海岛地区水资源短缺解决方案比较研究----以舟山群岛为例

魏 婧，郑雄伟，马海波

(浙江省水利水电勘测设计院，杭州 310002)

随着国家“蓝色经济”的发力和海防建设的需要，淡水资源匮乏已成为严重制约我国海岛开发建设和可持续发展的瓶颈。如何因地制宜、合理调配利用各种水资源，有效解决海岛水资源短缺问题和确保海岛供水安全迫在眉睫[1]。舟山群岛具有优越的战略区位、举世罕见的港口岸线、丰富的海洋海岛资源、扎实的海洋产业基础、日益完善的海洋海岛开发管理机制，“浙江舟山群岛新区”的建设具有重要的战略意义，但水资源供给不足是影响未来群岛新区经济社会可持续发展的主要问题之一。舟山群岛无过境淡水资源，又受降水量、集水蓄水库容、地质地形等自然条件限制，本地水资源非常有限，通过进一步开发利用本地水资源、节约用水、雨水利用、中水回用等方式增加的淡水资源仍然不能解决当地的用水矛盾，用水缺口仍然很大。选择合理可行的供水方式增加水资源供给，为未来可持续发展提供基础性保障，是目前群岛新区亟须解决的关键性问题之一。

1 舟山群岛水资源特点[2]

舟山群岛呈低山丘陵地貌，汇流分散。淡水资源主要为河川径流及少量的降水补给的浅层地下水。水资源总量为6.92亿m3，人均水资源量618 m3，不到全国人均水平的1/3，属资源型缺水地区。从资源开发利用的角度，舟山群岛的水资源具有以下特点。

(1)降水量小蒸发量大，地面径流形成少。舟山群岛平均年降水量为900～1 400 mm，和同纬度大陆地区比较多年平均降水量偏少70～500 mm。同时多年平均水面蒸发量为900～1 200 mm，和同纬度的大陆地区比较一般大100 mm，个别大300 mm。降水少，蒸发多，形成径流少。舟山群岛多年平均年径流深在200～500 mm之间，比大陆同纬度地区少44%。

(2)水资源年际变化幅度大，年内分配不均。水资源年际变化幅度大。以定海站降水为例(1954-2000年)，该站多年平均降水1 364 mm，实测最枯1967年全年降水628.5 mm，最丰1977年全年降水1 888.9 mm，最丰年是最枯年的3倍，且有连续丰水年和连续枯水年，如1963-1972年，连续9年的枯水周期，年降水量均小于多年平均值，平均降水1 116.9 mm。从降水的年内分配看，舟山市每年有两个主要的集中降水期。一个为每年4-7月的梅雨期，降水一般占全年降水的35%～40%；一个为每年7月中下旬开始到10月份的台风期，降水一般占全年降水的35%～45%。一般说来，台风期降水量偏少更容易造成当年下半年及次年的大旱，实测的1967-1968年大旱，以及1995-1996年的大旱均属于上述情况。

(3)地表径流利用困难，地下水赋存条件差。舟山多为低丘陵山地，一丘一岙地形，且大多呈浑圆状，产生的径流向四周扩散，表现为分散的小流域特征，较难形成有效汇集利用，水资源缺乏集中开发利用价值。地下淡水水资源主要分基岩裂隙水和孔隙潜水两类，主要靠大气降水直接或间接补给。舟山群岛主要为中生代火山活动产物及古老变质岩系构成的丘陵，风化层不发育，土壤覆盖浅，植被稀疏，岩石坚硬，地面切割微弱，裂隙不发育，地下水赋存条件差，地下水水资源非常贫乏。一遇连续干旱，地下水随地表水的干涸迅速枯竭。地下水不具备大规模、大面积开发利用的条件，一般只能满足小型、分散的开采利用，且开采困难。

2 舟山群岛近年缺水情况

历来干旱缺水是舟山市主要的自然灾害，并造成了巨大的经济损失。1994-1996年连续三年发生干旱缺水， 184座小(2)型以上水库有160座干涸，1 300余座山塘、池塘干裂。由于水荒，全市工业企业处于停产、半停产状态，旅游旺季游客锐减，渔(农)业大幅减产，各行业均遭受不同程度的损失。为解决居民生活和国防用水，舟山市政府动用万吨轮船到上海长江口和宁波装运淡水，单方水成本达到15～17元[3]。

