论水的良性循环和饮用水源水质
现在已存在世界性水危机，而在我国尤甚。
人类危机的重要根源是人口爆炸和消费爆炸。水危机是人类危机的一部分。
人类人口爆炸的历程：人类出现于400～700万年前，进化过程不断出现许多新人种；现代人出现于非洲，于10万年前向其他大陆迁移，于2-3万年前扩展到各大陆，其他人种相继绝灭。
现代人人口第一次爆炸始于1万年前的农业革命，进程如下：
1万年前 人口数百万 人口翻一番的时间(农业革命)
2000年前 ～2-3亿 ～1500年
1650 5亿 1500年(工业革命)
1850 10亿 200年
1930 20亿 80年
1975 40亿 45年
1999 60亿 24年
2020 (80亿) (45年)
中国人口翻一番的时间(建国后)：
1952 人口6.02亿 人口翻一番的时间
1995.1 2.1512.0亿 43年
地球上的人口数不仅加速增长，并且人类消费的资源也在加速增长，并且已经到了爆炸的程度。20世纪最后25年能源消费量已经超过以前人类能源消费量的总和。按现代人均消费量，有的科学家进行了一个计算，即地球能养活多少人，这个计算可能不很准确，但它说明地球的承载力是有限的，人类人口是不可能无限增加下去的。
人口爆炸和消费爆炸造成资源、环境的全面危机，水危机便是其中之一。水危机是以水资源短缺和水环境污染为标志的。我国建国后的20-30年，人民生活不富裕，工业不发达，农业主要靠雨养，所以水资源不紧张，一般城市和工业要多少水就供多少水，即以需定供。那时，水资源只是理论上是资源，而实际上并不作为资源，基本上供无偿使用，造成用水大量浪费。在“先生产、后生活”方针指导下，城市给水排水被归入生活类，故发展滞后，使大量城市污水和工业废水不经处理排人水体，造成水环境污染。
改革开放以后，经济迅速发展，用水量急剧增加，水环境污染加剧，水危机突显出来。我国人均水资源量只有世界平均值的1/4，人均2200m3，属轻度缺水地区。而黄、淮、海地区，特别是京津及 华北诸省人均水资源量只有全国平均值的1/6～1/8， 属极度缺水，带来的经济损失不亚于洪涝灾害。
我国多年平均水资源总量为2．8万亿m3。，可取用的为8000～9500亿m3，为总量的1/3左右，现总用水量已达5600亿m3 (1997)，如按水资源可取用8000亿m3计，水资源使用率已达70%，正在向极限迫近，形势十分严峻。由于污、废水处理率低，加上面源污染日趋严重，致使我国各大水系和众多湖泊以及地下水都受到不同程度污染。水环境污染受 害的首先是人类自身，污染物随水进人人体，对人身体健康造成损害，仅癌症死亡率增加造成的损失就达GDP的1％。内分泌干扰物使人类生殖能力下降了一倍，对人类生存繁衍构成威胁。水质灾害的概念已为国家领导和社会所认同。水危机已经成为我国社会经济发展的重要制约因素。
对人类最重要的是淡水的循环。水循环可区分为水的自然循环和水的社会循环。
水的自然循环，就是水由海上蒸发为水蒸汽，被风送至大陆，以雨、雪等形式降落到地面，一部份水再蒸发返回大气，一部分水渗入地下形成地下水，另一部分在地表汇集形成河、湖等地面水，地下水和地面水最终又流回海洋。
水的社会循环，就是人类为了生活和生产(工业、农业)需要，由天然水体取水，经适当处理后，供生活和生产使用；用过的水含有大量废弃物，水质已受到了污染，需经适当处理后，再排回天然水体。在水的社会循环中，由天然水体取来的水，其水质一般并不能满足用水要求，所以需要对水进行处理。特别是随着人们生活水平的提高，对饮用水水质要求也愈来愈高，使城市生活饮用水的处理日益复杂；随着科技发展，有的行业(如电子、锅炉等)对水质的要求也愈来愈严格，使水处理也日益复杂。
