参天水利资源工程研考会《工作通报》No.2001-30
2001年9月5日
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解决华北地区缺水
海水淡化比南水北调更经济更可靠
蔡金水
今年，我国华北大旱，旱情超过了严重干旱的去年，截至5月底，受旱面积已超过3.4亿亩（2000多万公顷），其中夏粮绝收330万亩（22万公顷），1600万人和1200万头牲畜饮水困难，而且据专家预测，我国已进入严重干旱期，未来几年，干旱可能更趋严重，形势极其严峻。
华北地区包括京、津、晋、冀、鲁、豫六省市水资源总量只有1180亿立方米，按国际通常标准，一个地区水资源开发利用率超过40％就会引起生态危机，因此理论可用水量按40％考虑，只有472亿立方米，即使放宽一些扩大到50％，也只有590亿立方米，而且随着该地区降水持续减少，人口不断增加，人均水资源大幅减少，1949年时，华北六省市人口仅为14503万人，人均水资源813立方米，70年代末降至637立方米，80年代末降至500立方米，2000年降至390立方米，预计到2050年，华北地区人口将增至3.4亿人，人均水资源量将降至347方，人均可用水量则只有100多方，大大低于国际公认的人均1000立方米的缺水警戒线。即使减半计算，按人均500立方米的合理用水量计算，现在华北六省市三亿多人口用水量也应超过1500亿立方米，缺水约900亿立方米，据邓英淘先生测算，到2050年，华北地区合理用水总量约为1700亿立方米，与该区用水资源总量590亿立方米相比，缺水将达1110亿立方米。解决华北地区特别是北京、天津等主要城市的水源短缺已经是十分紧迫的任务。
现在，解决水资源短缺的途径无非是节流与开源两种，但解决华北地区上千亿立方米的缺水已经远不是光靠节水所能根本解决的，主要还要靠开源。现在各方面专家对开源问题提出的办法主要有以下几种：
1、污水资源化：加大污水处理力度，使城镇排放污水处理率达到90％以上，可以重复利用。非农业灌溉用水中的城镇生产生活用水每一立方米可产生污水0.5~0.8立方米，华北地区城镇每年产生污水约150亿立方米以上，仅北京地区每年就达13亿立方米，如90%以上得到处理，每年可增加约100多亿立方米重复用水。
2、向天空要水：通过人工降雨的条件具备时增加人工降雨。但越是旱年天空云量越少，越难以进行人工降雨，所以水量难以计算，不很可靠。
3、截留雨洪水：进行地下回灌或水库蓄水。但华北地区能建水库水坝的地方已经基本都建了，而且越是旱年，河流水量越少甚至断流，几乎已无雨洪水外泄。城市、平原截留雨洪水的水量也不大。
4、开发深层岩溶水：据测算北京地区每年可开采约一亿立方米，整个华北地区也不过十几亿立方米，而且一些专家已经提出警告，几万年才形成的深层岩溶水不宜过量开发。
5、南水北调：这是华北地区寄予最大希望的办法，其中东线江都至天津引水线总长1890公里，年调水量可达150~191.5亿立方米，其中过黄河以北可分得90亿立方米。中线从丹江口至北京引水线总长1226公里，年调水量110~147亿立方米，其中过黄河以北可分得70~75亿立方米，两处工程预计2010~2020年全部完成，届时华北地区可增加水资源量300亿立方米，人均增加水资源量约100立方米，在正常情况下，可保证华北地区人口最基本的生产生活用水，但对彻底解决缺水特别是生态环境用水则相差甚远。
综上所述，专家们所提出的各种增加水资源办法总共可使华北地区增加水资源量约400多亿立方米，与实际缺水量尚有非常大的缺口。而且现在缺水最严重的是黄河以北地区，而南水北调工程能够分给黄河以北地区不过160亿立方米，对彻底解决京津唐等主要地区的严重缺水状况聊胜于无。因此，我们还必须解放思想，寻找更有效、更可靠的水源。
