水资源优化配置与生态环境综合治理的研究 6 混沌冥剑录

五、解决水资源短缺的途径

实施节水为主、治污优先、多方开源、调水补源、高效利用的水资源战略，创建水资源可持续利用的科学管理体系。（一）节约用水 1 、节水目标 (1) 节水的经验与先进指标

世界上发达国家把工业用水作为节水的重点，一是重复利用工业内部使用过的水，一水多用。美国制造业 2000 年的水重复利用已达到 17 次，用水量不但不增加，反而比二十年前减少 45 ％。二是重复利用废污水，城市污水经二级或再深度处理后回收利用。美国加利福尼亚州每年利用净化污水 2.7 亿 m 3 ，相当于百万人口一年的用水量。城市节水主要是推广节水器具，美国、日本的一些城市都在法律上规定要求家庭普及安装节水装置。再是依靠科技进步节水，前苏联在化工和炼油业大量采用空气冷却装置替代水冷却装置。在化工生产中还使用固化技术和利用反应热，可减少用水量 60 ％以上。海水淡化技术给沿海缺水城市开辟了广阔的淡水源，目前有 100 多个国家搞海水淡化生产。以色列是世界上严重缺水的国家，他们推行污水灌溉、咸水灌溉，发展喷灌和电脑程控滴灌， 70 年代末，喷灌面积已占 87 ％，滴灌占 1 0 ％。

全面节水是解决沧州缺水问题的战略措施，瞄准国内外节水先进指标，发展节水型工业、节水型农业和节水型城市。沧州市和先进国家相比仍有很大差距，本市 2001 年工业万元产值取水量是 49m 3 ，而日本在 1995 年已达到 9 。农业灌溉水利用率，本市为 40 ％左右，先进国家已达到 80 ％。为实现水资源优化配置，城市节水主要指标，中期要达到中等发达国家水平，远期达到发达国家水平（表 19 ）。

(2) 节水目标 — 节水型社会

当前在水资源短缺水环境不断恶化的同时，水的浪费现象十分严重。农业大水漫灌，工业用水的重复利用率低，污水不经处理随意排放，生产、生活中跑、冒、滴、漏问题普遍，节水的潜力很大。实施全面节水，将会缓解水的供需矛盾，通过节约水资源量，替代减少需水量，压缩地下水开采量，形成良性循环，其经济和社会效益巨大。因此，把节水工作贯穿于国民经济发展和群众生产生活全过程，建立节水型社会是节水目标。

2 、工业节水 (1) 工业用水现状

1999 年城区工业用水量 3327 万 m 3 ，平均万元产值取水量为 52m 3 ，平均重复利用率 84 ％。炼油、化工、造纸、发电等行业是工业用水大户，也是沧州的骨干产业，取水量占工业总用水量的 88 ％。从年取水 100 万 m 3 的五大企业看分行业用水状况 ( 表 20) ，工业用水重复利用率除沧州造纸厂外，均达到了 80 ％以上。工业万元产值取水量，炼油最低，为 23.82 m 3 ，造纸最高，达 413.19 m 3 。

(2) 工业节水潜力目前本市挖掘工业节水潜力应侧重放在改造老设备，采用先进设备，淘汰落后生产工艺，推广节水型新工艺方面，以实现工业高效用水，大幅度降低万元产值用水量。工艺节水的重点是印染、造纸、电镀等行业，洗涤用水是这些行业的主要用水，可采用最简单的逆流洗涤工艺，新工艺有高压水冲洗法和喷淋水洗法等。天津造纸厂研制的 “纸机封闭循环用水系统” 以及汽浮法、过滤法等白水回用技术，节水量可达 70 ％。石油化工行业节水，重点应放在提高循环冷却水的循环率和浓缩倍数上。 (3) 建立节水型工业企业用水实现内部闭路循环，提高水的重复利用率，经过一级二级处理后回用，逐步达到废水零排放，既减少用水，又减少污水排放。推广应用节水新技术，改革工艺装备，采用先进的无水工艺和少水工艺，干洗代替水洗，压力喷淋代替重力漂洗、风冷代替水冷，气冷代替水冷等，可大量节水。根据《沧州市区南水北调城市水资源规划》，实现节水目标后， 2010 年、 2030 年工业万元产值取水量分别为 28 m 3 、 9 m 3 ； 2010 年、 2030 年工业节水量分别为 1086 万 m 3 、 4757 万 m 3 。 3 、农业节水 (1) 农业用水现状 1999 年市郊农业用水 ( 不包括农村饮水 )2414 万 m 3 ，占市区总用水量的 29 ％。农田灌溉用水 2343 万 m 3 ，占农业用水量的 97 ％。农业用水主要取用深层地下水，地表水用量仅占 8 ％ ( 表 21 ) 。

