世界都市之水——聚焦全球20城市水安全问题
2020-06-17

我国自然地理与气候条件带来的水资源时空分布严重不均,工业化、城市化的快速发展导致新老水问题交织,包括城市水资源短缺、水生态损害、水环境污染、城市洪涝灾害频繁、地下水超采等。


全国 600 多座大中城市中,有 400 多座缺水。


全国河流四类及以下水质占 21.5%,约 40%的湖泊受严重污染,77%的湖泊富营养化。


城市挤占雨洪调蓄空间、地面硬化以及热岛效应等,导致城市暴雨洪水事件频发。


地下水超采引发植被退化、地表沉降、海水入侵等生态环境问题也日趋严重。


······


这些问题是否更好的解决方案,我们可以向世界都市之水学习什么?


北京——多源保障、系统治理、恢复基流、压采地下水

深圳——流域统筹、系统治理、联网提效、雨洪分流、清淤疏浚、海绵城市、立体治水

上海——两江并举、多库联调、(地下水)控采多灌、(洪涝)分片治理、韧性体系

洛杉矶——世界现代调水工程之先河

纽约——水源区水质保护之世界先驱

新加坡——多源供水与污水深度处理回用的样板

以色列——创沙漠地区节水开源的标兵

柏林——天然过滤自净水源的典范



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主编简介


张楚汉,清华大学教授,中国科学院院士。历任国家自然科学基金委咨询委员与水利学科评审组长,国家科技奖励评审委员,水利部科技委委员等。主要从事水利科技与高坝水电工程教学与研究工作。


王光谦,清华大学教授,中国科学院院士。现任青海大学校长(对口支援)、十三届全国政协常委、中国民主同盟第十二届中央副主席。主要从事水沙科学与江河治理研究工作。


内容简介

本书由张楚汉院士和王光谦院士主编,针对城市水资源严重短缺、水污染情势严峻、水旱灾害频繁等问题,有针对性地选择、调研了20 个城市(其中国内城市8 个,国外城市12 个),总结各国城市化过程中在水安全保障方面的经验与教训,梳理了世界各国、特别是发达国家的大城市在水安全保障方面的发展历程,重点介绍国内外大都市的基本概况、自然条件、供需保障、节水与生态环境治理、洪涝灾害防治、地下水保护与修复、水文化和城市水智慧管理等方面的经验,为我国未来城市水安全保障建设提供一些经验。


下面我们先从北京和香港两个国内城市开启都市之水之旅吧,其他城市后续也将为您一一解读。


北京有着 3000 多年的建城史和 850 多年的建都史,北京城的发展与水息息相关,最密切的水系有三处,分别是永定河水系、莲花池水系和玉泉水系。



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图  历史上的莲花水系、玉泉水系分布示意图



永定河是北京的母亲河,一直是城市主要饮用水源和灌溉水源,哺育了沿岸世世代代的居民和中国的七朝古都。


莲花池水系包括莲花池、鱼藻池遗址、莲花河、南水关遗址等,发育在永定河的金钩河故道上,是早期北京城——蓟城、幽州城、辽南京城和金中都城的主要供水水系,自古有“先有莲花池,后有北京城”之说。莲花池位于今日的广安门外,虽然水面面积已大幅度削减,但莲花池水系在多次疏浚治理后,依然发挥着城市排泄雨洪的作用。


玉泉水系是发育在永定河的金钩河故道上的另一支水系。始自金代,建于元代,经明清改造,形成了以玉泉山泉水、白浮泉泉水为源头,以通惠河为尾闾、贯穿于北京城心脏地带的人工河网水系,当时解决了北京城市饮用水和漕运水源问题,地位十分重要。沿途流经北长河、昆明湖、高梁河(南长河)、护城河、内城六海(积水潭、后海、前海、北海、中海、南海)、紫禁城内外金水河以及陶然亭、龙潭湖等,环汇于东便门外大通桥一带,最终注入通惠河。著名的燕京八景中的“玉泉趵突(玉泉山)、太液秋风(中南海)、琼岛春阴(北海公园)”,海淀的“三山五园”(万寿山、香山、玉泉山,静宜园、静明园、畅春园、圆明园、颐和园)基本都在玉泉水系,形成了北京独特的水文化。


新中国成立以后,官厅水库、密云水库成为京城的新水源,玉泉水系部分被改造填埋,功能也有所调整,但水系布局变化不大,通称为“京城水系”。


北京属特大型城市,也是缺水型大城市,面临一系列水问题。


  • 人口快速增长加大刚性需水
  • 经济快速发展,水资源承载压力加剧
  • 官厅、密云两大水库的来水呈衰减趋势,如永定河入境水量比上世纪60年代减少92%
  • 地下水开发利用程度过高,平原区地下水开发利用程度高达117%
  • 人均水资源量是全国平均的 4.5%,世界平均的 1.4%
  • 生态问题已威胁城市安全,诱发或扩大地裂缝,威胁城市轨道安全等
  • 人水争地现象日益突出


经过多方努力,北京在稳定多元供水机制、系统水环境治理与恢复河道生态基流以及地下水恢复等方面取得成效。


为了解决永定河二十余年断流和生态系统严重退化问题, 2010 年启动了“永定河绿色生态发展带建设”。2013 年永定河城市段 18.4km 全线贯通,建成了溪流-湖泊-湿地连通的健康河流生态系统;建成的园博湖、门城湖、莲石湖、宛平湖和晓月湖,五湖呈一线,新增水面 385ha,营造出人、水、绿共享的河道空间,再现了“名桥、古城、皓月、碧水”的历史风貌。



