浅谈城市水循环利用

张琳娜

（北京市河湖管理处，100086，北京）

一、生态水循环发展的重要性

随着城市化的发展，人口规模与水资源之间的矛盾日益尖锐，超量开采地下水造成的生态环境恶化是这一矛盾的集中体现。增强城市水资源循环利用的防护意识，可以很好地解决水资源稀缺和需求加大之间的矛盾。

城市水生态环境是一个建立在自然环境之上的高度人工化的环境，既具有自然环境的复杂性、易变性、难于恢复性，还具有人工环境独有的人类活动主导性、易受外界干扰性和开放性、输入输出不均衡性。城市化的进展直接或间接地改变着水环境，影响城市居民的生活质量和社会福利。据预测，到2020年我国城市化水平将达到50%左右。为此，必须深刻地研究城市化对城市水循环要素的影响，采取科学的对策，健全城市水循环系统，提高城市水资源承载能力和水环境容量，促进城市的持续发展。在加快城市化进程的同时，需处理好城市水循环与城市发展的关系，搞好城市水资源开发及保护，确保城市化进程的顺利进行。

二、导致水资源短缺的重要因素

1.人口激增

2011年10月31日，联合国人口基金会宣布地球迎来了她的第70亿位人类居民，人类消耗的任何一种资源，即便数量很小，在经过70亿倍的放大之后，都是天文数字。世界人口激增首先意味着人类对自然资源需求的激增，水资源供给将承受更大的压力。仅生活饮水一项，70亿人口每天最少将喝干2.3个昆明湖。

人口激增对水资源再生利用的影响有两点：即直接影响与间接影响。直接影响表现在人类的日常生活用水、引水所需的淡水资源随着人口增加而愈发增多，这一用水量的增加基本上与人口同比例增加。而且，伴随人们生活水平的提高，人均生活用水量的增加可能会快于人口增加的速度。二是间接影响，当今社会人口的增加无形中给人们加大了生存的压力，竞争往往导致人们自我深造的强烈需求，随即而来的是技术的进步和产业的发展，无论工业、农业还是服务业，其规模的增长都会导致用水量的增加。

2.社会的高速发展

如同人口激增的间接影响，随着城市的快速发展,居民的生活及工作环境在很大程度上得到了改善。但是随之出现的是城市大面积的天然植被和土壤被街道、工厂、住宅等建筑物所代替,使下面的不透水面积增大,从而减少了降水的渗入量。城市化形成了新的人工地貌，改变了自然区域的蒸发条件。在城市化条件下，蒸发的变化相当复杂。城市较大的受热量造成了蒸发能力提高，然而城市水文循环的短路化使城区可供蒸发的水量较少。

3.污水处理不紧密

城市污水主要来源于工业废水与生活污水。传统的污水管理模式业已导致我国90%以上的城市水域遭到污染。目前，我国城市污水在以每年6.5%的速度增加，预计到2020年城市污水产生量将达到600亿m3以上。因此，污水处理迫在眉睫。城市生活污水的处理可考虑由集中处理演变为分散处理，其好处就是缩短污水集中的周期，最大可能的收集所有同一地域的污水进行循环再生，分散处理的主要场所可设在同一区域，尽可能的缩小集中范围，如居民住宅的屋顶。通过在城市建立中水系统将生活、生产污水处理之后再次使用，从而节约大量的日常用水。经过处理的回用中水，可用于冲厕、浇灌花草树木、清洁道路、清洗车辆或基建施工、设备冷却、工业用水及其他可接受其水质标准的用水。通过节水，可以减少不必要的浪费，通过实施污水资源化，实现水资源的重复利用，从而缓解水资源紧张问题。

三、水资源利用的实质办法

在水资源供给方面，根据北京市水务局数据显示，北京水资源由两部分构成：一是本地区降雨形成的水量；二是上游入境水量。北京市水资源公报显示，北京多年平均降水总量98亿 m3，蒸发约 60亿 m3，形成总量约为37.4亿m3的水资源；北京多年平均入境水量16.1亿m3，二者合计53.5亿m3。实际上，北京平均每年可以利用的地表水总量仅约为14亿m3，加上25.6亿m3地下水，共计约40 亿 m3。

