• 世界都市之水——聚焦全球20城市水安全問題
    2020-06-17

    我國自然地理與氣候條件帶來的水資源時空分布嚴重不均,工業化、城市化的快速發展導致新老水問題交織,包括城市水資源短缺、水生態損害、水環境污染、城市洪澇災害頻繁、地下水超采等。


    全國 600 多座大中城市中,有 400 多座缺水。


    全國河流四類及以下水質占 21.5%,約 40%的湖泊受嚴重污染,77%的湖泊富營養化。


    城市擠占雨洪調蓄空間、地面硬化以及熱島效應等,導致城市暴雨洪水事件頻發。


    地下水超采引發植被退化、地表沉降、海水入侵等生態環境問題也日趨嚴重。


    ······


    這些問題是否更好的解決方案,我們可以向世界都市之水學習什么?


    北京——多源保障、系統治理、恢復基流、壓采地下水

    深圳——流域統籌、系統治理、聯網提效、雨洪分流、清淤疏浚、海綿城市、立體治水

    上?!獌山⑴e、多庫聯調、(地下水)控采多灌、(洪澇)分片治理、韌性體系

    洛杉磯——世界現代調水工程之先河

    紐約——水源區水質保護之世界先驅

    新加坡——多源供水與污水深度處理回用的樣板

    以色列——創沙漠地區節水開源的標兵

    柏林——天然過濾自凈水源的典范



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    主編簡介


    張楚漢,清華大學教授,中國科學院院士。歷任國家自然科學基金委咨詢委員與水利學科評審組長,國家科技獎勵評審委員,水利部科技委委員等。主要從事水利科技與高壩水電工程教學與研究工作。


    王光謙,清華大學教授,中國科學院院士?,F任青海大學校長(對口支援)、十三屆全國政協常委、中國民主同盟第十二屆中央副主席。主要從事水沙科學與江河治理研究工作。


    內容簡介

    本書由張楚漢院士和王光謙院士主編,針對城市水資源嚴重短缺、水污染情勢嚴峻、水旱災害頻繁等問題,有針對性地選擇、調研了20 個城市(其中國內城市8 個,國外城市12 個),總結各國城市化過程中在水安全保障方面的經驗與教訓,梳理了世界各國、特別是發達國家的大城市在水安全保障方面的發展歷程,重點介紹國內外大都市的基本概況、自然條件、供需保障、節水與生態環境治理、洪澇災害防治、地下水保護與修復、水文化和城市水智慧管理等方面的經驗,為我國未來城市水安全保障建設提供一些經驗。


    下面我們先從北京和香港兩個國內城市開啟都市之水之旅吧,其他城市后續也將為您一一解讀。


    北京有著 3000 多年的建城史和 850 多年的建都史,北京城的發展與水息息相關,最密切的水系有三處,分別是永定河水系、蓮花池水系和玉泉水系。



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    圖  歷史上的蓮花水系、玉泉水系分布示意圖



    永定河是北京的母親河,一直是城市主要飲用水源和灌溉水源,哺育了沿岸世世代代的居民和中國的七朝古都。


    蓮花池水系包括蓮花池、魚藻池遺址、蓮花河、南水關遺址等,發育在永定河的金鉤河故道上,是早期北京城——薊城、幽州城、遼南京城和金中都城的主要供水水系,自古有“先有蓮花池,后有北京城”之說。蓮花池位于今日的廣安門外,雖然水面面積已大幅度削減,但蓮花池水系在多次疏浚治理后,依然發揮著城市排泄雨洪的作用。


    玉泉水系是發育在永定河的金鉤河故道上的另一支水系。始自金代,建于元代,經明清改造,形成了以玉泉山泉水、白浮泉泉水為源頭,以通惠河為尾閭、貫穿于北京城心臟地帶的人工河網水系,當時解決了北京城市飲用水和漕運水源問題,地位十分重要。沿途流經北長河、昆明湖、高梁河(南長河)、護城河、內城六海(積水潭、后海、前海、北海、中海、南海)、紫禁城內外金水河以及陶然亭、龍潭湖等,環匯于東便門外大通橋一帶,最終注入通惠河。著名的燕京八景中的“玉泉趵突(玉泉山)、太液秋風(中南海)、瓊島春陰(北海公園)”,海淀的“三山五園”(萬壽山、香山、玉泉山,靜宜園、靜明園、暢春園、圓明園、頤和園)基本都在玉泉水系,形成了北京獨特的水文化。


    新中國成立以后,官廳水庫、密云水庫成為京城的新水源,玉泉水系部分被改造填埋,功能也有所調整,但水系布局變化不大,通稱為“京城水系”。


    北京屬特大型城市,也是缺水型大城市,面臨一系列水問題。


    • 人口快速增長加大剛性需水
    • 經濟快速發展,水資源承載壓力加劇
    • 官廳、密云兩大水庫的來水呈衰減趨勢,如永定河入境水量比上世紀60年代減少92%
    • 地下水開發利用程度過高,平原區地下水開發利用程度高達117%
    • 人均水資源量是全國平均的 4.5%,世界平均的 1.4%
    • 生態問題已威脅城市安全,誘發或擴大地裂縫,威脅城市軌道安全等
    • 人水爭地現象日益突出


    經過多方努力,北京在穩定多元供水機制、系統水環境治理與恢復河道生態基流以及地下水恢復等方面取得成效。


    為了解決永定河二十余年斷流和生態系統嚴重退化問題, 2010 年啟動了“永定河綠色生態發展帶建設”。2013 年永定河城市段 18.4km 全線貫通,建成了溪流-湖泊-濕地連通的健康河流生態系統;建成的園博湖、門城湖、蓮石湖、宛平湖和曉月湖,五湖呈一線,新增水面 385ha,營造出人、水、綠共享的河道空間,再現了“名橋、古城、皓月、碧水”的歷史風貌。



