水质型缺水城市如何解决水资源、水环境问题-以上海为例

11水质型缺水城市如何解决水资源、水环境问题-以上海为例杨树清（澳大利亚卧龙岗大学），电邮：[e-mail]提要：随着人口、经济的发展，污水总量不断加大，我国越来越多的城市成为水质型缺水城市，表现在：城市河道黑臭问题越来越严重，水库供水水质每况愈下。其中，上海就是一个典型的例子，苏州河治理从1988年开始直到于今，水质离人民群众的要求还有不小的距离，而自来水的供水安全也没得到彻底解决，离直饮水的目标还相差甚远。通过运用国际上新近提出的SPP方法，我们发现上海的水资源、水环境问题可以得到很好的解决。本文分析表明：上海人民完全可能喝上与矿泉水水质相媲美的优质自来水，苏州河水质可以提高一个等级。而达到这一目的所采用的方法都是低碳、低能耗的绿色环保技术，值得有类似问题的其他城市参考。1、引言最近应上海市环保局/环科院邀请，笔者于2014年9月3日在上海科学会堂作了《上海水危机及其对策》的学术报告。该报告主要针对上海目前严峻的水危机形势做了详尽的分析并提出相应的对策。由于所涉及的问题具有普遍性，笔者特将所讨论的内容整理出来，以供其他水质型缺水城市解决类似问题时进行参考。我国大部分城市属于资源性缺水。但在长江以南的丰水地区也出现了缺水问题和水环境恶化问题。这是我国长期以来重经济、轻环保的必然结果。众多河流、湖泊、水库和地下水被污染，状况触目惊心,由此而造成另一种缺水-水质性缺水。资源性缺水和水质性缺水两项结合，构成了我国大部分地区水环境不断恶化的现状。21世纪初期全国污废水排放量约为416亿m3,大部分未经处理直接排入江河、湖泊,使3200亿方的江河湖库遭到严重污染。七大河流流经的15个主要城市河段,有13个河段的水质受到严重污染,不宜作饮用水源。全国三河三湖（淮河、海河、辽河，太湖、巢湖、滇池）遭到严重污染，水质为V～劣V类。据全国主要湖泊水库富营养化调查,54%受到污染,近80%的湖泊透明度差,绝大多数处于营养化状态，使周围城市产生水质性缺水危机。在所有污水围城的城市中，上海具有典型的意义。上海是中国最大的城市，亦是全世界最大的城市之一，市区总人口数世界第一。上海是中国大陆的经济、金融、贸易和航运中心，地区生产总值居大中华区城市第一位，亚洲城市第二位，仅次于东京。上海市最重要的产业为商贸流通、金融、信息、制造等。上海是中国的铁路与航空枢纽，其港口为世界最大的集装箱港。上海正在致力于建设成为国际经济中心、国际金融中心、国际贸易中心及国际航运中心。按照目前的发展速度，可以预见上海在不远的将来其生产总值将成为世界城市第一。随着上海国际地位的提高和国际化程度的进一步提高，上海的水资源在质和量方面必将与世界大都市看齐-具有较大的抗风险能力。上海具有中国甚至全球经济领域的领头羊地位，这是与其独特的地理位置分不开的。世界主要文明均发源于大河之絆（如中华文明来源于黄河，印度文明源于恒河，古巴比伦文明来源于两河流域，埃及文明源于尼罗河）。目前，世界上主要的大城市无不集中在依江靠海的三角州地区，这是人类“逐水而居”的历史必然。上海既受惠于水，又受害于水，这是水的两面性。中国长江流域及太湖流域的污水最后都将汇聚于上海，消失于东海。鉴于此，联合国命名上海为全球6大最缺水的都市之一，也是中国的35座水质型缺水城市之一。上海不仅仅缺水，其河道黑臭问题也是一个老大难问题。从江泽民任上海市市长开始，历经朱镕基、黄菊、徐匡迪等22领导励精图治，苏州河的水质已有较大的改善，黑臭问题基本消除，但离水清宜居的目标尚处在一定的差距。所以，一个巨大的问题摆在上海人民面前，如何保证上海人民喝上I~II类优质淡水，如何改善上海主城区河道水质，大幅提高人民群众的生活质量。为了改善世界水环境，国际上新近提出了SPP(Separation,Protection,Prevention)水管理原则，对于所有河流湖泊、水库等，其水系可以简化为如图一所示的概化模型。