美国缺水地区的水资源管理系统和技术（摘要）

汤鸿霄
中国科学院生态环境研究中心 环境水化学国家重点实验室

　　2001年8月19－31日，中国工程院水资源代表团，在沈国舫副院长率领下一行8人，赴美国访问考察。除在美国工程院水科学与技术部(WSTB)听取该部总介绍及"水再生与回用"等若干综合报告外，主要到加州实地考察了奥兰治县水管局、西区市政水管局、南加州大都会水管局、科恩县水管局等的水资源管理系统，并访问了加州大学。钱易院士和我还访问了斯坦福大学进行学术交流。在工程院听取的报告都是国家部门的全局报告，考察的水资源管理系统均是半干旱地区庞大的水资源再生及地下回灌系统，对我国很有参考意义。综合考察所得及互联网上查询资料有一些新的思考和认识，其中有些是与钱易院士共同的，现综述如下。

　　一、美国的水资源与水再生(Water Reclaimation)

　　美国全国水资源总量较大，东部地区水资源尤其丰富，但西部某些区域地处沙漠或半干旱地带，水资源比较缺乏，成为美国若干年来着重研究采取对策并进行大规模工程建设的地区。至今，在缺水地区如何合理利用水资源，已创造了一系列的经验，并且着眼于21世纪，考虑水资源持续利用保持自然界水量水质平衡，使生态环境得以健康发展。
　　美国1999年的人口为2.68亿，在90年代内增长了8％，预计进入21世纪会超过2.7亿, 到2050年将达到3.9亿。根据在美国地质调查所网上查到资料：1990年全国的总取水量为408,000百万加仑/日, 相当于15.44亿M3/日。其中包括地面、地下的淡水和咸水，总计比1985年增长2％。1990年人均用水量相应为6.13M3/日，其中淡水为5.07M3。据1995年统计，在总用水量中，家庭、公共用水占8.0％，工矿企业用水占4.1％，热电用水占3.3％，灌溉畜牧用水占到84.6%。如果总用水量的增长与人口的增长相应，则在21世纪美国的需水量将有相当幅度的增加。
　　因此，美国工程院水科学与技术部报告提出：由于经济全球化中未可预见的经济增长，新技术引入后未知的可能效应，保护水生态系统必要性认知的增强，气候变化带来水利预测的不确定性等因素，供给足量优质的水将遇到挑战。在21世纪，美国的水资源需求将受到比过去更强烈和广泛的压力，水缺乏尤其在西部将是面临的重要问题。
　　美国在20世纪前期，对待缺水的策略只是开发供水扩大取水量，修建水坝水库。后期则更多注意需水的调度管理，传统的供水模式对环境的负面影响为人们更清楚地认识到，需要更系统、综合、协调地处理缺水问题。以所有可用技术和手段来综合运用，相辅相成。目前美国同样强调水质与水量的综合关系，认为水质会决定水是否可利用于某种用途，水质降低水的可用性正如干旱降低水量一样，水质污染同样使水资源衰竭。因此，水质的处理和再生在水缺乏中占有十分重要的位置，水量和水质的集成管理将会改进和改造国家水资源的基础设施以适应21世纪多方面的需求。
　　根据美国地质调查所网上1990年资料。全国共有19600个公用废水处理设施，20700个其他废水处理设施，向天然水体排放处理后的废水1.34亿M3/日，而有350万M3/日的再生废水用于灌溉和公园及高尔夫球场草地的浇洒。美国的废水再生主要集中于加利福尼亚、亚利桑那、佛罗里达等州，如纽约、密执安、伊里诺、俄亥俄等排水量很大的州则完全没有再生废水。再生废水最多的加利福尼亚州有98万M3/日，相当于处理废水排放量1130万M3/日的8.7％。
　　美国对于西部缺水地区的废水再生十分重视，认为当前主要是应该发展新的强化技术和降低现有造价。目前似是取得相当承认的技术有以下三种：
　　1．在西部干旱和半干旱地区中价格已有竞争力的废水处理再生循环技术，进一步降低价格会鼓励循环水的扩大应用，也会使市政排水更低廉地达到水质标准。若要达到再用于自来水，需要改进废水的毒性检验及健康评价，提高公众的可接受程度。美国还提出了"从厕所到龙头"的口号，实际上是指可以将污水通过处理直接或间接地回用作饮用水。对于污水再生回用，美国的公众起初也有疑虑，但通过宣传教育，将污水经过处理回用于各种目的，已经被较多人所接受。
　　2．在某些原水是咸水的情况下，一些除盐技术已是在价格上有竞争力的。在海水除盐方面上世纪已有相当投资，但仍未能清楚肯定。海水淡化需要电能及远距输送，还有浓盐废液的排放问题。发展更有效的反渗透技术和改进前处理技术有可能降低除盐成本在能源不太贵的地区应用。
　　3．许多地区仍有储存水防干旱季节的需要，但地面水库由于价格和环境影响不如过去有吸引力，有发展地下水库的趋势。不过，由于地下蓄水层停留时间较长，对环境的不利影响必须特别注意研究，包括回灌和回注的方式和对地下水质的变化及沾污，要把蓄水层当作反应器而不是只作为存储器。从而发展了地下水银行的概念。
　　再有，美国的节水计划中有很强的经济鼓励策略。例如：对于家庭把1992年前的卫生便器换装为6升的节水便器，可得＄60－＄75的回报。购买新的节水节电洗衣机，可得＄85－＄150的回报。对于商业单位。某个100房间的旅馆若完全改装完毕，可得回报＄6000，并节省每月190M3的用水。对于工业单位工艺过程改进5年总节水量超过1.2万M3,每1235M3 可得奖励＄154，等等。
　　此外，美国对非点源污染，污染沉积物，饮用水中新的化学品和微生物都给予相当的关注和研究。

　　二、典型实例

　　1.奥兰治(Orange)县地下水补给系统(Groundwater Replenishment System)
　　2.西流域(West Basin)市政水管区(WBMWD)水循环系统(Water Recycling Program)
　　3.Tillman水再生厂(Water Reclamation Plant, WRP) 和日本花园 (Japanese Garden)模式
　　4.南加州大都市水管区(Metropolitan Water District, MWD)
　　5.科恩(Kern)水银行管理局(KWBA)的地面水与地下水联合调度

　　美国在污水资源化和地面水与地下水的联合调度以及节约用水方面有很多值得我们学习的经验。当然也必须看到，我国有自己的特点，不能照抄硬搬。