生活和生产用过的水，含有大量废弃物，如未经处理直接排入水体，将大大超出水体的自净能力，对水体造成污染。这样，用作人们饮用水水源的天然水体的水质，受到严重污染时，该水体已不能再作为饮用水水源，因此造成的缺水，称为水质性缺水。若污染较轻，同时又无其他不受污染的水源水可兹利用，因此只能对此受轻度污染的源水进行处理，并且不得不付出很高的水处理费用。只有对污、废水进行处理使水中污染物含量降至水体自净能力允许的程度，天然水体才不会受到污染，饮用水源水质的安全性才能得到保障。
城市的水危机更显得集中和尖锐，是政府和社会关注的焦点。因为城市是一定地域范围内的政治、经济、物流、文化和信息中心。城市地域狭小、集水面积小、人口密度大、经济社会活动集中，普遍存在资源性缺水。城市同时又排污集中，对水环境破坏力大，易出现环境污染和水质型缺水。城市化是现代化的基本进程和重要标志。2030年，随着国内外城市化进程的发展，世界城市人口所占比例将超过60％，我国城市人口也将达60％，达到9.6亿，为1997年3.7亿的2.6倍。所以，城市水危机将是今后数十年里水危机的焦点，对社会经济的发展有重大影响。为缓解水危机，仅从一城一地考虑，已无法解决。必须从整个流域水循环着眼，才可能找出对策。
在河流流域中存在城市群、工业区、农田、林地等等，上游的城市或工厂取用过的水排人流道，，被下游的城市或工厂取用，用过的水排人河道再被更下游的城市或工厂取用；部分河水被抽取用于农田灌溉；降水滋养植被；雨洪水经农田、林地以及城市、工厂区汇入河道；地面水和地下水在不同季节还有相互补充；在流域内有湖泊、湿地，还修建有水库等人工调贮构筑物；支流将汇人干流，干流最终汇人大海。所以，河流流域是一个水的自然循环和水的社会循环交织在一起的复杂系统。
流域水环境的承载力，就是水体的自净能力。流域水生态的承载力,就是水生态的自然修复能力水环境和生态的承载力是有限的，流域中社会经济发展应在其环境承载力范围内进行，才能实现可持续发展。
流域水环境和生态的承载力，有量和质两个方面。在水量方面，取用水量不应超过水资源量的1/5～1/4。在水质方面，应满足水体功能和生态自我修复能力要求。只有在水环境和生态承载力范围内开发利用水资源，才能实现流域城市饮用水源水质的社会保障。
我国的总用水量，1997年为5600亿m。，为总水资源量(2.8万亿m3)的1/5，用水量构成为
农业用水 4000～4200亿m3，占～75％
工业用水 1120亿m3， 占～20％
生活用水 630亿m3， 占～5％
为发展中国家用水模式，其中没有生态用水。
预计2015年，我国总用水量将控制为7000亿m3，为总水资源量的1/4，用水量构成为
农业用水 3700亿m3， 占～52％
工业用水 1300亿m3， 占～18％
生活用水 1000亿m3， 占～15％
生态用水 1000亿m3， 占～15％
这是符合国际惯例的现代化用水构成，考虑了生态用水，也体现了科学发展观的精神。
流域的用水结构应不断向现代化方向调整。
流域水的良性循环，需要从水的自然循环和水的社会循环两方面都进行努力。过去，水利工程主要研究水的自然循环及其调控。重点进行发电、航运、灌溉、城市及工业水源等方向的开发,可称为在水资源为可持续利用已成为首要的课题,传统的工程水利正在向资源水利的方向转变。
过去，给水排水工程作为城市基础设施的一部分，专业面狭窄，现在已将研究对象扩大到水的社会循环。由于水的社会循环对天然水体水质影响巨大，所以实现水的良性社会循环是实现流域水良性循环特别是保障城市饮用水水源水质安全的最重要的条件。
