清華大學(xué)胡洪營(yíng)教授團(tuán)隊(duì)：黃河流域主要城市再生水利用狀況及潛力分析
來源：環(huán)境工程作者：郝姝然 陳卓等
研究背景
黃河是中華民族的母親河，黃河流域是華夏文明的發(fā)源地，也是我國(guó)重要的生態(tài)功能區(qū)及生態(tài)安全屏障，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及國(guó)土空間格局中具有重要的戰(zhàn)略地位。2021年10月8日，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》，該文件為黃河流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要依據(jù)�！毒V要》明確指出，加強(qiáng)黃河全流域水資源節(jié)約集約利用，優(yōu)化水資源配置格局；加強(qiáng)供水和節(jié)水配套設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)實(shí)施區(qū)域再生水試點(diǎn)及建筑中水回用技術(shù)普及。
目前，黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展受到廣泛關(guān)注，但由于流域涉及范圍廣，人口、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、資源等因素的差異導(dǎo)致區(qū)域間發(fā)展不均衡，仍面臨流域生態(tài)環(huán)境脆弱、水資源短缺等嚴(yán)峻問題。污水具有量大、質(zhì)穩(wěn)、就近可取等特點(diǎn)，其再生利用可有效緩解黃河流域水資源供需矛盾、水生態(tài)破壞及水環(huán)境污染等問題，對(duì)優(yōu)化該地區(qū)水資源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
本研究對(duì)黃河流域主要城市的水資源狀況、污水處理及再生水利用狀況、發(fā)展?jié)摿Φ冗M(jìn)行了系統(tǒng)分析，以期為推進(jìn)黃河流域污水資源化利用，促進(jìn)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供參考。
摘 要
本研究系統(tǒng)分析了黃河流域9個(gè)省(自治區(qū))及68個(gè)主要城市的水資源狀況、供水用水狀況、污水處理與再生利用狀況及再生水利用潛力。2020年，黃河流域68個(gè)主要城市再生水利用總量為18.1億m3，預(yù)計(jì)未來年利用量仍有22.0-25.9億m3的增長(zhǎng)空間。黃河流域不同城市再生水利用量和利用率存在明顯差異。上游11個(gè)城市的再生水利用率在25%以下；中下游20個(gè)城市的再生水利用率在30%以下，低于國(guó)家規(guī)劃目標(biāo)。對(duì)于上游蘭州、包頭等城市，中下游榆林、太原、濟(jì)源和泰安等城市，需進(jìn)一步加快推進(jìn)污水資源化利用，提高再生水利用率。今后需進(jìn)一步拓展再生水利用途徑，特別是提高工業(yè)利用水平，加強(qiáng)再生水配置利用規(guī)劃、再生水利用分類統(tǒng)計(jì)等工作。
01 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源
1.研究區(qū)域界定
黃河流經(jīng)青海省、四川省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)、陜西省、山西省、河南省和山東省等9個(gè)�。ㄗ灾螀^(qū)）是我國(guó)僅次于長(zhǎng)江的第二大河。
本研究以黃河干流、支流流經(jīng)縣所在的67個(gè)地級(jí)市（州、盟）和1個(gè)省直屬縣級(jí)市（濟(jì)源市）政府所在地的城市（本文稱“黃河流域主要城市”）為研究對(duì)象，具體名單見表1。水利部黃河委員會(huì)將黃河流域分為上游、中游和下游，自內(nèi)蒙古托克托縣河口鎮(zhèn)至河南滎陽市桃花峪為黃河中游，自桃花峪以下至入海口為黃河下游。綜合考慮到我國(guó)行政區(qū)劃現(xiàn)狀，本研究將青海省、四川省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)（涉及31個(gè)地級(jí)市）歸為上游，陜西省和山西�。ㄉ婕�19個(gè)地級(jí)市）歸為中游，河南省和山東�。ㄉ婕�18個(gè)地級(jí)市）歸為下游。
2.數(shù)據(jù)來源