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图  永定河城市段示意图


北京市的水环境治理成效显著。2018年Ⅰ~Ⅲ类水质河长占监测总长度的 54.5%,比 2014 年增加 7.6%;Ⅳ类、Ⅴ 类水质河长占 24.5%,增加 17.2%;劣Ⅴ类水质河长占 21.0%,减少 24.8。


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图  2014年北京市地表水水质状况


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 图  2018年北京市地表水水质状况



为建设首善之都、宜居之都,北京市在水安全保障方面的成功经验包括:一是城市发展必须坚持人口、资源、环境统筹发展的原则,牢固树立“量水发展”“安全发展”理念;二是注重多水源配置,依托本地水资源,打通跨流域调水通道,大力推广利用再生水,建设城市应急备用水源地应对缺水危机,增加水资源支撑力;三是注重流域系统治理和水资源涵养保护;四是改变以往粗放式管水,向规范化、精细化和智能化管理转变。


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图  1963年大旱,居民排队取水


第二次世界大战后,香港人口急剧增长,每年都出现限制供水的时间。1963 年香港曾经历过百年不遇的大旱。因为水荒,香港的工厂减产、店铺关门,连市民的日常生活都无法得到保障。那段时间,香港街头挤满了全家出动排队取水的市民,一首歌谣传遍香港的大街小巷:“月光光,照香港,山塘无水地无粮,阿姐担水去,阿妈上佛堂,唔知几时没水荒。”


时间

制水措施

1963/5/2

每天供水3小时

1963/5/16

每两天供水四小时

1963/6/1

每四天供水四小时

1964/5/27

制水措施取消


1940 年代起,市区发展集中在维港两岸的中、下游一带。土地表面被水泥覆盖,削弱了储水和排洪能力,加上从高山流下的径流,城市洪涝极易发生。另1966 年 6 月 12 日,香港发生雨灾,曾达到 1h 内高达 108.2mm 的雨量纪录,导致 64 人丧生、2500 多人无家可归,造成经济损失超过 5000 万港元。其中湾仔石水渠街是重灾区之一,石水渠街地下水管受压爆裂,山洪与自来水管中喷出的水连同大量土石将街道上的大批车辆推翻冲走。


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图  湾仔石水渠街道车辆被冲走


从 1960 年代香港经济开始腾飞,到 1980 年代“亚洲四小龙”初具雏形,香港制造享誉世界,并在 1970 年代中鼎盛一时。这一时期生活污水和工厂污水大量增加并直接排放,使环境和生态迅速恶化,首当其冲的便是水环境污染。无论是山涧溪流还是维港海滩,水质都在迅速恶化。水体污染导致赤潮(藻华)频发,政府不得不关闭众多公众泳滩。1978 年,维港渡海泳停办,揭示香港水污染问题已经超出环境容量,必须采取措施,积极应对。



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图  香港历史洪水问题


仅 1000 余平方公里的陆地,近 60%为山地,香港独特的地形和气候条件,导致其面临严峻的水问题:


  • 本地天然水源无法满足城市用水需求;
  • 亚热带季风气候加剧山坡洪水及城市内涝;
  • 地形条件对海港水质治理及供水保障的挑战。


与水进行了一百余年的斗争,香港取得了辉煌的胜利。



应对供水问题方面:①香港因地制宜地采用海水作为冲厕和冷却用水,减少了20%的淡水需求;②香港创造性地将水库建造在海上,两座海上水库总库容达5.1亿m³,占香港所有水库总库容的87%,与东深供水工程联合调配,可满足香港至2030年的用水需求。


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图  急流漩涡进水口设计方案


在应对洪涝问题方面香港采取了上游“截流”、中游“蓄洪”和下游“疏浚”的整体治理方案,使得香港市区达到排水干渠 200年一遇、支渠 100年一遇的防洪标准。

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图  跑马地地下蓄洪池示意图


在海港水质治理及供水保障方面香港开发了“WATERMAN”水质预报系统和“智管网”系统,实现了水利创新技术在智慧城市中的突破。


北京、上海、广州、深圳、武汉、西安、郑州、香港、新加坡、东京、孟买、以色列、纽约、洛杉矶、旧金山、伦敦、巴黎、柏林、开罗、墨尔本等城市的治理经验,敬请关注《世界都市之水》。



本文摘编整理自张楚汉、王光谦主编《世界都市之水》(北京:科学出版社,2020.6)一书。


本书是在我国城市化进程快速发展的背景下,针对城市水资源严重短缺、水污染情势严峻、水旱灾害频繁等问题,有针对性地选择、调研了20 个城市(其中国内城市8 个,国外城市12 个),总结各国城市化过程中在水安全保障方面的经验与教训,梳理了世界各国、特别是发达国家的大城市在水安全保障方面的发展历程,重点介绍国内外大都市的基本概况、自然条件、供需保障、节水与生态环境治理、洪涝灾害防治、地下水保护与修复、水文化和城市水智慧管理等方面的经验,为我国未来城市水安全保障建设提供一些经验。