利雅得水资源管理的经验与启示

作者高浚生 潘 越  网站编辑李爱玲  责任编辑高 斌  来源前线网——《前线》  日期2017-03-08

  [摘要] 沙特首都利雅得位于沙漠腹地,干旱少雨,严重缺少淡水资源。但是,沙特王国政府和利雅得市政府很好地解决了这一问题。其主要做法有:在限制超采地下水行为的同时,不断加强水源回补工作;完善多种污水管理系统,加大再生水对农业灌溉的使用;建设管道调水工程,提高行政效率,充分利用淡化水填补城市用水缺口。北京在解决水资源短缺方面,也采取了不少措施,取得了明显成效,但改进空间仍然较大,利雅得水资源管理经验和成功做法值得我们学习借鉴。

  [关键词] 利雅得;北京;地下水;再生水;淡化水

  [中图分类号]C912.81 [文献标识码]A [文章编号]0529-1445(2017)03-0084-05

  

  特阿拉伯王国(简称沙特)是中东大国,石油储量居世界首位。作为沙漠国家,沙特是个水比油贵的国家,淡水资源非常缺乏。利雅得作为沙特首都,是全国的政治、商业、教育、文化和交通中心,市区有1600平方公里,人口约420万。利雅得属于典型的热带沙漠气候,气候酷热干燥,年均降水量不足100毫米,面临着严重的缺水问题。特别是近年来,随着利雅得城市发展速度加快,人口数量大幅增加,社会和工业活动不断扩大,用水量随之剧增,淡水供应不足问题进一步凸显。

  利雅得的“常规”水资源包括有限的地下水和少量的地表水,其“非常规”水资源则包括经过处理的废水和经过淡化的海水。面对严峻的水资源匮乏问题,利雅得政府通过不断开发、利用不同渠道的水资源,来满足日益增长的生活、工业和农业用水需求。从总体上看,利雅得市政府已基本解决了水资源短缺问题,可以正常向住宅居民足量供水,而且配水环节也做得比较合理。

严格管控地下水资源

  在掌握海水淡化技术以前,利雅得主要通过超采地下水解决居民用水问题。但是,地下水超采引发了一系列严重的环境和生态问题,如深层水耗竭、地下水水质恶化、地面沉降、海水内侵等。同时,利雅得开采和利用地下水的效率很低,因为沙特的沙地性质和干燥气候,导致相当多的地下水在采掘和运输过程中蒸发、渗透而损失掉。因此,利雅得政府采取了诸如寻找替代水源、加强回水补水以及加强用水管理等应对措施,其中在明久尔含水层的做法比较有代表性。

  明久尔含水层是利雅得最主要的水源处之一。它是一个距离地面约1200米的砂岩水层,周围砂岩具有硬度高、硫酸盐含量大等特点。而且,该含水层距离海水较近,在产生压差以后容易受到海水渗透。所以,在此处开采地下水,如果不能维持使用量与补给量之间的平衡,造成地下水位下降,就会导致含水层矿化度增加和被盐水污染等严重危害。

  自从1957年利雅得打通舒米窝井以后,明久尔含水层就开始成为利雅得市的主要地下水源。在20世纪60年代和70年代,利雅得开凿了37口水井用于供水。随着城市发展加快和用水量增加,利雅得在20世纪70年代后期又开发了萨布克水工程,新增水井16口,并在距离利雅得约50公里的地方新建地下水工程,扩建水井18口。这些新增水井的水源地都是明久尔含水层,从而造成了该水层的超量开采和使用。明久尔含水层的地下水水位一度从170米大幅下降为45米,水质也开始恶化。为了解决这一问题,利雅得水务和农业部门制定并实施了布威博计划, 积极寻找并发现了新的地下水源,在此基础上及时调节各个水层的使用配比,取得良好效果。截止到1980年,明久尔含水层的地下水位又恢复到85米以上。

  此后,沙特政府和利雅得市政府更加关注明久尔含水层的补水问题,其基本思路是充分收集和利用雨季降水。政府重新修复大量散落各地、早已干枯的水库,完善水利设施,使其最大限度地发挥收集雨水的作用。在此基础上开井挖洞,将这些水库存水尽可能引至含水层附近,并通过建设含水层水坝,推进雨水的回渗和为地下水补水。

  除了在开源层面做工作以外,利雅得市政府还在节流方面下功夫。以前,利雅得市政府主要通过超额开采地下水资源满足城市用水需求。这种政策纵容了水资源的损耗和浪费,导致不可再生的含水层淡水资源逐渐衰竭。含水层的可获得水量,取决于可用地下水的补水和排水之间的平衡。长期透支使用地下水,将导致含水层中的水量逐渐下降,进而导致潜在的、新的水资源管理问题产生。利雅得市政府意识到了管理和决策不善导致的缺水问题,开始从城市节水和农业灌溉节水两方面防止水资源浪费。

