晋城市非常规水源利用浅析

钟 强

(晋城市水文水资源事务中心，山西 晋城 048000)

非常规水源是常规水源的重要补充，被誉为保障经济社会发展的城市第二水源。广义的非常规水源涵盖常规水源以外的一切其他水源。根据水利部办公厅《关于进一步加强和规范非常规水源统计工作的通知》，明确了非常规水源和其利用量的统计口径，非常规水源指经处理后可以利用或在一定条件下可直接利用的再生水、集蓄雨水、淡化海水、微咸水、矿坑水等；非常规水源利用量主要统计再生水、集蓄雨水、淡化海水、微咸水和矿坑水5部分。

利用非常规水源不仅可以缓解水资源供需矛盾，提高区域水资源配置效率和利用效益，同时在减少污染排放、从灾害化向资源化转变等方面具有重要作用。2015年，国务院印发《水污染防治行动计划》，要求将再生水、雨水和微咸水等非常规水源纳入水资源统一配置。2019年，国家发展改革委、水利部联合印发《国家节水行动方案》，要求在缺水地区加强非常规水源利用，到2020年缺水城市再生水利用率达到20%以上。2021年，水利部印发《关于实施黄河流域深度节水控水行动的意见》，提出2025年黄河流域非常规水源利用量目标，并要求通过开发利用再生水、优化利用矿坑水、推进雨水集蓄等措施加快非常规水源利用。2021年，国家发展改革委、水利部、住房城乡建设部、工业和信息化部、农业农村部联合印发《“十四五”节水型社会建设规划》，提出“十四五”末全国非常规水源利用量目标。2022年，水利部、国家发展改革委联合印发《“十四五”用水总量和强度双控目标的通知》，首次将非常规水源最低利用量作为控制目标分解下达到各省、自治区、直辖市。由此可以看出，“十四五”期间国家层面越来越重视非常规水源开发利用，将此作为缓解水资源短缺、置换常规水源的重要举措。因此，本文以山西省晋城市为例，分析该市的非常规水源利用潜力，对该市开展非常规水源利用具有一定的指导意义。

1 晋城市水资源利用现状

晋城市位于山西省东南部，下辖城区、泽州、高平、阳城、陵川和沁水6个县(市、区)，是典型的煤炭资源型城市，基于地质条件形成了煤水共存的基本环境特征。根据2020年《晋城市水资源公报》，全市水资源总量为9.284亿m3，其中地表水资源量为7.143亿m3，地下水资源量为6.773亿m3，二者重复计算量为4.632亿m3，人均水资源量为424m3，仅占全国人均水资源量的19%[1]。全市10处地表水水质监测站中有3处为V类水质；根据2020年《晋城市生态环境状况公报》，全市14个地下水监测点位中有8个点位水质类别为Ⅳ类或Ⅴ类[2]。同时，根据水利部《关于黄河流域水资源超载地区暂停新增取水许可的通知》，晋城市城区、泽州和高平3个县区属地下水超载地区，暂停新增取水许可。全市水资源极度短缺，地下水超采严重，水环境污染问题依然存在。

2 晋城市非常规水源利用现状及分析

近年来，为缓解水资源供需矛盾和治理水环境污染，晋城市十分重视非常规水源利用。2016年，《晋城市水污染防治行动计划》提出，要强化城镇生活水污染治理；2020年，《晋城市水污染治理攻坚方案》提出，要推进城镇生活污水全收集，加快生活污水处理厂扩建、提标改造；2020年，《国家节水行动晋城实施细则》提出，全市再生水利用率要达到20%以上，非常规水源利用占比提高2%；《晋城市水资源综合规划》将中水和矿坑水等非常规水源纳入水资源供需平衡分析和配置体系[3]；《晋城市水利发展“十四五”规划》规划了近年来要实施的非常规水源利用项目[4]。在各种政策和规划的支持下，全市非常规水源利用稳步提升，再生水、矿坑水利用快速增长，雨水利用保持稳定。根据2020年《晋城市水资源公报》，2020年全市废污水利用量为2792.45万m3，占年供水总量的6.7%，全市无微咸水和淡化海水利用量。由于《晋城市水资源公报》只统计了全市废污水利用量，包括工业企业内部废水处理利用量，且将矿坑水利用量中采矿企业自身利用部分计入地下水量，统计口径与非常规水源利用量定义不同，因此目前尚无权威的非常规水源利用量统计数据。