(2) 农业节水潜力

农田灌溉中，还存在土渠输水、大水漫灌的落后灌溉方式。灌溉输水渗漏损失在 30 ％以上，目前灌溉水的利用率不到 40 ％。市郊节水灌溉面积仅 3.65 万亩，尚有 6.54 万亩大畦大水漫灌 , 水资源浪费很大。与大水漫灌相比 , 实行管道输水和小畦灌溉可节水 30 ％，喷灌可节水 50 ％，微灌、滴灌可节水 70 － 80 ％。

(3) 建立节水型农业

① 工程节水。主要包括两个方面，一是改变传统的大水漫灌为小畦灌溉或喷灌、滴灌、微灌，扩大节水灌溉面积，提高节水灌溉水平；二是采用渠道防渗技术和管道输水技术，防止和减少输水过程中的渗漏损失。发展农业节水灌溉的目标：两年完成小畦灌溉，使水的利用率由 40 ％提高到 50 ％； 5 年实现浅井地上软管化，使水的利用率提高到 60 ％； 8 － 10 年发展喷灌面积达到 7 万亩，实现麦田喷灌化，使水的利用率达到 80 ％。

② 农艺节水。通过调整耕作种植技术来节水。小麦用水量占农业用水的 70 ％。中国农大在吴桥县实验研究的节水麦，只浇一两水，亩产能达到 400kg ，每亩可节水 100m 3 ，推广节水麦，每年可节水 700 万 m 3 。还可在作物叶片上喷洒抗旱制剂、地膜覆盖、秸杆覆盖等农艺节水技术，以减少叶面或地面水分蒸发。

③ 管理节水。主要是提高灌溉管理水平，根据作物需水量、气候变化、土壤墒情等综合情况，进行适时适量科学灌溉。调整水价，解决水价低和白用水问题，开征农业水资源费，用经济杠杆，促进节水，。

4 、生活节水

(1) 生活用水现状沧州市 1999 年城区总人口为 42.46 万人，其中非农业人口 31.92 万人，农业人口 10.54 万人。城区生活用水量 2446 万 m 3 ，其中居民用水 1820 万 m 3 ，公共用水 626 万 m 3 。生活用水量中，主要用黄河水 2379 万 m 3 ，占 97 ％，地下水用量 67 万 m 3 ，仅占 3 ％。

(2) 生活节水潜力城市生活用水浪费现象比较严重，节水器具没有得到广泛推广，自来水管网漏失率 16 ％左右，高于国家要求的一倍。沧州城区节水器普及率为 30 ％，节水先进省已达 50 ％。居民生活用水量 1984 年为 67L ／人 • d ， 2001 年已达 121L ／人 • d ，而生活水平与发达国家比还差的很多，比利时生活用水为 116L ／人 • d 。生活节水还有相当的潜力可挖。

(3) 建立节水型城市

① 大力推广普及节水洗洁具， 2005 年普及率达到 70 ％， 2010 年达到 100 ％。

②对城市居民生活用水全部实行计划用水和定额管理，实行阶梯式水价，对超计划、超定额的加价收取水费，对屡超计划的，同时采取限量供水直至停止供水。

③ 高度重视城市污水的处理回用。 2005 年在建成城市二级污水处理厂后，同步完成中水回用设施配套建设，随着城市污水集中处理率的提高，逐步增加中水回用量。 2002 年市招待处日处理 40m 3 的中水回用示范工程取得成功后， 2003 年颐和庄园日处理 400m 3 的中水工程又投入使用。 2004 年运东污水处理厂建成，设计中水回用量达 3 万 m 3 ／ d 。今后在农业、工业、城市景观等方面充分利用中水，减少优质水开采利用量。

④ 建立地下咸水中水道替代部分淡水。沧州市实验，除饮用、洗漱外，生活用水都可用地下咸水，可节省 58% 的自来水。已有 123 座公共厕所使用咸水冲厕，一年可节省自来水 13 万 m 3 。