  在城市用水方面,利雅得市政府配合沙特水源和环保部门,改变了以前免费向市民供水的做法,开始酌情收取部分用水费用(每吨相当于人民币约2.2元),同时向市民免费发放节约型水龙头。在农业灌溉用水方面,沙特和利雅得政府调整了农业发展战略,逐步缩减农产品种植规模,控制淡水资源滥用,实现粮食生产与水资源优化的匹配。同时,利雅得政府积极开展节水宣传,提高居民的节水意识。

开发利用再生水资源

  利雅得市政府不仅通过寻找新水源和控制地下水滥用来解决水资源短缺问题,还积极通过污水处理和二次利用达到目的。他们将回收处理过的废水,广泛用于市区园林绿化和城市公园灌溉等各方面。截至2014 年,利雅得城市水资源管理和回收利用系统已经覆盖全市 60% 左右的区域。

  在沙特,建有很多集中和分散的废水处理厂,其中一些由政府所有。分散式污水处理厂拥有分散式污水管理系统,用于收集、处理和处置从个人住宅、住宅群和孤立的社区、行业和机构设施等地产生的废水。利雅得有五个集中式污水处理厂,平均处理能力从3000立方米/天至 63.4万立方米/天不等;有77个分散式污水处理厂,平均处理能力17.8万立方米/天。此外,还有三个集中式污水处理厂正在建设之中,可生产处理后的三级污水20~40万立方米/天,并将逐步扩大至120万立方米/天的处理能力。

  利雅得所有的集中式污水处理厂属于沙特农业水利部。农业水利部负责利雅得市政中央污水处理厂的建设和运营,监测集中式和分散式污水处理厂的污水质量。在利雅得,约17万至20万立方米处理过的污水用于土地和农业灌溉,1.5万至2万立方米用于其他行业运转,其余部分被排入干河巴塔,用于补给地下水。

  利雅得的废水排放要求比较严格,除了必须达到世界卫生组织制定的标准外,利雅得近年来还制定了更加严格的排放和再利用标准。污水处理厂回收符合排放标准的废水,经过处理后,水质必须达到政府制定的污水再利用标准。污水处理厂生产再生废水的方法也越来越多样、复杂,包括使用活性污泥、滴滤池和旋转生物接触器等,也有用单一的砂过滤器处理方法的,但结果只有一个,即处理过的废水水质必须越来越好。现在,利雅得五大污水处理厂处理的水的品质,早已超过了1986年沙特颁布的《限制农业灌溉标准》。

  此外,处理废水用于农业灌溉潜力十分巨大。沙特有关实验表明,通过特定方式将废水中的重金属等有害物质过滤掉,保留其中的氮化物,然后用于农业灌溉,不仅可以提高农业水的利用率、解决灌溉水源问题,还可以为植物提供新的营养源、增加农作物产量。统计数据表明,如果处理后的废水含有40毫克 氮,使用这种水灌溉农作物可以节省多达50%的无机氮肥施用量。而且,无论是短期还是长期使用不同类型的废水灌溉农田,土壤都没有出现重金属累积超标的情况。如果废水处理方式得当、灌溉管理到位,例如在作物选择、作物需水量估算、灌溉方法优化以及适量肥料配用等方面做得比较合理,那么,在农业生产中还存在重复利用废水的可能。目前,水资源保护与再生废水的利用,已被利雅得市政府看作解决水资源不足问题的战略方案。

大力发展海水淡化产业

  沙特解决淡水资源不足的另一个重要方式是海水淡化。目前,沙特已成为世界上海水淡化业最发达的国家之一,拥有世界第一海水淡化工业国的美誉。沙特国内海水淡化站很多,其中,朱拜勒海水淡化站的规模迄今位居世界第一。此外,吉达海水淡化站群,麦加的塔依夫站,麦地那、延布等地的海水淡化站,规模也比较可观。

  沙特一度希望通过从国外进口淡水来缓解国内供水不足问题,但海外水源国和淡化厂无法保证其供水安全。一旦水源国或运输线路因导弹攻击、军事冲突、重大生产事故等中断供水,沙特就会陷入用水困境,所以沙特决定发展本国独立的、完整的海水淡化供水系统。

