西北地區水資源再生利用研究

劉 穎，王伯鐸，張秋菊，崔 晨，鄧 鑫

(西北大學城市與環境學院，陜西 西安710127)

水資源嚴重緊缺是制約西北地區經濟發展的主要因素之一，水資源高效利用是一項艱巨、復雜和長期的任務。跨流域調水、污水回用和雨水蓄用目前普遍受到重視，在一定程度上緩解了水資源供需矛盾，其中污水再生利用常被作為首選方案，原因主要在于污水就近可得，水量穩定，不發生與鄰相爭，不受氣候影響。

根據《再生水水質標準》(SL368－2006)中的定義，再生水(Reclaimed Water)是指對經過或未經過污水處理廠處理的集納雨水、工業排水、生活排水進行處理，達到規定水質標準，可以被再次利用的水。

1 西北地區水資源概況

1.1 水資源的特點及利用現狀

西北干旱和半干旱地區主要指西北和內蒙古內陸河流域及西北黃河流域，其多年平均降水深201 mm，其中西北黃河區多年平均降水深422 mm，西北內陸區多年平均降水深145 mm，現狀條件下能被利用的水資源量約為1634億m3。據《中國水資源公報》統計，2000年西北地區總供水量約為871億 m3，其中地表水716億 m3，地下水153億 m3，污水回用及雨水利用2億 m3，分別占總供水量的82.2%、17.6%、0.2%;水資源利用率(供水量和水資源總量的比值)為53.3%。區內一些地區如甘肅河西走廊的開發利用率已達到92%，關中地區的開發利用率也達60%左右，一些地區的地下水已處于超采狀況。

由于干旱缺水，西北地區的生態環境十分脆弱，加之人類活動的不合理干預、水資源的不合理利用，已經出現了如干早缺水、植被退化、土地沙化、河流干涸等嚴重的生態環境問題。根據2000年《中國水資源公報》統計，西北地區2000年總用水量約為870億 m3，全區經濟社會系統耗水總量為547億 m3，占其水資源可利用消耗量的37%。

按照西北地區水資源配置的總要求(在保證生態環境建設必要用水和社會經濟合理用水的同時，還要保持水資源的可持續利用，并留有適當余地)，在調整產業結構、改變用水方式并充分考慮節約用水和高效用水的前提下，結合近期供水規劃實施情況并考慮到地下水的合理利用和污水處理回用措施的情況，可獲得中等干旱年份(P=75%)西部地區水資源的供需發展趨勢見表1。發展戰略研究——西北地區水資源及其供需發展趨勢分析

表1 西北地區水資源供需發展趨勢分析

由此預計，西北地區經濟社會系統的需水高峰在2030年前后并將達到950億 m3，若實現水資源的供需平衡，則要求到2030年在2000年供水能力的基礎上增加至少80億 m3的供水量。因此，西北地區應走節水、高效用水、加強再生水利用等可持續用水道路。

西北地區城市生態環境需水量占經濟社會系統用水的比重較大，但對水質要求不高，城市污水二級(二級強化)處理或增加一些簡單的深度處理工藝(直接過濾和消毒)即可滿足城市生態環境用水的水質要求。國內外在再生水應用于城市生態景觀方面也有許多成功的經驗可以借鑒，如日本的“清流復活”工程，將再生水注入干枯的河流水體，不僅美化了城市，還達到了景觀修復和資源化利用的綜合效能;北京市目前再生水的景觀回用量已達30×104m3/d，高碑店湖、昆玉河等已由過去的臭水溝變成市民觀賞、休閑的景觀湖泊、河道，大幅提高了北京的總體水環境質量。若能按建設部規劃要求，到2030年城市污水的二級處理量和回用量將分別達到28億 m3和8.5億 m3，則處理的再生水水量完全可滿足城市生態環境需水量，所以在西北地區城市進行污水的再生利用過程中應優先考慮將再生水用于城市生態環境建設方面，這樣既可緩解經濟社會用水的緊張局面，又減少了污水向水環境中的排放總量，降低水環境污染［1］。

1.2 水資源利用中存在的主要問題［2］

1.2.1 農田用水的高定額與低效率并存

長期以來，西北地區因受水資源“取之不盡、用之不竭”錯誤觀念和傳統農業用水方式的影響，農田多采用大水漫灌的方式。農田用水占水資源總量70%以上，需1 200 m3/hm2，而節水農業的標準為300 m3/hm2。西北地區農業用水效率也較低，農業灌水利用系數只有0.3～0.5，主要原因是渠道滲漏和灌溉技術管理不善，致使輸水和灌水過程中水資源的大量損失［3］，農業灌溉用水的損耗率高達60%～70%。

