节约用水国策的再探究

时间：2009-04-15 09:19

我在厨房洗碗，水龙头就这么开着，老婆走过来数落我，别再浪费水了！我问她，我浪费的水哪里去了？当然她是不屑于回答这个问题的。我这么故意提问，看似像一个人无端地问另外一个人昨天晚上有没有睡觉这么无聊的问题一样。这是个在很多的人看来不是问题的问题。真的不是问题么？我看未必。
　　以下是关于节约用水的宣传口号：
　　1、节约用水是实施可持续发展战略的重要措施。
　　2、努力创建节水型城市，实施可持续发展。
　　3、大力普及节水型生活用水器具。
　　4、节约用水、保护水资源，是全社会共同责任。
　　5、开源与节流并重，节流优先、治污为本、科学开源，综合利用。
　　6、国家实行计划用水，厉行节约用水。
　　7、惜水、爱水、节水，从我做起。
　　8、坚持把节约用水放在首位，努力建设节水型城市。
　　9、节约用水、造福人类，利在当代、功在千秋。
　　10、依法管水，科学用水，自觉节水。
　　11、强化城市节约用水管理，节约和保护城市水资源。
　　12、努力建立节水型经济和节水型社会。
　　13、保护水资源，促进西部大开发；节约每滴水，共同创建节水城。
　　14、节约用水是每个公民应尽的责任和义务。
　　15、水是生命的源泉、工业的血液、城市的命脉。
　　16、珍惜水就是珍惜您的生命。
　　17、请珍惜每一滴水。
　　18、世界缺水、中国缺水、城市缺水，请节约用水。
　　19、浪费用水可耻，节约用水光荣。
　　20、水是不可替代的宝贵资源。
　　21、节约用水，重在合理用水，科学用水。
　　22、树立人人珍惜、人人节约水的良好风尚。
　　23、水是生命的源泉、农业的命脉、工业的血液！
　　24、为了人类和您自身的生命，请珍惜每一滴水！
　　25、树立人人珍惜水，人人节约水的良好风尚！
　　26、认真贯彻“开源节流并重，以节流为主”的方针！
　　27、深入开展创建节水型农业、工业、城市的活动，努力建设节水型社会！
　　节约用水是我国的一项基本国策。政府和社会的宣传都将其作为可持续发展的重要措施。就像以上的口号所说的那样，节约用水的行为和意识已经成为全民基本素质要求了。
　　但是，从以上的宣传口号中我们不难发现，所有的倡议都没有涉及到被浪费水的去向问题。好像这个问题已经变成了一个显而易见的，不需要去关注的问题了。
　　我们只要少用水就能做到真正意义上水的节约了么？上面的口号里也提到了科学用水，但怎么样才能做到科学用水呢？我们真的知道怎么科学用水么？
　　让我们来打破一次砂锅，把这个问题做一个详细的分析。
　　一、什么是“节约用水”
　　a)什么是“节约”
　　节约就是减少使用。这个词的含义不容置疑。
　　b)什么是“用”
　　从被使用过的水发生的性质变化看，人类对于水的利用包括化学范畴的“用”和物理范畴上的“用”。
　　化学上的应用指的是水参与了化学或者生物学反应并转化成其他的物质形式，从而水真正意义上的消失了；（不包括水参与反应过程的情形，如溶剂、催化）化学反应有时也会生成水。
　　物理上的使用范围很广，使用量较大的用途主要包括洗涤冲刷、冷却、生活饮用、工业溶剂和助剂、农林灌溉、水电等。物理层面对水的使用，使得水要么发生物态上的变化（如农林灌溉在植物生长的过程中主要发生了从液态到气态的转换，部分成为生物体结构组成部分的水属于生物化学范畴），要么发生水质的变化（如造纸厂水主要作为工业助剂，排放出来的水往往受到严重的污染）和水物理性质的变化（如温度变化）。但是，无论如何，物理上对于水的使用不会造成真正意义上的消耗。
　　c)我们该节约的是什么“水”
　　水是什么？H2O。包括以各种形态存在于大自然中的水。但是我们的基本国策提倡节约的水还有进一步的内涵。
　　首先，国策所指的肯定是液态水。气态水广泛存在于空气中，除了可以影响空气湿度外，基本上没有实用的价值，不存在浪费的说法。固态水，冰，主要分布在极地和寒冷地区的冬季，作为一种液态水的自然储备，有时限和地域性的要求，虽然可以将其作为水的一种来源来考虑，但在其变成液态水之前，几乎也没有什么实用价值。