2000年9月2日，国家海洋局王曙光局长主持召开了一次重要的工作会议，重点是"向海洋要水"，强调了推广海水淡化的重要意义，指出："地球表面74％被海水覆盖，海水占全球总储存量的96.5％，我国是一个海洋大国，有18000多公里长的海岸线和300万平方公里海洋，我们有如此大的海洋，我们不应该枕着烙饼挨饿。中国总体上是一个贫水国，调水并不能使淡水总量发生变化，解决我国缺水的最终出路是海水淡化。""海水淡化技术经过半个世纪的研究，技术指标已经完全成熟化，其能耗指标也下降了近90%。到1997年底，全世界单台淡化设备年产量就已达83亿立方米，海水已经供养了一亿多人，而且每年还以10％~30％的年增长率攀升。我国香港地区过去严重缺水，从50年代末就开始把海水淡化做为大众生活用水，现在海水已占香港全部生活用水的75％。"这些都说明海水才是人类不竭的水源，可以不受气候影响，不受水量限制，需要多少就可以有计划的淡化多少。是最可靠，最巨大的源流，是解决人类缺水的最终出路。
目前我国用反渗透法、蒸馏法、电解析法淡化海水都已经达到了工业生产规模，蒸馏法可以利用廉价余热造水，据了解我国核能海水淡化技术已取得突破，每吨成本可控制在一元人民币左右。而采用纳米技术的反渗透膜淡化海水体积小，能耗低，目前国际上每吨水成本可降至0.1美元（0.83人民币），而据我国科学家测算，我国则还可以降得更低。而且淡化水的水质非常纯净，可与市场上销售的纯净水相比。
以此成本与南水北调相比较：据测算南水北调，中线工程长途供水成本是1.54元/立方米，加上城市管网配套，水价将为2.6元/立方米。而东线调水至天津，供水成本由于多级提水，成本更高，并且由于东线调水的水质较差，接受调水的城市都有很多疑虑，如果水质很差，很可能调入的水净化至可饮用生活用水的标准，所需费用并不低于淡化海水的成本。
因此，从以上比较可以看出，如果淡化成本控制在每吨一元人民币以内，华北地区天津、唐山、青岛、烟台等严重缺水的城市就在海边，输水距离很短，北京距渤海也不过100公里，不到中线调水距离的1/12，海水淡化供水成本肯定低于南水北调的成本。因此最近邓英淘先生提出一种设想，华北平原海拔较低，提水高度不大的近海地区，特别是黄河以北调水距离较长的地区应主要考虑用淡化海水来解决缺水问题，海水淡化比南水北调更经济、更可靠，水量、水质都更有保证。我认为这个想法是非常正确的。有关部门应组织专家进一步调研论证，得出更精确的结论。
以北京为例，北京现状平水年可用水资源量为41.33亿立方米，其中26.33亿立方米靠超采地下水，遇枯水年现状可用水资源则只有34.09亿立方米。而现在北京年用水量已达41.2亿立方米，入不敷出。而据专家预测，北京2010年遇平水年可用水资源量为40.88亿立方米，需水52.73亿立方米，缺水11.85亿立方米，遇枯水年可用水资源量为33.99亿立方米，需水53.98亿立方米，缺水19.99亿立方米。2020年遇平水年可用水资源量40.38亿立方米，需水64.14亿立方米，缺水23.76亿立方米。遇枯水年可用水资源量33.79亿立方米，需水64.69亿立方米，缺水30.9亿立方米，未来北京水资源的形势将十分严峻。而南水北调中线工程到2020年才能全部完工，北京可分到的水量平水年也不过12亿立方米，这还不包括改变干旱环境，使山川秀美的生态用水，其它地区就缺口更大了。这些缺口靠什么来补？看来最可靠、最有效的途径就是海水淡化了。如果我们不从现在起就把这个问题重视起来，认真对待，抓紧研究落实，一旦真的水荒降临，就真会像有的人预测的那样，北京就只有迁都了。整个华北地区的生态环境都会进一步恶化，成为不适合生活居住的地方，而这决不是危言耸听。
因此，我们必须把海水淡化做为解决沿海缺水地区，特别是北方华北平原水资源短缺的根本性战略决策去认真对待。今后随着科学技术的发展，淡化海水的成本还将进一步降低，完全有可能降至每吨一、两角钱，而大规模淡化海水的技术也日趋成熟，这就为我们大规模利用海水创造了坚实的条件，应该请中央领导和有关部门及时做出决策，让理想早日成为现实！
引文和注释：
[1] 邓英淘《关于我国北方缺水形势的再思考》参天水利资源工程研考会《工作通报》NO.2001-6。
[2] 袁力《海洋淡水，函待开发》2000年9月9日北京青年报第9版。
[3] 徐培英《向大海要水喝》2001年10月22日经济参考报。
[4] 柳过云《一吨水如何卖出100万元 - 访北大教授李正孝》2001年4月2日光明日报。
[5] 陈克勤《淡化海水拯救以色列》2001年6月1日光明日报。
