城市化进程中水源安全问题及其应对

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。

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2 100 m3，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1 600万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。

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。

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。

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。

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。

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。

来源：王浩院士 给水排水

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