造成水资源短缺的原因有很多种,水污染、水浪费是重要因素。因此,要缓解目前水资源的紧张局势,应从以下几个方面着手。
节水
制定明确的节水目标与政策
节水是环境与生态保护的重要组成部分。生产和生活月水的节约将直接减少污水排放量。因此,节水是治污的最有效手段之一。
东南亚的新加坡,是世界上最严重的缺水国之一,它对节水工作有严格的法规政策。在新加坡,不仅工业用的水价高于家庭用水价,而且工厂用水超过计划定额时,要征收15%的节水税。墨西哥也是一个严重缺水的国家,居民用水80%是取自地下,由于超采地下水,已造成地面沉降,危及建筑物,而城市人口仍以每年50万的速度增长。为解决用水问题,政府痛下决心,严格规定用水标准。例如,厕所冲洗水量,每次不得超过6升,把全国厕所全部更换成6升模式,仅此一项的节水就解决了几十万居民的家庭生活用水。此外,还进行了提高水价,大力宣传节水等一系列工作,据估计,用水量降低了1/6。
我国也在20世纪80年代初,建立了“六高、两低、两合理”的节水防污政策,“六高”就是提高全民节水意识,适时、适地、适度地提高水价,提高用水的重复率(包括中水回用),提高用水的生态效益率,提高节水工作的技术含量,提高用水的传输效率;“两低”就是降低用水造成的污染率,降低用水造成的水资源蜕化率;“两合理”就是制订合理的行业用水定额,建立地区与行业合理用水结构以保证全国水资源供需平衡。同时,还制订了各行各业的用水标准和定额,对各用水单位实行计划供水和考核制度,居民用水取消包费制,城市节水取得很好的成绩。工业用水重复利用率从20%提高到40%,北京、天津等北方大城市已达到70%左右。
提高水的利用效率,开辟第二水源
主要途径有:
(1)降低工业用水量,提高水的重复利用率。
许多国家和城市把节约工业用水作为节水的重点。美国加利福尼亚州的制造厂持续6年厉行节约用水,1989年同1985年相比,节水1/5。它的主要措施是:冷却水与加工水的再循环、更换喷水嘴、减小流速、把持续水流改为间断水流、废水再利用、监督漏水。漏水的最大漏损在管道,日本东京都内约有1/5的水管有漏水现象,水管漏水严重,漏水率达到15%。因此要想减少漏水,必须改造管道,逐渐用不锈钢管道代替原来的铸铁管道。
降低工业用水量的主要途径是改革生产用水工艺,争取少用水,提高循环用水率。如炼钢厂用氧气转炉代替老式平炉,不但提高了钢的质量,而且用水量降低了86%-90%。
现在世界上许多工业发达国家都把提高工业重复用水率作为解决城市用水困难的主要手段,炼油厂单程冷却加工1吨原油需用水30吨,如采用循环水冷却,用水量降到原来的1/24。美国制造工业的水重复利用次数,1954年为1.8次,1985年为8.63次,到2000年,将到达17.08次。到那时,制造工业的需水量将比1978年减少45%。
我国近几年来,对水的重复利用也逐步开展起来。在一些水源特别紧张的城市,水的重复利用率已达到较高水平,如大连市为79.5%,青岛为77.3%,太原为83.8%,但整体水平还比较低,平均工业用水重复利用率仅为20%-30%。如果把全国工业用水的平均重复利用率从目前的20%提高到40%,每天可节水1300万吨,相应地可以节省供水工程投资26亿元,节水量和经济效益都是相当可观的。
提高工业用水重复利用率,不仅是合理利用水资源的重要措施,而且减少了工业废水量,减轻了废水处理量和对水体的污染。
(2)实行科学灌溉,减少农业用水的浪费。
全世界用水的70%为农业灌溉用水,但其利用率很低,浪费严重。据估计,全世界有37%的灌溉水用于作物生长,其余63%都被浪费掉了。因此,改革灌溉方法是提高用水效率的最大潜力所在。
传统渠灌的主要缺点是渠道渗漏。据国际灌溉排水委员会的统计,灌溉水渗漏损失量一般为15%-30%,高的甚至达到50%-60%。我国渗漏损失一般为40%~50%,高的甚至达到70%-80%。由于大部分灌区的渠道没有防渗措施,我国南方长江、珠江、东南沿海等地渠道水利用系数平均为0.6,其他各片为0.5。估计全国渠道渗漏损失的水量可达到1700多亿立方米。因此,灌溉方式的改进,是农业节水的重要途径。
