仇保兴:我国城市水安全现状与对策

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最近，国务院先后颁布了《城市排水和污水处理条例》、《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》、《国务院办公厅关于做好城市排水和防洪设施建设的通知》，涉及城市排水和防洪、城市安全供水、城市污水处理和中水回用，为今后10年的这项工作打下了良好的基础，预计将带来数万亿的投资需求。本文从三个方面简要介绍了城市水资源的现状和问题，阐明了未来我国城市水污染控制和水安全的正确思路，并对如何提高城市用水效率进行了研究。

城市水资源现状如何

■水资源不足，空时间分配不均

中国是一个缺水的国家。随着人口的增加和全球气候的变化，这两个因素的叠加将导致更严重的水资源短缺。根据《中国水资源公报》，2011年，中国水资源总量为2.3万亿立方米，人均水资源量仅为1700立方米/年。根据联合国的定义，中国是一个缺水国家。与此同时，中国水资源分布不均的问题也十分突出，南方多，北方少，西部多，东部少，夏季多，冬季少；富水区(如西南、西北河流)往往是人口稀少、经济薄弱的地区，而缺水地区(如海河、黄河、淮河)往往是人口密集、经济发达的地区，水资源与用水的矛盾更加突出(见图1)。

图1中国主要河流流域人均水资源量

从表1可以看出，上海、天津、北京、宁夏、河北、山西、河南、山东等省(市、区)都严重缺水。但《中国水资源通报》中的水资源量是指当地降水产生的地表水和地下水的总量，即降水入渗补给的地表径流和地下水的总和，并不反映客用水的利用情况。以宁夏为例，从降雨指数来看，该省是一个严重缺水的省份，但实际上，黄河流经该地区，带来了丰富的水资源。宁夏年总用水量达40亿m3，因为当地年降雨量只有200毫米，蒸发量高达2000毫米以上，其中只有120万亩水田耗水量为26亿m3；单位面积耗水量几乎是旱地作物的两倍，这显示了其巨大的节水潜力。因此，真正的水资源短缺实际上是没有乘客水通过的地区，乘客水缺乏或乘客水受到严重污染

■城市用水量趋于稳定

从我国水资源的构成来看，农业用水占61%，工业用水占24%，城镇居民生活用水仅占13%，但这对保证我国经济的健康增长、民生的改善和可持续发展非常重要。

在过去的十年里，中国的城市用水规律发生了巨大的变化。随着经济和城市化的发展，人们的节水意识普遍提高，节水技术和节水器具普及，水资源价格回升，城市用水量稳步下降，促进了城市合理用水新平衡点的形成。本世纪初以来，中国城市化率增长了10个百分点，城市gdp增长了2.7倍，用水户增长了53.8%；然而，城市年总用水量仅增长了11.5%，城市年供水量多年来基本稳定在500亿m2左右(见图2)。城市居民人均日用水量从220升降至172升，与发达国家基本一致(见图3)。从国际经验来看，未来中国城市用水量不太可能大幅增加，与节水水平较高的国家相比，仍有很大的节水潜力。

图2 2000-2012年城市用水总量和用水人口变化

图3 2000-2012年中国城市人均生活用水量变化

■外部输水模式出现问题

从上世纪末到本世纪初，中国城市建设的快速发展曾带来用水量剧增、城市水资源短缺等问题。我国许多地方采用外调水的方式解决水资源短缺问题，如引黄入青、南水北调、引汉江入渭河、大连碧流河、沈阳大伙房、滇中等。随着调水规模和距离的不断扩大，带来了调水难度越来越大、调水生态破坏越来越严重等问题。同时，外调水量大，投资和运行成本高，调水和本地水不适应的情况越来越多。在一些地方，输送水和当地水的成分差异导致自来水管道中水垢的溶解和沉淀，形成新的污染，这是相当难以处理的。因此，解决水资源短缺的长距离调水模式在一定程度上陷入了困境。

国外也有因调水不当而导致的生态教训。例如，前苏联的咸海就是一个著名的例子。咸海曾是世界第四大内陆湖，位于中亚干旱地区的哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦之间，其水源主要来自帕米尔高原的阿姆河和西天山的锡尔河。