[6] 汤爱民《北京累了，中国设想迁都》2001年6月29日作家文摘，2001年第5期《世纪行》。文中说："现在，南水北调工程被很多人看作是解决京津地区缺水的灵丹妙药，但以最多人赞同的中线工程为例，它的投资达1000多亿元，工程量大，工期长，且工程实施后，被引水的汉江中下游地区将严重缺水，三峡水库的发电和用水也将受到较大影响。何况，中线工程流经的晋、冀、鲁、豫都是缺水大省，这流经家门口的几百亿立方水将成为众矢之的，如何分配将大有争议，能有多少流到京津将大有疑问。"
附录一：
希望在大海
- 北京水资源问题解决之浅见
蔡金水
按照国际标准，人均2000立方米以下即为严重缺水，难以满足生态平衡要求；人均1000立方米以下则为满足人类生存需要的下限。而北京的水资源人均占有量仅为严重缺水线的15％；水资源下限的30％，而且随着气候变迁和用水量的增加，形势越来越严峻。北京已成为世界上缺水最严重的城市之一。
北京市现在年用水量为41.2亿吨，来水量仅为18亿吨，年亏水23.2亿吨。由于气候干旱和超量用水，北京唯一的饮用水来源密云水库水位下降了六、七米。400亿立方米的蓄水量，到2000年10月只剩下16亿立方米，仅够北京用一年。大量超采地下水，使北京平原地区形成了2100平方公里的漏斗区，水位已降到海平面以下五、六十米，统计数字表明，北京的地下水储存量已比60年代减少了50亿立方米，地下水储量去年已降至12亿立方米，而且，未来几年，气候干旱趋势仍不容乐观，形势将更加严峻。因此，北京市政府对水资源问题已经给予高度重视。2000年12月，开始执行严格的节水令，并在十五计划中对解决北京水资源短缺问题做出了全面规划，开始南水北调工程的前期准备工作，并且将不惜以钢换水，以电换水，以粮换水，不惜一切代价节水。与此同时，还将用小步快跑的方式提高水价，自来水价格预期将涨至每立方米五、六元。
然而，这些做法都还只是治标，相对于度荒时实行严格的粮食定量，让大家勒紧腰带，忍饥挨饿，度过饥荒，并不能解决根本问题。解决粮食短缺的根本途径，是增加粮食产量和食品供应量，解决北京水资源短缺的根本途径，则需要大幅度增加北京的水资源供应量。但现在北京周围已无供水潜力可挖，只有一个待建的张坊水库可增加供水一亿立方米，还抵不上官厅水库、密云水库未来供水能力的减少量。所以，北京不得不把全部希望寄托在南水北调工程上。
但是，根据规划，承担向北京供水任务的南水北调中线工程计划2002年开工，从丹江口水库至北京总干渠长1226公里，工程浩大，需移民25万人，途径太行山麓的特大暴雨区和地震高发区，基建投资很高，安全风险较大，还存在会不会将南方血吸虫病引到北方等生态危机，而且到2010年北京才可能喝上长江水，到2020年才能全部完工，达到年均可调水147亿立方米，长江枯水年份则只能调出110亿立方米，其中过黄河以北每年可分得70~75亿立方米，北京每年可分得12亿立方米，仍不能弥补北京每年23.2亿吨的缺水。预计未来几十年，北京人口还会不断增长，北京常住人口加上外来人口、流动人口和外宾人口，大约需按2000万人考虑，12亿立方米长江水一分摊，人均不过60立方米，加上原有的人均不足300立方米，也仍远低于人均1000立方米的水资源下限，看来远水仍难解近渴，而且北京的水资源形势是否还能等到2010年甚至2020年也是十分严峻的问题。要彻底解决北京的水资源短缺问题，还需要另辟途径。
我们把目光转向了辽阔的大海。海水占地球储存总量的96.5％，是取之不尽的水源。科学家已经预言，21世纪是海洋的世纪，只有海洋才是解决人类水资源及其他资源危机的最终出路。过去由于海水淡化技术不成熟，成本很高，每吨达七、八元，而自来水价格只有一角多，因此在经济上不大可行。而现在，我国已是世界上少数掌握海水淡化技术的国家之一，反渗透法、蒸馏法、电解法都已达到了工业生产规模，能耗指标也下降了近90％。据2000年9月29日《北京晚报》报道，我国用核技术蒸馏法已可将海水淡化成本降至一元/立方米，低于北京目前每吨1.6元的自来水价，更远低于每吨5~6元的预期水价，在经济上已经非常可行。而且，海水淡化可以利用太阳能、波浪能、电厂余热及渤海油气资源，海水淡化过程中还可以生产出氧化钠、氯化镁直至铀、金、氘等几十种副产品，其价值甚至可以高于淡化水。目前全世界海水淡化已供养了一亿多人口。