2003年舟山市遭遇了严重干旱，舟山各地发生的实际旱情，超过了历史大旱之年1967年。是年气候异常，梅汛期短，梅雨量少，出梅以后持续高温少雨，蒸发量大，既无较强的台风降雨，也少雷阵雨天气。从4月起连续6个月，降水量比常年同期偏少50%左右，且蒸发量明显大于降水量，造成夏秋连旱。根据舟山市50 a的历史气象资料分析，2003年的年降水量除定海区略多于1967年，为历史次低外，其余3县区降水量均创当地气象台建站以来最低纪录，35 ℃以上高温日数达到13 d，蒸发量比1967年多100 mm以上。全市饮水困难人数63.9万人，占全市人口的65%以上，556座水库、山塘干涸，部分河道干枯。虽然已建成的舟山市大陆引水一期工程满负荷运行，舟山市区供水仍然紧张。

2011年，舟山市降水持续偏少。根据定海基准气象站统计，定海测站1-4月总降水量为164.6 mm，仅为常年的43%，2010年的32%。据统计，舟山本岛4月29日供水水库库容为1 576.8万m3，仅占可蓄水量的27.3%。部分岛屿居民用水依靠船运淡水和海水淡化。5月27日，舟山全市范围内启动抗旱Ⅱ级应急响应，采取定时减压供水、定时供水的措施，缓解用水压力。舟山市制定了“先生活后生产”“农业让水”的原则，应对干旱对居民生活带来的影响。干旱对舟山市旅游业也产生了较大程度的影响。

3 缺水解决方案

跨流域调水和海水淡化均为解决舟山群岛水资源供给不足的有效方式。为解决舟山群岛缺水问题，舟山市陆续实施了两项跨流域调水工程----舟山市大陆引水一期工程和舟山市大陆引水二期工程。舟山市大陆引水一期工程取水口设在宁波姚江大闸上游的姚江河道，于1998年开工建设，2003年建成通水，引水规模为1 m3/s，年平均引水量2 160万m3。一期工程的实施对舟山市水资源短缺问题起到了一定的缓解作用。在建的舟山大陆引水二期工程取水口仍然设在姚江河道，引水规模为2.8 m3/ s，年平均引水量6 000万m3，目前主体工程已基本完成。拟建的舟山市大陆引水三期工程引水规模为1.2 m3/s，年平均引水量2 590万m3。

海水淡化作为水资源增量技术，具有占地少、水质好、供给稳定、规模灵活和水安全保障度高等优势，在国内外一些海岛地区得到广泛的应用并逐渐发展成为解决海岛地区水资源短缺和保障海岛水资源安全的重要途径[4]。从1997年10月嵊山建立了全国第一座500 t级反渗透海水淡化示范工程至今，舟山市共建有11座海水淡化厂，总规模达到5.35万t/d。随着海水淡化厂建设规模的逐渐增大，淡化海水在舟山市的供水比例逐渐增加。2010年舟山市海水淡化供水量481.2万m3，占总供水量13 707万m3的3.5%。2005-2010年各海水淡化厂详细供水情况见表1。

4 方案比较分析

本文以舟山市大陆引水工程和舟山市普陀区六横镇10万t/d海水淡化与综合利用产业化一期工程为基础，对大陆引水和海水淡化工程就技术可靠性、经济可行性、区域环境影响、供水安全性、节能减排等各方面作比较，在此基础上提出舟山群岛新区未来发展用水问题的推荐解决方案[6]。六横镇10万t/d海水淡化与综合利用产业化项目由10个海水淡化机组组成，单机产水量为1万t/d。项目全部建成投产后可日产淡化水10万t，年产淡化水3 300万t。项目分期建设，一期工程规模为2万t/d，年产淡化水660万t[5]。

4.1 技术比较

大陆引水三期工程取水口设在宁波姚江闸上的姚江河道，跨海段输水线路入海管线全程在海上通过，管线从镇海区新泓口围垦工程起，穿越东顺堤后下海，布置在一、二期管线北侧，避开蟹浦至马目海底光缆，沿东北方向穿过灰鳖洋，至西堠山西北，出海口位置选在马目山西北桃花涂外海堤处，再接入黄金湾调节水库。其受西堠门深槽及菰茨槽区尾稍的影响小，区域海底稳定性满足输水管道布置要求。国内对于长距离、跨海的引水工程已具备较强的技术、装备施工力量，同时舟山市大陆引水一、二期工程的成功实施为本项目提供了丰富的工程经验。

表1 2005-2010年舟山市海水淡化厂年供水情况表 万m3

六横镇10万t/d海水淡化工程采用反渗透技术，整个工程由海水预处理系统和反渗透海水淡化系统组成，工艺比较先进，其中反渗透海水淡化系统由10个机组组成，单机产水量为1万t/d。反渗透海水淡化技术比较可靠成熟，截止2010 年底，国内建成海水淡化装置70 余套，设计淡化水产能60万t/d；在建装置5 套，设计淡化水产能26万t/d。其中，反渗透法占总产能的66%，渗透海水淡化技术得到较快发展。浙江省是国内最早开展反渗透海水淡化研究和应用的省份，在反渗透海水淡化系统流域拥有国内一流的科研实力。