2.1 再生水

2.1.1 再生水利用现状

再生水为污水经过适当处理后，水质符合工业用水、城市非饮用水、景观环境用水等不同用途回用标准的水。本文所指再生水主要是经污水处理厂处理后直接加以利用或通过专用供水管线等输送方式引入用水企业再处理利用的水，不包含工业企业内部废水处理利用的水量。近年来，晋城市大力推进实施《水污染防治行动计划》《国家节水行动晋城实施细则》等政策，多行业多部门协调配合，齐管共抓，全市污水处理水平与再生水利用量稳步提升。目前，晋城市已建成并正常运行的县市级污水处理厂有5座，总设计规模为17.8万m3/d，实际处理规模为16.4万m3/d，部分污水处理厂已超负荷运行，总配套管网106.8km，2020年县市级污水处理厂总处理量为5945.3万m3，总利用量为1165.8万m3，再生水利用率为19.6%，目前所有污水处理厂均具有污水二级、三级处理能力，出水水质符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》规定的一级A标准限值，已达到再生水利用的基本要求，晋城市县市级污水处理厂基本情况见表1。晋城市再生水利用方式主要为工业企业回用(冷却用水或工业生产)、生态补水、市政回用和农业灌溉等。其中，工业企业回用为196.4万m3，占总利用量的16.9%，主要用于晋城市国投电厂、阳城晋煤能源有限责任公司生产冷却用水。生态补水为842.2万m3，占总利用量的72.3%，主要用于城区的白马寺山森林公园、龙湾公园，高平的南湖公园、牛山森林公园，陵川的菊巘山公园等河湖补水。市政回用和农业灌溉为126.0万m3，占总利用量的10.8%，主要用于市县区城镇道路、绿化用水和陵川上郊蔬菜大棚及周边灌溉用水。污水处理达标后排放到河道中的水量为4779.5万m3，占总处理量的80.4%，这部分再生水没有利用对象，利用潜力依然很大。

表1 晋城市县市级污水处理厂基本情况

除县市级污水处理厂外，晋城市还有金匠工业园区污水处理厂一期、阳城清源北留污水处理有限公司、泽州县高都镇污水处理厂、山西兰花工业污水处理有限公司等乡镇污水处理设施，处理规模合计为2.6万m3/d，乡镇级污水处理设施年总处理量为936.0万m3，因此，2020年晋城市污水总处理量为6881.3万m3。

2.1.2 再生水可利用量预测

由于2020年《晋城市生态环境状况公报》不再统计污水排放量，污水处理率依据相关规划方法进行估算。根据《城市排水工程规划规范》，城市污水排放量包括城市综合生活污水排放量和工业废水排放量。城市综合生活污水排放量根据城市综合生活用水量乘以城市污水排放系数确定，城市污水排放系数一般取0.80～0.90[5]，结合晋城市公共设施水平，城市污水排放系数取0.85。根据2020年《晋城市水资源公报》，城市综合生活用水量由城镇居民用水和公共用水(包括服务业、餐饮业及建筑业等用水)组成，2020年城市综合生活用水量为8511.9万m3，计算得出城市综合生活污水排放量约为7235.1万m3。根据2020年《晋城统计年鉴》，工业废水排入污水处理厂的排放量为157.0万m3，因此，2020年晋城市污水排放量约为7392.1万m3，而全市2020年污水总处理量为6881.3万m3，污水处理率为93.1%。

根据《晋城市水资源综合规划》和《晋城统计年鉴》，2020年全市城镇人口为137.62万[6]，以2020年为现状水平年，2010—2020年全市城镇人口年均增长率1.70%，2020—2025年城镇人口年均增长率取1.75%，预计2025年晋城市城镇人口为150.09万。根据《山西省用水定额》，城镇居民生活综合用水定额为180L/(人·d)，估算2025年晋城市城市综合生活用水量为9860.9万m3，城市综合生活污水排放量为8381.8万m3，城市污水排放量为8538.8万m3。随着“十四五”期间晋城市城镇生活污水收集处理能力的提升，污水处理率取95.0%，预计2025年晋城市污水总处理量为8111.9万m3，日处理规模将提升至21.8万m3。根据《“十四五”节水型社会建设规划》要求，晋城市2025年再生水利用率取25.0%，因此2025年全市再生水可利用量为2027.9万m3。再生水可利用量统计情况见表2。

