張琳娜

（北京市河湖管理處，100086，北京）

一、生態(tài)水循環(huán)發(fā)展的重要性

隨著城市化的發(fā)展，人口規(guī)模與水資源之間的矛盾日益尖銳，超量開采地下水造成的生態(tài)環(huán)境惡化是這一矛盾的集中體現(xiàn)。增強城市水資源循環(huán)利用的防護意識，可以很好地解決水資源稀缺和需求加大之間的矛盾。

城市水生態(tài)環(huán)境是一個建立在自然環(huán)境之上的高度人工化的環(huán)境，既具有自然環(huán)境的復雜性、易變性、難于恢復性，還具有人工環(huán)境獨有的人類活動主導性、易受外界干擾性和開放性、輸入輸出不均衡性。城市化的進展直接或間接地改變著水環(huán)境，影響城市居民的生活質(zhì)量和社會福利。據(jù)預測，到2020年我國城市化水平將達到50%左右。為此，必須深刻地研究城市化對城市水循環(huán)要素的影響，采取科學的對策，健全城市水循環(huán)系統(tǒng)，提高城市水資源承載能力和水環(huán)境容量，促進城市的持續(xù)發(fā)展。在加快城市化進程的同時，需處理好城市水循環(huán)與城市發(fā)展的關(guān)系，搞好城市水資源開發(fā)及保護，確保城市化進程的順利進行。

二、導致水資源短缺的重要因素

1.人口激增

2011年10月31日，聯(lián)合國人口基金會宣布地球迎來了她的第70億位人類居民，人類消耗的任何一種資源，即便數(shù)量很小，在經(jīng)過70億倍的放大之后，都是天文數(shù)字。世界人口激增首先意味著人類對自然資源需求的激增，水資源供給將承受更大的壓力。僅生活飲水一項，70億人口每天最少將喝干2.3個昆明湖。

人口激增對水資源再生利用的影響有兩點：即直接影響與間接影響。直接影響表現(xiàn)在人類的日常生活用水、引水所需的淡水資源隨著人口增加而愈發(fā)增多，這一用水量的增加基本上與人口同比例增加。而且，伴隨人們生活水平的提高，人均生活用水量的增加可能會快于人口增加的速度。二是間接影響，當今社會人口的增加無形中給人們加大了生存的壓力，競爭往往導致人們自我深造的強烈需求，隨即而來的是技術(shù)的進步和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，無論工業(yè)、農(nóng)業(yè)還是服務業(yè)，其規(guī)模的增長都會導致用水量的增加。

2.社會的高速發(fā)展

如同人口激增的間接影響，隨著城市的快速發(fā)展,居民的生活及工作環(huán)境在很大程度上得到了改善。但是隨之出現(xiàn)的是城市大面積的天然植被和土壤被街道、工廠、住宅等建筑物所代替,使下面的不透水面積增大,從而減少了降水的滲入量。城市化形成了新的人工地貌，改變了自然區(qū)域的蒸發(fā)條件。在城市化條件下，蒸發(fā)的變化相當復雜。城市較大的受熱量造成了蒸發(fā)能力提高，然而城市水文循環(huán)的短路化使城區(qū)可供蒸發(fā)的水量較少。

3.污水處理不緊密

城市污水主要來源于工業(yè)廢水與生活污水。傳統(tǒng)的污水管理模式業(yè)已導致我國90%以上的城市水域遭到污染。目前，我國城市污水在以每年6.5%的速度增加，預計到2020年城市污水產(chǎn)生量將達到600億m3以上。因此，污水處理迫在眉睫。城市生活污水的處理可考慮由集中處理演變?yōu)榉稚⑻幚恚浜锰幘褪强s短污水集中的周期，最大可能的收集所有同一地域的污水進行循環(huán)再生，分散處理的主要場所可設在同一區(qū)域，盡可能的縮小集中范圍，如居民住宅的屋頂。通過在城市建立中水系統(tǒng)將生活、生產(chǎn)污水處理之后再次使用，從而節(jié)約大量的日常用水。經(jīng)過處理的回用中水，可用于沖廁、澆灌花草樹木、清潔道路、清洗車輛或基建施工、設備冷卻、工業(yè)用水及其他可接受其水質(zhì)標準的用水。通過節(jié)水，可以減少不必要的浪費，通過實施污水資源化，實現(xiàn)水資源的重復利用，從而緩解水資源緊張問題。