20世纪60年代在以色列发展起来的滴灌系统,可将水直接送到紧靠植物根部的地方,以使蒸发和渗漏水量减到最小。滴灌是科学测定某种植物所需水分,通过管道直接送到其根部的灌溉。它灌溉效率高,水的利用率高,又不需要占地修渠。我国最新的研究表明,覆盖滴灌对水的利用效率更高,采用这类灌溉可使水的利用系数提高到85%-90%,是适合干旱、半干旱地区的新型灌溉技术。
此外,一些国家还研究了新的灌溉技术,如涌流灌溉、水平畦田灌溉、采用自动升降竖管灌溉等。
回收利用城市污水、开辟第二水源
回收和重新使用废水,使其变为可用的资源是另一种提高水使用效率的方法。“中水道”在世界各国被普遍采用。
“中水”起名于日本,“中水”的定义有多种解释,在污水工程方面称为“再生水”,工厂方面称为“回用水”,一般以水质作为区分的标志。“中水道”,这种水道输送的既不是上水道清洁的自来水,也不是下水道污秽的脏水,它是把一个地区居民洗脸、洗澡、洗衣服等洗涤水和冲洗用水集中起来,经过去污、除油、过滤、消毒、灭菌处理,输入中水道管网,以供冲厕所、洗汽车、浇草坪、洒马路等非饮用水之用。所以中水道又称为杂用水道。
用一立方米中水道的水,等于少用一立方米的清洁水,可以少排出近一立方米的污水,一举两得,节水近50%。所以,中水道已在世界许多缺水城市广泛采用。我国大连1992年也建成了示范工程,日产水10000吨,很受企业欢迎。
家庭用水主要有三大块,包括卫浴用水、洗衣用水和厨房用水,其中卫浴和洗衣占到约2/3。节水的大原则包括:不用水的时候勿让水空流;自来水管道系统有任何渗漏要及时修理,减少浪费。
调节水源流量,增加可靠供水
导致水资源紧张的一个重要原因是自然条件的影响,如气候、地理位置,淡水分布不均匀等问题。人们试图通过调节水源流量、开发新水源的方式加以解决。
建造水库
建造水库调节流量,可以将丰水期多余水量储存在库内,补充枯水期的流量不足,这样不仅可以提高水源的供水能力,还可以为防洪、发电、发展水产等多种用途服务。目前,各国在江河上建造的库容超过1亿立方米的水库共有1350个,总蓄水量达到4100千立方米。我国已建成各类水库8.4万座,其中小型水库8.1万座,占水库总数的96.2%。
跨流域调水
跨流域调水是一项耗资昂贵的增加供水工程,是从丰水流域向缺水流域调节供水,比如巴基斯坦的西水东调工程和澳大利亚的雪山河调水工程以及我国近年来相继完成的引黄济青、引滦入津和引滦入唐等工程。由于调水工程耗资大、对环境破坏严重,选择建库地址日益困难,许多发达国家已不再进行大规模的流域间调水。发展中国家的水库建造仍处于全盛时期,我国的南水北调工程也已开始动工。
南水北调的总体布局确定为:分别从长江上、中、下游调水,以适应西北、华北各地的发展需要,即南水北调西线工程、南水北调中线工程和南水北调东线工程。南水北调工程分东、中、西三条调水线路。建成后与长江、淮河、黄河、海河相互连接,将构成我国水资源“四横三纵、南北调配、东西互济”的总体格局。
地下蓄水
目前,已有20多个国家在积极筹划人工补充地下水。在美国,加利福尼亚的地方水利机构每年将25亿立方米左右的水贮存地下。到1980年,该州已有3450万立方米的水贮存在两个水利工程项目的示范区内,其单位成本平均至少比新建地表水水库低35%-40%。美国国会于1984年秋通过立法,批准西部17个州兴建蓄水层回灌示范工程。在荷兰,实现人工补给地下水后,解决了枯水季节的供水问题,收集雨水倒进箅子每年增加含水层储量200万-300万立方米。
海水淡化
海水淡化可解决海滨城市的淡水紧缺问题。目前,世界海水淡化的总能力为2.7立方千米每天,不到全球用水量的1‰。沙特阿拉伯、伊朗等国家海水淡化设备能力占世界的60%,在沙特阿拉伯还建造了世界上最大的淡化海水管道引水工程。
海水淡化就是除去咸水中的盐,或将淡水透析出来。大致有5类办法:(1)蒸馏:让盐分留下,水蒸气凝结成水;(2)冻结:让咸水结冰,盐和冰分离开来;(3)反渗透:让咸水在巨大的压力下通过特殊的膜,留下盐;(4)离子迁移;(5)化学法。海水淡化,耗电耗能,成本很高,但是意义重大,很有前景。法国塞纳河边有一家公司成功制造一种简单的手动水泵式的海水淡化装置,将1升海水变成1公斤淡水,仅仅需要10分钟。有人估计,21世纪可能诞生一种新型的生产淡水的未来水产业。
拖移冰山