表2 再生水可利用量统计情况

2.1.3 再生水利用措施

a.加强再生水利用布局和配置。2021年，国家发展改革委等十部门印发的《关于推进污水资源化利用的指导意见》和国家发展改革委等五部门印发的《“十四五”节水型社会建设规划》中均提出到2025年，全国地级及以上缺水城市再生水利用率要达到25%以上。2021年，水利部等六部门印发《典型地区再生水利用配置试点方案》，要求“十四五”期间缺水地区试点城市再生水利用率达到35%以上。目前，晋城市要达到以上目标还有一定难度，应继续加大再生水布局力度，逐年扩大其利用规模和比例。近年来，晋城市已将再生水纳入水资源配置，并实行非常规水源配额管理，在对全市各县区下达的年度用水计划中明确了再生水等非常规水源最低利用量目标。同时，工业冷却、服务业非接触性用水(如洗车等)、市政杂用和景观用水应优先使用再生水，农业灌溉鼓励使用水质符合条件的再生水。开展规划和建设项目水资源论证和节水评价审查时，应充分论证再生水利用的可行性和合理性，对再生水管网覆盖范围内水量水质满足要求的工业和服务业项目，新建的要严格审批新增取水许可，已建的要核减新鲜水用水计划。

b.推进污水资源化利用[7]。以现有污水处理厂为基础，坚持集中与分布相结合，合理布局建设污水资源化利用设施，逐步以再生水替代部分新鲜水，以缓解区域地表水短缺和地下水超采局面。城镇应集中推进污水处理厂提标升级扩能改造，提高污水处理能力和出水水质。加大配套管网等基础设施建设，完善城镇供水管网，使再生水接入供水网络体系。“十四五”期间，晋城市应积极推进市区正源污水处理厂、高平第一生活污水处理厂提标扩容改造，阳城、沁水2个县第二污水处理厂的新建投产。工业园区应将再生水作为生产用水的重要水源，推动开发区金匠工业园区污水处理厂二期工程投产运行。农村地区应因地制宜地推广分布式、小型化的污水处理再生利用设施，建设分布式污水处理再生利用设施，推动城区钟家庄，泽州县周村、李寨、大箕、南岭、犁川，高平市原村、寺庄、北诗、石末、陈区，阳城县町店二期，沁水县端氏、中村等乡镇污水处理设施建成投运。同时，配合人工湿地等污水深度处理工程，以丹河人工湿地为中心，重点推进巴公河薛庄、北石店河背荫2个人工湿地建设，使水环境质量持续改善。

c.完善优惠激励政策，营造开放市场环境。推动工业园区、用水大户与再生水生产运营单位合作，建设“点对点”再生水生产输配设施，鼓励供需双方按照优质优价原则自主协商确定再生水水价。政府出台倾斜激励政策，对再生水用户给予管网建设资金支持和水价优惠补偿，对再生水生产运营单位给予用地、用电、贷款贴息等优惠补贴。财政部门要加大水利发展资金、节能减排专项资金对再生水利用的支持力度[8]。税务部门可依据山西省人民政府《关于印发山西省水资源税改革试点实施办法的通知》，对再生水用户依法免征水资源税。同时，创新服务模式，政府可将再生水处理设施作为基础设施及公共服务类PPP项目，采用政府购买服务或特许经营等模式引导社会资本参与建设运营。开展再生水水权交易，发挥市场机制在水资源配置中的重要作用。

2.2 矿坑水

2.2.1 矿坑水利用现状

2.2.2 矿坑水可利用量预测

表3 矿坑水可利用量统计结果

2.2.3 矿坑水利用措施

a.将矿坑水纳入水资源配置。在晋城市城市专项规划中推动将矿坑水纳入地方供水规划，向周边城镇居民和工业企业供水。采矿企业在办理取水许可时，优先考虑配置矿坑水，对未充分合理利用矿坑水的企业，核减其下年度常规水源计划用水指标。“十四五”期间，晋城市下辖高平市将建设煤矿矿坑水利用工程，对13处外排水量较大的矿坑排水点，统一纳入县域水网统筹考虑，能排入水库的优先考虑排水入库，不能排入水库的配建调蓄工程，就近利用。

b.分级处理、优化利用。全市重要采矿区、重大涌水矿区应建设矿坑水处理设施，实现矿坑水规模化综合利用。晋城市煤矿矿坑水利用主要为井下矿井水利用，利用方式有两种，一种是利用废弃巷道的空间建立矿井水处理站和“地下水库”，将其与井下用水点有机结合，矿井水在井下完成沉淀、过滤处理后直接输送到综采、机掘等工作面用水部位，实现矿井水处理不出井；另一种是在井底建设水仓及提水泵房，煤矿开采过程中，将井下涌水集中排至井底水仓，再由提升泵提至地面，通过地面矿井水处理站对其进行处理[14]。根据地面和返回井下的各个用水点对水量、水质的不同要求采取不同的处理工艺，配合建设一定容量的调节工程(调节池等)，提高煤矿用水保证率。矿井水应按照不同的用水场景和用水需求，分级处理，分质供应，对于附属洗选煤厂、黄泥灌浆站等生产用水采用混凝、沉淀、过滤等常规处理技术，对于锅炉补水、矿区职工洗浴等生活用水采用超滤、反渗透、消毒等深度处理技术，避免不必要的附加处理成本和企业负担，确保矿区生产充分使用矿井水、矿区生活优先使用矿井水，综合提高矿井水利用率，推进晋城市煤矿企业高效清洁生产和绿色矿山建设。