在水资源需求方面，北京每年生产生活用水总量约为34.5亿m3（2006年全市总用水量为 34.3亿 m3，2007年为 34.8亿 m3，2008年为 35.1亿m3），40 亿 m3供给，34.5 亿 m3需求，北京的水似乎够用。但近年来北京降水量明显减少，入境水量也连续9年减少，从10亿m3逐年下降到7亿m3，与常年平均数据16.1亿m3相差甚远。供给方面，北京可利用水资源往往不足 40亿 m3；需求方面，随着大量外来人员涌入北京，用水量也在随着增加，导致北京地表水流出量少于流入量，以及地下水逐年减少。为解决水资源短缺问题，北京市采取了大量行之有效的措施,农业用水、工业用水都有所下降。但就目前情况来看，节水空间已经非常有限。况且，人口扩张，工业、服务业等生产用水也会随之增加。同时，随着公众对生态环境要求提高，生态用水也应当得到足够保证。就目前形势，一旦北京遇上连续干旱，情况就很危急。

1.雨水利用技术

雨水集蓄也以大规模进行。印度在这一方面是国际领导国家，该国已经开始了数个项目以留存大量雨水，并让分散的雨水比天然渗流快很多的方式补给地下水蓄水层。对2011年而言，北京连遇几场大到暴雨，6月23日，突如其来的一场特大暴雨，是北京近年来最大的一场强降雨，此次城市河湖平均降雨78.9 mm，局部最大暴雨215 mm。对于这来之不易的降雨，我们应当如何将其转化为可利用的再生资源？又是如何最大限度地拦蓄雨水，使之最大程度的发挥其自然作用并转废为宝的呢？

由于全球范围的水资源紧缺和暴雨洪水灾害频繁，世界五大洲约40多个国家和地区在城市开展了不同规模的雨洪利用研究：

（1）中国：逐步开发集水资源

据北京市水务局程静局长介绍，经过五年的艰苦奋斗，南水北调北京段主体工程和“三厂一线”配套工程全面完成。北京初步形成地表水、地下水、外调水、再生水多水源联调的供水保障格局；变“防汛”为“迎汛”，到2006年 37座病险水库除险加固全部完成。城市骨干河道达到50年一遇排水标准，消除49处城市积水点。建立部门联动六项新机制，对安全迎汛各级部门责任制、应急预案、抢险物资、队伍准备、安全隐患进行全面排查，提高保障能力；2006年以来，全市累计建成1200多处雨水利用设施，城市下游建成雨洪滞蓄区，郊区利用坑塘、沟渠、洼地拦蓄雨水，改善了环境，回补了地下水，年增加利用雨水4 500多万 m3。

80年代以来，甘肃省水利厅就大力开展了雨水集蓄利用试验研究和示范推广工作。甘肃省委省政府于1995年做出决定，实施“121”雨水集流工程，即在干旱地区每户建立一个100 m2左右的雨水集流场，修两眼贮水 30～50 m3的水窖，发展 667 m2（一亩）左右的庭院经济。该项工程一半窖水用于人畜饮用水，一半用于发展庭院经济。在实施的一年多就涌现了不少脱贫致富的示范户，在1991年到1994年仅11个干旱县就建成了混凝土、水泥瓦集流面积238.54万 m2，配套新建水窖2.23万个，解决14.6万人、4.3万头大家畜和13.9万头猪、羊的饮水困难，节约了大量的拉水挑水费用，促进了庭院经济的发展。在多年建设与运行的经验基础上，甘肃省水利厅还于1997年编制与发布了甘肃省地方标准——甘肃省雨水集蓄利用工程技术标准。

内蒙古自治区1995年在干旱的准格尔旗和清水河县实施“112”集雨节水灌溉工程，即一户建一眼蓄水30～40 m3的旱井或水窖，采用坐水种或滴灌技术发展1334 m2（两亩）抗旱保收田，从实施情况看效益也是非常明显的。滴灌设备投资当年可以收回，加上集流工程的投资2～3年也可收回。

