城市流域水資源迴圈利用與可持續發展規劃概論

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城市流域水資源迴圈利用與可持續發展規劃概論
  摘要:在當今全球城市化的程序越來越快,城市需水量日漸增加,水汙染狀況有增無減,資源型與水質型缺水城市越來越多的情況下,傳統的或現行的城市給水排水專業規劃觀念已不能保證城市流域水資源汙染和區域自然水環境遭受破壞。提出城市流域水資源迴圈利用與可持續發展規劃新概念,目的是要建立起現代城市的給排水規劃理念,為實現節能減排,構建“資源節約型,環境友好型”城市打下基礎。
  關鍵詞:水資源; 規劃; 給水排水; 迴圈利用
  隨著全球城市化的程序,城市需水量日漸增加,水汙染狀況有增無減,水量性缺水也逐漸向資源性與水質性缺水轉變。本文提出城市流域水資源迴圈利用與可持續發展規劃概念,主要是基於對目前現行的城市給水排水專業規劃在規劃理念上一種轉變的探討。
  傳統的或現行的城市給水排水專業規劃的基本要求是:如何滿足城市生產與生活用水的需求和保證排水快速安全;而城市流域水資源迴圈利用與可持續發展規劃概念是:除保證城市生產與生活用水的需求和安全外,是將一個城市或一個區域的供水或汙水廢水都把它看成是一種資源,而對這種資源進行系統的規劃,使之合理的進行處理與迴圈利用,達到本區域或本流域的水環境平衡,保持社會經濟的可持續發展,構築資源節約型,環境友好型城市。
  1、水資源迴圈概念
  水是迴圈性資源,亦是可以再生的資源。根據其客觀規律和迴圈的方式,我們可以把它分為自然迴圈與社會迴圈。
  1.1自然水迴圈
  水在自然界中以固態、液態、氣態三種方式存在,在水圈、大氣圈、岩石圈、生物圈範圍內處於往復不停的迴圈運動狀態中。在太陽輻射和地心引力的作用下,水從海洋蒸發變成雲(水汽),又以雨、雪等方式降落到地面,部分蒸發,部分滲入地下或匯成地下徑流和地表徑流,最終又迴歸大海。水的這種周而復始的迴圈運動稱為水的自然迴圈。
  自然水迴圈的特點:①自然水迴圈是一個相對穩定的、而又錯綜複雜的動態系統,不論是大迴圈還是小迴圈,都和氣候、土壤、地質地貌和植被條件等自然因素有關。還受到山塘、水庫等人為因素影響。水資源的質與量及其分佈狀況是自然歷史發展的產物;②在水的自然迴圈中,不但存在水量的平衡關係,而且還存在著水質的動態平衡關係,即水質的可再生性。
  在大自然迴圈條件下,全球的水量迴圈是平衡的。據近期資料報道,全球的迴圈水量為496000Km3。其中,海洋蒸發水量425000 Km3,陸地(包括陸地水面以及土地)蒸發水量71000 Km3;全球水分蒸發水量496000 Km3;海面降雨量385000 Km3,陸地降雨量111000 Km3,全球水分總降雨水量496000 Km3。總降雨水量與總蒸發水量是平衡的。另外,在海域與陸地水量平衡方面,陸地降雨量比陸地蒸發量多40000 Km3,這部分水量即為入海徑流量。海域水面蒸發量比海域水面降雨量多40000 Km3,所損失的水量由入海徑流量補充,同樣形成水量平衡。
  根據海水、地表水和地下水的儲水量及其迴圈水量,我們不難估算出各種水體的水量迴圈關係及其全部交換一次的平均迴圈週期時間。一般情況下,大氣中的儲水以及河流水是交換最為活躍的水體,平均交換週期分別為10d和11d。而冰帽和冰川的平均交換週期最為漫長,達8000年/次。
  1.2社會水迴圈
  水的社會迴圈是指在水的自然迴圈中,人類不斷地利用其中的地下徑流或地表徑流滿足生活與生產活動之需。迴圈系統主要由給水系統、用水系統、排水系統3個子系統組成。給水系統與排水系統好比是一個城市或區域的動脈和靜脈,兩者不可偏廢任何一方。給水系統中若過度取水,河流生態需水量就不能滿足,或者用後的汙、廢水不經處理或處理不到位都會影響自然水迴圈。
  1.3社會水迴圈與自然水迴圈的關係
  社會水迴圈是自然水迴圈的一個附加組成部分,對自然水迴圈產生強烈的相互交流作用,不同程度地改變世界上水的迴圈運動。開發利用水資源是人類對水資源時空分佈進行干預的直接方式,在人類大興水利帶來巨大生產效益和能源效益的同時,社會水迴圈對自然水迴圈帶來的負面影響也日益顯現出來。主要表現在以下幾個方面:①水迴圈的途徑被改變(時空變化),人工水庫、人工運河、大壩、長距離跨流域引水等水利工程都大規模地截流水量,改變水迴圈的途徑,使下游河段過水量減少,甚至乾涸,導致河流對地下水補給量銳減。跨流域的調水,會加大地表水分支流域,水流的分散性增強,有可能影響地表水的更新週期和運動節律;②水迴圈量發生變化。人類提取的徑流量每年達到全球可更新水資源量的10%左右,顯著地改變了地表河流的入海量,使得不同層次區域上水迴圈量發生了顯著的變化。③水質的變化,水體經過人類用水迴圈的干擾後,在水中化學物質的種類和數量上都有了極大的增加。汙染源包括未處理的汙水、化學排放物以及農田中沖刷的和滲入地下的農用化學品。
  2、我國社會水迴圈現狀與傳統城市給排水規劃觀念的反思
  目前,我國總體上來看,社會水迴圈仍是一種粗放式、單向流的迴圈機制。即從流域上游或地下水含水層取水,經過使用者一次利用之後,大部分排放至下游水體中。在整個水迴圈過程中,水只是一次性得到利用,並沒有形成負反饋機制。全國可開採水資源總量的58%已經被使用,工農業發展和生活用水的增長全部依靠增加水資源的開採量來得到滿足。但是,這些用於農業,農灌尾水和農田徑流挾帶著大量的化肥、農藥迴歸水體,城市使用者產生的大量汙水大部分直接排放,不斷地加大了對自然水迴圈的干擾,從而造成了兩者之間的尖銳矛盾。
  據預測,全國可開採利用的水資源,不考慮從西南調水,扣除生態環境用水後約為8000——9500X108m3,到2050年,全國需水量可能達到7000——8000X108m3,屆時將接近可開採量的極限。到21世紀中葉,預計我國城市汙水仍有較大增長,見表1,其中生活汙水增長量佔據了總增長量的較大份額。
  可以看出,全國未來城市汙(廢)水排放量將繼續增加,屆時城市汙水排放的汙染物負荷將對城市排水設施提出嚴峻的挑戰。如果不能達到汙水處理設施的快速普及和提高處理率、深度及超深度汙水處理率、再生回用水應用率,未來水迴圈狀況將更加嚴峻。據此,傳統的城市給水排水規劃觀念已不能滿足社會水迴圈的要求,必須從城市流域水資源迴圈利用與可持續發展的高度來重新思考城市給排水專業的規劃理念。