  实际上,早在1928年,阿卜杜勒・阿齐兹国王就指示有关部门在沙特西部地区建立了两个海水蒸馏、凝结系统,这是沙特首次利用科技手段进行海水淡化的尝试。1965年,沙特农业水利部设置了特别办公室,致力于研究在红海和阿拉伯湾沿岸建立海水淡化站和发电站的可行性计划。1969年,两个红海沿岸省份(瓦吉哈和迪巴)建成了初具规模的海水淡化站,利用现代科技手段开发淡化水,但日产量仅为22.7万立方米。1970年又在吉达增开了海水淡化站,日产量增加到1890万立方米,还能同时发电(产能为50兆瓦/小时)。1972年,成立了农业水利部下属的海水淡化事务局。1974年,颁布了第49号国王令,宣布成立国有的、独立运作的沙特海水淡化公司(SWCC)。该公司借助国外公司的帮助迅速起步,并逐渐尝试摆脱对外依赖实现自主运营。公司特别重视科技进步和人才培养,在朱拜勒建立了庞大的研发中心和人员培训机构,为其海水淡化业务储备人才和技术。到1982年,该公司已实现完全独立运营。沙特海水淡化公司通过多级闪蒸、反渗透等技术淡化海水,逐步形成全国性的海水淡化工程,实现为城市生产和运输淡水的目标。

扶持兴建管道调水工程

  沙特海水淡化公司的一项重要任务,就是为首都利雅得提供用水保障。该公司在满足沿海城市用水的基础上,开始在政府扶持下建设直通首都和内地城市的管道调水工程,并因而建成了全国性的海水管道网,将淡化水源源不断地输往利雅得和其他内地城市。

  在这套全国性的海水管道网中,有3条输水管道与利雅得相关:一是朱拜勒—利雅得管道线路A线,总长约375千米,建有4个泵站和1个中转站、6座总容量为30万立方米的水库;二是朱拜勒—利雅得管道线路B线,总长约932千米,建有6个泵站和1个中转站,以及8座总容量为330万立方米的水库;三是利雅得供给线即C线,从北部沿海的淡化厂向利雅得供水,总长约132.5千米。A线和B线自1983年投入运行后就是世界排名前两位的水传输系统。

  目前,沙特海水淡化公司正在为利雅得修建一条新的输水管道:拉斯·阿卡尔—利雅得线,预计总长约为914千米,管道直径为64~72英寸,该项目正在按计划建设3座泵站以及13座总容量为260万立方米的水库。这一工程还规划了一系列配套项目,如利雅得市区新补给线,预计总长133.5千米,管道直径80~100英寸;朱拜勒—利雅得调水系统(F线),其预计总长约为450千米,管道直径80英寸。不过,这一工程项目进展不太顺利,因遭遇各种问题而被迫延期。

  为应对拉斯·阿卡尔供水工程延期带来的利雅得供水不足问题,沙特阿拉伯政府推出投资4.26亿美元的应急替代性供水项目。国家水公司推出工期更短的利雅得供水改造项目,并在两周内完成投标、在六个月内开始履行建设合同。这个项目主要是在首都郊区开凿几十个半盐性的地下水井,在经过进一步脱盐处理后输送到利雅得市的水网系统,每天为居民新增20万立方米的水量。一般情况下,这样的项目进程至少需要两年时间。但是,沙特国家水公司为了满足首都的紧急用水需求,把项目执行期从18个月缩短到6个月。该项目的投入使用,有效缓解了利雅得的淡水应急供应问题。

利雅得水资源管理对北京的启示

  有关数据显示,北京已经成为世界上最缺水的首都城市之一。北京市的地下水和地表水资源虽然从绝对量上比利雅得丰富,但从人均需求的相对量来看,北京市的淡水资源缺乏程度不比利雅得低。截至2014年,北京市的人均淡水资源量不足200立方米,不及全国平均量的十分之一和全球人均量的三十五分之一,仅及国际水紧缺警戒线的五分之一。淡水资源缺乏导致城市用水供应紧张。目前,北京市的淡水供应主要依靠地下水,约占全市淡水供水量的50%以上,致使北京地下水严重超采,并引发地表沉降。

  为解决供水矛盾,北京市从开源和节流两个方面进行治理,取得了明显成效。

  开源方面,北京市主要通过南水北调工程增加水源。南水北调工程分为三个阶段目标:2008年4月前完成南水北调干线北京段工程及其相关配套工程建设,具备年接收调水4亿立方米的能力;2014年汛前完成北京市南水北调末端配套工程阶段建设,其中输水工程6项、调蓄工程3项、水厂工程11项、智能化管理系统1项,实现年接纳调水10亿立方米的能力;2020年前全面完成南水北调末端配套工程建设,实现年接纳调水14~17亿立方米的能力。截至2017年2月1日,南水北调中线一期工程通水进京水量已突破20亿立方米。北京各大水厂累计取用“南水”13.69亿立方米,占入京水量68%;密云、怀柔、十三陵、大宁等水库累计存水约2.84亿立方米。此外,北京还利用南水北调来水累计向地下重点水源地试验回补及向城市部分河湖补水共3.47亿立方米。目前,南水北调日均入京水量已达105万立方米,其中自来水厂日均取水93万立方米。“南水”已成为北京城区供水的主力水源,全市直接受益人口超过1100万,有效缓解了北京水资源供需紧张局面。