　　其次，国策所指的水肯定是淡水。海水太多了。这一点显而易见。
　　第三，国策所指的水也不是所谓的自来水、生产用水等能直接使用的水（简称可直接使用水），它所指的应是淡水资源。这是个关键的问题。可直接使用水是指将大自然中现有未达到可直接使用标准的原水通过工艺处理后达标的水。当然，自来水厂或者中水处理设施对水的处理过程需要耗费能源、化学药品（归根究底还是能源），这使得可使用水和淡水资源之间多了个处理过程。处理过程中耗费的能源也需要全体公民去珍惜，但这毕竟不是本国策-----"节约用水”的提法本意。显然，国策说的水是淡水资源。
　　还有两个需要补充的问题，
　　其一，被污染的水就如海水一样，理论上是可以通过水体自净和水处理工艺技术，获得再次利用价值。但是如果水遭受到了重度污染，水体自净能力无法满足要求或者水处理的成本过高，那么这样的重度污染水就只能排放到海洋里（也许能在一个更大的水体里获得自净效果）或者废弃了（蒸发后污染物沉渣填埋遗弃）。我们说，这样的水被实实在在地浪费了。
　　其二，我们的讨论不可能是站在全球范围内来进行，毕竟这个世界上还是有很多地方不缺水的，国策本身的当务之急是缓和缺水地区的水荒问题。所以，缺水地区让本地的淡水资源流转到其他地区，而变成本地难以利用的淡水资源，也是一种形式的浪费。但这种浪费是和我们所讨论的区域范围相关的。为了避免讨论的复杂化，我们先将讨论的区域设置在沿海地区，比如严重缺水的京津地区。
　　概括起来说，国策里提倡节约的水是可使用液态淡水资源。当前的技术经济条件下，可以通过水处理技术和水体自净效应对其进行处理以达到生活生产用水标准的水资源类型，总称为可使用液态淡水资源。
　　二、水的浪费和流失
　　我们是如何浪费水的呢？从上面的分析，我们可以断定：当且仅当，我们的用水行为让水不再成为可使用淡水资源，则就是意味着浪费了。
　　知道了我们应当节约的水的定义，可以得出水被浪费或流失的主要途径及机理：
　　1.液态水蒸发为气态水；
　　液态水汽化成气态的速度取决于裸露空气中的水表面积、水的温度、大气温湿度、阳光照射强度、表面风速。
　　2.水受到了严重的污染，以致于水处理变得成本不经济、技术上不可行，水体自净能力满足不了污染物总量分解需求；
　　工业污染和超过污染物总量控制排放的生活污水使得城市水处理能力变得困难，水体自净能力变得相对不足。
　　3.水通过江河等地表径流和地下径流流向海洋；
　　江河等地表径流向海洋下泄的流量取决于江河的水位。地下径流流向海洋的流量取决于地下径流的自然压力。
　　4.水流转到其他地区；
　　水流转到其他地区对于本地区来说，等同于流向海洋的效果，都造成本地区水资源的流失。
　　5.水渗入地下。（不包括进入地下径流流入海洋的情形）
　　从长期效应看，水渗入地下的同时，人们也在抽取地下水，因此在地层内含水量存在一个动态的平衡点。这个平衡点随着人们使用地下水模式的稳定，也会趋于稳定。所以，我们的讨论中可以不包括这部分的影响。当然，过度使用地下水将遭致地面下沉而危害人们居住安全，但这不是本文所讨论的范围。
　　6.过度灌溉。
　　过度灌溉造成的直接后果包括两个方面，第一，土壤含水量超过植物生长需求，水分从土壤蒸发到大气，造成大量水资源浪费；第二，水渗入地下径流造成水资源流失。因此，过度灌溉可不作为水资源浪费情形的独立分类，它仅仅是1和3分类的特例。
　　我们可以参照水在地球上的循环示意（1-1图）来了解水资源是如何流失和浪费的。这是小学自然常识课程里常用的大自然水体循环图。
　　三、典型的水资源使用过程分析
　　1.工业生产用水
　　按中华人民共和国城镇建设行业标准CJ40-1999对工业用水的分类，生产用水包括：
