城市水问题及治理措施探析

2024-03-29郭善超

水资源开发与管理 2024年2期

郭善超

（北京市水务建设管理事务中心，北京 100036）

水资源是人类在生存和发展的历史长河中最具有不可替代性和稀缺性的物质基础，是城市建设和文明延续的基石。我国众多城市都坐落在流域及河流附近，傍水而建、依水发展，比如，建在黄河流域的西安、洛阳、兰州，长江流域的上海、南京、武汉，珠江流域的广州、珠海、中山，松花江流域的哈尔滨、吉林，以及建在永定河畔的北京、岷江畔的成都、湘江畔的长沙等。城市是离不开水的，同样，水也在影响着城市的发展。中国人多水少，水资源时空分布不均，与生产力布局不相匹配，破解水资源配置与经济社会发展需求不相适应的矛盾，是新阶段中国发展面临的重大战略问题[1]。根据国家统计局发布的数据情况来看，1978 年我国城镇人口约1.7 亿，城镇化率为17.92%，而到了2022 年末，我国城镇常住人口已经达到9.2 亿，常住人口城镇化率为65.22%，40 多年时间城镇化率增长了47.3 个百分点。目前我国600 多座城市中有400 多个城市存在水资源短缺问题，其中比较严重的缺水城市达110 个，全国城市水资源缺口接近60亿m3[2]。进入21世纪以来，因工业化、城市化发展，对水资源的需求猛增，对水资源无限制地开发使用，把江河湖泊当成天然排污沟，致使水资源枯竭、水质污染问题已成为世界性问题[3]。城市水环境质量一旦出现问题，不仅威胁城市居民的生命健康，还在一定程度上制约城市工业生产的安全稳定发展，加速城市生态环境的破坏与退化[4]。在各种水问题中，暴雨、洪水等水灾害的发生是对人民生命财产安全和城市发展建设破坏力最强、影响程度最深、最难解决的问题。我国有100 多座城市地面工程在江河或潮水位以下，易遭受洪涝危害，还有许多城市位于山坡下，易遭受山洪和泥石流威胁[5]。

水资源作为城市最基础的物质资源和战略保障，在日常生活、工业生产、环境保护等方面都具有重要作用。但是，在城市的规划建设过程中对于水问题的研究往往重视程度不足，对水资源短缺、水污染、水灾害防治的综合治理规划力度和措施投入较少。本文对城市水问题的主要特征进行了分析，并提出了相关的治理措施建议，旨在为城市水治理的规划研究提供参考。

1 城市水问题的主要特征

1.1 城市水问题的类别

水问题是指存在于自然环境下的水对人类、社会、生态环境所造成的不利影响，以及人类在社会生产和日常生活中利用、开发水资源所导致的对水的相关影响等所有问题的总和。随着城市化和工业化进程的推进，城市水问题成为一个国家或地区长期面对的重大课题，特别是对快速迈入城市社会的中国来说，城市水问题更加凸显[6]。水资源的承载空间决定了经济社会的发展空间，特别是城市的发展空间，受基本国情和水情影响，城市水问题已成为制约我国城市发展的重要因素[7]。城市水问题可以分为以下3 类：从水资源供给能力角度看，水资源短缺和水资源的不均衡分配是长期以来城市水问题中对人类社会影响最普遍、最直接的问题；从水体本身质量状况角度看，水污染是现今人们追求身体健康和美好生活环境的前提下最受重视的水问题；从水对的社会危害程度角度看，水灾害的防治是保障人身安全和社会经济财产的最重要的水问题。

1.2 城市水问题的成因分析

1.2.1 水资源短缺的成因分析

从自然地理条件上分析，我国地域辽阔，横跨东西5200km，南北距离5500km，海岸线长18000 多km，水资源量分布差异较大。另外，受大陆性季风性气候影响，在东南部沿海地区的降水量要远大于西北部深入内陆地区的降水量，导致了水资源量的不均衡态势。《2022 年中国水资源公报》显示，2022 年我国水资源总量为27088.1 亿m3，其中北方6 区的松花江、辽河、海河、黄河、淮河和西北诸河区的水资源总量为5955.5 亿m3，南方4 区的长江、东南诸河、珠江和西南诸河区的水资源总量为21132.6 亿m3。2022 年全国平均年降水量为631.5mm，其中北方6 区为340.6mm，南方4 区为1145.8mm。按全国人口数14 亿计算，我国人均水资源量仅为1900 多m3，已经不到世界人均水平的22%，属于联合国环境规划署制定的“水资源短缺”标准中的“水资源脆弱”（人均水资源量1700～2500 m3）的国家。但是，由于我国南北地区水资源量分布差异较大，许多地区已经达到了“水资源短缺”（人均水资源量低于1000 m3）和“水资源压力”（人均水资源量1000～1700 m3）的标准。

