系统分析表明,城市水问题和水危机的实质是城市水系统的恶性循环,因此,实现城市水资源可持续利用的关键是建立城市水系统的良性循环机制,而建立这一机制的三种基本途径是节水、治污和非传统水资源的利用,这正是“节流优先,治污为本,多渠道开源”的核心内涵。毫无疑问,实施新战略有利于促进城市水系统良性循环。
(一)城市水系统的传统循环模式
在自然状态下,水循环处于良性状态,陆地上的水来自海洋,又回归海洋(图4-1)。就某一自然区域而言,通常情况下,水资源的补给量与排泄量也是动态平衡的(图4-2)。但在人类社会参与的情况下,天然状态的水循环模式将被改变,原有的平衡将被打破,稍有不慎便可能陷入恶性循环之中。城市水系统就是个典型例子,从城市水资源开发利用的行为看,供水单位从水源取水,经净化处理后供给用户,用户使用后将污(废)水排入环境,污(废)水最终又回到水源,这一活动过程构成了一个由“取水(水源)→供水→用水→排水”等子系统组成的城市水循环系统,这是自然水循环系统和社会循环系统的耦合产物(图4-3)。很显然,这个系统一旦建立,水源的平衡状态也就被立即打破。如将图4-3中的“水源”与“取水”重合,便成了城市水系统的传统循环模式(图4-4),若按此模式每循环一次,水源的水量就可能因使用过程中的消耗而减少20%~30%,水质也会因使用而随之降低,甚至变为污水,污水排放后又会进一步污染水源,从而形成水越取越少,越用越脏的恶性循环,这是城市水系统在失控状态下的必然结果。从系统科学的角度看,城市水污染和缺水危机的实质就是城市水系统恶性循环的表现,这是当前我国城市水资源难以持续利用的理论根源所在。因此,建立城市水系统的良性循环机制是实现城市水资源可持续利用的关键。
图4-1 天然水循环概念模式
图4-2 区域水循环概念模式
图4-3 自然社会耦合系统
图4-4 城市水系统传统模式(www.daowen.com)
(二)改良城市水系统的循环模式
初步分析表明,有三种基本途径可以改良城市水系统的循环模式。
一是在城市水系统中增加节水(包括需水控制)子系统[图4-5(a)],不仅可减少用水量和污水排放量,减轻对水源的压力,还能减少取水、供水、排水和污水处理的设施投资,进而降低企业的综合经营成本和消费者的水费支出,这是一种于自然和社会各方均有利的多赢的循环模式。
二是在城市水系统中增加治污(包括清洁生产)子系统[图4-5(b)],可大大削减污染物,改善排水水质,有助于遏制水环境恶化,保护供水水源,从而降低供水成本,提高用水质量,进而促进城市水的良性循环。
三是在城市水系统中增加再生水回用或其他非传统水资源(如雨水、海水、微咸水等)利用的子系统[图4-5(c)],相当于增加水系统的供水能力和可用水量,同时也可减少水源的取水量,其效果也等同于增加水源的补给量。
图4-5 城市水系统改良模式
(a)节水模式;(b)治污模式;(c)回用模式
以上三种途径虽然方法和机理不尽相同,但殊途同归,都有助于改良城市水系统的循环模式,促进城市水系统的良性循环。因此,加强节水和治污力度,重视再生水等非传统水资源利用,是建立城市水系统良性循环机制,实现城市水资源可持续利用的关键。(三)新战略强调的节水治污和再生水利用将“节流优先,治污为本,多渠道开源”作为城市水资源可持续开发利用的新战略,是基于对我国城市化进程变化特征及水战略演变历程的思考,以及对未来水资源需求及水环境变化趋势的判断结果。新战略的核心思想是强调节水治污和开发利用再生水等非传统水资源的重要性和紧迫性,而从系统科学的观点看,节水、治污和再生水利用等正是建立城市水系统良性循环机制的关键要素。从这个意义上讲,实施新战略显然有利于促进城市水系统的良性循环,这也是新战略产生的理论依据。
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