在流域内水有不同尺度的社会循环，如流域尺度的水循环、城市的水循环、工业区的水循环、工业企业的水循环、建筑小区的水循环、楼宇的水循环等。大尺度水的良性循环是以小尺度的水的良性循环为基础的。
我国北方地区河流流域都是较重的缺水地区，如按流域计算人均水资源量如下：
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其中黑龙江流域，是将国界界河黑龙江和乌苏里江也计算在内，所以人均水资源量较高，其实黑龙江流域的人口主要集中在松花江流域(包括主要支流第二松花江和嫩江流域)，其人均水资源量比表中数值低得多。
我国北方地区如按省、市进行计算，人均水资源量更低，属极度缺水地区，如下表：
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对于我国北方地区流域，水的径流利用率过高，甚至造成断流，对水生态环境产生严重影响。大量点源、面源污染物排入水体，大大超出水体承载能力，使水体水质严重恶化，特别是不能保障城市饮用水水源水质安全。
在水的社会循环过程中，将用过的污、废水排人天然水体，因天然水体功能不同，对排放水质的要求也不同，为此国家制定了相应的排放标准。但是现行的排放标准具有一刀切的问题。例如，标准规定城市污水经二级处理后可排入天然水体，对南方丰水河流，排放的水经大量稀释再经水体自净后，可使水体仍保持良好的生态环境；但对于北方缺水地区的河流，河水流量小，稀释能力低，排放的污水虽经二次处理仍含有比河水高得多的有机污染物，并大大超出水体的自净能力，从而使水体受到污染，生态环境恶化。所以，为保护水环境，北
方缺水地区应要求对污水进行更深程度的处理。
对于北方高寒地区，例如松花江江水冰封期长达5个月，冰盖阻断河水复氧，并且水温接近0℃，河水生物降解能力基本丧失，水体承载力大大降低。与此同时，由于气温和水温都很低，城市及工业污水处理厂生物处理效果很差，从而使污水厂出水有机物含量大大增加，排出后使水体受到的污染最为严重。这时，为保护水体不受污染，应对污水排放标准提出更严格要求。
所以，污水排放标准应根据该地区水体承载力来制定，才能实现流域水的良性循环，保障城市饮用水水源水质安全。在我国北方地区，为了实现流域水的良性循环，保障饮用水源水质安全，应在对污水进行二次处理的基础上进行深度处理后再排放，为此需要更多的资金投人，污水处理的费用也会大大增加，这虽然是一种选择，但不一定是最佳选择。另一种选择是，在各尺度水的社会循环中进行水的再生回用，既减少了取水量，又减少了排污量。
在一个工业企业里，水的用途多种多样，一种设备或工艺的废水经适当处理就可循环使用或供另一种设备或工艺重复使用，常比排放处理费用低，但我国工业用水循环使用率还比较低，与发达国家还有较大差距，有待加强。
现在国内外已经提出工业废水零排放的目标。实现工业废水零排放将使从天然水体取水量降至最低，对天然水体的污染减至最小，将成为工业废水再生回用的里程碑。
我国已有少数企业实现了零排放。但企业情况各不相同，在经济合理条件下有的可能做到，有的就有困难。若扩大尺度范围，对一个工业区，在各工厂之间进行工业废水的循环和重复使用，就更有可能实现零排放的目标。
在城市中，我国在一些大型建筑、居住小区、学校等已实现将生活污水(主要是洗浴废水)处理后供冲厕、浇洒街道、绿化、为水景供水等，即所谓中水工程。此外，有些用水多的服务行业也在进行废水再生回用。但存在的问题是这种量大、分散、小型设备，往往缺少专业人员维护管理，所以多不能正常运行。今后有待于发展一类专业公司，能对大量小型设备进行投资、建设、运行管理、维修等，即总承包，按市场化模式进行运作，才可能使小尺度范围的水循环真正取得效果。
