环保节能
观点回溯 | “旱”城北京:水与经济之间的矛盾
2022-09-30 11:00  点击:45

编者按:近年来,北京经济实力持续提升,社会发展不断取得新成就。且政府大力投入生态治理,积极提升水环境质量。然而,北京水资源的天然条件本就十分有限。就人均水资源占有量而言,北京在全世界超大型城市中排名靠后。所产生的水资源赤字显然将严重制约北京未来经济发展。为此,一系列举措被施用于弥补巨大的水资源赤字,如,提倡节水、雨水回收、再生水回用、南水北调等等。然而,北京节水空间已然接近饱和,雨水回收杯水车薪,再生水回用独木难支,南水北调事倍功半。面对此情此景,海水淡化则显得异军突起,目前已经成为中东地区、欧美国家沿海、近海解决水资源短缺的重要手段,且单位制水成本与运行能耗不断降低。对此,早在2012年,应国际水协(IWA)当时的会刊《Water 21》之邀,就北京水资源利用现状、未来发展趋势做过英文阐述。现将文章主要内容与观点整理为中文,以发展眼光回溯文章主要内容与观点。10年后的今天再看,海水淡化确实不失为一种一劳永逸解决北京水资源短缺问题的重要路径。

前言

目前,北京是国内对GDP(国内生产总值)贡献率最大地区之一,但同时也是世界上水资源最匮乏的地区之一。北京人均水资源占有量少于100 m3/人,是国内平均水平的1/24和世界平均水平的1/90。由此来看,水资源匮乏已严重制约了北京经济发展,而北京未来经济命运将在很大程度上取决于可获得的水资源能否满足日常生活和经济发展需求。因此,眼下最重要的是应重塑北京,以水为中心建设和发展城市,及时升级改造城市基础设施,以提升水资源利用率及可持续性。

从自然条件来看,北京地处半温带和半干旱地区,年均降雨量585 mm(雨季为6~9月,集中了85%的年均降雨量);陆地与水面年均蒸发量分别为467 mm和947 mm。然而,自然总产水量仍远滞后于对它的消耗量,例如,2009年总用水量为36亿m3(地下水占62%,地表水占20%,循环水占18%),而总产水量仅为22亿m3,水资源赤字高达14亿m3。对此,北京市已经采取了一些基本措施来改善严重的缺水问题。除了强调日常节约用水和雨水回收外,政府还实施了再生水回用和南水北调计划,且也将考虑把海水淡化作为一种潜在的解决方案。

节水与定额

北京用水情况大致分为3类:生活用水(包括居民用水、公共用水和生态用水等)、农业用水和工业用水。

数据显示(图2),生活用水占比最大,其次是农业用水。其中,随着节水政策发布、节水设备安装,从生活用水中发掘额外节水潜力已变得较为困难;退耕还林、旱作农业及安装节水设备使得农业用水量已大幅下降(降幅约为35%),未来可通过再生水灌溉来进一步实现节水;工业节水已通过工业结构的调整得以实现,即,任何高耗水的工业都已完全被禁止,目前仅存在微观尺度上的节水潜力。

雨水回收

理论上,雨水回收是一种能够有效抵消水资源赤字的办法。据统计,市区内(四环以内:300 km2;五环以内:750 km2)每年可以收集2.3亿m3的雨水,这相当于该区域总用水量的20~25%(市区总用水量约为10亿m3/年)。此外,雨水回收可以与径流污染控制和防洪技术相结合,从而能够发展为多功能技术。此外,雨水再利用之前需要经过一系列的工艺处理,且需要预留较大的贮存空间。正因如此,有关雨水回收、径流污染控制和防洪技术的研发项目在北京迅速地遍地生花,政府也发布了相应的扶持政策。

再生水回用

据统计,在2010年,高达6.8亿m3/年的污水处理厂出水被作为再生水回用,占总供水量的18%(2005年仅占8%)。到2015年,6个主城区中的22个污水处理厂被升级改造以供应再生水。另外,政府还将兴建30座新的污水处理厂。届时再生水的总处理和循环量将达到10亿m3/年,并用作补充水体景观(4.2亿m3/年)、农业灌溉(3.5亿m3/年)、工业循环水(1.6亿m3/年)和市政用水(0.7亿m3/年),这将约占城市总供水量的1/3。

南水北调工程

尽管存在上述多种节水措施,但北京仍处于严重缺水状态。为此,南水北调工程应运而生。该工程从位于汉江(长江支流)上的丹江口水库一直延伸至北京,管线总长度设计为1 277 km(图3)。

然而,数据显示,2014年南水北调工程总输水量(约95亿m3/年)中可分配给北京的也仅为10亿m3/年,仅相当于北京每年过度开采的地下水量。再者,其成本和安全性也具有争议性。粗略估计,南水北调的输水价格至少为9元人民币(1.6美元)/m3,已远远超过目前北京市居民用水价格(4元人民币(0.6美元)/m3)。并且当南水北调之水进入沿途5个省、市时,难以避免复杂的地质条件、自然灾害和潜在的水污染问题。这可能将威胁供水安全(包括供水源头出现干旱现象、沿途洪涝灾害等问题)。

图3 南水北调路线图

海水淡化

相对于南水北调,海水淡化作为其备选方案已被建议和讨论了很多年。近年来,有两种因素增加了人们对它的兴趣:一是南水北调的高输水成本;二是已在北京附近建成的海水淡化厂的运营效果显示,其处理成本低至5元人民币(0.8美元)/m3,日产水量5万m3/日。即使加上管道输水成本(管道长约230 km),其总成本也不过6元人民币(1美元)/m3,远远低于南水北调。

此外,如果将海水淡化与风能利用、盐业化工有机结合(图4),其可持续性将大大提高。总之,拟议的海水淡化工艺实际上是一个潜在的三位一体的零污染排放生态工艺。

总结

如今北京的GDP水平扶摇直上,也为其在未来成为国际大都市的雄心壮志设定了高的目标。然而,北京的经济瓶颈在于供水和高效水资源管理。对此,主要存在两种解决途径:减少内部消耗以及从外部引水进京。

其中,节约用水是一个永恒的话题。虽然工业节水在微观方面还存在潜力,但就宏观而言,工业用水总量已基本固定,而生活用水因居民已形成的节俭习惯已不大可能再有节水余地。因此,节水也只能寄希望于农业生产,而再生水回用于农田灌溉将是唯一的潜在节水方式。与水资源赤字相比,雨水回收只不过是节水措施中一个很小的实践范例。南水北调则将以高昂的代价为北京注入有限之水。从长计议,海水淡化将可能逐渐成为北京可持续的可靠水资源。

注:目前中东地区海水淡化能耗已低至2 kWh/m3, 制水成本接近2元人民币/m3。

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