　　a)间接冷却水一般情况下是循环使用的，这不会造成水的流失，除非系统存在渗漏。但间接冷却水在冷却塔中会有蒸发（利用汽化潜热的释放来强制冷却水温以重复循环使用）和飞沫，所以此过程存在水的流失，也是目前大部分生产过程中不能避免的。如果间接冷却水系统开放不循环使用，则冷却用水被直接排入城市管网，进入天然或人工水体——江河湖泊，在进入管网之前也会有部分裸露于空气中的水蒸发入大气；
　　b)产品用水由于成为产品的组成部分或者参与了化学反应，在市场的需求未发生显著变化前，我们往往无法改变这部分水资源的需求量，因而也不是我们节约用水所提倡的控制环节之一；
　　c)直接冷却水是在生产过程中，为满足工艺过程需要，使产品或半成品冷却所用与之直接接触的冷却水(包括调温、调湿使用的直流喷雾水)，除了部分蒸发为气体之外，还可能会有大量的含有产品残渣或可溶解成分的污染物随之排放；根据环保政策的要求，若超过允许排放标准进行排放，势必造成该部分的水无法进行再生利用等严重后果；
　　d)洗涤用水是在生产过程中，对原材料、物料、半成品进行洗涤处理的水，这样的过程也会导致大量的受污染水产生；
　　e)锅炉给水产生蒸汽，用于城市生活供热和生产供热等用途，在其生产和使用过程中，部分蒸汽可能泄露于大气，部分冷凝水可能流失入地下或者通过城市管网流入江河湖泊；
　　f)锅炉水处理用水为锅炉制备软化水时，所需要的再生、冲洗等项目用水。类似于洗涤用水和直接冷却用水的情形。
　　2. 居民生活用水
　　a)洗涤冲洗用水
　　b)饮用水
　　c)其他用水，如种花养草等休闲用水
　　以上用水除了在使用过程中部分水分被蒸发入大气中外，主要部分都随城市管网排入江河湖泊等天然、人工水体里，农村地区的生活污水无组织排放可能会造成更多的水蒸发或进入地下径流。
　　3. 农林灌溉用水
　　农作物必须的灌溉用水一般情况下是固定的，但是不排除使用温室等技术，减少农作物需水量的情况。过度灌溉造成土壤含水量过大，不仅可能危害农作物生长安全，也使得大量的水分蒸发入大气或者进入地下径流，形成水资源流失浪费。
　　四、可使用液态水资源流失和浪费的过程分析
　　现在我们可以回答文章开始提出的问题了——这些使用过的水到哪里去了。显然，无论何种用水模式，使用过的水去向包括几个方面：
　　第一，液态水蒸发进入大气；第二，水排放到天然或人工水体，最终流入大海；第三，水渗入地下径流，最终流入大海；第四，水受到严重污染，成为不值得处理和回用的废水，或被遗弃（自然蒸发浓缩）或进一步造成天然、人工水体的污染。
　　值得注意的是，生活和生产过程中排放的水在进入海洋之前，还不处于被浪费流失的状态。人们还会同时从这些水体里抽取水资源进行再处理以回用（只要没有被严重污染）。水是因为流入海洋才造成水资源的流失的。这将引出一个令人惊讶的事实：生活生产取水和用水过程同时也是水资源在天然/人工水体与生活生产设施之间的循环过程（还是没有脱离水资源的范畴，只是水质发生了不同程度的变化），生产生活用水设施与大自然之间形成了一个巨大的中水处理厂。我们忘记关断家里的水龙头，并没有直接导致水资源的浪费！
　　五、如何科学地节约水资源
　　有了上述的分析，我们对于如何节约水资源便有了如下的基本方向：
　　阻断或减少液态水的蒸发；
　　阻断或减少江河湖泊向海洋的下泄；
　　防止水资源渗入地下径流；
　　防止水的污染尤其是重度污染；
　　（以上四个方面，竟然不包括要求我们在家里节约马桶和洗衣机等的用水）
　　1、阻断或减少液态水的蒸发
　　液态水蒸发过程在实际生活中非常普遍，典型的场合包括，江河湖泊等地表径流在空气中的自然蒸发，生活生产用水由于无组织排放等原因造成裸露于空气中的水分蒸发，生产过程中工艺要求必须的蒸发过程，农作物叶片的蒸腾作用，土壤灌溉水的蒸发过程。前面已经提到，江河湖泊等地表径流在空气中的自然蒸发速度取决于水的温度，表面积，阳光照射强度，水表面风速，大气温湿度。其中，太阳照射强度、水表面风速、大气温湿度在通常情况下是我们无法左右的参数，但是我们可以减少过程中的水暴露于阳光中的时间，我们还可以控制水的温度（减少热污染），降低水体表面积。