从20世纪60年代到70年代，前苏联拦截了流入咸海的两条河流，用于棉花和水稻等农业项目以及中亚的工业发展。从1960年到2000年，阿姆河和锡尔河的灌溉用水量翻了一番，棉花产量翻了一番。咸海补充水量长期低于蒸发量，自20世纪70年代以来气候持续干燥，导致咸海面积在20世纪后期迅速缩小。据测绘，与多年前稳定的正常水量相比，咸海的水量现在已经萎缩了90%。事实上，前苏联和后来相关的独联体国家在看到负面影响后，曾计划修建导流渠，将相对邻近的西伯利亚水系的水引入咸海。结果，这个项目太大，很难筹集到资金。

现在干燥的咸海已经成为一个大的盐库。中亚的强风将这些盐粉末吹向邻近地区，严重污染了农田。此外，きだよ 0/gas的高盐含量也对周围居民的健康产生了灾难性的影响，许多人患有各种癌症和肺病。由于咸海渔业的消失，10多万人失去了工作。其他研究认为水域面积的减少已经严重改变了当地的气候，使得夏天更热，冬天更冷。哈萨克斯坦政府已采取行动拯救咸海，咸海分为两部分。哈萨克斯坦政府重建了锡尔河的运河，以减少水流的浪费。2003年，政府修建了另一座大坝，阻断了咸海两部分的流通，以保护咸海北部。阿姆河和锡尔河引水工程以及咸海的经验表明，不加认真考虑的引水只能带来短期利益，并产生长期甚至半永久或永久的生态灾难。

从国外发达国家的经验来看，国外普遍限制长距离调水，尤其是跨流域调水。澳大利亚在30年前实施了南澳-墨累河调水工程(见图4)，在整个南澳三角洲造成了水生态植被退化、湿地破坏、土地盐碱化和物种消失等生态问题，造成的损失远远超过了调水的效益。为此，澳大利亚进行了深刻反思，不能再以“只利当前，不利长远”、“利上游，损下游”的方式实施调水，并重新调整调水方案，努力恢复该地区的水土生态，但恢复环境需要很长时间。

图4澳大利亚默里河调水工程

另一个成功的解决方案案例是美国纽约。20世纪60年代，这个城市严重缺水。最初的解决方案是从新泽西调水，项目预算超过100亿美元。由于该项目的巨额投资，以及新泽西人民不同意向纽约调水，调水工程无法实施。当纽约陷入困境时，一位城市给排水专家提出了一个建议，将纽约所有的旧厕所改造成冲水容量为6l的节水厕所，市政府补贴每个厕所1/5的重置成本。这个方案在纽约被采用(见图5)。经过11年不到3亿美元的投资，改造了所有厕所，人均日用水量下降了14%，水危机问题得到了解决，达到了100亿美元调水工程无法达到的效果。

图5美国纽约调水方案与节水方案比较

从国外发达国家的经验来看，城市化进程达到中期后，城市生活用水量不太可能再次大幅增加；根据近年来我国城市发展的规律，近年来我国城市用水量趋于稳定，呈现出持续下降的趋势，这与国际经验规律相一致，缺水的水危机得到明显缓解。与此同时，长距离调水成本高、对调水地区的水生态产生负面影响等弊端日益显现；国外发达国家的经验表明，有许多对生态环境影响较小的更经济的解决方案可以替代长距离输水。

水污染控制与城市水安全

■水污染造成的缺水是威胁城市水安全的主要因素

根据《中国环境通报》的数据，近年来，一类和三类水体的比例在上升，而劣五类水体的比例在下降(见图6)，但事实上，水生态恶化的趋势并没有逆转。住房和城乡建设部连续8年对35个大中城市约12，000个水厂取水口的水样进行检测，结果显示，符合二类水标准的水样比例从2002年的24.8%下降到2009年的8.6%(见图7)。一些位于降水丰富或水系发达地区的城市周边水污染严重，水危机是由“水质短缺”引起的；此外，由于水生态管理是一项长期而艰巨的任务，一旦放松管制或减少控制力度，水环境可能会重复出现。