2.3 雨水

2.3.1 雨水利用现状

雨水利用量指采用集雨场地或微型集雨工程(水窖、水柜、雨水罐、水池等)进行收集、存储，满足相关技术标准后加以利用的天然降水(大气降水)量。雨水具有笼罩面积大、时间分布不均、污染较轻以及可就地利用的特点。目前，晋城市尚无雨水利用的权威统计数据。农村地区雨水集蓄利用量主要指农村集雨工程的集雨量，主要利用对象为农村饮水、作物和果树灌溉。2020年，晋城市农村地区共有塘坝198座，水窖、水池4008座，因水窖、水池规模较小，利用量不便统计，故本文雨水利用量主要指塘坝蓄水利用量。根据《晋城统计年鉴》，塘坝容量总计1065.9万m3，总灌溉面积2440hm2，依据《山西省用水定额》和作物灌溉经验折算，雨水可利用量约为500.0万m3。城镇地区雨水集蓄利用主要以典型示范工程为例，雨水利用量较少。晋城市水务局在节水机关建设中利用地下雨水集蓄池收集雨水进行绿化喷灌，同时将雨水引至各楼层卫生间进行冲厕，实现分质供水，年可利用水量约900.0m3。晋城市实验中学在教学楼立墙旁设置了5个集雨樽，总收集容量为7.5m3，用于校园绿化喷灌，年可利用水量约50.0m3。

2.3.2 雨水可利用量预测

根据《海绵城市建设技术指南》[15]，城市雨水可利用量约为雨水设计调蓄容积。计算公式为

V=10HφF

式中：V为设计调蓄容积，m3；H为设计降水量，mm；φ为综合雨量径流系数；F为汇水面积，hm2。

随着全球能源的逐渐枯竭、大气污染的不断加剧以及气温上升带来的危害加重,越来越多的人意识到节能减排是社会发展的方向。因此,电动汽车应运而生,并迅速得以广泛应用[1]。电动汽车作为电力负荷,其充电行为具有间歇性和随机性。在电动汽车充电过程中,由于充电器本身包含各种非线性特性的电力电子元件,会向电力系统注入谐波,当谐波超过一定范围,将会给电网带来谐波污染,从而对电网的稳定性产生影响,同时也将缩短电池的寿命,因此对电动汽车充电过程中的谐波进行分析和检测具有重要意义[2-4]。

市区的综合雨量径流系数与市区土地下垫面类型有关，可采用加权平均法计算。晋城市市区总面积为14259hm2，2020年绿地面积为6530hm2，市区绿地覆盖率达45.8%,水域面积为71hm2，其他面积为7658hm2。2025年假设市区总面积不变，水域面积稍有增加，根据《晋城市城市绿地系统专项规划》，绿地覆盖率将达到48.0%以上，估算2025年绿地面积达6845hm2。通过计算，综合雨量径流系数为0.33，综合雨量径流系数计算结果见表4。

表4 综合雨量径流系数计算结果

晋城市位于年径流总量控制率分区的III区，根据《晋城市中心城市海绵城市专项规划》要求，年径流总量控制率取75.0%，对应的设计降水量取23.1mm，计算可得雨水设计调蓄容积为108.7万m3，因此2025年晋城市城市雨水可利用量约为108.7万m3。而农村地区雨水利用量变化不大，雨水可利用量仍以500.0万m3计算，2025年全市雨水可利用量约为608.7万m3。