　　具体的做法包括，提高城市生活生产用水有组织排放的水准，让所有的生活生产废水进入排水管网；严格控制特种行业用水如洗车房（推广或强制采用室内清洗装置）、建筑混凝土养护用水的水源（引导其尽量使用雨水储备）、夏季城市道路降温喷洒水（增加绿化率，减少热岛效应）；在保证取水点最低可取水位的前提下，尽量加大取水速率（生产生活用水量，竟然是提倡用水），以降低水库水位和表面积，使得主要的水量运转于城市供水和有组织排放管网内，减少天然/人工水体的自然水蒸发量。
　　这里有个需要进一步解释的问题，也是个非常有意思的问题——我们可以通过加大水厂自水源的取水速度以降低水库或河流的表面积，从而能够最大限度地减少水的自然蒸发量。我们知道，自然储水构造都是呈上表面较大、下表面较小的锅底状，取水量的减少会使水位上升的同时增大上表面面积。在如下的数学模型中我们可以看出这种变化：
　　假设一个储水水库为倒圆锥形构造，其表面积和总储水量的函数关系为：
　　其中，W为水库的总储水量；S为水库的表面积，为水库底侧面相对于水平面的倾角。上式可以简化为：
　　储水量的平方和表面积的三次方成正比。W对S求导数，得：
　　上式子表示库容随表面积的变化率。
　　在枯水季，水库表面积较小容量也较小，取水量稍有减少，反映在总库容上的增量就会很显著，从而库表面积的增加也就较明显了。所以，这个时候，去控制取水量，只会造成水资源过多地蒸发到大气中。如果我们增加取水量（用水量），使得由水库、供水管道和排水管道组成的整个循环水系统中的更大部分水量保持在城市有组织排放管网系统内，则可以显著减少水资源的蒸发量，这样就能够做到真正的水资源节约。
　　2、阻断或减少江河湖泊向海洋的下泄；
　　在不影响航运通行的前提下，阻断本地区江河湖泊向海洋的下泄，对于沿海地区来说具有一定的可行性。比如可以在有条件时建造拦河大坝。但由于城市生产生活废水一般情况下也要向这些天然水体中进行排放，那么水体的自净能力就必须和污染物总量相适应。
　　如不设置大坝这样的拦截措施，则江河湖泊中水资源向海洋的下泄速度将取决于动态的水位。
　　显然，减少我们的取水量，无形中也变相提高了这些水体的水位，从而造成水资源向海洋的下泄流量增加。这和水体表面积增大造成水蒸发量加大的效果是契合的。所以，我们甚至不应该在这种情况下提倡减少我们的厨房用水。
　　3、防止水资源渗入地下径流；
　　我们很难去堵住地下径流向海洋下泄的过程，我们只能告诉人们注意不要将水无端排入非有组织排放管网之外。我们的管网系统还应该提高密封标准，避免水在管网内大量渗漏。我们的农村甚至也需要在有组织排放工作方面做更多的事情。
　　当然，所有的措施也不能违背大自然生态规律要求，比如不应在圆明园的湖底铺设防渗层以防止水的渗漏。
　　4、防止水资源的污染；
　　水资源的污染是对有限量水资源最大的危害。我们似乎在提倡节约用水的时候，更加重视保护我们有限的水资源不受到严重污染。
　　水不被严重污染，我们生活生产用过的水就可以无限次地重复循环使用，这是目前来说最为有效的科学用水策略。
　　5、更多的方法
　　其实，我们在以上的分析过程中，还发现了一个节约水资源的有效方法。这就是改良我们的天然储水构造。例如，如果我们主要的储水构造都改造成圆柱体，上下的截面积都基本一致，那么，我们生产生活中减少的用水就有合适的储存场所了。那个时候，本文开始所提出的口号才会变得有实际意义。
　　六、最后的话
　　电视上常常看到有人在推广什么节水马桶，节水型洗衣机等等，我在想，我们真的还没有告诉人们如何才是科学的用水。
　　在一个很小的封闭村落，一个仅仅依靠村口那口水井过活的小村子，当然应该控制每家每户实际的水使用量，因为那是一个水资源难以再生的系统。可是，我们的城市，身处一个庞大的人工天然混合中水处理系统之中，简单地告诉人们不要过量使用水，而不去关注用水过程中的细节和科学性问题，节约用水这项国策将变得毫无意义。
　　