Progress in development and utilization of non-conventional water resources in China

以色列是世界上再生水利用程度最高的国家之一, 几乎所有家庭都安装了自来水和再生水双管供水系统, 100%的生活污水和72%的市政污水得以回用^[11]。2010年, 新加坡在樟宜建成世界上最大的再生水厂后, 再生水总生产能力达到53.2万m³/d, 约占整个国家总需水量的30%, 预计到2030年和2060年该比例将分别达到50%和55%^[15]。美国加利福尼亚州率先颁布了水再利用法规, 其水质要求已成为全球基准, 为世界各国水再利用法规制定提供了依据^[16]。之后, 美国环境保护局(EPA)分别于2012年和2020年先后颁布了《水再利用指南》和《国家水再利用行动计划：协同实施(第一版)》, 进一步加强非常规水资源开发利用工作^[17-18]。欧盟也有许多国家开展了非常规水资源开发利用工作, 其中西班牙的污水处理回用率已达20%, 仅次于以色列, 位居世界第2位；葡萄牙、意大利、法国、希腊等国家也建立了比较完善的水再利用法规, 目前欧盟委员会(EC)正在开展《水再利用最低要求条例》的立法工作^{[16, 19]}。与此同时, 海水淡化在全球范围内发展非常迅速。截至2013年, 世界上已建成1.7万个以上海水淡化处理厂, 可为150个国家3亿多人提供8 000万m³/d的淡化海水^[20]。2015年, 全球淡化海水生产能力提高到9 750万m³/d, 预计2050年将进一步增长到1.92亿m³/d^[21-22]。

非常规水资源开发利用作为重要的开源举措之一, 历来受到中国的高度重视。《中华人民共和国水法》《中华人民共和国循环经济促进法》《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要(2016——2020年)》《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》《国务院关于印发水污染防治行动计划的通知》等法律法规和政策文件, 对再生水、海水淡化、微咸水、矿井水、雨洪资源、云水资源等非常规水资源开发利用提出了明确要求。2012年, 《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》明确提出, 将非常规水资源开发利用纳入水资源统一配置。2017年, 水利部印发《关于非常规水源纳入水资源统一配置的指导意见》, 明确提出了再生水、集蓄雨水、微咸水、淡化海水等非常规水资源纳入水资源统一配置的具体目标, 到2020年全国非常规水资源配置量力争超过100亿m³(不含海水直接利用量)。2019年, 国家发展改革委、水利部联合印发《国家节水行动方案》, 进一步提出了非常规水资源开发利用的目标, 到2022年非常规水资源利用占比进一步增大, 缺水城市非常规水资源利用占比平均提高2个百分点。

目前, 国内外对于非常规水资源还没有统一规范的术语和定义。联合国(UN)^[23]、联合国粮农组织(FAO)^[24]、联合国大学(UNU)^[25-26]、全球水伙伴(GWP)^[27]等国际组织, 常采用non conventional water resources、unconventional water resources、non conventional water等术语；欧盟(EU)^[28]、欧盟委员会联合研究中心(JRC)^[29]、国际标准化组织(ISO)^[30]、美国环保局(EPA)^[31]等国际组织或国家机构, 常采用water reuse、water recycling、water reclamation等术语表达非常规水资源开发利用工作。国内常用的术语主要有非常规水资源、非常规水源、非传统水源、非常规水、其他水源等^[32-34]。

总体而言, 国内外常用的术语可概括为非常规水、非常规水源、非常规水资源3种。前两个术语界定了所涉及水体或其来源的非常规属性, 而非常规水资源术语除界定了这类水体的非常规属性外, 还界定了其资源属性, 即能够为人类所利用的属性。因此, 随着非常规水体纳入水资源统一配置、污水资源化利用等工作的深入开展, 人们对非常规水体的资源属性越来越加以重视, 对其替代和补充常规水资源的价值期望越来越高, 非常规水资源这一术语的应用将会越来越广。

《中华人民共和国水法》对水资源的定义比较笼统, 该法所称水资源“包括地表水和地下水”。《水资源术语：GB/T 30943—2014》对其进行了细化, 将水资源定义为“地表和地下可供人类利用又可更新的水”^[32]。世界气象组织(WMO)和联合国教科文组织(UNESCO)出版的《International Glossary of Hydrology》中, 将水资源的定义进一步细化为“某地区一定时间范围内, 在质和量上均能满足特定用水要求的可直接利用或可开发利用的水”^[35]。根据该定义, 可将水资源划分为常规水资源和非常规水资源两种类型。可直接利用或便于开发利用的水, 可定义为常规水资源；因水质等不能直接利用但经处理后可开发利用, 或不易开发利用但通过一定的技术手段可开发利用的水, 可定义为非常规水资源。因此, 非常规水资源的非常规属性包括水质非常规、开发手段非常规、水质与开发手段非常规等。