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    圖  永定河城市段示意圖


    北京市的水環境治理成效顯著。2018年Ⅰ~Ⅲ類水質河長占監測總長度的 54.5%,比 2014 年增加 7.6%;Ⅳ類、Ⅴ 類水質河長占 24.5%,增加 17.2%;劣Ⅴ類水質河長占 21.0%,減少 24.8。


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    圖  2014年北京市地表水水質狀況


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     圖  2018年北京市地表水水質狀況



    為建設首善之都、宜居之都,北京市在水安全保障方面的成功經驗包括:一是城市發展必須堅持人口、資源、環境統籌發展的原則,牢固樹立“量水發展”“安全發展”理念;二是注重多水源配置,依托本地水資源,打通跨流域調水通道,大力推廣利用再生水,建設城市應急備用水源地應對缺水危機,增加水資源支撐力;三是注重流域系統治理和水資源涵養保護;四是改變以往粗放式管水,向規范化、精細化和智能化管理轉變。


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    圖  1963年大旱,居民排隊取水


    第二次世界大戰后,香港人口急劇增長,每年都出現限制供水的時間。1963 年香港曾經歷過百年不遇的大旱。因為水荒,香港的工廠減產、店鋪關門,連市民的日常生活都無法得到保障。那段時間,香港街頭擠滿了全家出動排隊取水的市民,一首歌謠傳遍香港的大街小巷:“月光光,照香港,山塘無水地無糧,阿姐擔水去,阿媽上佛堂,唔知幾時沒水荒?!?/span>


    時間

    制水措施

    1963/5/2

    每天供水3小時

    1963/5/16

    每兩天供水四小時

    1963/6/1

    每四天供水四小時

    1964/5/27

    制水措施取消


    1940 年代起,市區發展集中在維港兩岸的中、下游一帶。土地表面被水泥覆蓋,削弱了儲水和排洪能力,加上從高山流下的徑流,城市洪澇極易發生。另1966 年 6 月 12 日,香港發生雨災,曾達到 1h 內高達 108.2mm 的雨量紀錄,導致 64 人喪生、2500 多人無家可歸,造成經濟損失超過 5000 萬港元。其中灣仔石水渠街是重災區之一,石水渠街地下水管受壓爆裂,山洪與自來水管中噴出的水連同大量土石將街道上的大批車輛推翻沖走。


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    圖  灣仔石水渠街道車輛被沖走


    從 1960 年代香港經濟開始騰飛,到 1980 年代“亞洲四小龍”初具雛形,香港制造享譽世界,并在 1970 年代中鼎盛一時。這一時期生活污水和工廠污水大量增加并直接排放,使環境和生態迅速惡化,首當其沖的便是水環境污染。無論是山澗溪流還是維港海灘,水質都在迅速惡化。水體污染導致赤潮(藻華)頻發,政府不得不關閉眾多公眾泳灘。1978 年,維港渡海泳停辦,揭示香港水污染問題已經超出環境容量,必須采取措施,積極應對。



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    圖  香港歷史洪水問題


    僅 1000 余平方公里的陸地,近 60%為山地,香港獨特的地形和氣候條件,導致其面臨嚴峻的水問題:


    • 本地天然水源無法滿足城市用水需求;
    • 亞熱帶季風氣候加劇山坡洪水及城市內澇;
    • 地形條件對海港水質治理及供水保障的挑戰。


    與水進行了一百余年的斗爭,香港取得了輝煌的勝利。



    應對供水問題方面:①香港因地制宜地采用海水作為沖廁和冷卻用水,減少了20%的淡水需求;②香港創造性地將水庫建造在海上,兩座海上水庫總庫容達5.1億m3,占香港所有水庫總庫容的87%,與東深供水工程聯合調配,可滿足香港至2030年的用水需求。


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    圖  急流漩渦進水口設計方案


    在應對洪澇問題方面,香港采取了上游“截流”、中游“蓄洪”和下游“疏?!钡恼w治理方案,使得香港市區達到排水干渠 200年一遇、支渠 100年一遇的防洪標準。

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    圖  跑馬地地下蓄洪池示意圖


    在海港水質治理及供水保障方面,香港開發了“WATERMAN”水質預報系統和“智管網”系統,實現了水利創新技術在智慧城市中的突破。


    北京、上海、廣州、深圳、武漢、西安、鄭州、香港、新加坡、東京、孟買、以色列、紐約、洛杉磯、舊金山、倫敦、巴黎、柏林、開羅、墨爾本等城市的治理經驗,敬請關注《世界都市之水》。



    本文摘編整理自張楚漢、王光謙主編《世界都市之水》(北京:科學出版社,2020.6)一書。


    本書是在我國城市化進程快速發展的背景下,針對城市水資源嚴重短缺、水污染情勢嚴峻、水旱災害頻繁等問題,有針對性地選擇、調研了20 個城市(其中國內城市8 個,國外城市12 個),總結各國城市化過程中在水安全保障方面的經驗與教訓,梳理了世界各國、特別是發達國家的大城市在水安全保障方面的發展歷程,重點介紹國內外大都市的基本概況、自然條件、供需保障、節水與生態環境治理、洪澇災害防治、地下水保護與修復、水文化和城市水智慧管理等方面的經驗,為我國未來城市水安全保障建設提供一些經驗。



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