从人口结构分布上分析，我国人口密度较高的地区主要集中在发达的东部沿海等地，中部和西部地区城市人口密度整体偏低。在进行水资源短缺的综合情况分析时，除了从整体角度考虑外，各地区（省、自治区、直辖市）人均水资源量也是十分重要的指标。

根据国家统计局相关数据，2021 年我国各省（自治区、直辖市）人口及水资源情况见表1。因台湾、香港、澳门资料暂缺，本文未列入。

表1 2021 年我国各省（自治区、直辖市）人口及水资源情况统计（港澳台资料暂缺）

从表1 中可以看出，按照当地水资源量分析，属于“水资源短缺”标准的省（自治区、直辖市）有北京、天津、河北、山西、上海、江苏、山东、河南、广东、宁夏，占比达到32%；属于“水资源压力”标准的有辽宁、安徽、甘肃，占比达到10%；属于“水资源脆弱”标准的有吉林、浙江、福建、湖北、重庆、陕西，占比达到19%。

由于过境水可利用量大，分析过境水量能够更客观体现当地水资源量。根据各地方2021 年水资源公报数据，在考虑出境水量、入境水量及过境水量的情况下（见表1），上海、江苏、广东地区可利用水资源量大，相应人均水资源占有量较高。

1.2.2 水污染的成因分析

水污染是指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。影响水污染的主要因素可以归纳为自然和人为两个。自然因素是由长期自然条件的变化或突发的自然现象等客观因素形成的；人为因素是指人类在生存发展过程中对水造成的具有主观能动性的污染和破坏活动，是造成城市水污染的主要原因。根据各类人为因素所形成的水污染，将城市水污染大致分为工业污染、农业污染、居民生活污染和城市建设污染。

工业污染的主要污染物是未经过技术处理或处理后达不到排放标准的工业废水，具有污染范围广、排放量大、有害物质繁杂、毒性强、处理难度高等特点；农业污染的主要污染物是农药、化肥等化学制剂，它们在地表径流、水土流失、农业排水等作用下排入了自然水体中，对自然水体产生污染；居民生活污染的主要污染物是在日常生活中产生的生活污水和生活垃圾等；城市建设污染的主要污染物是在城市基础设施的建设施工过程中产生的施工污水、建筑垃圾、施工扬尘等，它们进入城市河流或渗入地下，造成城市水污染。

1.2.3 水灾害的成因分析

水灾害的主要类型分为洪涝灾害、山洪灾害，形成灾害的原因包括自然因素和人为因素。在自然因素方面，受季风气候影响，我国夏季多降雨，短时强降雨或累计降雨量超过了江河、湖泊、河道的排放和蓄水能力，形成洪水溢出从而淹没城市，是造成洪涝灾害的主因。山洪灾害是指在山区形成暴涨洪水时，由于受到长期风化侵蚀等自然原因山体稳定性变得相对脆弱，加上暴雨强力冲刷的作用，导致的泥石流、滑坡等的破坏现象。另外，在风暴潮、天文大潮等自然现象的作用下所引发的海岸洪水也是沿海地区城市水灾害常见的类型。

在人为因素方面，对于河道的疏浚治理意识不强、治理措施力度不足，河道泥沙、沉积物大量淤积时不能及时处理，将会降低河道排水能力，导致洪水外溢。随着城市建设的发展，大多数城市道路由土质路面变为沥青或混凝土路面，导致道路的渗水能力大幅降低，加上城市防洪体系、蓄滞洪区及排水基础设施的整体建设规划相对落后，会造成城市防洪能力的沉重负担。在暴雨强力冲刷下，山体稳定性相对脆弱地区会产生泥石流、滑坡等破坏现象。

2 城市水问题造成的影响

2.1 水资源调配及使用成本的增加

由于我国水资源分布不均，为了充分和有效利用水资源，将水量充沛地区的水资源调入匮乏地区，在基本解决地区干旱问题的前提下，进一步提高供水能力，保障城市发展用水和居民生活用水。因此，建设引水调水工程就成为水资源综合调配的主要措施。但是，水利工程（包括引水调水工程）一般具有工程规模大、建设周期长、施工条件差、技术难度相对复杂、投资成本高的特点；另外，从水资源使用成本角度看，由于引调水工程在建设阶段投资规模相对较大，在投入使用阶段也需要一定的运行维护管理费用。因此，在一定程度上水资源调配的使用成本会有所增加。我国主要引调水工程情况见表2。

