21世纪以来,很多大城市在雨水资源开发利用方面取得了积极成效。水是基础性的自然资源和战略性的经济资源,随着我国经济社会的发展,人口资源环境的压力加大,水资源匮乏和水污染所构成的水危机依然是我国实施可持续发展战略的制约因素。以下对中国水资源现状分析。
据2017-2022年中国水资源开发行业发展前景分析及发展策略研究报告统计,2016年全国用水总量较2015年略有下降,用水效率进一步提升,用水结构不断优化,水质状况总体有所好转。目前中国水资源现状分别往以下几个方向发展:
20世纪70-80年代的地下水开采量分别为572和748亿吨/年,20世纪末达到1058亿吨,之后维持在1000亿吨以上,每年以25亿吨的速度增加。全国657个城市中有400多个以地下水作为饮用水源,北方地区65%的生活用水,50%的工业用水和33%的农业灌溉用水均来自地下水。
北京、天津、河北、河南、山东、山西、陕西、甘肃和新疆等许多地区地下水均处于超采状态。2008年已形成大小不等的地下水降落漏斗222个,主要分布在华北和华东地区,而在华北平原形成的地下漏斗约为3~5万平方公里,已成为世界区域性最大的漏斗分布区。
在118个大中城市中64%的地下水属于较重度污染,33%的属于轻度污染。地下水已不同程度遭受有机和无机有毒有害物的污染,并呈现由点向面、由浅到深、由城市到农村不断扩展的趋势,北方污染程度比南方严重。因此,增加地下水开采无法从根本上解决水资源短缺的难题。
英、法、荷、意等国在火力发电、核电、冶金以及石油化工等行业的脱硫、回注采油、制冰和印染等方面,以及生活方面的冲厕、冲灰、洗涤、和消防等方面直接利用海水代替淡水。2010年世界海水直接利用量近6000亿吨,淡水资源节约效果显著。
在中国沿海的电力、化工、石化等领域,海水用于直流冷却和循环冷却、消防系统用水、海水冲厕等方面。2010年,海水直接利用量550亿吨,其中用作冷却水的占90%左右,其贡献率为16—24%。到2020年将达到1000亿吨,贡献率将提高至26—37%。直接利用海水,将是解决沿海水资源短缺的主要措施之一。
中国海水淡化技术已进入加速发展期,主要采用低温多效和反渗透技术淡化海水。海水淡化项目建成后,淡水能力将达到220万吨/日。到2020年,海水淡化量将实现250—300万吨/日的目标。目前海水淡化技术需要解决的技术和应用问题是:
首先,关键设备制造及新技术开发有待完善。如用反渗透法时,关键部件包括能量回收设备、反渗透膜和高压泵,分别约占设备总投资的1/3。须将浓水侧的高压加以回收以达到节能降耗的目的,当前的能量回收装置全靠进口,90%的反渗透膜和大部分高压泵也依赖进口。
其次,海水浓水的处理技术有待改进和提高。总体来说,浓盐水处理用关键设备已达到国外先进水平,但在高性能反渗透膜、预处理技术、大型高压泵与能量回收系统等方面还有差距。
当前,世界各国苦咸水淡化方法,主要有蒸馏法(多效蒸馏、多级闪蒸和压气蒸馏)、膜法(反渗透和纳滤)和电渗析法(电渗析和频繁倒极电渗析)等多种。其中膜技术占绝对优势(反渗透占76%,电渗析占15.6%,多级闪蒸占2%,其他占5%)。目前超过15个国家的100多个科研机关正在从事苦咸水利用与淡化方面的研究工作。
中国苦咸水资源较为丰富,总面积为1.6兆平方公里,具有开采应用价值的微咸和中咸苦咸水资源量为20.05亿吨/年,其中微咸苦咸水为14.4亿吨/年,中咸苦咸水为5.65亿吨/年。以苦咸水淡化技术生产淡水,可作为淡水资源的重要补充。与其他国家的技术运用相比,中国淡化苦咸水的装机容量较小,自2005年以来维持在2.8万吨/天,只占世界苦咸水淡化产量(700万吨/天)的0.4%左右,开发利用潜力很大。
工业废水排放达标率一直在90%以上,工业用水重复利用率在80%以上,城市生活污水处理率在50%左右。2008年北京市再生水首次超过地表水的新用水量,占总用水量的18.4%,成为一个非常稳定的水源。当前,北京市的中水利用率为30-40%,每年利用中水6亿吨,在中国处于领先地位,但离中水利用率的理想值30-50%的目标还有一定的距离。目前全国城市污水回收利用率为8.5%,与城市用水的需求有相当大的缺口。目前已具备技术力量和经济实力来进行污水治理资源化的工作。实现污水治理资源化,提高水重复利用率,是今后长期治理污水的工作重点,是解决水资源短缺的根本出路。
大多数城市,主要以江河湖泊等地表水、地下水以及外调水(如南水北调)作为主要水源,对雨水的开发利用不够重视。雨水是继中水、海水之后的人类“第三水源”。中国平均年降雨总量为6.2万亿吨,除通过土壤水直接利用于天然生态系统与人工生态系统之外,通过水循环更新的地表水和地下水的多年平均水资源总量为2.8万亿吨(仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚),是一个具开发价值的水资源。
世界淡水资源的65%集中在10个国家里,而占人口40%的80个国家却严重缺水。如果一个国家年人均水量在2000立方米以下,就是缺水的国家。人均水量在1000立方米以下,是严重缺水国,共有16个:埃及、阿联酋、阿曼、佛得角、布隆迪、阿尔及利亚、也门、约旦、沙特阿拉伯、巴巴多斯、新加坡、巴林、利比亚、科威特、卡塔尔、马耳他(年人均水量仅82立方米)。中国人均水量不富,是缺水国家之一。
人类对水的需求量与日俱增。全世界1975年用水量为3万亿立方米,1994年为4.3万亿,2000年7万亿。有人分析,2030以后,水供不应求;2050年,亏水2300亿立方米;2070年,亏水4100亿立方米。我国专家分析,中国2050年总需水量8000亿,比现在增加2400亿立方米。预计到2030年,在大幅度节水和提高用水效率的前提下,我国对水的需求将达到153亿m3。