1.2.3 水資源污染嚴重，利用價值低

西北地區工業化過程造成城市環境污染，地表水資源污染狀況尤為嚴峻。陜西省環保廳對渭河、無定河、延河等40個監測斷面測定結果表明，Ⅳ類以上的斷面占85%，其中超Ⅴ類水的監測斷面竟達37.5%。所測流域中，渭河的污染狀況最為嚴重［4］。

1.2.3 地下水過度開采，生態環境惡化加劇

經濟不斷發展和人口增加使農業、工業、生活用水量增加，導致水資源短缺矛盾加劇。由于地表水污染和嚴重不足，西北一些地區不斷加大對地下水開采力度，致使地下水超采嚴重。陜西關中地區地下水超采面積達到2 590 km2，其中嚴重超采面積達656 km2。

1.2.4 水源地保護度低，生態退化嚴重

西北地區經濟發展落后，水源地帶或主要河流的上游地區由于疏于管理毀林開荒，濫砍濫伐，造成森林涵養水源功能降低，水土流失加劇，引發生態環境惡化及中下游地區洪澇災害。如秦嶺林區強度擇伐和間伐導致森林涵蓄能力退化、水土流失加劇。據統計，1990年5～10月對銳齒櫟林進行強度間伐(50%)或皆伐后，總徑流量分別比對照增加31.5%和46.8%，快速徑流量分別增加21.7%和34.8%，快速徑流平均歷時分別減少27.4%和22.3%［3］。

1.3 缺水城市再生水回用的必要性

目前西北地區的大部分城市均面臨水資源短缺和水環境污染的雙重壓力，而污水的再生利用能彌補季節性河流、城市景觀水體的水量不足，減少向水域的排污量，改善環境質量;同時節約新鮮水資源，解決城市生態環境用水以及其他低質用水需求。不同年份西北地區城市用水和污水排放量見表2。

表2 西北地區城市用水和污水排放量分析

從總體上看，到2030年城市污水的排放量將比2000年增加1.5～2倍，這對西北水環境功能已退化的水域來說更是雪上加霜。若能按照建設部規劃的要求實現到2030年城市污水的處理率70%，污水的回用率30%的目標，即可通過污水的再生回用能獲得約9億 m3可用水源，約占城市需水總量的15%。因此，城鎮污水及工業廢水的再生利用將是西北地區水資源的有效來源［1］。

2 案例研究

西安市是我國重要的科研、高等教育、國防科技工業及高新技術產業基地，也是我國新興的現代化工業城市和世界旅游熱點城市。全市土地總面積9 983 km2，截止2009年末全市人口843.46萬人，2010年GDP為3 241.49億元。

雖然在西北地區省會城市中，西安市的年降雨量相對較大，但由于城市規模龐大、區內水資源相對不足，城市周邊水環境污染嚴重，西安市已成為資源型缺水和水質型缺水城市，具有西北地區缺水城市的一般特點。因此在解決西北地區缺水城市水資源利用的問題中，對西安市的研究具有一定的代表性。

西安市降水總量為74.2億 m3，自產水資源量為26.66億 m3，占降水量的36%，其中地表水資源量為21.78億 m3，地下水資源量為17.27億 m3。西安市的客水量來源于渭河、涇河、石川河，分別為 55.7 億 m3、20.66 億 m3、2.15 億m3，客水總量為78.5億 m3［5］。境內主要河流有 13條。其中渭河自西向東穿越全境，徑河由北向南注入渭河，其余溺河、滬河、黑河等11條河流發源于秦嶺北麓，由南向北流入渭河，均屬黃河流域的渭河水系。主要人工排水渠有潛運明渠、大環河、太平河等。

2.1 西安市排污現狀及規劃

西安市的排水設施東起紡織城，西至皂河，南起吳家墳，北至張家堡，總收水面積約152.2 km2。排水體制主要為分流制，除老城區及東北郊部分管道為合流管外，其余多為雨、污管分建。排水管網總長約835.4 km，其中污水管道490 km(包括現狀合流管)，普及率67%;雨水管渠345.4 km，普及率 45% 。管渠密度約 5.5 km/km2［6］。