三、水資源利用的實質(zhì)辦法

在水資源供給方面，根據(jù)北京市水務局數(shù)據(jù)顯示，北京水資源由兩部分構(gòu)成：一是本地區(qū)降雨形成的水量；二是上游入境水量。北京市水資源公報顯示，北京多年平均降水總量98億 m3，蒸發(fā)約 60億 m3，形成總量約為37.4億m3的水資源；北京多年平均入境水量16.1億m3，二者合計53.5億m3。實際上，北京平均每年可以利用的地表水總量僅約為14億m3，加上25.6億m3地下水，共計約40 億 m3。

在水資源需求方面，北京每年生產(chǎn)生活用水總量約為34.5億m3（2006年全市總用水量為 34.3億 m3，2007年為 34.8億 m3，2008年為 35.1億m3），40 億 m3供給，34.5 億 m3需求，北京的水似乎夠用。但近年來北京降水量明顯減少，入境水量也連續(xù)9年減少，從10億m3逐年下降到7億m3，與常年平均數(shù)據(jù)16.1億m3相差甚遠。供給方面，北京可利用水資源往往不足 40億 m3；需求方面，隨著大量外來人員涌入北京，用水量也在隨著增加，導致北京地表水流出量少于流入量，以及地下水逐年減少。為解決水資源短缺問題，北京市采取了大量行之有效的措施,農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水都有所下降。但就目前情況來看，節(jié)水空間已經(jīng)非常有限。況且，人口擴張，工業(yè)、服務業(yè)等生產(chǎn)用水也會隨之增加。同時，隨著公眾對生態(tài)環(huán)境要求提高，生態(tài)用水也應當?shù)玫阶銐虮ＷC。就目前形勢，一旦北京遇上連續(xù)干旱，情況就很危急。

1.雨水利用技術(shù)

雨水集蓄也以大規(guī)模進行。印度在這一方面是國際領導國家，該國已經(jīng)開始了數(shù)個項目以留存大量雨水，并讓分散的雨水比天然滲流快很多的方式補給地下水蓄水層。對2011年而言，北京連遇幾場大到暴雨，6月23日，突如其來的一場特大暴雨，是北京近年來最大的一場強降雨，此次城市河湖平均降雨78.9 mm，局部最大暴雨215 mm。對于這來之不易的降雨，我們應當如何將其轉(zhuǎn)化為可利用的再生資源？又是如何最大限度地攔蓄雨水，使之最大程度的發(fā)揮其自然作用并轉(zhuǎn)廢為寶的呢？

由于全球范圍的水資源緊缺和暴雨洪水災害頻繁，世界五大洲約40多個國家和地區(qū)在城市開展了不同規(guī)模的雨洪利用研究：

（1）中國：逐步開發(fā)集水資源

據(jù)北京市水務局程靜局長介紹，經(jīng)過五年的艱苦奮斗，南水北調(diào)北京段主體工程和“三廠一線”配套工程全面完成。北京初步形成地表水、地下水、外調(diào)水、再生水多水源聯(lián)調(diào)的供水保障格局；變“防汛”為“迎汛”，到2006年 37座病險水庫除險加固全部完成。城市骨干河道達到50年一遇排水標準，消除49處城市積水點。建立部門聯(lián)動六項新機制，對安全迎汛各級部門責任制、應急預案、搶險物資、隊伍準備、安全隱患進行全面排查，提高保障能力；2006年以來，全市累計建成1200多處雨水利用設施，城市下游建成雨洪滯蓄區(qū)，郊區(qū)利用坑塘、溝渠、洼地攔蓄雨水，改善了環(huán)境，回補了地下水，年增加利用雨水4 500多萬 m3。

80年代以來，甘肅省水利廳就大力開展了雨水集蓄利用試驗研究和示范推廣工作。甘肅省委省政府于1995年做出決定，實施“121”雨水集流工程，即在干旱地區(qū)每戶建立一個100 m2左右的雨水集流場，修兩眼貯水 30～50 m3的水窖，發(fā)展 667 m2（一畝）左右的庭院經(jīng)濟。該項工程一半窖水用于人畜飲用水，一半用于發(fā)展庭院經(jīng)濟。在實施的一年多就涌現(xiàn)了不少脫貧致富的示范戶，在1991年到1994年僅11個干旱縣就建成了混凝土、水泥瓦集流面積238.54萬 m2，配套新建水窖2.23萬個，解決14.6萬人、4.3萬頭大家畜和13.9萬頭豬、羊的飲水困難，節(jié)約了大量的拉水挑水費用，促進了庭院經(jīng)濟的發(fā)展。在多年建設與運行的經(jīng)驗基礎上，甘肅省水利廳還于1997年編制與發(fā)布了甘肅省地方標準——甘肅省雨水集蓄利用工程技術(shù)標準。