本研究的范圍涉及黃河流域9個(gè)省(自治區(qū))及黃河流域的68個(gè)主要城市，主要數(shù)據(jù)來自《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》（2021）、《城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》（2020）及各省《水資源公報(bào)》（2020）等公開資料。不同資料來源的數(shù)據(jù)存在一定差異，表2列舉了本文所使用的各項(xiàng)數(shù)據(jù)來源及統(tǒng)計(jì)范圍。
02 黃河流域主要城市水資源狀況
1.水資源狀況
2020年黃河流域9�。ㄗ灾螀^(qū)）水資源總量及人均水資源（全省數(shù)據(jù)）如圖1所示。黃河流域水資源分布極為不均，整體來看，上游地區(qū)水資源相對(duì)豐富（除寧夏），中下游水資源十分短缺。2020年，全國(guó)水資源總量和人均水資源量分別為31605.2億m3和2239.8億m3，黃河流域9省（自治區(qū)）水資源總量為6,490.8億m3，占全國(guó)總量的20.5%。
在黃河流域9�。ㄗ灾螀^(qū)）中，四川水資源總量最高，為3,237.3億m3，但人均水資源量?jī)H為3871.9 m3/人；青海人均水資源量最高，為17,107.4 m3/人。水資源總量低于500億m3的省（自治區(qū)）有6個(gè)，從低到高分別為寧夏、山西、山東、甘肅、河南和山西，其對(duì)應(yīng)的水資源總量為11.0億m3、115.2億m3、375.3億m3、408.0億m3、408.6億m3和419.6億m3。人均水資源量低于國(guó)際上極度缺水標(biāo)準(zhǔn)（500 m3/人）的�。ㄗ灾螀^(qū)）有4個(gè)，從低到高分別為寧夏、山西、山東和河南，其對(duì)應(yīng)的水資源總量為153.0 m3/人、329.8 m3/人、370.3 m3/人和411.9 m3/人。
2.供水用水狀況
2020年黃河流域68個(gè)主要城市供水總量為675億m3，其中地表水為主要的供水水源，為434億m3，占總供水量的64.3%；地下水供水量為212億m3，占總供水量的31.4%；其他水源（包括再生水、集雨工程、海水淡化等）為29億m3，占總供水量的4.3%。
如圖2和3所示，位于青海、四川、甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古等省（自治區(qū)）的黃河流域絕大多數(shù)主要城市，其主要供水水源為地表水。位于河南和山東省的城市大部分依賴于地下水供水。鄭州、西安、濟(jì)寧、濟(jì)南和太原等城市其他水源亦占供水總量的較大比例。
用水量指分配給各類用戶的包括輸水損失在內(nèi)毛用水量，主要涉及農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水四個(gè)方面。2020年，黃河流域主要城市用水總量為675億m3，從用水結(jié)構(gòu)來看，農(nóng)業(yè)用水量最大，達(dá)432億m3，占黃河流域總用水量的64.0%。同期，生活用水、工業(yè)用水和生態(tài)用水用量分別為92億m3、80億m3和71億m3，占比依次為13.7%、11.8%和10.5%。
如圖4和5所示，由于水源類型、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r等的差異，不同城市用水量及用水結(jié)構(gòu)明顯不同。例如，西寧、蘭州、銀川、西安、太原、鄭州和濟(jì)南等省會(huì)城市生活用水占比明顯高于省內(nèi)其他城市。
03 黃河流域主要城市再生水利用狀況
1. 污水處理狀況
2020年，黃河流域主要城市污水處理總量為55.0億m3，污水處理率為98.1%，如圖6所示。西安、濟(jì)南、鄭州、太原和蘭州等省會(huì)城市污水排放總量較高；同時(shí)，省會(huì)城市綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力與技術(shù)水平較強(qiáng)，污水收集與處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)較為完善，污水處理率較高。具體而言，西安、濟(jì)南、鄭州、太原和蘭州等省會(huì)城市污水處理量分別為7.5億m3、4.7億m3、3.8億m3、3.7億m3和2.3億m3。
2.再生水生產(chǎn)能力