西安市現狀供水量114萬 m3/d，預計污水總排放量約80萬 m3/d，仍有大量未處理污水通過排水管渠、支河流匯入渭河。西安市環保研究所編制的《西安市(2000～2005年度)環境質量報告書》中顯示，所有河流中，有機類嚴重污染，氨氮類重度污染，總懸浮物和總硬度為中度污染，重金屬類輕度污染，18個監測斷面的水質已達劣Ⅴ類。其主要污染物依次為石油類、高錳酸鉀指數、氨氮、揮發酚、生化需氧量。

西安市1995～2010年污水規劃將整個排水系統分為六個區域，共需建六個污水處理廠，到2010年污水處理率達到70%，2020年污水處理率75%以上。規劃到2010年中心市區污水管網普及率達到85%，外圍組團達到50%;2020年中心市區污水管網普及率達到95%，外圍組團70%。西安市市區污水處理及再生回用規劃建設規模見表3。

表3 西安市區城市污水處理廠規劃建設規模［7］

2.2 西安市污水再生利用現狀及規劃

1995年編制的西安市排水工程規劃(1995～2010年)中明確提出城市污水再生利用目標和要求，2004年1月水利部正式批文，同意將西安市列為全國節水型社會建設試點市。作為城市污水回用試點項目，北石橋污水凈化中心污水再生利用工程及其管網系統于2003年4月試運行。項目地處西安市西郊工業區，與西安西郊熱電廠一路之隔，東臨西安市化工廠、西安焦化廠，南依西安日化廠，冷卻用水大戶眾多，凈化中心具有良好的污水資源開發條件。

在工業節能降耗方面，西安石化總廠等單位全面推行工業循環用水和中水利用，提高水的重復利用率;西安園林綠化管理處等多家企事業單位用于園林綠化、景觀用水;狄寨原上的思源學院投資建成日處理生活污水2 500 t的污水處理設施，處理后的中水全部回用于校園綠化澆灌、沖廁、人工湖用水等;洗車業也已建立一家再生水洗車試點進行示范經營。

根據規劃，西安市第三、第四污水處理廠及其污水再生處理廠及部分管網，西安市第五、第六污水處理廠及其污水再生處理廠將逐步健全，污水再生利用量將達46萬 m3/d以上。

從2007年4月1日起，西安再次調整水價，再生水的不含稅價格僅為1.17元/m3，和工業用水價3.45元/m3相差達2.28元/m3，價格優勢明顯，市場前景良好。

2.3 存在的問題

以上再生水回用的模式雖起到很好的示范效果，使用中仍存在如下問題:

(1)再生水用戶少，利用率不高。目前西安市唯一進行再生水運營的北石橋中水有限責任公司一期工程每天可生產5萬m3再生水，但每天實際僅生產1萬 m3。每天有近4萬 m3中水生產能力被閑置，加大了中水生產的成本。

(2)企業用戶、市民對再生水回用均缺乏了解，認識不足。

(3)污水回用缺乏必要的法規及鼓勵政策，需要國家和地方政府的支持。

(4)再生水處理設施的建設及輸配水管道系統的鋪設需進一步統一規劃、建設。

(5)再生水處理設施的運行管理和經營機制需完善和規范。

3 西北地區水資源再生利用的途徑

通過總結西安地區再生水回用的經驗和不足，參照國內外水資源再生利用完善的城市發展模式，在綜合考慮西北地區水資源特殊性的前提下，給出以下西北地區缺水城市水資源再生利用的一般途徑。

3.1 建立水資源統一管理體制

為保證污水資源合理開發利用，需制定切實可行的水資源綜合利用規劃、實施標準和相關政策。西北各城市規劃和建設部門需找出適合當地的污水資源化發展空間，綜合考慮利于城市可持續發展的水資源開發與使用，統一管理水資源供給和保護;建立相關政策法規，從法律上推進再生水的利用，將回用水納入法制化管理軌道;嚴格控制地下水開發，為再生水回用提供保障;再生水項目運營管理應遵循市場規律，逐步建立與市場經濟體制相適應的企業管理體制和運營機制，以獨立法人為宜，獨立經營、自負盈虧，以企業形式投入運行，降低成本、提高效益，使污水處理及污水回用走上良性循環的道路。

3.2 將再生水處理系統建設納入城市基礎設施建設

西北地區缺水城市應將再生水處理設施和管網系統建設納入城市基礎設施的一部分，統一規劃建設，建立完整的管理體系和完善的排水管網及泵站，確保污水處理廠進水量并做好工業廢水預處理，嚴格控制進水水質。在城市規劃、建設方面給再生水發展留下空間。城市市政公用設施規劃時，尤其是給水廠、污水廠的規劃應整體考慮，按可持續發展的戰略思想，制定近、遠期水資源再生利用規劃。

