節約用水國策的再探究

時間：2009-04-15 09:19

我在廚房洗碗，水龍頭就這么開著，老婆走過來數落我，別再浪費水了！我問她，我浪費的水哪里去了？當然她是不屑于回答這個問題的。我這么故意提問，看似像一個人無端地問另外一個人昨天晚上有沒有睡覺這么無聊的問題一樣。這是個在很多的人看來不是問題的問題。真的不是問題么？我看未必。
　　以下是關于節約用水的宣傳口號：
　　1、節約用水是實施可持續發展戰略的重要措施。
　　2、努力創建節水型城市，實施可持續發展。
　　3、大力普及節水型生活用水器具。
　　4、節約用水、保護水資源，是全社會共同責任。
　　5、開源與節流并重，節流優先、治污為本、科學開源，綜合利用。
　　6、國家實行計劃用水，厲行節約用水。
　　7、惜水、愛水、節水，從我做起。
　　8、堅持把節約用水放在首位，努力建設節水型城市。
　　9、節約用水、造福人類，利在當代、功在千秋。
　　10、依法管水，科學用水，自覺節水。
　　11、強化城市節約用水管理，節約和保護城市水資源。
　　12、努力建立節水型經濟和節水型社會。
　　13、保護水資源，促進西部大開發；節約每滴水，共同創建節水城。
　　14、節約用水是每個公民應盡的責任和義務。
　　15、水是生命的源泉、工業的血液、城市的命脈。
　　16、珍惜水就是珍惜您的生命。
　　17、請珍惜每一滴水。
　　18、世界缺水、中國缺水、城市缺水，請節約用水。
　　19、浪費用水可恥，節約用水光榮。
　　20、水是不可替代的寶貴資源。
　　21、節約用水，重在合理用水，科學用水。
　　22、樹立人人珍惜、人人節約水的良好風尚。
　　23、水是生命的源泉、農業的命脈、工業的血液！
　　24、為了人類和您自身的生命，請珍惜每一滴水！
　　25、樹立人人珍惜水，人人節約水的良好風尚！
　　26、認真貫徹“開源節流并重，以節流為主”的方針！
　　27、深入開展創建節水型農業、工業、城市的活動，努力建設節水型社會！
　　節約用水是我國的一項基本國策。政府和社會的宣傳都將其作為可持續發展的重要措施。就像以上的口號所說的那樣，節約用水的行為和意識已經成為全民基本素質要求了。
　　但是，從以上的宣傳口號中我們不難發現，所有的倡議都沒有涉及到被浪費水的去向問題。好像這個問題已經變成了一個顯而易見的，不需要去關注的問題了。
　　我們只要少用水就能做到真正意義上水的節約了么？上面的口號里也提到了科學用水，但怎么樣才能做到科學用水呢？我們真的知道怎么科學用水么？
　　讓我們來打破一次砂鍋，把這個問題做一個詳細的分析。
　　一、什么是“節約用水”
　　a)什么是“節約”
　　節約就是減少使用。這個詞的含義不容置疑。
　　b)什么是“用”
　　從被使用過的水發生的性質變化看，人類對于水的利用包括化學范疇的“用”和物理范疇上的“用”。
　　化學上的應用指的是水參與了化學或者生物學反應并轉化成其他的物質形式，從而水真正意義上的消失了；（不包括水參與反應過程的情形，如溶劑、催化）化學反應有時也會生成水。
　　物理上的使用范圍很廣，使用量較大的用途主要包括洗滌沖刷、冷卻、生活飲用、工業溶劑和助劑、農林灌溉、水電等。物理層面對水的使用，使得水要么發生物態上的變化（如農林灌溉在植物生長的過程中主要發生了從液態到氣態的轉換，部分成為生物體結構組成部分的水屬于生物化學范疇），要么發生水質的變化（如造紙廠水主要作為工業助劑，排放出來的水往往受到嚴重的污染）和水物理性質的變化（如溫度變化）。但是，無論如何，物理上對于水的使用不會造成真正意義上的消耗。
　　c)我們該節約的是什么“水”
　　水是什么？H2O。包括以各種形態存在于大自然中的水。但是我們的基本國策提倡節約的水還有進一步的內涵。
　　首先，國策所指的肯定是液態水。氣態水廣泛存在于空氣中，除了可以影響空氣濕度外，基本上沒有實用的價值，不存在浪費的說法。固態水，冰，主要分布在極地和寒冷地區的冬季，作為一種液態水的自然儲備，有時限和地域性的要求，雖然可以將其作為水的一種來源來考慮，但在其變成液態水之前，幾乎也沒有什么實用價值。