从技术上比较，大陆引水工程和海水淡化工程在技术方面均比较成熟可靠。

4.2 经济比较

(1)年运行费。大陆引水工程年运行费主要包括修理费、工资及福利费、抽水电费、库区维护费、水资源费和其他费用。大陆引水工程一、二、三期合计年平均供水量为10 750万m3。年运行费合计13 109万元，单方水运行费为1.22元/m3。

海水淡化工程年运行费主要包括修理费、工资及福利费、药剂费、电费等。海水淡化工程年供水量660万m3，年运行费合计2 119万元。单方水运行费为3.21元/m3。

大陆引水工程单方水年运行费为1.22元/m3，海水淡化工程单方水年运行费为3.21元/m3，二者相差2.13元/m3，大陆引水工程由于具有规模优势，单方水年运行费较低(见表2)。

表2 海水淡化单位运行费用计算表 元/m3

(2)供水成本。舟山大陆引水一期工程静态总投资29 257万元；二期工程静态总投资141 670万元；三期工程静态总投资265 165万元，合计静态总投资436 092万元。正常运行期总成本费用26 578万元，供水量10 750万m3，单位供水成本为2.47 元/m3。大陆引水为原水，若作为生活用水需经水厂进一步净化杀菌处理后，方可供自来水管网，为进行同等比较，此处增加单方水制水成本0.5元/m3(包含水厂建设费用)，平均成本水价为2.97元/m3。

以六横岛海水淡化一期工程为例，计算海水淡化工程的成本水价。六横岛海水淡化一期工程年供水量660万m3，静态总投资16 889万元，正常运行期总成本费用3 371万元，单位供水成本为5.11元/m3。

大陆引水工程平均成本水价为2.97元/m3，海水淡化工程成本水价为5.11元/m3，二者差值为2.14元/m3，大陆引水供水成本较低。

(3)财务水价。按照项目资本金比例为56.88%，全部投资内部收益率3.20%的条件下，舟山市大陆引水三期工程测算的财务水价3.2元/t，加上单方水制水成本0.5元/m3(包含水厂建设费用)，综合财务水价为3.7元/t。

海水淡化工程测算的财务水价为5.75元/t，较引水方案高2.05 元/t。

4.3 环境影响比较

大陆引水工程海上段管道施工采用敷管船敷埋法，工程区附近海域出现的海洋生物为习见种，无珍稀名贵物种出现。海上段施工时间较短，施工时底栖生物有所损失，但由于海域宽阔，生物具有活动性，因此人类活动的干扰不会根本性改变海洋生物的觅食及活动规律。施工结束后，在施工区海域形成新的生态平衡。工程取水口位于姚江闸址上游的姚江河道，其引水水源是作为浙东引水工程的组成部分进行多水资源优化配置后的复合水源。姚江流域多年平均年径流量14.7亿m3(46.6 m3/s)，大陆引水工程设计引水流量5 m3/s，占姚江多年平均流量的10.7%。工程建成后，姚江闸址下游水量有一定幅度的减少，但对姚江闸址下游水文情势没有明显的改变。随着浙东引水工程的建成运行，实施钱塘江对姚江流域的补水，舟山市大陆引水对姚江的水文情势影响将进一步减小。

六横海水淡化工程直接通过管道抽取海水，在此过程中体形较大的海洋生物会因泵的吸力或者不慎卡在取水管滤网上而死亡，而通过滤网的浮游生物、鱼卵或一些小鱼等, 则会在海水淡化过程中死亡。海水淡化过程中，过滤器、蒸发器与膜组件都需要定期清洗。清洗过程采用物理冲洗或酸碱等化学清洗剂清洗，清洗废液的排放也会造成海洋环境的污染，进而影响海洋生物的生存状态。排放水的平均含盐量为45 000～48 000 mg/ L，而水温会比取水口的海水温度高1～2 ℃，而该处海水含盐量28 000～30 000 mg/L，排放水的含盐度和温度会影响生物的新陈代谢，甚至使生物群落发生改变，破坏海洋生物的栖息环境[7,8]。反渗透海水淡化过程中会产生反渗透浓盐水、反渗透系统冲洗水、反渗透清洗废水等外排水，现行的海水淡化方法水回收率较低，60%的进料海水经浓缩后排放至海洋。浓盐水的组成中，杀菌剂、混凝剂、阻垢剂、缓蚀剂、消泡剂、还原剂、酸碱等化学药剂的排放是影响海洋环境的关键因素。