（二）非传统水资源利用

1 、咸水利用

(1) 咸水利用改造的经验 ① 利用咸水抗旱灌溉综合治理旱涝碱咸河北省水利科学研究所南皮试验区，利用浅层咸水抗旱灌溉，实行旱涝碱咸综合治理，取得了重要成果。试验研究表明：旱作物灌溉咸水可成倍增产。据 1980 － 1989 年 10 年定位实验研究，用 4 － 6g ／ L 和 2 － 4g ／ L 咸水灌溉的小麦、玉米两茬产量分别为 6961.5kg ／ hm 2 和 8355kg ／ hm 2 ，比不灌的旱作增产 1.2 － 1.6 倍。咸淡水轮灌，小麦初期用淡水灌溉，拔节后用 4 － 6g ／ L 咸水灌溉，产量为 4549.5 kg ／ hm 2 ，仅比全用淡水灌溉的低 2.2 ％；咸淡水混灌，用 4 － 6g ／ L 咸水和／ L 深层碱性淡水混合后灌溉小麦、玉米，比不灌的增产 163 ％，比 4 － 6g ／ L 咸水灌溉的增产 20 ％。试验研究还表明：在季风气候及排水条件下，因灌咸水增加的土壤盐分 , 可在集中降雨或灌淡水时淋洗排走 , 根层土壤不发生积盐。开采层咸水灌溉，能调控地下水埋深，增加容纳雨洪和引蓄河水的浅层地下水库容，可改造盐碱地和促进地下咸水淡化。南皮试区 10 年盐碱地基本改好，排盐量 1395 kg/km 2 。 1983 年引进联合国农业开发基金会贷款 (IFAD)1200 万美元，应用南皮试区咸水利用的成果，开发治理 20 万亩盐碱低产田，建立南皮农业开发项目区， 4 年使灌溉面积增加一倍，农业产值及人均收入翻了两翻。到 2001 年，南皮项目区盐碱地较 1984 年减少了 50 ％ , 地下水也明显淡化，生态环境出现良性循环。目前利用咸水抗旱灌溉，在华北平原沧州、衡水、邢台、邯郸、德州、天津等地区已得到推广应用。 2000 年河北省开发利用咸水 10 亿 m 3 。浅层地下咸水的利用改造，旱涝碱咸综合治理 , 具有显著的经济社会和生态环境效益。

② 咸水淡化解决农村饮水困难

我市地下水超采严重，地下水位不断下降，农村出现饮水困难，尤其是东部沿海县市，甚至到十几里以外，花 5 元钱拉一缸淡水。但当地广布地下咸水， 2001 年黄骅中排村咸水淡化试点取得成功。目前已在黄骅、海兴、沧县、东光、吴桥等县市发展了 109 处咸水淡化点，解决了 50 万人的饮水困难。咸水淡化是利用电渗析技术使苦咸水脱盐，使 3 — 5g ／ L 的浅层咸水，矿化度降低到＜ 1 g ／ L ，而且能去污除氟，达到国家规定的饮用水标准。苦咸水淡化站每处投资 13.8 元，可解决 1200 人中型村的饮用水，每 m 3 淡化水成本 3.64 元，每个农民每年水费 20 元左右，使沿海一带农民解决了世世代代吃苦咸水的问题。同时减少了深层水开采，节省了淡水资源。咸水淡化设备排出的浓盐水，还可用于水产养殖。

③ 城市生活利用咸水节省自来水

沧州市城区的地下咸水，过去常年弃置不用，不但地下水位高，甚至春季造成路面翻浆，而且占据浅层地下水地层空间，降雨与地表径流，不能入渗补充地下水源。 2002 年 10 月，沧州市水务局在水利工程处职工宿舍楼 (12 户， 35 人 ) 建成咸水中水道系统。即打井开发地下咸水 ( 矿化度 2890mg ／ L) ，并建输水管网送水入户。除饮用、洗漱外，凡可用咸水替代的用水，如洗菜、洗碗、洗衣、冲厕、拖地等均用咸水。经过 15 个月实验，平均每月每人生活用水 4.07m 3 ，其中自来水 1.7m 3 ，占 42 ％，咸水 2.37m 3 ，占 58 ％。 2004 年市环卫局在市区 123 座公共厕所改用咸水冲厕 , 每处打配一眼 30 m 的咸水机井，每厕日用水 3m 3 , 一年可节省自来水 13 万 m 3 。地下咸水没有污染（表 22 ），不需处理，比污水处理的中水回用，更为经济优越。沧州市水利工程处咸水中水道系统实验，人均投资 804.29 元，年折旧费 26.78 元，年运行费 8.04 元，年总费用 34.82 元，按城区年节省 750 万 m 3 淡水，净效益为 285 元，则益本比为 8.19 ，投资回收年限为 2.82 年。