需要特别指出的是, 上述可直接利用的水, 是指可直接利用的淡水, 海水直接利用不属于该范畴。因此, 按照上述划分原则, 海水直接利用量既不属于常规水资源量, 也不属于非常规水资源量, 这与目前海水直接利用量一般不纳入常规水资源量和非常规水资源量的统计口径是一致的。但是, 从对常规水资源的替代价值考虑, 海水直接利用通常也认为是非常规水资源开发利用, 对其统计口径的归属问题尚需进一步加以明确。如果按照上述划分原则, 结合《水资源术语：GB/T 30943—2014》、《Water Reuse-Vocabulary : ISO 20670》^[30]、《The Use of Non-conventional Water Resources in Developing Countries》^[23]等相关定义, 非常规水资源一般包括废污水、咸水、矿井水、集蓄利用的雨水、淡化利用的海水、非常规手段开发利用的洪水等^[36-37]。需要说明的是, 根据《水资源术语：GB/T 30943—2014》, 污水经过适当处理后, 达到一定的水质指标, 满足某种使用要求, 可以再次利用的水称为再生水。因此, 废污水开发利用量通常也称为再生水利用量。

目前, 国内外对于非常规水资源尚无统一、明确的统计口径。依据《中国统计年鉴》和《中国水资源公报》, 非常规水资源开发利用量的统计口径一般包括:再生水利用量、雨水集蓄利用量、海水淡化利用量3类, 海水直接利用量另行统计, 不计入全国供水总量中。按照该统计口径, 2000—2018年全国非常规水资源开发利用量和全国供水总量如图 1所示。

Figure 1.  National development and utilization levels of non-conventional water resources and total national water supply from 2000 to 2018

2000年非常规水资源开发利用量仅21.1亿m³, 占全国供水总量的比例为0.38%；2010年非常规水资源开发利用量也只有33.1亿m³, 占全国供水总量的比例为0.55%；之后, 尤其是2012年实行最严格水资源管理制度以来, 非常规水资源开发利用量增速较快, 截至2018年底已达到86.4亿m³, 占全国供水总量的1.44%。其中, 2018年再生水利用量为73.5亿m³, 约占当年非常规水资源开发利用量的85.1%；雨水集蓄利用量为9.2亿m³, 约占当年非常规水资源开发利用量的10.6%；海水淡化等其他非常规水资源开发利用量为3.7亿m³, 约占当年非常规水资源开发利用量的4.3%。

2018年, 全国31个省(自治区、直辖市)中, 非常规水资源开发利用量超过5亿m³的省市共5个, 依次为北京、江苏、山东、河南、河北, 其非常规水资源开发利用量合计为40.2亿m³, 约占当年全国非常规水资源开发利用量的一半；非常规水资源开发利用量超过1亿m³的省市共19个, 其非常规水资源开发利用量合计为82.6亿m³, 占当年全国非常规水资源开发利用量的95.6%, 其他12个省(自治区、直辖市)的非常规水资源开发利用量仅占4.4%。2018年各省(自治区、直辖市)非常规水资源开发利用量分布如图 2所示, 可以看出, 目前全国非常规水资源开发利用主要集中在极度缺水的黄淮海流域, 华东、华南、西南、西北、东北的一些省区也已加大非常规水资源的开发利用力度。

Figure 2.  Distribution map of development and utilization levels of non-conventional water resources in various provinces in 2018

总结不同类型非常规水资源的开发利用模式, 有助于深入了解不同类型非常规水资源开发利用的重点领域、区域和开发利用特点, 以更好地支撑非常规水资源开发利用管理与实践。本文对目前常用的几种类型非常规水资源的开发利用模式总结如下。

再生水利用主要采用“集中式与分散式相结合”的开发利用模式。在市政排水管网通达区域, 且用户分布较为密集、用户规模和水质要求比较稳定的条件下, 一般采用集中式利用模式, 通过建设再生水处理厂、加压泵站、再生水供水管网、再生水取水栓等集中开发利用再生水；在市政排水管网或再生水供水管网未通达区域, 一般采用分散式利用模式, 由住宅小区、学校、机关单位、工业企业等按照“节水三同时”制度, 自建或拼建分散式再生水利用设施, 将污水收集处理和再生利用。再生水利用领域主要包括农林牧渔用水、城市杂用水、工业用水、环境用水、补充水源等^[38-40]。