　　其次，國策所指的水肯定是淡水。海水太多了。這一點顯而易見。
　　第三，國策所指的水也不是所謂的自來水、生產用水等能直接使用的水（簡稱可直接使用水），它所指的應是淡水資源。這是個關鍵的問題。可直接使用水是指將大自然中現有未達到可直接使用標準的原水通過工藝處理后達標的水。當然，自來水廠或者中水處理設施對水的處理過程需要耗費能源、化學藥品（歸根究底還是能源），這使得可使用水和淡水資源之間多了個處理過程。處理過程中耗費的能源也需要全體公民去珍惜，但這畢竟不是本國策-----"節約用水”的提法本意。顯然，國策說的水是淡水資源。
　　還有兩個需要補充的問題，
　　其一，被污染的水就如海水一樣，理論上是可以通過水體自凈和水處理工藝技術，獲得再次利用價值。但是如果水遭受到了重度污染，水體自凈能力無法滿足要求或者水處理的成本過高，那么這樣的重度污染水就只能排放到海洋里（也許能在一個更大的水體里獲得自凈效果）或者廢棄了（蒸發后污染物沉渣填埋遺棄）。我們說，這樣的水被實實在在地浪費了。
　　其二，我們的討論不可能是站在全球范圍內來進行，畢竟這個世界上還是有很多地方不缺水的，國策本身的當務之急是緩和缺水地區的水荒問題。所以，缺水地區讓本地的淡水資源流轉到其他地區，而變成本地難以利用的淡水資源，也是一種形式的浪費。但這種浪費是和我們所討論的區域范圍相關的。為了避免討論的復雜化，我們先將討論的區域設置在沿海地區，比如嚴重缺水的京津地區。
　　概括起來說，國策里提倡節約的水是可使用液態淡水資源。當前的技術經濟條件下，可以通過水處理技術和水體自凈效應對其進行處理以達到生活生產用水標準的水資源類型，總稱為可使用液態淡水資源。
　　二、水的浪費和流失
　　我們是如何浪費水的呢？從上面的分析，我們可以斷定：當且僅當，我們的用水行為讓水不再成為可使用淡水資源，則就是意味著浪費了。
　　知道了我們應當節約的水的定義，可以得出水被浪費或流失的主要途徑及機理：
　　1.液態水蒸發為氣態水；
　　液態水汽化成氣態的速度取決于裸露空氣中的水表面積、水的溫度、大氣溫濕度、陽光照射強度、表面風速。
　　2.水受到了嚴重的污染，以致于水處理變得成本不經濟、技術上不可行，水體自凈能力滿足不了污染物總量分解需求；
　　工業污染和超過污染物總量控制排放的生活污水使得城市水處理能力變得困難，水體自凈能力變得相對不足。
　　3.水通過江河等地表徑流和地下徑流流向海洋；
　　江河等地表徑流向海洋下泄的流量取決于江河的水位。地下徑流流向海洋的流量取決于地下徑流的自然壓力。
　　4.水流轉到其他地區；
　　水流轉到其他地區對于本地區來說，等同于流向海洋的效果，都造成本地區水資源的流失。
　　5.水滲入地下。（不包括進入地下徑流流入海洋的情形）
　　從長期效應看，水滲入地下的同時，人們也在抽取地下水，因此在地層內含水量存在一個動態的平衡點。這個平衡點隨著人們使用地下水模式的穩定，也會趨于穩定。所以，我們的討論中可以不包括這部分的影響。當然，過度使用地下水將遭致地面下沉而危害人們居住安全，但這不是本文所討論的范圍。
　　6.過度灌溉。
　　過度灌溉造成的直接后果包括兩個方面，第一，土壤含水量超過植物生長需求，水分從土壤蒸發到大氣，造成大量水資源浪費；第二，水滲入地下徑流造成水資源流失。因此，過度灌溉可不作為水資源浪費情形的獨立分類，它僅僅是1和3分類的特例。
　　我們可以參照水在地球上的循環示意（1-1圖）來了解水資源是如何流失和浪費的。這是小學自然常識課程里常用的大自然水體循環圖。
　　三、典型的水資源使用過程分析
　　1.工業生產用水
　　按中華人民共和國城鎮建設行業標準CJ40-1999對工業用水的分類，生產用水包括：