2020年黃河流域主要城市再生水生產(chǎn)能力如圖7所示。68個(gè)主要城市的再生水生產(chǎn)能力總和為1099.2萬m3/d（約40.1億m3/a）。其中，西安、太原、鄭州、呼和浩特、洛陽和濟(jì)南市再生水生產(chǎn)能力位列前六，分別為171.5萬m3/d、127.0萬m3/d、64.0萬m3/d、52.0萬m3/d、52.0萬m3/d和50.3萬m3/d。值得注意的是，2020年黃河流域68個(gè)主要城市的總再生水利用量為18,1億m3，僅為再生水生產(chǎn)能力的45.1%，說明大部分城市再生水生產(chǎn)設(shè)施尚未滿負(fù)荷運(yùn)行，仍有較大的發(fā)展提升空間。
3.再生水利用量和利用率
黃河流域68個(gè)主要城市中，鄭州、西安和濟(jì)南市再生利用量最高，分別為2.3億m3、2.0億m3和1.6億m3。根據(jù)《城市污水再生利用 分類》（GB/T18919-2002）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，再生水利用途徑分類包括農(nóng)、林、牧、漁業(yè)用水、城市雜用水、工業(yè)用水、景觀環(huán)境用水和補(bǔ)充水源水等，但目前還缺乏相關(guān)利用途徑的再生水利用量數(shù)據(jù)。
根據(jù)住建部《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》（發(fā)改環(huán)資〔2021〕827號(hào)；2021年6月），到2025年，全國(guó)地級(jí)及以上缺水城市再生水利用率目標(biāo)達(dá)到25%以上，京津冀地區(qū)達(dá)到35%以上，黃河流域中下游地級(jí)及以上缺水城市力爭(zhēng)達(dá)到30%。
2020年，黃河流域68個(gè)主要城市再生水利用率和歸類情況如圖8和表3所示。其中，56個(gè)城市有再生水利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，12個(gè)城市統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺失。17個(gè)城市再生水利用率超過35%；39個(gè)城市的再生水利用率在35%以下，占有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)城市總數(shù)的69.6%。34個(gè)城市的再生水利用率在30%以下，25個(gè)城市的再生水利用率在25%以下，分別占有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)城市總數(shù)的60.7%和44.6%。此外，10個(gè)城市再生水利用率低于15%，其中，商洛、呂梁、榆林等城市再生水利用率僅為1.5%、1.6%和3.6%。
（注：序號(hào)對(duì)應(yīng)城市見表1。青海省海北藏族自治州、黃南藏族自治州、海南藏族自治州、果洛藏族自治州、玉樹藏族自治州，四川省阿壩藏族自治州、甘孜藏族自治州，甘肅省天水市、臨夏回族自治州，內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟，河南省安陽市、三門峽市2020年再生水利用率數(shù)據(jù)缺失。數(shù)據(jù)來源：城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部；2020。25%為2025年全國(guó)地級(jí)及以上缺水城市再生水利用率目標(biāo)，80%為目前以色列等發(fā)達(dá)國(guó)家再生水利用率情況。）
4.上中下游再生利用狀況
黃河流域68個(gè)主要城市再生水利用量和利用率如圖9所示，位于上中下游不同區(qū)域的城市以不同顏色進(jìn)行區(qū)分。
2021年8月，國(guó)家發(fā)展改革委和住建部出臺(tái)的《“十四五”黃河流域城鎮(zhèn)污水垃圾處理實(shí)施方案》（發(fā)改環(huán)資〔2021〕1205 號(hào)）中強(qiáng)調(diào)加快推進(jìn)污水資源化利用，明確提出，到2025年，上游地級(jí)及以上缺水城市再生水利用率達(dá)到25%以上，中下游力爭(zhēng)達(dá)到30%。
黃河上游地區(qū)再生水利用發(fā)展不均衡，部分省市（包括10座主要城市）尚無再生水利用數(shù)據(jù)，11個(gè)城市的再生水利用率在25%以下，其中，西寧、蘭州、白銀、平?jīng)�、定西、甘南和烏海等城市再生水利用率低�?5%。甘肅省省會(huì)蘭州市位于黃河上游，是典型的資源性、政策性缺水城市，其2020年再生水利用量為830萬m3，再生利用率僅為3.6%。為積極解決農(nóng)田灌溉和生態(tài)用水緊缺問題，蘭州市正積極建設(shè)西固污水廠、七里河安寧污水廠、鹽場(chǎng)生活污水廠和雁兒灣污水廠等污水再生利用工程。