图6中国河流断面水环境质量比例

图7符合二类水标准的水源比例

由此可见，水质性缺水已经取代了水量性缺水，成为中国城市水安全面临的主要挑战和中国城市水危机的主要原因。

■农业面源污染将成为缺水的主要原因

农业面源污染是我国河流湖泊富营养化的60%~80%。近年来，随着城市生活废水和工业废水标准处理率的快速提高，农业面源污染状况相对加剧，主要表现在水产养殖的日益集约化和污染物的大量排放；农业生产高度依赖化肥和农药，氮磷污染物的排放占很大比例；农村垃圾和污水随意排放，环境条件日益严峻。2007年，中国农业排放的化学需氧量、总氮和总磷分别为1320万吨、270万吨和28万吨。2010年，中国农业排放的化学需氧量、总氮和总磷分别增加到1760万吨、285万吨和32万吨。在淮河、巢湖和太湖流域，农业面源污染较为严重，已成为水污染的主要原因。水体中氨氮和化学需氧量超标，逐渐失去饮用水源的功能。因此，应重视农业面源污染的控制和治理，加快流域农业产业结构的调整。对畜牧业造成的污染，应就地生态利用；对于过于集约化、不能就地生态利用的水产养殖业，可以发挥市场经济机制的作用，实施畜禽粪便的工业有机肥生产，采取流域外农牧生态利用措施；针对农村农田污染和农村垃圾问题，按照因地制宜、就地分散、资源回收的原则，实现水资源、污水和垃圾中营养物质的生态利用，建设生态农田和美丽农村。

■国际经验:城市化率达到50%后，是水污染事件高发时期

2011年，中国的城镇化率首次超过50%，达到51.3%(见图8)。也是在这个时期，许多水污染事件不断发生在不同的地方。如2006年湖南岳阳水污染事件、河北白洋淀死鱼事件、2007年太湖蓝藻事件、2010年福建紫金矿业污染事件、2011年渤海溢油事件、2012年龙江镉污染事件和2013年黄浦江死猪事件。这种污染事件频繁和持续发生绝非偶然。从国外发达国家的发展规律来看，当城市化率达到50%时，往往会出现水资源和水安全的转折点，从水量危机到水质危机，水污染事件将进入高发期。

图8一些国家的城市化率变化

英国是世界上第一个城市化的国家。从城市化的开始到结束大约用了200年。城市化率在1851年左右达到50%(见图8)，中间的50年是城市化的中期。1878年，“爱丽丝之子”号在泰晤士河沉没，造成640人死亡。经过调查，发现大多数人死于高度污染的河水中毒。

德国的城市化率在1892年达到50%(见图8)，但由于污染严重，整个莱茵河变成了一条泡沫河。此后，德国花了70年的时间努力控制它，使莱茵河再次清澈(见图9)。

图9德国莱茵河治理前后对比

日本的城市化率在1953年达到50%(见图8)。在此期间，日本出现了两种独特的疾病，一种是骨痛，这是由工厂饮用水镉污染造成的，这使人们第一次意识到重金属等污染物会对人类造成永久性伤害；另一种是水俣病，因为工厂排放的汞污染水，并通过食物链在人体内富集，导致人体畸形、精神痴呆症，甚至影响子孙后代。据不完全统计，到2001年，死于水俣病的人数已超过1，700人，现在可能超过2，000人，这对下一代的影响是现在的几倍。

1977年韩国的城市化率达到50%后(见图8)，也发生了大规模的水污染事件。1991年3月16日，斗山集团的管网发生苯酚泄漏，公众反应强烈。斗山集团为给当时的总统送去10亿韩元而道歉，这几乎导致政府在内幕被披露后崩溃。这些案例表明，水污染事件在特定时期会演变成社会危机，必须引起足够的重视。

■国外成功经验的启示

中国的城市化率超过50%后，也达到了历史的关键时期。只有正确认识城市水安全的最大威胁源，才能对症下药。历史规律和现实情况表明，水污染是水安全的最大敌人。在这方面，国外的成功经验对我国具有重要的启示和借鉴意义。