　　a)間接冷卻水一般情況下是循環使用的，這不會造成水的流失，除非系統存在滲漏。但間接冷卻水在冷卻塔中會有蒸發（利用汽化潛熱的釋放來強制冷卻水溫以重復循環使用）和飛沫，所以此過程存在水的流失，也是目前大部分生產過程中不能避免的。如果間接冷卻水系統開放不循環使用，則冷卻用水被直接排入城市管網，進入天然或人工水體——江河湖泊，在進入管網之前也會有部分裸露于空氣中的水蒸發入大氣；
　　b)產品用水由于成為產品的組成部分或者參與了化學反應，在市場的需求未發生顯著變化前，我們往往無法改變這部分水資源的需求量，因而也不是我們節約用水所提倡的控制環節之一；
　　c)直接冷卻水是在生產過程中，為滿足工藝過程需要，使產品或半成品冷卻所用與之直接接觸的冷卻水(包括調溫、調濕使用的直流噴霧水)，除了部分蒸發為氣體之外，還可能會有大量的含有產品殘渣或可溶解成分的污染物隨之排放；根據環保政策的要求，若超過允許排放標準進行排放，勢必造成該部分的水無法進行再生利用等嚴重后果；
　　d)洗滌用水是在生產過程中，對原材料、物料、半成品進行洗滌處理的水，這樣的過程也會導致大量的受污染水產生；
　　e)鍋爐給水產生蒸汽，用于城市生活供熱和生產供熱等用途，在其生產和使用過程中，部分蒸汽可能泄露于大氣，部分冷凝水可能流失入地下或者通過城市管網流入江河湖泊；
　　f)鍋爐水處理用水為鍋爐制備軟化水時，所需要的再生、沖洗等項目用水。類似于洗滌用水和直接冷卻用水的情形。
　　2. 居民生活用水
　　a)洗滌沖洗用水
　　b)飲用水
　　c)其他用水，如種花養草等休閑用水
　　以上用水除了在使用過程中部分水分被蒸發入大氣中外，主要部分都隨城市管網排入江河湖泊等天然、人工水體里，農村地區的生活污水無組織排放可能會造成更多的水蒸發或進入地下徑流。
　　3. 農林灌溉用水
　　農作物必須的灌溉用水一般情況下是固定的，但是不排除使用溫室等技術，減少農作物需水量的情況。過度灌溉造成土壤含水量過大，不僅可能危害農作物生長安全，也使得大量的水分蒸發入大氣或者進入地下徑流，形成水資源流失浪費。
　　四、可使用液態水資源流失和浪費的過程分析
　　現在我們可以回答文章開始提出的問題了——這些使用過的水到哪里去了。顯然，無論何種用水模式，使用過的水去向包括幾個方面：
　　第一，液態水蒸發進入大氣；第二，水排放到天然或人工水體，最終流入大海；第三，水滲入地下徑流，最終流入大海；第四，水受到嚴重污染，成為不值得處理和回用的廢水，或被遺棄（自然蒸發濃縮）或進一步造成天然、人工水體的污染。
　　值得注意的是，生活和生產過程中排放的水在進入海洋之前，還不處于被浪費流失的狀態。人們還會同時從這些水體里抽取水資源進行再處理以回用（只要沒有被嚴重污染）。水是因為流入海洋才造成水資源的流失的。這將引出一個令人驚訝的事實：生活生產取水和用水過程同時也是水資源在天然/人工水體與生活生產設施之間的循環過程（還是沒有脫離水資源的范疇，只是水質發生了不同程度的變化），生產生活用水設施與大自然之間形成了一個巨大的中水處理廠。我們忘記關斷家里的水龍頭，并沒有直接導致水資源的浪費！
　　五、如何科學地節約水資源
　　有了上述的分析，我們對于如何節約水資源便有了如下的基本方向：
　　阻斷或減少液態水的蒸發；
　　阻斷或減少江河湖泊向海洋的下泄；
　　防止水資源滲入地下徑流；
　　防止水的污染尤其是重度污染；
　　（以上四個方面，竟然不包括要求我們在家里節約馬桶和洗衣機等的用水）
　　1、阻斷或減少液態水的蒸發
　　液態水蒸發過程在實際生活中非常普遍，典型的場合包括，江河湖泊等地表徑流在空氣中的自然蒸發，生活生產用水由于無組織排放等原因造成裸露于空氣中的水分蒸發，生產過程中工藝要求必須的蒸發過程，農作物葉片的蒸騰作用，土壤灌溉水的蒸發過程。前面已經提到，江河湖泊等地表徑流在空氣中的自然蒸發速度取決于水的溫度，表面積，陽光照射強度，水表面風速，大氣溫濕度。其中，太陽照射強度、水表面風速、大氣溫濕度在通常情況下是我們無法左右的參數，但是我們可以減少過程中的水暴露于陽光中的時間，我們還可以控制水的溫度（減少熱污染），降低水體表面積。