SPP认为每个水系的环境问题最常见和水质最坏的水体，一般出现在湖泊、水库。由于过量的污染物（外因）加上急剧减少的水流速度（内因），基于流水不腐的机理，必然导致水质极差。图一，SPP治水策略的说明简图，实线代表现有湖泊及进出河道岸线。中间圆圈为在湖泊中建立的内堤，内堤上建有闸门，可根据需要开启关闭。内外堤之间为导污、导沙渠，区内建有湖滨湿地净化污水。要解决上述问题SPP认为（杨树清2004），传统的湖泊治理方案存在着清污统蓄统泄的问题，必然导致治污失败。要解决问题必须先对河道来水水质进行区分（Sepration）,只有合乎标准的雨季清洁淡水才应该允许进入湖泊、水库，加以保护（Protection），而不达标的枯季污水则应安排特殊的通道下排进入下游河道，也就是顺利导污通道，其目的就是防止（Prevention）污水对清洁淡水的污染。简单地说，就是“清污分流、蓄清排污、流水不腐”。如图一所示，SPP与其他方案的根本不同点在于以“分流”和“导流”的两手解决水环境问题，将污水集中于湖滨绿色廊道进行处理，提高效益。毫无疑问，SPP治理原则承袭了大禹治水的成功经验，也就是对一切危险物（洪水、污水、车辆、恐怖活动、思想等）先进行分别（Separation），然后保护其中一部分（Protection）、最后给危险物质（或思想）以出路。2003年北京非典战役就是一个典型案例，前期是不分不导阶段，最后病情失控，主要领导人被迫下台；后期王岐山担任北京市市长，果断采取“分”的湖泊出口湖泊出口闸门内堤环湖导污渠外堤33措施（按照体温高低而分），保护大部分体温低的市民,而且给予体温较高者出路（北京汤山医院），很快控制了瘟情。图一和城市解决交通拥挤所建立的环线，在思想上同出一辙。不过城市环线是按照车牌（当地和外地）来分，但同样要求不符合要求的外地车辆不经过主城区（相当于图一中的内圈），而通过绕城高速（相当于环湖导污堤），从而大幅减轻拥堵城市病。也可以认为SPP是毛泽东思想的继承发扬。毛泽东特别重视Separation，首先提出“谁是我们的敌人？谁是我们的朋友？这个问题是革命的首要问题。中国过去一切革命斗争成效甚少，其基本原因就是因为不能团结真正的朋友，以攻击真正的敌人”。在实践中，他将人群按财富分为地富反坏右（相当于污水）和贫下中农（相当于清水），划分三个世界，明确保护“贫下中农（清水）”，并且给予危险物质（地富反坏右）改造和出路（战犯集中改造及缴枪不杀），就相当于导污渠污水的集中和湿地净化处理。反观他的对手蒋介石，则从来不分阶级，而是搞所谓的“全民总统”；也不给于对手出路，而是搞“宁可错杀三千，也不放走一个”。所以SPP也是能否解决社会问题的关键。不难看出，SPP思想可以广泛运用于实际生活的方方面面，具有超强的生命力。下面我们讨论如何运用SPP解决上海水环境问题。2，苏州河的治理吴淞江，古称松江或吴江，为长江入海前最后一条支流，发源于太湖，是太湖水泄入东海的主要通道。流经吴江、苏州、昆山、嘉定、青浦以及上海市区。全国地形标高所采用的的“吴淞高程”即吴淞江入海口的多年平均海平面。吴淞江在进入上海市区后称为苏州河，源于英文“SuzhouCreek”，当时洋人发现该河可直通苏州，而当时的苏州在经济上就相当于今天的上海。吴淞江全长125公里，上海境内54公里，平均河宽约40至50米，总流域面积为855平方公里，多年平均流量为6m3/s，在外白渡桥附近为10m3/s,流速为0.1~0.2m/s,为感潮河段。上个世纪初，苏州河还曾为数百万上海市民提供生活用水。但1920年前后，大量工业废水和生活污水排入苏州河，苏州河水面开始黑臭，形如沥青，鱼虾也逐渐绝迹。到1978年，上海境内河道全部遭受污染，沿河居民饱受恶臭和蚊蝇聚集之苦。1988年8月，时任上海市委书记的江泽民同志和时任上海市长的朱镕基同志开启了苏州河的治理工程，其基本思路就是：1）截污治污-埋设地下的截污管道达209.7公里，每天截流140万立方米直接排入苏州河的生活污水和工业废水，这是上海的跨越。