黃河中下游地區(qū)主要城市人均水資源量普遍偏低，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高，再生水普及率高且利用量和利用率較高,一些城市的利用率仍然沒有達(dá)到相關(guān)規(guī)劃要求。其中，20個(gè)城市的再生水利用率在30%以下，榆林、商洛和呂梁等城市再生水利用率低于15%。
在2021年初國(guó)家發(fā)展改革委聯(lián)合九部門印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的指導(dǎo)意見》（發(fā)改環(huán)資〔2021〕13號(hào)）后，部分省市相繼出臺(tái)了地區(qū)性政策體系和實(shí)施方案，對(duì)加快推進(jìn)污水再生利用具有重要意義。例如，2021年7月，山西省開始實(shí)施《關(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的實(shí)施方案》（晉發(fā)改資環(huán)發(fā)〔2021〕247號(hào)），其中確定再生水免征水資源費(fèi)，并且提出到2025年，山西全省城市（含縣城）再生水利用率達(dá)到25%以上。在此目標(biāo)下，太原、大同、陽泉、晉城和晉中等城市仍需進(jìn)一步加強(qiáng)再生水利用，優(yōu)化水資源配置。
此外，近年來山東省政府亦大力推進(jìn)污水資源化利用，在2021年9月發(fā)布的《山東省“十四五”水利發(fā)展規(guī)劃》（魯政字〔2021〕157號(hào)）中明確提出，到2025年山東省城市再生利用率將達(dá)到50%，高于《“十四五”黃河流域城鎮(zhèn)污水垃圾處理實(shí)施方案》（發(fā)改環(huán)資〔2021〕1205號(hào)）中設(shè)定的30%目標(biāo)。在此目標(biāo)下，濟(jì)南、東營(yíng)、泰安和濱州等主要城市再生水利用率仍有一定提升空間。
總體來看，黃河流域不同城市的再生水利用量和利用率存在明顯差異。這不僅與該地區(qū)再生水廠和管線敷設(shè)的投資力度和建設(shè)規(guī)模有關(guān)，更與該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、淡水資源賦存量、水資源短缺程度、用水量、人口規(guī)模以及政策法規(guī)等密切相關(guān)。可從中選取關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過回歸分析模型等方法，評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)該地區(qū)再生水未來發(fā)展?jié)摿�。�?duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r良好、水資源短缺形勢(shì)嚴(yán)峻但目前再生水利用率仍然較低的城市，如上游蘭州、包頭等城市，中下游榆林、太原、濟(jì)源和泰安等城市，可通過給予該地區(qū)再生水行業(yè)充分關(guān)注及政策指導(dǎo)、制定合理發(fā)展規(guī)劃、設(shè)立相關(guān)技術(shù)指導(dǎo)以及加大資本投資力度等方式進(jìn)一步加快推進(jìn)污水資源化利用，提高再生水利用率。
（注：序號(hào)對(duì)應(yīng)城市見表1。青海省海北藏族自治州、黃南藏族自治州、海南藏族自治州、果洛藏族自治州、玉樹藏族自治州，四川省阿壩藏族自治州、甘孜藏族自治州，甘肅省天水市、臨夏回族自治州，內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟，河南省安陽市、三門峽市2020年再生水利用量、再生水利用率數(shù)據(jù)缺失，圖中未標(biāo)出；據(jù)《“十四五”黃河流域城鎮(zhèn)污水垃圾處理實(shí)施方案》,到2025年目標(biāo)，上游地級(jí)及以上缺水城市再生水利用率達(dá)到25%以上，中下游力爭(zhēng)達(dá)到30%，紅色虛線標(biāo)出。數(shù)據(jù)來源：城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2020）。
04 黃河流域再生水利用潛力分析