世界的很多地方都缺乏淡水,像南加利福尼亚、沙特阿拉伯以及非洲大陆上的很多国家,他们对淡水有多少用多少。而冰山是极其宝贵的淡水资源,地球上70%的淡水都被封存在极地冰山中,据估计,南极的一小块浮冰就可获得10亿立方米的淡水,可供400万人一年的用量。但目前,人类没有办法利用它。一些缺水国家动起了脑筋。海湾六个石油国家计划从北冰洋用船拖冰山到海湾,再融化成淡水。当然,这项计划很浪漫也很大胆,技术上难度不会小,用什么船,如何拖拉,一路损耗多少,花费多少,何日实施,等等,都很令人关注。
为了增加淡水资源,许多国家和地区都因地制宜,发明了一些增加淡水的方法。世界上一些城市为充分利用雨水,修建了水池或地下水库。我国的甘肃省因地制宜地推出了“121”雨水集流工程,就是农村每户建100平方米集水面积,修两个集水坑,建一亩水浇地。加拿大科学家发明了一种集雾取水法,是采用一张聚丙烯和吸水纤维叠层织造的巨型细网,每网面积为48平方米,在春夏多雾季节,每天可集水13万升,平常日子里,每天可集水1.1万升。智利的一个村庄,昔日饱受干旱缺水之苦,1992年5月就用了这种新科技,自来水管中从此不愁没水了。荷兰人的“人工增雨”技术给水资源短缺的地方带来了希望,在适当的时机将固体的二氧化碳(俗称干冰)撒进云里,出现了降雨的结果,这样可以多获得10%~15%的水。
减少水污染
将未经处理的工厂废物和生活垃圾简单露天堆放,不仅占用土地,破坏景观,更重要的是废物中的有害成分会通过刮风进行空气传播,再经过下雨进入土壤、河流或地下水源。因此,减少水污染,就要合理处置垃圾。垃圾的处理是指通过物理、化学、生物、物化及生化方法把垃圾转化为适于运输、贮存、利用或处置的过程。垃圾处理的目标是无害化、减量化和资源化。
恢复河、湖水质
对于已被污染的水体,要采用综合防治水污染的方法恢复河湖水质。即采用系统分析的方法,研究水体自净、污水处理规模、污水处理效率与水质目标及其费用之间的相互关系,应用水质模拟预测及评价技术,寻求优化治理方案,制订水污染控制规划。采用这种方法治理的河流,如美国的特拉华河、英国的泰晤士河、加拿大的圣约翰河等水质都得到恢复,增加了淡水供应。
水坝的功过,你懂得
3月16日,联合国就将在墨西哥城召开的世界水日国际大会上公布这一官方报告,以警示各国政府,地球上的河流、湖泊以及人类赖以生存的各种淡水资源状况正以惊人的速度恶化。联合国副秘书长、联合国环境规划署执行长官克劳斯?特普费尔博士将这一现状形容为“一起正在制造中的灾难”。
报告指出,“我们极大地改变了世界范围内河流的自然秩序”。全球最长的20条河流上都筑了大大小小的堤坝,全世界大约有45000余个大型堤坝,将至少15%的水流限制在堤坝内而非流入大海,堤坝覆盖的总面积已接近全球陆地总面积的1%。
而人类建造堤坝的热情并没有就此打住。报告预测说,“这一需求未来将持续增加”,联合国报告建议各国政府应该禁止在尚保存完好的流域开建新的堤坝和水库项目,让“自由奔腾”的大河继续奔流。
建设水坝是让昔日大河奔流景象不复存在的原因吗?我们要明白水坝限制住河流的百分之多少是非常不明确。如果说这个限制仅仅水坝指控制住河流的流量,那么受水坝控制的河流流量决不止15%。如果说是由于建水坝减少了河流中入海流量的15%,倒还是有一些可能的。但是,我们特别需要强调所减少的这15%的河水流量,不仅不应该是水坝的“罪恶”,而恰恰是水坝的功绩。
水坝本身并不会消耗水,水坝建成之后,只不过为人们的生产、生活、取水、用水提供了方便和可能。如果按照世界一般河流的水资源使用规律,水资源的最佳使用率一般为40%。使用之后大约有总量的28%(使用量的70%)的污水返回河流系统。这样正常河流水资源充分开发利用之后,比较适当的人类社会水资源消耗量大约占河流的12%。另外,由于水坝蓄水形成了较大的水面,加速了水资源的蒸发量。一般认为,水库的年蒸发量根据不同的地区,可能会在蓄水量的5-10%之间。然而,蓄水蒸发之后直接加大了水库局部地区的空气湿度,不仅有利于各种植物、动物的生长,而且还会形成一个局部的水气小循环,增加降雨量。水库的这种水蒸发调节空气温度、湿度的生态功能非常像原始森林。有人经常比喻说森林是绿色水库,那么人造水库就是实实在在的蓝色水库。从水资源总量平衡上来说,蒸发之后的水资源最终还是要通过降雨,返回到地面的。但是,由于毕竟有一部分水蒸气,可能会随着大气的漂流直接降落到海洋上。所以,如果说由于在河流上建造水坝、水库的蒸发作用,减少3%的河水入海流量,是完全可能的。