此外，海水淡化除去海水中以盐的形式存在的弱碱性物质, 使得淡化水呈酸性(pH值通常为5～7)。如果直接进入供水系统，会侵蚀供水系统, 加速供水系统老化。另外, 强酸性的水容易导致供水管网的铁等重金属含量升高[9-11]。

从环境影响方面比较，大陆引水方案环境影响较小，海水淡化工程对环境有着直接或潜在的不利影响。

4.4 供水安全性比较

供水安全性比较从取水水量保障、原水水质、产水水质3个方面进行分析。

(1)水量保障。浙东引水工程建成后，浙东地区将形成统一的水资源配置网络，统一调配水资源，实现水资源质和量的优化调配。目前浙东引水工程大部分已实施，并已开展试通水，舟山大陆引水工程作为浙东引水工程的重要组成部分，随着宁波引曹南线工程的实施，舟山大陆引水的水资源量将进一步得到保障。海水淡化原水直接取自海水，除了台风、赤潮(部分地区)等因素的短时间影响外，不受区域性干旱因素的影响，抗旱灾风险性较强，水量有充分保障。

(2)原水水质。舟山市大陆引水主要取水水源为浙东引水工程的复合水源，由钱塘江、曹娥江、姚江3个水系的水混合而成，现状富春江水质主要为Ⅱ～Ⅲ类，曹娥江水质为Ⅲ类，姚江水质基本为Ⅲ类，经过复合水源配置后，姚江水质在现状排污的情况下，基本会保持Ⅲ类水。随着浙东引水工程的实施，姚江水质将进一步得到保障。根据环保部门海水水质监测数据，舟山海域已无一类海水，主要超标项目为无机氮。反渗透海水淡化系统进水水质要求符合《海水水质标准》规定的一类海水要求，因此需要加强海水预处理。

(3)产水水质。大陆引水工程的原水经过净水厂处理后，产水水质能符合《生活饮用水卫生标准》和《生活饮用水卫生规范》。海水淡化水具有洁净、高纯度和供给稳定的特点，是安全可靠的高品位水源，产水水质更符合上述标准和规范，可直接作为饮用水。但是，海水淡化的原水中含有多种海洋微生物、藻类和细菌，在处理过程中，因为工艺需要而加入的多种化学药剂或生物药剂，可能导致淡化水中含有多种现行水质标准控制之外的生物或化学污染物。

4.5 能耗、节能减排比较

国务院2012年8月印发的《节能减排“十二五”规划》指出：随着工业化、城镇化进程加快和消费结构升级，我国能源需求呈刚性增长，受国内资源保障能力和环境容量制约，我国经济社会发展面临的资源环境瓶颈约束更加突出，节能减排工作难度不断加大。要充分认识节能减排的极端重要性和紧迫性，增强忧患意识和危机意识，抓住机遇，大力推进节能减排，促进经济社会发展与资源环境相协调，切实增强可持续发展能力。

大陆引水工程在建设期主要消耗的能源为柴油、汽油和电力等。在运行期主要是为运行维护坝区和输水工程各种闸门消耗的柴油和电力以及取水泵站、加压泵站负荷用电、管理用电等能源。根据大陆引水工程燃料动力费测算，平均单方水能耗为0.6 kWh。工程不存在能耗过大的建筑物和设备，项目的建设和运行期亦不会消耗大量能源，能源消耗总量相对合理，不会对当地能源消耗结构及能源利用产生不利影响。

与传统的供水方式相比，海水淡化是高耗能产业。目前绝大多数的海水淡化依赖传统能源, 海水淡化工程不可避免的需消耗大量的能源，在当前全球原材料、能源价格持续走高的形势下, 淡化水的价格很难大幅度下调。工程产水能耗为3.5 kWh/m3，10万t/d的海水淡化工程日均消耗电量约35万kWh，年消耗电量接近1.28亿kWh，按照舟山市现行电价0.843 元/0.6 kWh计，仅电费一项年运行费用就达到1.077 亿元，运行费用非常高昂。对与海岛地区来说，不仅水资源是稀缺资源，电力也是非常稀缺珍贵的资源，若建设专门的海水淡化配套供电设施，投资还要增加。