3.3 進行宏觀調控和政策支持

將再生水管道設施費用計入生產管理成本，保證資金渠道的暢通，實行優水優供政策，讓符合再生水回用條件的企業單位必須建設再生水回用系統，讓可使用再生水的企事業單位不得使用新鮮自來水并給予優惠政策。再生水定價應考慮水廠內部收益及還貸能力、用水單位的承受能力，以略高于成本價供水為宜。各城市政府部門應制訂合理的排污收費和再生水收費政策體系，依靠市場機制作用，逐步培育起再生水回用市場，確保建設再生水處理設施資金的回收和利潤，使再生水用戶看到明顯的效益。

3.4 保障污水廠建設資金

多渠道籌措資金建設城市污水處理廠，抓好西部大開發的契機，使水處理行業走向社會化和產業化的公司型管理運營機制。在再生水供水單位生產經營過程中，政府應給予稅收方面的優惠和扶持。還應適時提高自來水水價，充分發揮市場杠桿作用，鼓勵使用再生水。

3.5 結合實際引進先進設備

在積極研究和引進發達國家先進技術與設備的同時，重視研究開發適合西北地區水資源實際情況的技術與設備，推廣經濟、簡易、有效的處理技術，滿足不同區域情況的要求，促進再生水回用。

3.6 研究并實現雨水開發利用

雨水可作為西部降雨較多城市的淡水資源來源，它是城市用水良性循環的途徑之一，對防澇減災、緩解城市水資源緊張狀況和城市水資源的可持續發展具有積極意義。城市雨水資源利用方式多樣，合理地開發利用雨水能取得多方面的效益。如利用雨水資源強化城市綠化，增加土壤水分，擴大城市水面;減少天氣災害(干熱風、水澇、地面沉降等);城市道路及一些建筑物集蓄的雨水可用于城市消防、廁所沖洗、城市綠化灌溉;降雨下滲和人工回灌雨水可快捷、有效地補充地下水源等。政府及環保部門應加大雨水利用的宣傳，改變公眾以往不收集雨水直接排放的觀念，建立起城市規劃、小區設計、市政建設、園林綠化雨水利用的氛圍，推進雨水利用發展［8］。

4 結論

要解決西北地區發展中的水資源問題，首先要認識到污水是一種穩定可靠、可再生利用的水資源，污水再生利用是解決水資源短缺的有效措施，是實現水資源良性循環的關鍵。因此，在城市生活用水和工業用水中要加強節水、重視污水資源開發，堅持節流優先、治污為本、多渠道開發的可持續發展戰略。針對水資源緊缺的狀況，一方面可通過自來水價格杠桿作用，充分利用各種教育和宣傳渠道，促使人們樹立節水意識，提高公眾對再生水回用的理解，樹立良好節水習慣，認識到污水再生利用的價值，讓污水回用的觀念深入人心;另一方面國家要推廣污水資源再生利用技術，提出適合西部地區的對策，將污水治理與開發并舉，建立水資源循環型社會;并要根據實際情況，選擇適合的再生水處理技術，才能真正解決西北地區水資源高效利用的問題。

［1］徐志嬙.西北典型缺水城市污水再生利用系統優化與情景分析［D］.西安:西安建筑科技大學，2005.

［2］王兆華，李立科，趙二龍等.西北地區水資源利用的問題與對策［J］.安徽農業科學，2008，36(10):4202 － 4204.

［3］田秋生.入世后的西部大開發［M］.北京:中國社會出版社，2002.

［4］雷瑞德.陜西省林業可持續發展與生態環境建設區域性特征的思考［J］.西北林學院學報，2003，18(1):11 －14.

［5］樊春賢.西安市水資源可持續利用的探討［J］.地下水，2007，29(1):17－19.

［6］王亮.西安市西南郊地區污水處理工程中回用水利用研究［D］.西安:西安建筑科技大學，2007.

［7］西安市城市污水再生回用規劃.西安市政工程設計院，2003年(內部資料).

［8］衛東，王社平.西安市雨水資源開發和利用的探討.中國市政工程，2003，105(5):53 －54.

［9］西安市人民政府.西安市節水型社會建設實施方案.2005.

［10］西安市人民政府.西安市城市市政公用設施“十五”計劃及2015年規劃綱要.

［11］陜西省水利廳.陜西省水資源公報(2003年).