北京是一个近海城市，与渤海的直线距离仅100公里。从北京至海边都是平原，利用管道或地下隧道输水施工难度很低，甚至可以不占农田，其难度远低于南水北调和西气东输工程。利用海边荒滩建淡化水厂也不用占用农田移民，不会危害环境，如果我们继续加大对海水淡化技术的研究力度，使其成本更低，规模更大，水质更好（从理论上讲，淡化水完全可以达到纯净水的标准），那么，北京每年从大海引来淡化水达到人均1000~2000立方米的国际水资源标准，也完全可以做到，而且不用担心水源不足，不会像南水北调那样在引水时受到限制。
北京的希望在大海，北京市政府应把海水淡化作为解决北京水资源短缺的一条根本性途径，在十五计划中给予安排。建淡化水厂的速度可以远快于南水北调工程，可以根据需要和可能逐步扩大规模，如果天津、唐山等地区联合起来，一并解决他们那里更为严重的缺水问题，效果会更好。近水解近渴，何乐而不为呢？
附录二：
淡化海水拯救以色列
光明日报驻以色列特约记者 陈克勤
夏季来临，让以色列人忧心忡忡的，除了暴力冲突，还有水危机。以色列水委员会最近向内阁提交的水报告称，今年以色列将缺水4.65亿吨，占其年均用水量16亿吨的29％，水危机严重程度超过人们的预计。
以色列人均淡水拥有量仅为中国的1/9
以色列，这块被《圣经》誉为"流着奶和蜜"的圣地，淡水严重缺乏，人均水量仅250吨，不足世界平均水平的1/30、我国的1/9。如何解决淡水缺乏问题，让以色列政府费尽心思。
几年来，以色列政府已颁布许多节水措施：使占用水总量2/3的农业用水量降低50％，由国家拨款弥补农户损失；使城市用水量减少10％,水价上涨20％；禁止家庭洗车；禁止浇灌草地花园；推广化纤草皮等。
为了应急，政府今年还拟从土耳其进口淡水5000万吨，并准备在今后扩大到年进口淡水一亿吨。但目前双方在水价谈判中仍僵持不下，土耳其要价每吨0.24美元，而以色列坚持只出0.11美元，加上运输费用及投资2000万美元在阿什克隆建水港和13公里引水管等，预计每吨水价将达0.8~0.9美元。而海水淡化目前国际正常造价为每吨0.7美元，以色列可做到0.6美元。这笔帐，以色列政府自然要算一算。
每两年半建一座大型海水淡化厂
以色列水委员会认为，解决水危机不能靠天、靠别国，以色列生存的未来只能靠大海，靠淡化海水来实现彻底"解渴"。
以色列建国后不久就开始研究海水淡化，技术领先，但过去以出口创汇为主，近年来遭严重干旱才开始大规模建海水淡化厂。以色列投资600万美元，正在尼扎纳建年产淡水280万吨的海水淡化厂。同时，内阁4月份批准在地中海边的阿什杜德建一个年产淡水4500万吨的海水淡化厂，还计划在阿什克隆建年产淡水5000万吨的海水淡化厂。根据"2020年水经济长远规划"，以色列将每两年半建一座年产淡水5000万吨的海水淡化厂，届时年产淡水4亿吨。远期规划要建20个厂，年产淡水10亿吨。
以色列建有太阳能海水淡化试验站，其成本虽低，但产量有限。大规模生产还是以采用反向渗透膜技术淡化海水为主，成本每吨0.6~0.7美元，低于进口淡水价格。这种淡化水并入城市水网中，水价每吨为0.9美元，作农用水时每吨0.4美元。
人类彻底"解渴"靠大海
地球是个蓝色星球，70.8％面积是水，但其中海水占97.5％,淡水仅占2.5％，淡水中87％又是冰雪，能直接取用的淡水仅占地球总水量的0.014％。如此看来，大海才是人类的不竭水源。淡化海水，关键在于排除其中3％的盐分所需的技术和成本。
目前，全球有120个国家共建了1.36万座海水淡化厂，日产淡水0.26亿吨。其中，沙特的产量居首位，占全球总量的30.16％。其次是美国，占15％。海湾国家靠淡化海水已能供应2/3的饮水，但代价昂贵，光建海水淡化厂就已耗资1000多亿美元。
以色列大规模建海水淡化厂比海湾国家晚，但使用的却是世界最新技术。目前以色列主要发展的反向渗透膜技术，是将海水加压，经细密的分子薄膜过滤，将盐类、糖类、氨基酸等有害物质去掉，成本可降到每吨0.4美元，已广泛用于海水和污水处理。目前正在试验的纳米滤膜技术，有望使成本降到每吨仅0.1美元。如果成功，人类或许能依靠淡化海水实现彻底"解渴"。