  节流方面,北京市制定了《北京市加快污水处理和再生水利用设施建设三年行动方案》,2015年末实现全市污水处理率90%以上(中心城区污水处理率达到98%),在实现首都水环境根本好转的同时,增加可用水源。同时,北京市还提出“农业用水负增长、工业用水零增长、生活用水适度增长”的用水管理思路,并通过制定阶梯价格增强普通居民的节水意识。

  北京市的水资源治理工作取得明显成效,城市供水紧张状况得到明显缓解,地下水位开始缓慢回升。为进一步提高首都供水安全、改善供水管理,借鉴利雅得水资源治理经验,北京市可以从以下几方面强化水资源治理工作。

  第一,提高公众对再生水的认知,进一步提升再生水对城市供水、农业灌溉和地下水回补的贡献。北京是全国最早实践再生水利用的城市之一,但是,部分北京民众对再生水的认知存在偏差,对再生水的利用存在怀疑。例如,在对北京居民的抽样调查中,大部分受访者表示对废水流向不明确,63%的居民拒绝将再生水作为公共水源的补充来源。只有教育水平较高、个人收入较高、年龄介于 35~55 岁之间的被访者赞同使用再生水。这种状况跟当年利雅得的情况非常类似,但利雅得通过严格的质量监控和公开的信息发布打消了人们的疑虑。因此,北京也可以做好这方面的工作,例如可以充分利用居民社区加强管理和宣传,同时加强对再生水水质的监控和信息发布,使社会公众可以随时监管水质的稳定性和良好性,及时反馈再生水使用过程中发现的问题。此外,针对北京市目前污水处理后使用不足的现状,建议增加经过特定处理后的达标水在农业灌溉中的使用。 利雅得的经验表明,再生水经过特定方式处理后用于农业灌溉,不仅可以增加作物营养,还可以滋养地下水源,可谓一举两得。

  第二,加大对海水淡化工程的扶持,增加淡化水对北京水资源的贡献率。南水北调中线和东线正式供水后,北京水资源奇缺的状况得到了很大缓解,但北京水资源的缺口仍然较大。根据利雅得的经验,海水淡化可能是一个填补缺口的有效方案。另外,根据国际海水淡化协会(IDA)的统计,截至2013年,全球海水淡化厂超过1.7万家,逾 3亿人依靠淡化水满足日常之需,相比之下,北京对淡化水的利用明显偏少。在北京周边,曹妃甸海水淡化工程预计2019年投产,渤海海水将由此进入北京。但是,曹妃甸海水淡化项目前期生产的淡化水在天津等地却遭遇“卖水难”问题,原因是其海水淡化的成本高于常规水资源的开发利用成本,如果没有政府补贴,其生产的淡化水很难在市场上推广。

  与此相比,利雅得的淡化水价格很低,每立方米仅为0.02欧元(约合0.145元人民币,若一月用量超过300立方米,则价格为1.3欧元每立方米),其根本原因在于政府的扶持和补贴,政府以高价向私人运营商购买淡化水,然后以低价向民众出售。如果国家从水资源战略和社会效益的角度来看待海水淡化产业,将海水淡化项目纳入公益性工程项目类别,给予其基础设施建设资金补助和配套政策优惠,那么,海水淡化产业将会顺利发展,其对首都供水的贡献也会增大。

  [参考文献]

  [1]Ghulam Hussain, “Wastewater Quality and Its Reuse in Agriculture in Saudi Arabia”. Desalination, Volume 123, Issues 2–3, 10 October 1999.

  [2]Mohammed Abdullah Al-Saleh, “Declining Groundwater Level of the Minjur Aquifer, Tebrak Area, Saudi Arabia”. The Geographical Journal, Vol. 158, No. 2, Jul. 1992.

  [3]张炜铃,陈卫平,焦文涛.北京市再生水的公众认知度评估[J].环境科学,2012(12).

  [4]张炜铃,陈卫平,焦文涛.北京市再生水相关政策的评估与研究[J].环境科学,2013(10).

  (作者简介:高浚生,外交学院副教授、中东研究中心主任;潘越,外交学院硕士研究生)




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