宁夏回族自治区水利厅1993年起实施“水窖集雨节水灌技术”并得到了大力的推广。

广西虽然平均降雨量在1 500 mm左右，但是在岩溶地区因季节性干旱，缺水十分严重。因此，自治区人民政府在1997年11月作出决定，在28个国家贫困县开展以兴建家庭水柜为主的大会战。共建成家庭水柜9.1万个。解决了147万农村人口的饮水困难。在此基础上，1999年春开展了地头水柜集雨节水灌溉试点工程。建成地头水柜12.6万处，总窖积99.1万m3，新增旱地有效灌溉面积0.197万hm2，至此，全广西共建成地头水柜18万个，总窖积1869万m3，新增旱地节灌面积约3.2万hm2，工程投资12.3亿元。

陕西还实施了 “甘露工程”。此外，山西、河南、河北等省也开展了雨水利用技术的研究与应用，也取得了一批成果，生产了明显的经济效益，社会效益与生态效益。根据国内经验，降雨在250～500 mm的农业地区为雨水利用高效地带。因此，凡有效降雨在250 mm以上的地区都可开发雨水资源。

在干旱半干旱地区每年靠水窖集蓄雨水首先解决人畜的生活用水，其余部分用以发展庭院经济或给少量耕地补水，这种灌溉既不可实行充分灌溉，也不能采用粗放的地面灌溉方法，一般都要与节水灌溉技术相结合，以最大限度地发挥灌溉水的效益。这就形成了集雨节水灌溉。与集雨相配合的节水灌溉方法主要有两大类，一是采用非充分灌溉，一般只能给作物灌关键水、救命水。二是采用非常节水的灌水技术，诸如：微喷灌、滴灌、渗灌等。

（2）日本：楼前屋后因地制宜

近年来，各种雨水入渗设施也在日本迅速发展，包括渗井、渗沟、渗池等。这些设施占地面积小，可因地制宜地修在楼前屋后，将地面径流就地入渗地下，在控制径流汇集、减小洪峰流量的同时，使地下水得到补给，使遭到破坏的水环境系统得以恢复，同时也起到阻止地面沉降的作用。日本在屋顶修建蓄水系统、或修建屋顶蓄水和渗井、渗沟相结合的回补系统，雨水在屋顶集蓄后，逐步放入渗井或渗沟，再回补地下。

（3）美国：立法要求或鼓励

美国制定了相应的政策与法规，限制雨水直接排放与流失，控制雨水径流的污染，收取雨水排放费，要求或鼓励雨水的截流、贮存、利用或回灌地下，改善城市水环境与生态环境。美国的雨洪利用常以提高天然入渗能力为宗旨，并作为土地利用规划的一部分。美国的富雷斯诺市将入渗池和回灌井结合起来。在入渗池表土下1.5 m深水平铺设多孔波纹塑料管，然后与入渗池末端的水泥管相连，雨水经土壤过滤自流注入回灌井。这种将水平入渗和垂直入渗相结合的方法，防止了回灌井淤堵，并提高了回灌能力。在芝加哥市兴建了著名的地下隧道蓄水系统，以解决城市防洪和雨水利用问题。此外，还在众多的州研究了屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水路面组成的地表回灌系统。

（4）德国：法律强制加市场推动

德国是世界上雨水收集、处理、利用技术最先进的国家之一。德国的法律对于雨水的排放问题明确规定，为了减少雨洪对城镇排水管网的行洪威胁，减轻污水处理厂的处理压力，雨水在进入污水管道之前必须经过就地入渗消纳，或收集处理后再回用，只有超量部分和污染程度较高的部分才允许排入污水管，并通过各种市场管理手段鼓励用户推广采用雨洪利用技术。例如，若用户实施了雨水利用技术，国家将不再对用户征收雨水排放费，而雨水排放费与污水排放费用一样高，通常为自来水费的1.5倍左右。