以色列人均水资源量仅为320m3/a，仅为中国人均水平的1/6和世界平均水平的1/33，且缺乏过境客运用水。同时，以色列水资源分布严重不均，50%的农田需要灌溉(灌溉率仅次于中国)，水资源供需矛盾尤为突出。通过科学立法、正确的技术路线、提高污水再生利用率、加强微咸水和雨水利用、实施海水淡化、节约农业用水(中国的滴灌技术大部分来自以色列的创新发明)等。，水的利用效率提高了一倍。同时，完善的水价体系，发挥了行政手段、技术手段和市场手段的作用，成功解决了水资源短缺问题。

新加坡人均水资源只有210立方米/年，低于以色列，50%的水需要从马来西亚进口。因此，新加坡开源节流，逐步解决了新加坡的缺水问题，逐步摆脱了对马来西亚水源的依赖。目前，新加坡污水回用率超过90%，30%的中水经水库进一步自然净化后可作为饮用水源；雨水收集利用率达到90%；海水淡化至少可以满足10%的水需求。新加坡不仅独立解决了城市用水问题，还向东南亚出售了马来西亚供应的饮用水和瓶装水。

上述案例表明，调水实质上是“拆东墙补西墙”，缺少的是不同区域间水资源的补充；水资源的再利用是循环利用，是水资源的增殖。通过反复回收，完全可以替代长距离输水；如果与海水淡化和雨水收集等非传统水资源利用相结合，中国大多数城市都有能力解决自身的缺水问题。

城市化率达到50%后，是国际公认的水污染危机高发时期，也是恢复水生态的关键时期。如果你错过这个机会，你将付出非常高的治疗费用。通过调水解决城市水危机往往会导致难以预测的新的水生态问题，难以持续。

提高城市用水效率的措施

■树立以生态恢复和循环利用为核心的科学治水理念

解决城市水安全问题，应从水生态恢复入手，全面提高水资源利用效率。
从发展理念来看，首先要整合先进适用的技术，综合利用城市安全用水、污水处理与回用、能源回收与利用、雨水收集与利用等措施；其次，要从传统的大规模排水转向生态修复，从调水和排污转向恢复当地水体的自净功能和恢复水生态；第三，要从不科学的定额供水用水模式转变为节约用水的定额供水模式；最后，必须从旱地渔业的广泛发展转向水资源综合利用的健康循环。

从市场机制来看，要进一步完善水价机制，从计划定额管理到超定额加价和阶梯水价调整，从而充分调动企业和公民节约用水的积极性。

在技术措施上，要开源节流，大力开展城市节水，加强建筑节水和雨水、海水等非传统水资源的利用，广泛采用新技术、新方法，尝试新思路、新做法。

从法律角度看，有必要加强立法，提高全社会的节水意识和行为，倡导节水的“三同时”。

■减少支出和开源，提高水资源利用效率

建筑节水是第一要务。城市节水是继水污染防治之后缓解水资源短缺的最重要手段，而建筑是构成城市空房型结构的基本单元，是将各种污水处理组合成一个对象的特殊单元，因此城市节水必须从建筑开始。从我国城市居民生活用水比例来看(见图10)，污染严重的“黑水”，如厕所粪便污水和厨房含油污水，占近一半，其中只有冲厕水占1/3；污染程度轻，经简单处理后可就地回用的废水，如洗衣、淋浴等“灰水”和各种生活废水，约占40%。如果能将“黑灰”分开，“灰水”经过简单处理后可以收集再用于冲厕，可以节约近30%的生活用水。以北京为例。如果三分之一的建筑能做到这一点，雨水收集和利用，它可以取代南水北调工程近3500亿元的投资。

图10中国家庭用水比例

城市污水回用是稳定可靠的“第二水源”。建筑灰水冲厕产生的黑水进入市政管网，再进入污水处理厂达标，实现建筑用水“小循环”和城市用水“大循环”的有机结合。中国每年处理近400亿立方米的城市生活污水，这些污水可重新用于工业和市政用途、景观和生态用水补充和灌溉，节约了大量淡水。城市污水的回收率每增加10%，就相当于水源的供水量增加8%，效益相当可观(见图11)。