內(nèi)蒙古自治區(qū)1995年在干旱的準格爾旗和清水河縣實施“112”集雨節(jié)水灌溉工程，即一戶建一眼蓄水30～40 m3的旱井或水窖，采用坐水種或滴灌技術(shù)發(fā)展1334 m2（兩畝）抗旱保收田，從實施情況看效益也是非常明顯的。滴灌設備投資當年可以收回，加上集流工程的投資2～3年也可收回。

寧夏回族自治區(qū)水利廳1993年起實施“水窖集雨節(jié)水灌技術(shù)”并得到了大力的推廣。

廣西雖然平均降雨量在1 500 mm左右，但是在巖溶地區(qū)因季節(jié)性干旱，缺水十分嚴重。因此，自治區(qū)人民政府在1997年11月作出決定，在28個國家貧困縣開展以興建家庭水柜為主的大會戰(zhàn)。共建成家庭水柜9.1萬個。解決了147萬農(nóng)村人口的飲水困難。在此基礎上，1999年春開展了地頭水柜集雨節(jié)水灌溉試點工程。建成地頭水柜12.6萬處，總窖積99.1萬m3，新增旱地有效灌溉面積0.197萬hm2，至此，全廣西共建成地頭水柜18萬個，總窖積1869萬m3，新增旱地節(jié)灌面積約3.2萬hm2，工程投資12.3億元。

陜西還實施了 “甘露工程”。此外，山西、河南、河北等省也開展了雨水利用技術(shù)的研究與應用，也取得了一批成果，生產(chǎn)了明顯的經(jīng)濟效益，社會效益與生態(tài)效益。根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗，降雨在250～500 mm的農(nóng)業(yè)地區(qū)為雨水利用高效地帶。因此，凡有效降雨在250 mm以上的地區(qū)都可開發(fā)雨水資源。

在干旱半干旱地區(qū)每年靠水窖集蓄雨水首先解決人畜的生活用水，其余部分用以發(fā)展庭院經(jīng)濟或給少量耕地補水，這種灌溉既不可實行充分灌溉，也不能采用粗放的地面灌溉方法，一般都要與節(jié)水灌溉技術(shù)相結(jié)合，以最大限度地發(fā)揮灌溉水的效益。這就形成了集雨節(jié)水灌溉。與集雨相配合的節(jié)水灌溉方法主要有兩大類，一是采用非充分灌溉，一般只能給作物灌關(guān)鍵水、救命水。二是采用非常節(jié)水的灌水技術(shù)，諸如：微噴灌、滴灌、滲灌等。

（2）日本：樓前屋后因地制宜

近年來，各種雨水入滲設施也在日本迅速發(fā)展，包括滲井、滲溝、滲池等。這些設施占地面積小，可因地制宜地修在樓前屋后，將地面徑流就地入滲地下，在控制徑流匯集、減小洪峰流量的同時，使地下水得到補給，使遭到破壞的水環(huán)境系統(tǒng)得以恢復，同時也起到阻止地面沉降的作用。日本在屋頂修建蓄水系統(tǒng)、或修建屋頂蓄水和滲井、滲溝相結(jié)合的回補系統(tǒng)，雨水在屋頂集蓄后，逐步放入滲井或滲溝，再回補地下。

（3）美國：立法要求或鼓勵

美國制定了相應的政策與法規(guī)，限制雨水直接排放與流失，控制雨水徑流的污染，收取雨水排放費，要求或鼓勵雨水的截流、貯存、利用或回灌地下，改善城市水環(huán)境與生態(tài)環(huán)境。美國的雨洪利用常以提高天然入滲能力為宗旨，并作為土地利用規(guī)劃的一部分。美國的富雷斯諾市將入滲池和回灌井結(jié)合起來。在入滲池表土下1.5 m深水平鋪設多孔波紋塑料管，然后與入滲池末端的水泥管相連，雨水經(jīng)土壤過濾自流注入回灌井。這種將水平入滲和垂直入滲相結(jié)合的方法，防止了回灌井淤堵，并提高了回灌能力。在芝加哥市興建了著名的地下隧道蓄水系統(tǒng)，以解決城市防洪和雨水利用問題。此外，還在眾多的州研究了屋頂蓄水和由入滲池、井、草地、透水路面組成的地表回灌系統(tǒng)。

（4）德國：法律強制加市場推動

德國是世界上雨水收集、處理、利用技術(shù)最先進的國家之一。德國的法律對于雨水的排放問題明確規(guī)定，為了減少雨洪對城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)的行洪威脅，減輕污水處理廠的處理壓力，雨水在進入污水管道之前必須經(jīng)過就地入滲消納，或收集處理后再回用，只有超量部分和污染程度較高的部分才允許排入污水管，并通過各種市場管理手段鼓勵用戶推廣采用雨洪利用技術(shù)。例如，若用戶實施了雨水利用技術(shù)，國家將不再對用戶征收雨水排放費，而雨水排放費與污水排放費用一樣高，通常為自來水費的1.5倍左右。