表2 我国主要引调水工程情况

2022 年我国部分城市居民用水价格见图1。结合图1 与人均水资源量进行综合对比分析，在大多数情况下，人均水资源量较低的城市（如北京市、天津市、上海市，以及郑州市、济南市、石家庄等），其居民用水价格相对较高；相反，在人均水资源量较高的城市（如拉萨市、南昌市、海口市、南宁市、成都市、呼和浩特市等），其居民用水价格相对较低。

图1 2022 年我国部分城市居民用水价格

2.2 水污染造成的影响

水污染对水体中的生物会产生直接影响，是破坏生态环境的一大因素。由于污染水本身含有各种有害物质（包括二氯甲烷、三氯甲烷、三氯乙烯、四氯乙烯、甲醛等有机物质，镉、铬、铅、汞等重金属物质，以及核污染水中的氚、钴、锶等放射性物质），它们进入自然水体中会造成水生生物的变异甚至死亡，将对水生态平衡造成严重破坏。由于河道的纳污负荷大大超出河流的自净能力，河道水体污染严重，河道水质普遍较差，严重降低了城市品质[8]。人与水、生态环境是唇齿相依、安危与共的，在水污染的同时，人不可幸免地也会遭到反噬，人的生命健康将受到严重威胁。例如，瓦尔迪兹邮轮溢油事件，造成海鸟、海獭、虎鲸等海洋生物的大量死亡；西非加纳采矿废水泄露进入阿苏曼河，鱼类因氰化物中毒死亡；沱江氨氮废水污染、松花江苯废水污染、北江镉废水污染等水环境污染事件，对城市居民饮用水安全造成了严重影响；日本水俣湾和阿贺野川由于汞污染废水流入，造成附近大量居民患病和死亡。水污染事件导致的影响范围是广泛的，危及自然环境中的水体和水生物生存空间的环境质量，以及人类社会中人民生命健康安全和社会经济发展，造成的危害程度也是非常严重的。

2.3 水灾害造成的影响

进入21 世纪以来，我国是世界上受洪涝灾害影响最为严重的国家之一，洪涝灾害在我国自然灾害中出现的概率最高、影响范围最广、造成的损失最大[9]。我国每年都对当年的自然灾害情况进行汇总及发布。数据显示，我国主要自然灾害类型有洪涝灾害、台风、地质灾害、干旱、森林草原火灾、低温冷冻及雪灾等，特别是洪涝和地质灾害造成的影响尤其突出，2015—2022 年洪涝和地质灾害主要受灾人口和直接经济损失情况见表3。

表3 2015—2022 年洪涝和地质灾害基本情况统计

3 城市水问题的治理措施

3.1 提升水资源战略储备能力

虽然我国水资源总量相对于世界上大多数国家来说是丰富一些的，但是水资源分布不均、人均水资源量占比低的情况却十分严峻。要将水资源合理利用和有效调动起来，将水量充沛地区的水资源引入匮乏地区，加强国家和城市水资源的战略储备能力，应对未来的水危机，提高水安全的应急保障能力。

3.1.1 国家水网建设

我国的天然河湖水系纵横交错，流域面积50km2及以上的河流共计45000 多条，总长度达150 万km，水面面积1 km2及以上湖泊共计2800 多个，水面总面积达7.8 万km2[10]。在此基础上，又建有大量的蓄水、输水、城乡供水等水利基础设施，尤其像南水北调这种跨流域、跨省份、投资规模巨大的引调水工程备受关注。但是，若要将调来的水真正发挥作用，让城市和居民真正能用到，必须做好城市的配套输水设施建设。在重视构建国家水网骨架和动脉的前提下，积极推进各省（自治区、直辖市）内的输水网格的建设，使水资源在现有时空布局的基础上，通过国家水网的建设实现水资源跨流域、跨区域、省（自治区、直辖市）内部和城市之间的调配和互联互通，充分提高水资源的利用效率和城市的供水保障能力。

3.1.2 地下水资源储备

地下水是典型的战略性资源，在遇到战争和其他特殊紧急情况时，可有效保障城乡居民生活饮用水安全，支撑经济安全和国家安全[11]。根据第一次全国水利普查结果，我国地下水水源地共有1800 多个，其中小型水源地和中型水源地均在800 个以上，大型水源地有130 多个，而特大型水源地仅有16 个。因此，要在充分结合地下水资源的自然条件和城市用水需求的前提下，合理划分地下水资源储备区域，对地下水超采地区进行水源回补，并建设相关的配套取水基础设施，进一步加强地下水资源的储备和取用水能力。