城市污水经二级处理及深度处理后，回用于工业和城市杂用，是又一重要方面。工业冷却用水量很大，城市污水再生后一般可满足冷却用水要求，是城市污水再生回用的主要方向之一，并且在缺水地区再生水的价格比城市自来水低，但其推广却很缓慢。20世纪90年代在大连建成我国第一套万吨／日规模的城市污水再生回用于工业冷却水设施以后，10年内竞没有进一步推广，直到近年北京才开始建设污水再生回用工程，带了个好头。主要是有的省、市领导的环境意识滞后，宁愿排海，也不愿回用；企业领导也不愿接受。现在各省、市都纷纷提出要建设生态省、市，污水再生回用就是一个重要内容。
城市污水处理后回用于农业灌溉，应是又一个方向。农业用水占总用水量的70％以上，有可能吸纳全部城市污水。如果城市污水处理后除回用于工业及城市杂用后，全部回用于农业，就能实现城市污水零排放，这应该是又一个里程碑。并且，城市污水再生回用于农业灌溉，对水处理的要求比排入天然水体低，所以也比较经济。在缺水地区，城市污水是宝贵的稳定的淡水资源，如再生回用于农业灌溉，可以扩大灌溉面积，增加农业产业，是很有意义的。但是，城市污水回用于农业灌溉，也存在水质和水量调控的问题。我国一些城市污水中，有一半左右为工业废水，如果工业废水排人城市下水道的水质不符合排放标准，则会有过量重金属和有毒物质排入城市污水中，城市污水虽经处理仍存在重金属等物质浓度超标问题。所以加强对城区工业企业有毒有害废水处理的管理和加强对排放废水水质的监测，把好工业企业废水排放这一关，使城市污水回用农业灌溉的水质符合要求。
城市污水量比较稳定，每日排水量变化不大，但农业灌溉则是季节性的，有的季节大量用水，有的季节不用水。要将城市污水充分回用于农业灌溉，就要修建调贮水池，在不用水季节将污水贮存起来，留待用水季节使用。这种调贮水池类似于贮存雨洪水的水库，所以是农业灌溉配套不可缺少的设施。回用水调贮水池，容积会比较大，可以利用来进行污水处理。当进水为经二级处理后的水时，调贮水池可以设计成对水进行深度处理的生物塘，使池水进一步得到净化。在条件适宜时，调贮水池也可用作稳定塘，对城市污水进行生物处理，从而
减少城市污水处理费用，一举两得。同样地，如果工业废水排放这一关把不住，城
市污水厂的污泥也因重金属等有毒有害物质含量过高而不能用于农田施肥。过去，城市居民的粪便是农田的重要肥源，它构成“农田肥料(碳、氮、磷、钾等)-作物一人畜食物．排泄物一农田肥料”的营养物质的良性循环。但是，自从水冲厕所发明以后，虽然人们的居住环境改善了，却破坏了这种物质的良性循环，使过去的肥料被优质水稀释上百倍，并成为污染环境的污染物，人们不得花费大量能源去进行处理。同时，丧失了天然有机肥料来源的农田不得不大量使用化肥，结果使地力下降，不得不使用更多的化肥，形成恶性循环。所以，以农田营养物质良性循环出发，污水污泥应该回归农田。
所以对缺水地区，污废水再生回用将是今后发展的方向，需要从观念上实现由单纯处理排放向再生回用的方向转变。
由江河取水的城市，若水受到上游城市或其它污染源的污染而不宜再饮用时，称作水质型水资源短缺。现代的饮用水除污染技术，能将受到一定程度污染的源水处理到符合生活饮用水水质标准的要求，为此只要在现有城市自来水厂常规水处理工艺基础上，再增加除污染处理设备就可以了。饮用水除污染，可以缓解水质型水资源危机，但要完全解决水质型水资源危机，需要大力治理污染源，即需要对城市排出的污、废水进行处理。对一个水系而言，上游城市由水系水体取水，用过后又排入水系，下游城市再由水系水体取水，这可称为水的间接回用。现代的城市化进程和经济发展，已使水的这种间接回用达到很高的比例。