（5）国外主要雨洪利用设施

国外在城市化地区通过阻滞和蓄积雨水进行雨洪利用的设施主要有：滞洪池、调洪池、蓄洪隧洞系统、屋顶蓄水系统，地下水池蓄水系统。

屋顶蓄水系统可用来在平或较平屋顶上接蓄雨水，可就地调节径流。

地下水池蓄水系统将暴雨径流收集到地下水池内存蓄，水池上部面积可以利用。

通过雨水入渗和地下水回灌进行雨洪利用的设施主要有：透水性路面、长草洼地、檐下渗井、排水花管和渗沟、渗渠、渗坑、渗井系统等。

檐下渗井一般适于砂砾层埋藏较浅的地区，由人工开挖而成，渗井一般置于房屋的落水管下，日本的研究表明其回灌量可达该流域地下水开采量的10%以上。

排水沟花管铺设在填以碎石的沟内，沟底铺设砂垫层，花管的补给方式是线性的，比井的补给更具有优越性。

卢旺达建造水槽。

乌干达的集水系统，此设施把水抽送给中水客户并回灌井。

2.大力发展污水处理事业

水资源是自然界不可替代但可再生的资源,在人类开发利用水资源的同时,只要遵循其自然循环的规律,地球上有限的淡水资源就能够被人类重复地、永续地利用。因此，需对排入自然界的污水进行深度处理,将排污量控制在水环境纳污能力以内,以保证水资源能够持续地健康循环。我国需加大城市污水处理的深度及力度,保护水资源环境,为城市水健康循环创造客观条件。另一方面,经深度处理后的污水可根据用水户对水质的不同要求,进行重复利用。城市污水是城市稳定的淡水资源,污水的再生利用既减少了对新水的需求量,又减少了污水排放对水环境的污染,同时有利于污水处理产业的发展,它是城市水健康循环的有效措施。目前,我国城市污水的回用率还很低,西方发达国家已经有了许多成功的实例。据报道,美国自上世纪50年代起即开始着手这方面的工作,美国357个城市实现了污水回用,其中回用于农业占53%,回用于工业占40.5%。日本早在1962年就开始污水回用的实践,70年代东京、名古屋和大阪等城市就已将城市污水处理后回用于工业。国外在城市污水回用方面发展很快,美国2000年污水回用率高达72%,日本1995年污水回用率为77.2%。

水资源是节约型社会发展不可替代的基础性、战略性资源,城市的发展必须有足够(水量与水质)的水资源作为支撑。在加快城市化进程的过程中,应遵循城市水循环的规律,完善管理体制,合理开发利用水资源,提高水的利用效率及效益,加大污水的深度处理及回用,真正做到城市水务一体化管理,使水资源的可再生性得以体现,建立起城市水健康循环,促进城市水资源的可持续利用,达到人与水的和谐发展,从而促进整个社会的和谐发展。

控制人口过度集聚增长,建设组群式城市结构,既能减少集中开采与需水压力,又能减少生活污水的排放量,从而减轻对水资源环境的过度开发和污染。在控制人口的同时,调整优化经济结构和产业布局,大力压缩耗水量大、污染重的产业,严格限制高耗水型工业项目的开发,强化源头和过程控制,推行清洁生产,提倡发展节水型产业。

[1]许向君，汪中华.关于建立城市水健康循环的研究[J].山东农业大学学报，2006．

[2]张杰,熊必永.创建城市水系统健康循环促进水资源可持续利用[J].沈阳建筑工程学院学报，2004(2)．

[3]周建康.城市化对城市水循环要素的影响[J].西南给排水,2004．

[4]曹国圣.城市水循环经济发展的制度设计[J].现代管理学。

[5]陆静超，袁一星.循环经济下的城市水循环[J].给水排水，2007．

[6]赵慧英.北京市水资源与人口规模关系探析[J]，中国城市经济,2008．

[7]曹国圣.城市水循环经济生态产业链的构建与运行 [J].水利经济，2009．