3.1.3 海水资源的开发

通常意义上的水资源短缺指的是陆地上的淡水资源量稀缺，但是海水资源量却是淡水资源量的30 倍以上，开发和利用海水资源具有巨大潜力和发展前景。目前来看，海水资源开发的主要制约因素是海水淡化技术的处理成本较高，其中电力能源消耗成本占比相对较大。近年来，我国大力发展太阳能光伏发电技术，在海水淡化设备厂房建设的同时，可以结合屋顶分布式光伏技术，将发电与用电相结合，进一步探索出用电低成本的海水淡化处理方法。

3.2 充分发挥水资源的综合效益

水资源作为一种可再生资源，与不可再生资源如石油、煤炭等相比，在持续利用、环境保护等方面具有先天的优势。中国要在2030 年实现“碳达峰”、2060 年实现“碳中和”的目标[12]，关键是要减少能源活动产生的二氧化碳排放到空气中，利用水能资源降低碳排放是其重要的解决途径之一。根据2014 年国家温室气体清单，能源领域类的排放主要分为能源工业、制造业和建筑业、交通运输业和其他行业的排放，而能源工业碳排放主要是指为生产电力而产生的碳排放，是我国碳排放最高的领域[13]。因此，利用水能、风能、太阳能等零碳能源发电将成为未来的发展方向。其中，抽水蓄能发电相较于其他新能源发电方式，具有技术成熟、安全稳定、调峰填谷、高效灵活、容量大、低成本等特点，充分结合水能资源的独特优势，在用电高峰时段发电和低谷时段蓄能，降低电力使用成本，为城市居民减负，为生态环境赋能。

3.3 提高节水能力水平

3.3.1 节水意识培养

节水能力提升最根本的因素是人的节水意识的提高，需要通过自身主观意识的变化，将节水培养成一种新的习惯性的生活方式。在节水制度方面，要建立健全一系列法律法规体系，对浪费水资源或节约利用水资源要有相应的惩罚或奖励措施，将节水行为逐步提升到法律制度层面，对人们的用水行为进行规范，对浪费行为进行约束，让人们深刻意识到节水的重要性。例如，2023 年3 月1 日正式施行的《北京市节水条例》，对区域范围内生产、生活和生态用水的取、供、用、排全过程的节水活动进行监督管理，并明确了相应的法律责任，对违反条例的相关行为采取有针对性的处罚措施。在加强宣传教育方面，可按不同年龄段采取不同的方式。节水意识要从小进行培养，对于青少年的培养教育是重中之重。学校和家庭是主阵地，在学校里，平时多进行节水知识的传授并组织节水活动；在家里，通过家长的言行举止多进行节水意识的引导和节水习惯的培养。对在社会工作的成年人，主要是通过单位和企业的平台来宣传和培训，组织节水工作突出的单位和企业进行参观和学习，多参加节水实践活动。对于老年人，可以在水环境优美的湖边、河岸，以及公园等休闲娱乐场地举行讲座、张贴节水宣传海报进行宣传，普及节水知识。

3.3.2 节水设施建设

根据《2022 年中国水资源公报》中全国用水量统计，生活用水、工业用水、农业用水占比分别为15%、16%和63%。因此，从生活、工业、农业用水方面开展节水设施的建设是加强节水能力和提高节水效率的有效途径。生活中，应进行城市生活节水设施建设，在居民住宅、商务办公楼、公共设施和娱乐休闲等场所大力推广安装节水型器具、中水循环系统；工业生产中，应对冷却水循环、废水处理净化及节水工艺流程进行不断改善和提高；农林灌溉方面，除了增加节水喷灌设备设施外，还应将智能化、大数据引入灌溉系统中，结合气候、土壤湿度、生长周期等不同因素进行科学精准的浇灌，提升用水效率。

3.3.3 非常规水资源利用

非常规水资源的有效利用是体现城市水资源开发能力和节水水平的重要手段，包括再生水、雨洪水、微咸水、海水等的利用。根据《2022 年中国水资源公报》，在其他（非常规）水源供水量中，再生水、集蓄雨水利用量分别占84.9%、6.0%。再生水和雨水利用是最主要的非常规水利用方式。对于非常规水资源的利用，要在管理和技术两方面同时发力。在管理方面，要做到法制化和规范管理，研究制定水价、税收等方面的优惠政策，构建部门协作机制，促进非常规水资源的推广和应用；在技术方面，要加强技术研究，开发经济适用的再生水处理技术，加强雨洪水利用能力，不断探索和发展海绵城市建设。