2021年8月，國(guó)家發(fā)展改革委、住建部印發(fā)的《“十四五”黃河流域城鎮(zhèn)污水垃圾處理實(shí)施方案》（發(fā)改環(huán)資〔2021〕1205號(hào)）中明確了黃河流域污水再生利用的發(fā)展目標(biāo)和重要任務(wù)。“十四五”期間，黃河流域新建、改建和擴(kuò)建再生水生產(chǎn)能力約300萬m3/d。因此，“十四五”期間和未來15年，將是黃河流域再生水利用的快速發(fā)展期。
目前黃河流域主要城市再生水生產(chǎn)能力已達(dá)1,099.2萬m3/d（40.1億m3/a），但再生水的實(shí)際利用量?jī)H為18.1億m3/a，僅為再生水生產(chǎn)能力的45.1%。黃河流域主要城市的再生水利用潛力分析如表4所示。按照目前的再生水處理能力，若再生水處理設(shè)施滿負(fù)荷運(yùn)行且生產(chǎn)的再生水全部利用，則黃河流域主要城市的再生水利用率可以提高至72.9%，比目前再生水實(shí)際利用量增加22.0億m3。
按照目前的污水處理總量，若黃河流域主要城市再生水利用率達(dá)到80%（參考國(guó)際先進(jìn)水平，以色列現(xiàn)狀），未來的再生水利用量有望超過44.0億m3/a，與目前的再生水利用量相比，仍有25.9億m3的增長(zhǎng)空間；若黃河流域主要城市再生水利用率達(dá)到65%（參考國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，北京市現(xiàn)狀），未來的再生水利用量有望超過35.8億m3/a，與目前的再生水利用量相比，仍有17.7億m3的增長(zhǎng)空間，再生水利用量和利用途徑拓展?jié)摿薮蟆?/p>
目前，黃河流域主要城市工業(yè)用水用量為80億m3。將再生水作為工業(yè)用水重要水源，進(jìn)一步擴(kuò)大再生水工業(yè)利用量，可有效減少企業(yè)新水取用量和污水外排量，支撐黃河流域工業(yè)高質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展。
05 結(jié)論與建議
本研究系統(tǒng)分析了黃河流域9個(gè)省（自治區(qū)）及68個(gè)主要城市的水資源狀況、供水用水狀況、污水處理與再生利用狀況，主要結(jié)論與發(fā)展建議如下：
1）黃河流域水資源分布不均，人均水資源量除上游青海、四川、內(nèi)蒙古、甘肅�。ㄗ灾螀^(qū)）及中游陜西省外，其他地區(qū)人均水資源量均低于500m3/人，屬極度缺水，地表水為主要供水水源。用水方面，工業(yè)用水量為80億m3。進(jìn)一步推進(jìn)污水資源化利用，擴(kuò)大再生水的利用量，可有效減少高耗水工業(yè)行業(yè)的新水取用量。建議進(jìn)一步拓展再生水利用途徑，特別是再生水工業(yè)利用途徑，提高再生水利用效益。
2）2020年，黃河流域68個(gè)主要城市再生水利用總量為18.1億m3，預(yù)計(jì)未來仍有22.0-25.9億m3的增長(zhǎng)空間。上游11個(gè)城市的再生水利用率在25%以下；中下游20個(gè)城市的再生水利用率在30%以下，均低于國(guó)家有關(guān)規(guī)劃要求。對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r良好、水資源短缺形勢(shì)嚴(yán)峻但目前再生水利用率仍然較低的城市，如上游蘭州、包頭等城市、中下游榆林、太原、濟(jì)源和泰安等城市，需進(jìn)一步加快推進(jìn)污水資源化利用，提高再生水利用率，以期盡早實(shí)現(xiàn)“十四五”發(fā)展目標(biāo)。
3）黃河流域主要城市的再生水利用途徑涉及景觀環(huán)境利用、工業(yè)利用、城市雜用、農(nóng)林牧漁業(yè)利用和補(bǔ)充水源水等方面，但不同利用途徑的再生水利用量數(shù)據(jù)尚不明確。同時(shí)，仍有12個(gè)城市存在再生水利用相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺失。不同用途對(duì)再生水水質(zhì)的要求顯著不同，不同水源、不同處理工藝的再生水水質(zhì)也存在很大差異�！端赜脤�(dǎo)則 再生水分級(jí)》（GB/T 41018-2021）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)再生水處理工藝和再生水水質(zhì)，將再生水分為A、B和C三個(gè)級(jí)別�？梢罁�(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步加強(qiáng)黃河流域主要城市再生水分類配置和再生水利用分類統(tǒng)計(jì)等工作，以提高再生水利用效益。