图11城市污水循环利用的主要方式

低影响开发，雨水利用。借鉴发达国家的理念，中国应大力推进城镇低影响发展模式，将建筑雨水收集与居住区雨水收集、基础设施节水和城市雨水利用紧密结合，将水生态、水景观、水资源节约和水循环利用紧密结合，相互促进。一是建立雨水收集系统，主要在公共广场、建筑地下室广泛配备雨水收集设备，可增加水资源利用率30%以上。其次，从空的建筑、广场、公园等城市收集雨水，减少雨水的径流和汇水，可以大大缓解城市排水系统的压力，缓解城市内涝程度。第三，可以在前期解决雨水的非点源污染问题。以北京为例，年降雨量约为600毫米，如果能收集利用20%的降雨量，在1800平方公里的城市建成区内可形成2.2亿立方米的水资源，相当于北京总供水量的14%，可解决北京1/3~1/2的缺水问题。

海水淡化的前景是乐观的。严重缺水的沿海地区、岛屿等海水淡化。能有效解决沿海地区补充水源的问题，既能供应城市用水，又能供应工业用水，特别是对水质要求高的电子行业。然而，与污水回用相比，海水淡化的缺陷是显而易见的。首先，适用范围相对狭窄；第二，建设和运营的投资成本仍然是污水回收的两倍以上；第三，应用范围有限，仅适用于沿海地区，而污水回收利用基本不受地区限制。

工业节水仍有潜力。工业用水在国外的发达国家通常被重复使用，一些行业甚至可以多次重复使用(见图12)。中国的纺织、造纸、钢铁等高耗水行业占工业用水量的60%。根据《中国城市建设统计年鉴》，虽然城市工业用水总体回用率达到88%，但许多行业的用水效率仍然偏低，与国外发达国家存在较大差距。中国的工业节水有了很大的提高。

图12工业节水技术

■新观念和新思想在经济上占主导地位，并具有显著的效益

节流增收是缓解城市水危机的有效手段，这些措施在经济上更具优势。

从表2可以看出，不同的水资源利用方式，投资和建设成本差异很大。对于建筑雨水收集利用，模块化装置的投资约为2000元/m3，运行费用小于1元/m3。城市污水回用投资约为2500元/m3，运行费用仅为1~2元/m3。海水淡化设施投资不足1万元/m3，大规模海水淡化成本约为4元/m3。随着新材料和新工艺的不断发展，建设和运营成本将大幅降低。20世纪90年代，万家寨调水工程投资高达3000元/m3，运行成本达到8元/m3。南水北调中线工程实际运行成本已达到8~10元/m3，不包括调水工程带来的生态和社会成本。

从提高城市节水潜力的角度来看(见表3)，如果工商用水效率提高10%，城市用水效率提高10%，生活用水节约30%，其他用水提高10%，公共供水管网漏损率降低1%，水资源潜力可提高17%。这只是初步数据，如果采取更严格的相关政策和措施，城市节水潜力可以进一步挖掘。

从非传统水资源的利用来看(见表4)，城市污水的循环利用率可提高10%，替代8%的水资源；雨水利用可以替代至少5%的城市供水，海水淡化可以替代5%的城市供水。以上措施可替代至少18%的城市水资源，且易于实施。

通过节约城市用水，提高工业用水的重复利用率，减少管网泄漏，城市水资源潜力至少可提高15%；通过城市污水处理和就地回用、雨水收集利用、海水淡化等措施，城市供水可至少增加15%。如果占全国水资源61%的农业用水也大力提倡节约措施，它将有更大的潜力；我国农业灌溉有效利用系数仅为0.51，而发达国家已达到0.7~0.8。如果农业节水10%，城市水资源的短缺可以大大缓解。

中国的城市化率已经达到50%。未来将是城市水污染事件高发期、水安全高风险期、水污染控制关键期和恢复水生态的契机期。要牢牢把握这一特定的历史机遇，树立控制水污染、恢复水生态、保障水安全的正确理念，明确水污染控制的重点，恢复水体的自净功能，实现健康的水循环；通过法律政策、市场机制、科技三管齐下、巧妙结合和灵活运用各种手段，提高用水效率，解决城市用水安全问题，实现建设美丽中国的梦想。