3.3.4 提高用水效率与效益

节约水资源、提高节水能力，可以通过提高用水效率和效益来实现。在农业、工业和城市居民用水等方面水的利用效率均能得到提高。在农业方面，用水量的消耗是巨大的，占据全国用水总量的60.0%以上,因此，提高农业灌溉的用水效率是最重要的措施之一，并且能够带来巨大效益。通过改善和加强农业喷灌、滴灌等，研究和发展智能灌溉技术将对节水和高效利用水资源起到突出效果。在工业方面，提高用水效率需要在管理能力和技术水平上不断进步。政府相关部门应鼓励节水型企业的创建，引导企业进行节水技术升级改造，改善设备性能和用水效率，加强工业用水的循环利用能力，降低生产成本。在城市居民用水方面，要加强居民节水意识，倡导节水理念，加强节水宣传，合理调整水价，保障水资源的综合利用能力。

3.4 加强水污染的预防措施

水污染造成的危害程度大、涉及范围广、影响深远，因此加强水污染的防控和监测能力，是及时发现污染问题、迅速作出反应的关键前提，是避免水污染危害进一步加深的重要预警措施。其中，水质自动监测系统和风险预警系统的建立和相互融合是必备的基础条件。水质自动监测系统实际运行过程中要保证监测数据的科学性、准确性和及时性，重点在监测断面及采样点布设、数据采集分析、信息传输预警等环节。

监测断面及采样点布设需结合河流、湖泊、水库等不同水流断面特征进行，并重点对城市工业废水排放口、主要排污口、城市供水水源地、主要河流汇入点、入海口等区域进行合理的采样剖面和采样点的布设。监测数据的采集分析中采样频次和采样时间的制定要科学，对水污染严重或是受污染后影响程度较大的区域要进行重点监测，并增加监测频次和缩短监测时间间隔。对于监测指标的选择也要科学和经济，在监测之前要分析制定本区域的主要污染物和监测指标，区分常规监测指标和其他特殊指标，有针对性地投入和更换检测试剂，控制使用成本。另外，数据的储存功能在保存监测数据信息、研究水质变化趋势情况方面具有重要作用，要保证数据存储时限满足使用需求。信息传输和预警功能的实现基于水质自动监测系统与相关运行管理监控平台的相互联通，当水质监测指标超过设置的阈值时立即进行预警，使水质变化情况能够及时被发现，并快速进行检查处理，尽可能地将水污染的影响程度和范围降到最低。

3.5 城市防洪体系的建设

3.5.1 城市防洪规划的制定

城市防洪规划应与城市总体规划相结合，根据城市地形特征、水文条件、周边河流分布情况等制定适应自身特点的防洪规划，将防洪规划作为城市整体规划发展的重要支撑。做好城市防洪规划是确保城市防洪建设工作顺利开展的基础[14]。城市建设用地过程中要考虑预留出适当的防洪空间，合理规划分洪通道和蓄滞洪区，保证城市遭遇暴雨洪水时具有泄洪和蓄洪的能力。

3.5.2 相关制度的建立

从管理制度层面，我国制定有《中华人民共和国防洪法》《中华人民共和国防汛条例》等与防洪相关的法律法规，用以指导全国的防汛抗洪工作。在此基础上，各城市还应因地制宜，结合自身情况制定具体的防洪管理办法、防洪应急预案，要做到有章可循、职责清晰、分工明确、响应及时。

3.5.3 防洪基础设施的建设

在防洪基础设施建设中，首先要补足传统防洪设施的短板，加强排水系统的疏排能力。由于我国城市化建设加快，城市路面硬化范围也在不断增加，出现了河道淤积、杂物等堵塞排水通道等问题，而排水设施却相对落后，排水管设计的排涝标准偏低，导致城市排水能力不足。因此，要加强河道的清淤排查工作，以及排水管网的新建和更新改造。在有条件的地区加快推进海绵城市的建设工作，将雨水进行收集、净化、储存，减轻城市排水压力，增强城市雨洪利用能力。

加快发展和引入现代化的先进技术，提升城市防洪能力。监测预警系统的建设要利用水文模拟技术、遥感遥测技术、电子监控技术等，将水文气象预报、实时水位水情变化、城市路面过水实时现况等进行分析通报，及时发布预警信息，保障抢险工作的及时和高效。