海水淡化利用主要包括市政供水、工业园区“点对点”供水和海岛独立供水3种模式。市政供水模式的特点是, 淡化海水进入市政管网, 由地方水务公司或自来水公司统一调配使用, 该模式适应性较强、稳定性较好, 适用于水资源短缺的沿海城市；工业园区“点对点”供水模式是在沿海产业园区, 依托电力、化工、石化、钢铁等重点行业, 规划建设大型海水淡化工程, 配套建设输送管网, 实施“点对点”分质供水, 该模式主要适用于高耗水工业企业；海岛独立供水模式是由于海岛的特殊性而独立存在的一种供水模式, 该模式的主要特点是, 淡化海水主要用于军民饮水, 工程规模一般为中小规模, 但对于解决海岛军民用水需求意义重大^[41]。

雨水集蓄利用主要包括农村生产生活用水、城市环境和杂用水、工业用水3种模式。农村生产生活用水模式是在农村地区(尤其是山丘区), 结合地形地貌建设水池、水窖和坑塘工程等收集处理雨水, 主要用于农业灌溉、居民生活用水、牲畜用水等；城市环境和杂用水模式是利用建筑屋顶、草坪、庭院、道路等, 或建设雨水收集池、处理池等设施收集处理雨水, 主要用于园林绿化、道路喷洒、景观补水、消防、洗车、冲厕等；工业用水模式是工业企业通过建设集流系统、水质预处理系统、储存系统、净化系统和取用水系统等收集处理雨水, 用于工业生产, 补充置换自来水。

矿井水开发利用主要包括矿区自用、工业园区“点对点”供水、景观环境用水3种模式。矿区自用模式是收集处理矿井水, 主要用于矿区工业生产用水、绿化、降尘、居民生活用水等；工业园区“点对点”供水模式是收集处理矿井水, 通过管网输送至附近的工业园区, 主要用于园区工业生产用水、农业灌溉、水产养殖、居民生活用水等；景观环境用水模式是收集处理矿井水, 用于景观环境用水、园林绿化、河湖补水等。

咸水开发利用主要包括灌溉利用、淡化利用2种模式。灌溉利用模式又可分为直接灌溉、咸淡混灌和咸淡轮灌等^[42-43], 主要用于解决淡水灌溉水量不足的问题；淡化利用模式与海水淡化利用模式类似, 但主要以小型化、分散化的反渗透淡化处理供水为主, 主要用于城乡供水的补充水源, 解决部分地区的饮水困难问题。

近年来, 中国非常规水资源开发利用取得了长足进步, 非常规水资源开发利用量逐年上升, 在缓解水资源供需矛盾、优化区域用水结构等方面发挥了重要作用。然而, 中国非常规水资源开发利用尚处发展阶段, 非常规水资源开发利用量在全国供水总量中所占比重尚不足1.5%, 与世界先进水平有较大差距。目前, 非常规水资源开发利用中存在的问题主要包括以下几个方面^[44-45]：

(1) 法规制度尚不健全。目前, 除《中华人民共和国水法》《中华人民共和国水污染防治法》等法律有关条款外, 国家层面尚无节水、非常规水资源开发利用等方面的法律法规, 导致非常规水资源开发利用及管理工作无法可依。

(2) 管理机制尚不完善。非常规水资源开发利用工作涉及主管部门众多, 包括水利、住建、发改、工信、生态环境、自然资源、农业农村等, 相关部门间缺乏统筹协调机制, 导致非常规水资源开发利用管理难以形成有效合力。

(3) 顶层设计尚不到位。目前, 国家对非常规水资源开发利用的目标方向、开发利用方式、建设运营体制、监管方式等尚缺乏全方位的顶层设计和统筹规划, 导致非常规水资源开发利用缺乏有效指导。

(4) 标准规范尚未有效衔接。现行国家标准、行业标准未能形成协调互补局面, 标准间的约束性指标数量和阈值存在明显差异。例如《城镇污水处理厂污染物排放标准: GB 18918—2002》中对污水处理厂排放水质的最高标准要求与《地表水环境质量标准: GB 3838—2002》中最低水质要求相比仍有较大差距。

(5) 市场机制尚不健全。目前, 自来水价格普遍偏低, 而再生水、淡化海水等非常规水资源开发利用成本较高, “分质供水、优水高价”的价格机制尚未形成, 导致水价杠杆作用不能有效发挥, 市场在资源配置中的决定性作用不能充分显现。

(6) 激励机制尚不完善。目前, 国家层面缺乏对非常规水资源开发利用的财政奖补、税费减免、项目支持等激励政策, 导致很多地区非常规水资源开发利用积极性不高。

(7) 财政扶持力度有待加强。非常规水资源开发利用工作公益性较强, 而基础设施建设和运行成本较高, 亟需国家加大财政扶持力度。

(8) 基础设施建设存在短板。非常规水资源开发利用基础设施建设滞后, 配套管网建设不完善, 影响了非常规水资源开发利用的覆盖面和可达性, 限制了非常规水资源开发利用的发展。