大大提升了上海的治污能力。2）综合调水，在苏州河入黄浦江河口的外白渡桥边建设宽102米、高9米的河口水闸，涨潮时放下水闸，落潮时打开水闸，改变了苏州河因涨、落潮造成的河水回流，让河水变成单向流动，实现“流水不腐”；同时充分调用上游相对清洁的水源；河道曝气复氧工程：建造了每小时充氧150立方米的曝气复氧船，为消除水体黑臭提供了有效的辅助手段，起到了逐渐修复河道生态系统的作用。3）两岸整治：从1997年起，上海先后实施了6次货运码头、废弃码头和环卫码头的搬迁。为了实现水清宜居的目的，是否还有大幅度提高苏州河水中的空间呢？图二所示为上海水系，在吴淞江进入上海2公里处，河道一分为二，另一河道为蕴藻浜（YunzaoBang）。如果采用SPP思想，只需要在苏州河与蕰藻浜交汇处设立闸门。如果苏州河上游来优质淡水（I~IV类）则打开闸门，清水进入苏州河下游及主城区范围；如果上游来水为V类或者劣V类水，则关闭闸门，上游来水由蕰藻浜进入黄浦江到达长江及大海。苏州河如此，进入上海主城区的其他小河小沟也有如此。一旦采用分流和导污的措施，上海河道回复昔日美景就指日可待了。44图二，上海主要水系，下图为苏州河与蕰藻浜交汇处局部图。上图阴影部分为上海主城区，红色长方形为建议的闸门。黑色箭头为污水流路，白色箭头为清水流路。由于上海主城区的几乎所有地面污水进入管道，没有新的污染源，可以预料上海主城区河道在采用SPP以后，河道的水质将可以保证在IV类水以上，上海面目将焕然一新。由此可见，对于城市河道的黑臭而言，也可以采用SPP方法，即将图一中的圆圈部分理解为城市主城区，而图一中的导污渠则利用现有河网构造，相当于古代的护城河，挡住一切威胁物质（敌人或者污水）的长驱直入，最终使得城市或城市水域得到有效保护。苏州河（清水通道）蕰藻浜（污水通道）553，运用SPP治理太湖上海的水源地来源于黄浦江和长江，黄浦江水源地来自太湖。目前，上海供水70%来源于长江，30%取自黄浦江。两江共举的供水局面将长期存在。太湖治污历时20-30年，水质没有根本性好转，蓝藻大规模爆发每年都有可能，覆巢之下安有完卵？可以认为，太湖花巨资历几十年治不好的根本原因，就是毛主席所说的没有能够区分敌友而导致“中国过去一切革命斗争成效甚少”。所以，要治理太湖就要采用SPP。过去对于入湖的污（浑）水都是不设防的，允许他们长驱直入，而对于湖心清洁水源地又不加保护。采取的治理措施都是在清洁湖水被污染之后，即“先污染后治理”的技术路线。SPP采用的是主动“清污分流”，即根据来水水质进行分选，只有优质水流才能允许通过闸门，进入湖心蓄积起来，而一切入湖的不达标的污泥浊水则通过图一中的环湖水道进入下游从而实现清污分流的和蓄清排污的目标。对于环湖污水道的水质则寄望于流水不腐，和环湖水生植物的净化作用，达到化腐朽为神奇的作用（刘潘伟、杨树清，2008）。国家环境保护总局关于印发太湖水污染防治“十五”计划的通知》指出“太湖污染物主要来自流域的西北部（常州市）与北部地区（无锡市）。约占全太湖三分之一的污染物通过西北部的直湖港、北部的梁溪河进入梅梁湖与五里湖，使交换能力本来就差的西、北部太湖水质严重恶化。”图三清楚地说明了污染物的来源。其结果是北部的竺山湖、梅梁湖、五里湖为劣五类，贡湖为V类水质，湖心地区为IV类水，苏州地区为III类，东太湖水域为II类水。东太湖经吴淞江和太浦河将80%的太湖水泄往黄浦江。近年通过望虞河将长江水调往太湖，实现前总理温家宝提出的“引清释污,以动制静,以丰补枯,改善水质”引江济太方针。图三，太湖水系和SPP的运用（红线为内堤及闸门）66采用SPP治理太湖所需要的工程就是一道环湖导污渠，由于污染物主要来源与北部，所以只需要建设北部导污渠，将宜兴、武进，常州、无锡的入湖污水导入竺山湖。同时，在环湖导污渠内建设生态湿地的绿色廊道。这一湖滨湿地宽约100-200米在各主要入口处设有闸门，一旦发生大于3个月一遇的大暴雨，除初期暴雨（降雨量相当于10mm）之外，其他