2.3.3 雨水利用措施

a.农村地区应结合地形地貌建设水池、水窖和坑塘等设施集蓄雨水，用于农业灌溉、畜禽养殖等。

b.城市规划建设中应融入海绵城市建设理念，各类建筑项目在总体规划上应包含雨水利用设施，与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用[16]，提升水源涵养能力和雨水综合利用水平，基本消除城市易涝点，将汛期雨水从灾害化向资源化转变。在城市公园、绿地、公共建筑、道路广场等新改扩建过程中推广透水铺装，合理建设屋顶绿化、植草沟、下沉式绿地、地下调蓄池等设施，减少雨水地表径流外排，有效控制径流污染，提升城市防洪排涝能力。同时，收集雨水用于绿地灌溉、城市环卫、景观用水等，有条件的社区还可通过建设雨水花园、屋顶蓄水系统等实现雨水集蓄利用与园艺水景观协调统一。《晋城市中心城市海绵城市专项规划》中划分了海绵生态涵养区等6大功能区，系统规划了全域推进海绵城市建设项目清单，包括建成区道路雨污分流管道建设和下凹式绿地等低影响开发措施，打造青山环城、曲水营城的城市空间格局。近期，晋城市正在起草《晋城市海绵城市建设管理办法》，总结雨水高效收集和利用模式，加强雨水集蓄利用技术创新与示范推广。

c.重点用水企业因地制宜配套建设雨水集蓄利用设施，积极推动高耗水企业开展雨水收集系统工程。“十四五”期间，晋城市持续推进工业园区雨水资源化利用试点，鼓励工业园区建设雨水收集、储蓄、处理、回用设施，深入推动煤矿等工业厂区初期雨水收集治理回用，推进厂区雨污分流管网改造，工业雨水排口实施非汛期封堵等措施。

3 非常规水源利用存在的问题及建议

近年来，晋城市非常规水源利用发展较快，取得了一定成效，但与发达省份城市相比，非常规水源利用占比仍偏低，同时也存在一定的问题，具体表现在以下方面：

a.在管理制度方面，非常规水源利用没有专项的法律法规和完善的规范标准，法律责任规定不明确，政策强制性不够，缺乏操作性强的奖惩制度，价格、财税等配套扶持政策不够成熟。应推动立法部门或政府部门出台适合本地区的非常规水源利用条例或管理办法，通过法制方式引领和规范行业健康发展。

b.在体制机制方面，非常规水源利用涉及水务、住建、城管、生态等多个部门，职权分工不明确，管理实施难度大，应设置牵头部门或成立组织机构，统筹全市非常规水源利用规划和实施，并将非常规水源利用量或占比纳入各级政府及相关部门考核中。

c.在工程建设方面，非常规水源利用项目的配套管网设施投资大，现阶段主要以政府投资为主，市场投融资机制不成熟，融资渠道单一。政府部门应会同财政、金融管理部门和各类银行出台相关倾斜政策，推出非常规水源利用专项金融产品或授信贷款，拓宽社会融资渠道。利用合同治污、合同节水等管理模式引导更多金融资本和社会资本进入该领域，激发行业内生动力。

d.在推广普及方面，不同类型的非常规水源均有一定的使用限制和风险。如不同河湖水质对应的再生水补水标准尚需进一步完善[17]。矿坑水处理设备自动化运行程度不高，人工操作环节存在管理风险[18]，应加大产学研结合，提高矿坑水处理智能化程度。中小型煤矿矿坑水回收利用资金投入占比过高，应争取更多政府财税支持，提高企业矿坑水利用意愿。城市雨水蓄排系统设施应对汛期暴雨能力不足，应结合海绵城市建设，优化城市雨水收集系统。

4 结 语

晋城市2020年非常规水源利用量为3943.8万m3，其中再生水可利用量1165.8万m3，矿坑水可利用量2278.0万m3，雨水可利用量500.0万m3，比重分别为29.6%、57.7%和12.7%。受晋城市产业结构影响，非常规水源利用主要以矿坑水为主，其次是再生水，雨水利用因降水条件限制，利用量相对较少。

预计到2025年，晋城市非常规水源利用量约为4976.6万m3，其中再生水可利用量2027.9万m3，矿坑水可利用量2340.0万m3，雨水可利用量608.7万m3，比重分别为40.8%、47.0%和12.2%。由于晋城市在“十四五”期间能源供给结构将逐步转型，矿坑水利用量基本不变，再生水因其量大而集中、水质水量相对稳定的特点，利用潜力将逐步突显。

根据水利部、国家发展改革委《“十四五”用水总量和强度双控目标的通知》相关要求，非常规水源最低利用量将作为地区用水总量和强度双控考核的控制目标。因此，晋城市应加快编制非常规水源开发利用专项规划，通过实施再生水开发利用、矿坑水优化利用、雨水集蓄利用等具体措施，提升全市非常规水源利用水平，有效缓解水资源短缺对经济社会发展的限制，在全市水资源配置中发挥重要作用，为晋城市经济社会高质量转型和可持续发展提供坚实的水支撑和水保障。