④ 工业利用淡化咸水

沧化集团沧井公司 23 万吨 PVC 厂 , 1999 年投资 8000 余万元，兴建了由 30 眼 120 — 250m 深咸水井组成的咸水水源地，引进美国日淡化咸水 1.8 万吨的设备，开创了全国第一个工业大量集中利用地下咸水的项目。 2000 年 9 月运行以来，情况良好。原水平均含盐量 12.596g ／ L ，产品水含盐量 0.213g ／ L ，成本 4.89 元／ m 3 ，各项指标均达到了设计要求，为大量集中开发利用咸水提供了有益的经验。问题是投资大、运行费高，难于在中、小企业推广。再是水源地开采井 (120 － 240m) 静水位已下降十几米。需进一步研究合理的开采量和水位调控。 (2) 咸水利用途径与可利用量本市可在生活、工业、农业、渔业和环境等方面利用咸水，城区可利用浅层微咸水量 415 万 m 3 ／ a 。 ① 生活：城镇居民生活采取分质供水，、除饮用、洗漱外，洗澡、冲厕、拖地、洗衣等卫生冲洗水，建设咸水中水道专供。楼房住户卫生冲洗水用量为 15m 3 /a • 人，如全市 40 ％城镇居民利用咸水，可利用量为 221 万 m 3 ／ a ；农村饮水可利用电渗析脱盐淡化苦咸水技术，开发利用 5g ／ L 浅层咸水。城郊 109 个村， 9.95 万人，按人均饮水 0.5 m ／ a • 人，净化水产出率 40 ％计算，生活咸水可利用量为 1 2 万 m 3 ／ a 。 ② 工业：中小型企业，如纺织、铸造，水泥制品等轻工业，对水质要求不高的循环冷却用水，可直接利用咸水，可利用量 50 万 m 3 ／ a 。 ③ 农业：沧州市郊可发展微咸水灌溉，近期城郊可利用微咸水量为 50 万 m 3 ／ a 。 ④ 渔业：咸水养鱼在黄骅已有成功经验，可利用城郊坑塘洼地发展咸水养鱼。农村饮水搞咸水淡化村，可利用现成的咸水井和咸水淡化排弃浓咸水的坑塘，发展咸水养鱼 .109 个村可利用微咸水 22 万 m 3 ／ a 。 ⑤ 环境：城镇环城河渠、景观娱乐和公园湖塘等可利用咸水 60 万 m 3 ／ a 。 2 、雨水利用（ 1 ）雨水控制利用的必要性与可行性沧州市城区靠开采深层地下水，支持经济社会的发展，由于严重超采，导致生态环境恶化。而城区浅层地下水有咸水，长年弃置不用，地下水埋深较浅，甚至春季路面还有翻浆现象，难以蓄纳雨水。沧州市区建成区面积从 1961 年的 8km 2 ，发展到 2000 年 40 km 2 ，人口从 3 万人增加到 40 万人。由于建筑面积的不断增加，不透水面积的扩大，相同降雨情况下径流量增加。目前市区排水是雨污合流，雨后产生的雨洪径流全部外排。一方面水资源严重短缺，一方面雨洪资源又白白流走，是很大的浪费，而且加重了城市防洪排水负担。因此，城区排水应当实行雨污分流，通过雨水集蓄工程措施，就地消纳利用雨洪，实现防洪与补源结合。