4.6 产业拉动作用比较

调水工程的建设对相关产业有较明显的拉动作用，能有效地带动和促进建材、冶金、机械等产业的发展，并提供就业机会。 据估算，万元水利投入可创造约1.0～1.2个人年的就业机会。实施调水工程，对GDP增长将产生直接拉动作用；同时可以相应增加工程建设设备和建筑材料等产品的需求，并进一步刺激相关上游产业和关联产品的发展；而且投资会有40%以上转化为消费，工程投资对经济增长的影响将进一步放大[12]。

调水工程对相关产业的拉动力度是海水淡化所不及的。目前海水淡化厂主要是设备投资，且海水淡化设备大多是进口，对扩大内需、拉动相关产业发展的作用较小。

5 结 语

通过对舟山市大陆引水工程和舟山市普陀区六横镇10万t/d海水淡化与综合利用产业化一期工程为基础，对大陆引水和海水淡化工程就技术可靠性、经济可行性、区域环境影响、供水安全性、能耗及产业拉动等各方面进行了比较分析，认为：两种解决方案作为解决海岛缺水问题的有效途径，在技术上均可靠成熟；大陆引水工程一次性投资大，但年运行费较低，从经济角度及环境影响角度比较，大陆引水工程的规模优势及环保效应较为明显，而海水淡化目前主要靠政府补贴才得以正常运行；供水安全性方面，两者水量及产水水质均可得到保障，但在居民可接受程度上海水淡化水不如天然水；此外，在节能减排和产业拉动方面，大陆引水具有一定的优势。

因此，将海水淡化作为解决舟山群岛供水缺口的主要水源，条件尚不成熟。一是海水淡化供水成本相对本地水资源开发和大陆引水没有比较优势，水价难以被市场广泛接受；二是舟山各岛的供水水源主要由当地水源工程和大陆引水工程构成，已具备一定的供水保证率，缺水量在不同年份之间变化很大，因此不利于大规模海水淡化装置运行效益的发挥。从长远看，随着水资源供需矛盾的加剧，海水淡化技术的进步和制水成本的逐步下降，海水淡化作为补充水源，将成为缓解海岛和沿海地区水资源供需矛盾的有效途径之一[13]。

综合上述分析，提出舟山群岛解决缺水问题的推荐方案为：舟山本岛、岱山岛等主要大岛在充分利用 本地水的基础上实施大陆引水工程，利用大陆引水的规模效益满足当地居民生活及生产用水需求，海水淡化作为适当补充；其他边远小岛由于水资源极度贫乏且开发条件很差，目前供水成本已接近海水淡化，且常年处于缺水状态，因此，海水淡化对解决或缓解这些小岛的缺水矛盾可以发挥重要的作用；沿海大型火电厂及其他特殊产业可直接利用海水及淡化水满足其用水需求。

□

[1] 陈国伟.浙江省海岛地区供水配置探讨[J].水利规划与设计,2006,(1):19-22.

[2] 浙江省水利水电勘测设计院.浙江省舟山市大陆引水三期工程水资源论证报告书[R]. 杭州：浙江省水利水电勘测设计院,2015.

[3] 《舟山市水利志》编纂委员会.舟山市水利志[M].北京:中华书局,2006.

[4] 王晓丽,初喜章,单 科，等.我国海岛发展海水淡化产业前景和战略对策分析[J].中国农村水利水电,2014,(10):96-100.

[5] 浙江省舟山市普陀区六横镇10万t/日海水淡化与综合利用产业化一期工程可行性研究报告[R]. 杭州：杭州水处理技术研究开发中心有限公司,2009.

[6] 郝艳萍.山东海水淡化与跨流域调水工程之比较[J].海洋开发与管理,2005,(1):107-110.

[7] 王晓萌,刘学海,梁生康,等.海水淡化排海浓盐水对胶州湾盐度分布影响[J].海洋学报,2009,31(1):44-51.

[8] 黄逸君,陈全震,曾江宁,等. 海水淡化排放的高盐废水对海洋生态环境的影响[J].海洋学研究,2009,27(3):103-110.

[9] 王 洋.给水管网铁稳定特性及控制技术研究[D].北京:清华大学,2009.

[10] 王 洋,牛璋彬,张晓健,等.水源更换对给水管网水质的影响研究[J].环境科学, 2007,28(10):2 276-2 279.

[11] 袁朋飞,李 冬,姜 松,等.海水淡化水与地表水联合供水地区市政管网水质变化研究[J].水处理技术,2012,38(5):15-18.

[12] 黄 河,谢文静.水利部发展研究中心《参阅报告》之三:海水淡化与调水工程的比较分析[EB/OL].www.waterinfo.com,2005-03-22.

[13] 陈康翔,钱德雪. 海水淡化在舟山海岛地区的适用性分析[J]. 浙江水利科技,2006,(5):11-14.