(9) 处理利用技术有待突破。非常规水资源开发利用领域缺乏经济、高效的处理技术、工艺和设备, 导致优质非常规水资源的处理成本高, 大规模推广利用存在技术成本障碍。

(10) 公众接受水平有待提高。受传统观念、宣传不够等影响, 社会公众对非常规水资源开发利用认知不足, 对非常规水资源水质和使用效果心存疑虑, 总体上接受程度不高。

为充分发挥非常规水资源对常规水资源的补充、替代作用, 切实提高非常规水资源的开发利用水平, 提出对策建议如下：

(1) 立法修规, 依法管理。建议国家出台《中华人民共和国节约用水法》, 或修订《中华人民共和国水法》, 进一步明确非常规水资源开发利用的法律规定。建议颁布《节约用水条例》或《非常规水资源开发利用条例》, 细化对非常规水资源开发利用的具体规定。

(2) 完善机制, 协调管控。建议组建非常规水资源开发利用专门协调管理机构, 建立部门间统筹协调机制, 实施水务一体化管理, 逐步摆脱制约非常规水资源开发利用的体制性障碍, 全国“一盘棋”式推进非常规水资源开发利用。

(3) 顶层设计, 统筹规划。建议强化非常规水资源开发利用顶层设计, 制定出台《关于非常规水资源开发利用的指导意见》, 编制实施《全国非常规水资源开发利用规划》, 制定非常规水资源开发利用的战略布局和实施路线图, 形成国家非常规水资源开发利用的系统性指导方案。

(4) 标准一致, 口径统一。建议充分考虑南北方差异, 充分借鉴已有成果和经验, 制定或修订非常规水资源开发利用相关国家标准、行业标准、地方标准、团体标准和企业标准, 建立健全非常规水资源开发利用的技术标准体系, 并确保各标准间的协调性和互补性。

(5) 水价改革, 市场调节。建议加快实施水价改革, 创新完善水价形成机制, 制定非常规水资源开发利用的鼓励性水价政策, 运用价格杠杆等经济手段, 充分调动企业和用水户对非常规水资源开发利用的积极性。

(6) 政策激励, 资金支持。建议在非常规水资源开发利用基础设施建设阶段, 国家加大专项资金支持力度, 拓宽建设资金来源渠道, 吸引社会资本投入；在运行管理阶段, 对非常规水资源开发企业和用水户给予财政补贴、税收减免等优惠政策, 确保非常规水资源开发利用市场稳定良性运转。

(7) 基建补短, 技术创新。建议加快推进非常规水资源开发利用基础设施建设进度, 解决配套管网不完善等“最后一公里”问题；加大对非常规水资源开发利用技术创新的支持力度, 推动非常规水资源开发利用基础研究、技术研发、装备集成和工程应用示范。

(8) 强化监督, 深入宣传。建议通过建立非常规水资源水质在线实时监控系统等途径, 加强对非常规水资源水质的监督管理。同时, 积极利用网络、电视、报纸等媒介, 及时公布水质监控信息, 宣传普及非常规水资源安全利用知识和示范推广成果, 提高社会公众对非常规水资源开发利用的接受度。

当前, 水资源短缺已成为中国高质量发展和生态文明建设的瓶颈制约。非常规水资源开发利用在缓解水资源供需矛盾、改善水生态环境质量等方面发挥了重要作用。近年来, 中国不断加大非常规水资源开发利用力度, 非常规水资源开发利用量逐年上升, 截至2018年底已达到86.4亿m³。然而, 非常规水资源开发利用量在全国供水总量中所占比重尚不足1.5%, 与世界先进水平仍有较大差距, 非常规水资源开发利用管理和实践中还存在体制机制不健全、规划设计不到位、工程技术有短板等问题, 制约着非常规水资源开发利用的有序发展。

非常规水资源开发利用是缓解水资源危机的现实选择和必然之举, 应从保障国家供水安全、维系经济社会可持续发展的战略高度, 理解认识非常规水资源开发利用的重要地位。非常规水资源开发利用任务艰巨、涉及面广、影响深远, 需要不断深化机制体制改革, 牢固树立长远发展的理念和大局意识, 以及政府、企业和社会各界的共同努力。随着经济社会发展进入新阶段, 非常规水资源的巨大潜力将进一步释放, “第二水源”的重要作用将进一步增强, 非常规水资源开发利用将迎来新的格局。