世界上有 40 多个国家和地区开展了雨水利用研究与实践。日本于 1963 年兴建了滞洪和积蓄雨水的地下蓄水池，将雨水用作喷洒路面、绿地灌溉等城市杂用水。近年来，渗井、渗沟、渗池等各种雨水入渗设施迅速发展。一方面控制汇集雨洪径流，减小雨水洪峰流量；另一方面使地下水得到补给，使受到破坏的水环境得以恢复，阻止地面沉降。美国的雨洪利用以提高天然入渗能力为宗旨，列人城市土地利用规划，并制定相应的雨洪利用法规，强制 “ 就地” 滞蓄雨水。联邦和州给予补贴贷款，鼓励人们积蓄利用雨水。德国长期致力于雨水利用技术的研究与开发，形成了完善的技术体系：雨水径流收集、传输、贮存、过滤、控制与处理；商业开发区、居民小区、单户家庭、道路雨水利用技术。制定雨水利用的法规支持和管理要求。

北京市近年来也对雨洪利用进行了研究和推广，自然科学基金资助的重大项目 “ 北京市水资源开发利用的关键问题之一雨洪利用研究 ” ，为城区雨洪利用提供了理论与技术基础和决策依据。沧州市城区浅层地下咸水，可抽取用于工业循环水、冷却水，用于生活的冲厕、洗菜、洗车等，从而腾出地下库容，利用汛期降雨补充地下水，用咸补淡，形成良性循环，起到削洪、补源的作用。

（ 2 ）城区雨洪可利用量

120 — 250m 深咸水井组成的咸水水源地，引进美国日淡化咸水 1.8 万吨的设备，开创了全国第一个工业大量集中利用地下咸水的项目。 2000 年 9 月运行以来，情况良好。原水平均含盐量 12.596g ／ L ，产品水含盐量 0.213g ／ L ，成本 4.89 元／ m 3

，各项指标均达到了设计要求，为大量集中开发利用咸水提供了有益的经验。问题是投资大、运行费高，难于在中、小企业推广。再是水源地开采井 (120 － 240m) 静水位已下降十几米。需进一步研究合理的开采量和水位调控。 (2) 咸水利用途径与可利用量本市可在生活、工业、农业、渔业和环境等方面利用咸水，城区可利用浅层微咸水量 415 万 m 3 ／ a 。 ① 生活：城镇居民生活采取分质供水，、除饮用、洗漱外，洗澡、冲厕、拖地、洗衣等卫生冲洗水，建设咸水中水道专供。楼房住户卫生冲洗水用量为 15m 3 /a • 人，如全市 40 ％城镇居民利用咸水，可利用量为 221 万 m 3 ／ a ；农村饮水可利用电渗析脱盐淡化苦咸水技术，开发利用 5g ／ L 浅层咸水。城郊 109 个村， 9.95 万人，按人均饮水 0.5 m ／ a • 人，净化水产出率 40 ％计算，生活咸水可利用量为 1 2 万 m 3 ／ a 。 ② 工业：中小型企业，如纺织、铸造，水泥制品等轻工业，对水质要求不高的循环冷却用水，可直接利用咸水，可利用量 50 万 m 3 ／ a 。 ③ 农业：沧州市郊可发展微咸水灌溉，近期城郊可利用微咸水量为 50 万 m 3 ／ a 。 ④ 渔业：咸水养鱼在黄骅已有成功经验，可利用城郊坑塘洼地发展咸水养鱼。农村饮水搞咸水淡化村，可利用现成的咸水井和咸水淡化排弃浓咸水的坑塘，发展咸水养鱼 .109 个村可利用微咸水 22 万 m 3 ／ a 。 ⑤ 环境：城镇环城河渠、景观娱乐和公园湖塘等可利用咸水 60 万 m 3 ／ a 。 2 、雨水利用（ 1 ）雨水控制利用的必要性与可行性沧州市城区靠开采深层地下水，支持经济社会的发展，由于严重超采，导致生态环境恶化。而城区浅层地下水有咸水，长年弃置不用，地下水埋深较浅，甚至春季路面还有翻浆现象，难以蓄纳雨水。沧州市区建成区面积从 1961 年的 8km 2 ，发展到 2000 年 40 km 2 ，人口从 3 万人增加到 40 万人。由于建筑面积的不断增加，不透水面积的扩大，相同降雨情况下径流量增加。目前市区排水是雨污合流，雨后产生的雨洪径流全部外排。一方面水资源严重短缺，一方面雨洪资源又白白流走，是很大的浪费，而且加重了城市防洪排水负担。因此，城区排水应当实行雨污分流，通过雨水集蓄工程措施，就地消纳利用雨洪，实现防洪与补源结合。

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