　　具體的做法包括，提高城市生活生產用水有組織排放的水準，讓所有的生活生產廢水進入排水管網；嚴格控制特種行業用水如洗車房（推廣或強制采用室內清洗裝置）、建筑混凝土養護用水的水源（引導其盡量使用雨水儲備）、夏季城市道路降溫噴灑水（增加綠化率，減少熱島效應）；在保證取水點最低可取水位的前提下，盡量加大取水速率（生產生活用水量，竟然是提倡用水），以降低水庫水位和表面積，使得主要的水量運轉于城市供水和有組織排放管網內，減少天然/人工水體的自然水蒸發量。
　　這里有個需要進一步解釋的問題，也是個非常有意思的問題——我們可以通過加大水廠自水源的取水速度以降低水庫或河流的表面積，從而能夠最大限度地減少水的自然蒸發量。我們知道，自然儲水構造都是呈上表面較大、下表面較小的鍋底狀，取水量的減少會使水位上升的同時增大上表面面積。在如下的數學模型中我們可以看出這種變化：
　　假設一個儲水水庫為倒圓錐形構造，其表面積和總儲水量的函數關系為：
　　其中，W為水庫的總儲水量；S為水庫的表面積，為水庫底側面相對于水平面的傾角。上式可以簡化為：
　　儲水量的平方和表面積的三次方成正比。W對S求導數，得：
　　上式子表示庫容隨表面積的變化率。
　　在枯水季，水庫表面積較小容量也較小，取水量稍有減少，反映在總庫容上的增量就會很顯著，從而庫表面積的增加也就較明顯了。所以，這個時候，去控制取水量，只會造成水資源過多地蒸發到大氣中。如果我們增加取水量（用水量），使得由水庫、供水管道和排水管道組成的整個循環水系統中的更大部分水量保持在城市有組織排放管網系統內，則可以顯著減少水資源的蒸發量，這樣就能夠做到真正的水資源節約。
　　2、阻斷或減少江河湖泊向海洋的下泄；
　　在不影響航運通行的前提下，阻斷本地區江河湖泊向海洋的下泄，對于沿海地區來說具有一定的可行性。比如可以在有條件時建造攔河大壩。但由于城市生產生活廢水一般情況下也要向這些天然水體中進行排放，那么水體的自凈能力就必須和污染物總量相適應。
　　如不設置大壩這樣的攔截措施，則江河湖泊中水資源向海洋的下泄速度將取決于動態的水位。
　　顯然，減少我們的取水量，無形中也變相提高了這些水體的水位，從而造成水資源向海洋的下泄流量增加。這和水體表面積增大造成水蒸發量加大的效果是契合的。所以，我們甚至不應該在這種情況下提倡減少我們的廚房用水。
　　3、防止水資源滲入地下徑流；
　　我們很難去堵住地下徑流向海洋下泄的過程，我們只能告訴人們注意不要將水無端排入非有組織排放管網之外。我們的管網系統還應該提高密封標準，避免水在管網內大量滲漏。我們的農村甚至也需要在有組織排放工作方面做更多的事情。
　　當然，所有的措施也不能違背大自然生態規律要求，比如不應在圓明園的湖底鋪設防滲層以防止水的滲漏。
　　4、防止水資源的污染；
　　水資源的污染是對有限量水資源最大的危害。我們似乎在提倡節約用水的時候，更加重視保護我們有限的水資源不受到嚴重污染。
　　水不被嚴重污染，我們生活生產用過的水就可以無限次地重復循環使用，這是目前來說最為有效的科學用水策略。
　　5、更多的方法
　　其實，我們在以上的分析過程中，還發現了一個節約水資源的有效方法。這就是改良我們的天然儲水構造。例如，如果我們主要的儲水構造都改造成圓柱體，上下的截面積都基本一致，那么，我們生產生活中減少的用水就有合適的儲存場所了。那個時候，本文開始所提出的口號才會變得有實際意義。
　　六、最后的話
　　電視上常常看到有人在推廣什么節水馬桶，節水型洗衣機等等，我在想，我們真的還沒有告訴人們如何才是科學的用水。
　　在一個很小的封閉村落，一個僅僅依靠村口那口水井過活的小村子，當然應該控制每家每戶實際的水使用量，因為那是一個水資源難以再生的系統。可是，我們的城市，身處一個龐大的人工天然混合中水處理系統之中，簡單地告訴人們不要過量使用水，而不去關注用水過程中的細節和科學性問題，節約用水這項國策將變得毫無意義。
　　