃圾堆放和处置场所等问题,面源污染治理难度大;内源污染隐患严重,77.5%的参评湖库型水源地中 营养化及轻度富营养化问题严重,局部库湾、入库支流存在游船和装卸码头污染、库底泥污染、水库水产养殖业等内源污染隐患。

2.3.应急备用能力薄弱

我 国多数城市供水为单一水源供水,应急能力低下,还不能满足城市饮用水需求,且很多具有严重潜在污染危害的工厂布局在河流两岸、城市区域内或者水源地附近的 环境敏感区,遇到突发污染事故和特枯年或连续干旱年情况下,难以保障供水安全,例如,水利部评估的168个水源地中具备应急备用能力有124个,只占总数 的73.8%,应急供水能力需进一步提高。

另外,我国尚未建立各相关部门协调一致的 饮用水安全应急机制,在水污染事故分级、应急预案制定、应急机制、结果监测、信息发布等都没有明确的法律规定。针对全国重要饮用水源地水污染突发事件应急 处置还缺乏统一、规范的要求;应对特大干旱及突发饮用水污染事件的技术装备、物资和人员储备不足,相关培训和演练活动未形成常态化,反应与应急处置的能力有待进一步提高。

3.城市水源安全保障路径

针对城市水源安全保障的水量、水质和风险问题,需要建立多水源保障体系、全过程水质防控体系和应急储备管理体系,全面支撑保障城市水源安全。

3.1.建立多水源保障体系

多元化水源供给格局是城市广泛采用的供水安全方式,一是要加强地下水恢复和涵养,建立地下水水资源储备制度,充分调蓄利用雨洪水,增加雨水入渗补源量和替代自来水量;利用调蓄工程建设地下水储备;利用湿地和蓄滞洪区,涵养回补地下水。

二是要强化地表水源储备,充分利用多水源供水条件,实现多调水,多存水。

三是要增加非常规水源利用量,建设非常规水利用的基础设施,实施“海水开源”工程,发展海水淡化,采用市场化方式推动海水淡化利用工程;完善再生水利用政策,实行鼓励机制;建设海绵型城市,实施立体多层次多功能分流分滞雨洪利用措施。

同时,城市要实行环状管网供给,避免单一线路损坏对水源供给的影响,合理的规划水源与水厂以及水厂与用户的配置关系。

3.2.建立全过程水质防控体系

河 道作为水资源、水环境的重要载体,既珍贵又脆弱,既依赖本地区的保护又极易受上游及沿岸经济活动的影响。目前我国在水环境污染物总量控制缺乏与排放标准、 地表水质量标准相适应、相统一的水环境容量核定与分配方法,需要基于流域水循环的总量控制体系,实现环境倒逼,实施“源头减排、过程阻断、末端治理”全过 程污染防控模式。

在“源头减排”环节,以“低污染、低消耗、高效益”为导向,基于水 循环的总量控制体系,引入环境倒逼机制,促进资源节约、污染减排、产业升级和经济转型,坚决退出不适宜城市发展的劣势产业和“三高”企业,加强社会水循环全过程高效利用,推广清洁生产技术。随着生活水资源利用量和排污量的增加,要加强现有生活污水处理设施及配套管网建设,实施城镇截污纳管,雨污分离,污水集中处理。

通过厌氧发酵、生物处理、农田循环利用等多种技术的应用,从源头进行农业 污染控制。通过采取规模养殖,畜禽粪便集中收集、储存和发酵制肥等综合利用技术,提高粪便资源利用。通过干清粪工艺、厌氧发酵和生物处理等措施,实施污水 治理和综合利用工程。重点抓好工业转型,加快高污染行业的淘汰落后和整治提升,减少水资源使用量,减少污染物入河总量。

在“过程阻断”环节,实施生活污染全过程阻断,加强现有生活污水处理设施,加强配套管网设施建设。家庭生活用水根据主要用途和对水质的不同要求,可分为饮用、生活和环境,可以按用水的清洁程度增加水的利用率,从而减少污染物的排放。

将小区居民洗浴废水集中处理后,达到一定的标准回用于小区的绿化浇灌、车辆冲洗、道路冲洗、家庭坐便器冲洗等。实施农业污染全过程阻断,建立灌溉-排水-湿地农田综合管理系统,通过修建田间湿地,结合农田地下排水系统,实现农业灌溉水循环净化。

实施工业水循环及污染过程阻断,以资源禀赋、环境影响为约束,推动工业循环经济模式和生态工业体系的建立,以经济发展需求为正向驱动,加快工业技术进步、强化工业环境管理,实现工业水循环及污染过程的阻断。

在 “末端治理”环节,要大幅度提升污水收集处理水平,在强化传统污水处理厂建设和运行的基础上,加强污染物全过程的生物处理技术。提高污水处理水平,促进再生水利用,对污水处理厂进行升级改造,引进膜处理、臭氧处理等先进技术和工艺,争取将污水处理厂出水水质提高到地表水Ⅳ类标准。

实施基于自然完整性的水系修复,综合运用并实施水质处理、生态护岸、雨洪处理、景观处理等技术,在兼顾城市防洪排涝、供水、航运、生态、娱乐、开发等不同功 能要求的同时,严格执行城市水系管理办法的规定,加强对水系及城市湿地的保护,对河道水体进行生态化改造,重建河湖生境。推广并利用国际领先的高效污染物 末端治理技术,采用土壤渗滤污水净化技术、人工湿地净化技术、高效去污地下生态坝、PGPR原位生态修复技术等,在遵循水循环、水化学、水生态完整性理论 基础上,还须探索并应用新技术、新方法、新材料和新工艺。

3.3.建立应急储备管理体系

建 立健全水资源战略储备体系,对于已有地下水水源地的城市,城市用水要优先使用地表水,减少地下水利用,将地下水作为应急水源。对于已有水库型水源地城市, 在保障防洪安全的条件下,适当提高水库蓄水量,预留备用库容,作为城市应急水源;或者两个以上水库型水源地互为应急水源。

对 于城市饮用水水源较为单一,在连续干旱年、特殊干旱年及突发污染事故情况下风险程度高的城市,应谋划城市应急饮用水水源和储备水源,如应急调水方案、调运 应急水源、超采地下水等措施。建立城市水源预警体系,根据水旱灾害、水源地污染、地震灾害、突发事件等因素等,划分城市供水应急预案,包括基本应急预案、 紧急应急预案和极端应急预案。

开展水源地水生态补偿机制试点建设,探索解决并真正形 成“谁利用谁保护、谁受益谁补偿”的水源地保护长效机制,完善补偿标准体系和补偿方式。发挥政府主导作用,积极吸收各利益相关方的参与,共同致力于改善水 源地水量、水质、水生态各方面指标改善,推动水源地所在区域和用水区域协调共赢发展。

作者:中国水利水电科学研究院水资源所/王浩


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