我国城市污水的处理率仅为35％左右。城市生活污水和工业废水排入水体造成污染，称为点源污染。农田排水对水体造成的污染称为面源污染。城市污水、工业废水及农业面源污染，致使城市水域90％受到污染。所以城市水质型水资源危机是我国普遍存在的现象。据测算，即使到2050年，我国城市污水处理率达到95％以上，由于城市污、废水量相应增加，那时水环境污染状况会大大减轻，但不会消除，所以饮用水除污染和污染源治理应该同时给以重视。
若将水的间接回用作为水的社会循环的一部分来看，河流上游城市污水处理的程度与下游城市取水的水质有关。所以，在经济上存在一个上游城市污水处理与下游城市饮用水除污染总费的问题。显然，上游城市污水处理程度愈高，即费用愈多，下游城市的饮用水除污染处理的费用就会减少。极端的情况是，上游城市污水处理的程度使排放的水质达到天然水体的水质，这样下游城市便只需对源水进行常规处理而不需再增设饮用水除污染设施，但这时上游城市污水处理费用会高到现经济发展阶段无法承受的地步。这时排出的污水对水体水质会造成一定程度的污染，下游城市就需要增加饮用水除污染的费用，但总费用会比上述极端情况低许多，可能是目前比较合理的方案。所以，饮用水除污染是整个水环境污染治理的一环。
在水的间接回用过程中，为改善下游城市取水的水质，可以利用上、下游城市间的河道、湿地等水体的自净能力，也可以采取强化水体的自净能力的措施，如种植某些水生植物，这常被称为水环境修复技术。
由于我国水资源短缺，在发展社会经济时，已不可能无限制地大量向天然水体取水，所以需要由过去粗放型地用多少取多少(以需定供)，向集约型地有多少供多少(以供定需)，即在水资源环境的承载能力范围内，求得社会经济发展的方向转变。我国的用水量与美国相当，但国民经济产值只有美国的1/8，即我国水的利用效率比美国低8倍，所以在不增加或少增加用水量的条件下发展社会经济完全是可能的。
随着我国人口的增长，社会经济的发展，人们生活水平的提高，以及城市化的进行，生活用水的增长是不可避免的。所以，为使全国用水量不增加或少增加，应该提出工、农业用水量零增长的目标，特别是对于水资源奇缺的京津及华北诸省是这样，所以节水应放到特别重要的位置。
对于水资源相对丰富的南方地区，如不节水，由于用水量快速增长，不仅取水、输配水和给水处理费用会大大增加，并且排水和污水处理费用也会相应增大，使社会不堪重负，甚至影响社会经济发展。所以，不仅水资源短缺地区要节水，并且水资源丰富地区也要节水，这已是包括发达国家在内人们的共认。
所以，应将节水提高到与开源同等重要的地位，改变重开源轻节水的倾向，特别是在投资上应向节水倾斜。
我国北方缺水地区，也需要多渠道开源。应大力开发海水资源，我国利用海水每年约1 00亿m3而美、日、欧都达到2000亿m3,差距很大，具有很大发展潜力。海水淡化，随着成本的降低，将来有望成为重要淡水来源。随着城市化进程，城区范围扩大，雨洪水危害也相应增加，但如将其贮存，水量相当可观，可用于生态用水、补给地下水、市政杂用，并同时分散就地吸纳，减少向市区排放水量。科学调配水资源，将城市污水用于农田灌溉，原来用于灌溉的水源就可供城市饮用，达到优质优用。合理调水，应是先节水后调水，否则调来的水部分会被浪费掉，同时还增加了排污量。调水还应与利用当地水源水除污染费用比较。
水价是重要的经济标杆。目前水价过低，水资源费过低，水价没按市场经济规律理顺，对实现水的良性循环和水资源可持续利用影响极大，亟待解决。
建立具有流域管理职能的机构，打破地方区域界限，统筹规划和管理，协调上、下游的水质水量，保障各种用水特别是城市饮用水的水质水量的安全供给，维护流域水体生态良好，以实现水的良性循环和水资源的可持续利用。
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