（5）國外主要雨洪利用設施

國外在城市化地區(qū)通過阻滯和蓄積雨水進行雨洪利用的設施主要有：滯洪池、調(diào)洪池、蓄洪隧洞系統(tǒng)、屋頂蓄水系統(tǒng)，地下水池蓄水系統(tǒng)。

屋頂蓄水系統(tǒng)可用來在平或較平屋頂上接蓄雨水，可就地調(diào)節(jié)徑流。

地下水池蓄水系統(tǒng)將暴雨徑流收集到地下水池內(nèi)存蓄，水池上部面積可以利用。

通過雨水入滲和地下水回灌進行雨洪利用的設施主要有：透水性路面、長草洼地、檐下滲井、排水花管和滲溝、滲渠、滲坑、滲井系統(tǒng)等。

檐下滲井一般適于砂礫層埋藏較淺的地區(qū)，由人工開挖而成，滲井一般置于房屋的落水管下，日本的研究表明其回灌量可達該流域地下水開采量的10%以上。

排水溝花管鋪設在填以碎石的溝內(nèi)，溝底鋪設砂墊層，花管的補給方式是線性的，比井的補給更具有優(yōu)越性。

盧旺達建造水槽。

烏干達的集水系統(tǒng)，此設施把水抽送給中水客戶并回灌井。

2.大力發(fā)展污水處理事業(yè)

水資源是自然界不可替代但可再生的資源,在人類開發(fā)利用水資源的同時,只要遵循其自然循環(huán)的規(guī)律,地球上有限的淡水資源就能夠被人類重復地、永續(xù)地利用。因此，需對排入自然界的污水進行深度處理,將排污量控制在水環(huán)境納污能力以內(nèi),以保證水資源能夠持續(xù)地健康循環(huán)。我國需加大城市污水處理的深度及力度,保護水資源環(huán)境,為城市水健康循環(huán)創(chuàng)造客觀條件。另一方面,經(jīng)深度處理后的污水可根據(jù)用水戶對水質(zhì)的不同要求,進行重復利用。城市污水是城市穩(wěn)定的淡水資源,污水的再生利用既減少了對新水的需求量,又減少了污水排放對水環(huán)境的污染,同時有利于污水處理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,它是城市水健康循環(huán)的有效措施。目前,我國城市污水的回用率還很低,西方發(fā)達國家已經(jīng)有了許多成功的實例。據(jù)報道,美國自上世紀50年代起即開始著手這方面的工作,美國357個城市實現(xiàn)了污水回用,其中回用于農(nóng)業(yè)占53%,回用于工業(yè)占40.5%。日本早在1962年就開始污水回用的實踐,70年代東京、名古屋和大阪等城市就已將城市污水處理后回用于工業(yè)。國外在城市污水回用方面發(fā)展很快,美國2000年污水回用率高達72%,日本1995年污水回用率為77.2%。

水資源是節(jié)約型社會發(fā)展不可替代的基礎性、戰(zhàn)略性資源,城市的發(fā)展必須有足夠(水量與水質(zhì))的水資源作為支撐。在加快城市化進程的過程中,應遵循城市水循環(huán)的規(guī)律,完善管理體制,合理開發(fā)利用水資源,提高水的利用效率及效益,加大污水的深度處理及回用,真正做到城市水務一體化管理,使水資源的可再生性得以體現(xiàn),建立起城市水健康循環(huán),促進城市水資源的可持續(xù)利用,達到人與水的和諧發(fā)展,從而促進整個社會的和諧發(fā)展。

控制人口過度集聚增長,建設組群式城市結(jié)構(gòu),既能減少集中開采與需水壓力,又能減少生活污水的排放量,從而減輕對水資源環(huán)境的過度開發(fā)和污染。在控制人口的同時,調(diào)整優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局,大力壓縮耗水量大、污染重的產(chǎn)業(yè),嚴格限制高耗水型工業(yè)項目的開發(fā),強化源頭和過程控制,推行清潔生產(chǎn),提倡發(fā)展節(jié)水型產(chǎn)業(yè)。

[1]許向君，汪中華.關(guān)于建立城市水健康循環(huán)的研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報，2006．

[2]張杰,熊必永.創(chuàng)建城市水系統(tǒng)健康循環(huán)促進水資源可持續(xù)利用[J].沈陽建筑工程學院學報，2004(2)．

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