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中国水情分析研究报告2001年第4期（总第39期）水规总院水利规划与战略研究中心 2001年2月20日水与日益增长的人口发展中国家的供水和地下水问题作者：奥托J赫尔威格（美国达克他州立大学）翻译：张改 高级翻译（水利部水利水电规划设计总院）概要： 大多数发展中国家的人口增长与城市发展不平衡。这个问题给负担已经很沉重的供水和污水处理基础设施预算带来了很大的压力。不仅如此，可供开发利用的水源已很少甚至没有，因此就更不用说改善农村供水了。问题更大的是，虽然已经投入了经费对这些问题进行研究，但事实上这些研究成果却从未实施过，而已建的工程也没有完全达到工程目标。本文对这些问题及地下水方面的问题进行了探讨，并提出未来解决这些问题的建议与方法。主题词：供水 水质 基础 发展中国家 地下水 后评价一、概述1.城市统计状况 发展中国家对其城市的人口爆炸情况已有官方记述，不仅如此，在所有发达国家和发展中国家，城市增长的速度已经远远超出了总人口的增长。图1是过去300年来世界人口的增长情况（Primedia References 1998），表1则是几个选定国家的城市人口增长百分数。但是，城市人口增长不只局限于发展中国家，只是发达国家城市化水平与发展中国家相比相对稳定一些。另外有一点很明显，即在许多国家，城区人口比率要比农村大得多（联合国，1997年）。 城市的扩张使城市环境方面的基础设施，特别是供水和污水处理设施面临着很大的压力。联合国的“水十年”计划试图明确这些问题，但并没有取得预期的结果。也许最重要的成果只是让一般公众注意到了水的这些问题（这里我们使用公众这个词的复数是要表明他们并不是哪一特殊类型的群体，而是包括有不同利益的各种集团）。 不仅水量，而且水质也是城市环境中的一个问题。尽管联合国的“水十年”计划使这些问题有了明显的改善，但世界范围内导致死亡人数最多的十大危险因素中，水量不足和水质条件差仍位居第三位。在发展中国家，由于水污染而引起的痢疾或腹泻，也在死亡原因中位列第三位（世界卫生组织，1999年）。 在有些城市地区，一般只能用一条输水管给居民区或贫民区供水，更不用说将水送入每一户。虽然在大城市可能进行一些水处理工作，但如果输水管道被人类或其它生物废物包围的话，那末病源体也会有机会进入处理厂下游的输水系统中。2.农村统计状况 农村地区供水问题相对要简单得多，但其重要性并不稍逊。各村庄恶劣的供水状况，使部分人口移居城市。尽管这些人的饮水卫生条件需要提高，但遗憾的是这方面的需要往往因人文和经济方面的原因而被忽视。从经济的角度看，城市地区供水工程的效益较大，因为一定的投资可使更多的人得到供水服务。此外，有些发展中国家对农村居民有一种文化上的偏见，往往将他们看做二等公民。二、发展中国家的地下水开发1.农村供水问题 对于不发达国家来说，尽管不同人口分布地区水资源的详细资料难以得到，但在某种程度上，发达国家的资料对其有一定的借鉴意见。如在美国，几乎所有的农村供水均来自地下水（Pezesk等人，1994）。很显然，对于任何不靠近河流的村庄，浅层人工井是最普通的水源。表1 城市人口百分数 _国家 1990年城市人口百分数 1995年城市人口百分数 巴西 74.7 78.4中国 26.1 30.1 埃及 43.9 44.6 伊拉克 71.8 74.5 约旦 68.0 71.4 墨西哥 72.5 73.4 苏丹 26.6 31.4 _到目前为止，人工井存在的最普遍问题是病源体污染物。这些病源体有些直接来自地表水源，有些则间接来自于人或动物的废弃物。这些废弃物从“室外”渗入含水层，污染着动物集中的地方或地区。将这些井盖上并安装手工泵，将比作一个地下水研究以决定水流方向，并保证人畜废弃物在这些浅层井的下游要简单得多。尽管在某些农村地区已做了一些这方面的工作，但供水并同时保护地下水水源的村庄仍然非常少。 除水质方面的困难外，水量问题在干旱和半干旱国家也特别严重。例如，在非洲干旱地区，一些村民不得不步行到数里之外取水。有些地方干旱导致水位下降过多，以致于手工拓深现有水井难以实行。在另外一些地区，地表水源已经干枯，水位之低可能只有钻井机才能达到。由于地方及国家资金缺乏，实际上不会考虑打深井。2.城市供水问题 除了前面提到的关于水质方面的担心外，城市地区的供水还有其它三方面的问题。首先，水源是有限的；其次，由于资金有限，输水网络和水处理设施方面日益增长的开支是难以实现的；最后，效率不高的输水系统可能浪费所输水量的50%。 墨西哥城就是一个供水十分紧张的例子。那里地下水的过度开采正产生着严重的结构性后果。过度开采引起地面大幅度下沉，同时引起对未来的担心。沙特阿拉伯正在发生同样的问题。那里，深层含水层的水已经耗尽，现已开始研究从波斯湾盐水淡化厂进口淡水。 对地下水和城市地区日益增长的需水等方面有几个重要的考虑。首先在发达国家受到高度重视的“可持续生产”的思想在发展中国家却需要作为水政策的一部分（因为重视不够）。由于地球资源有限，人们已越来越强烈地认识到恶劣的环境要求工程师设计出无限期可持续利用的系统。 “安全产出”的思想形诸纸面已有几十年了，但是安全产出的定义本身从未设想这种未来是无限期的，虽然一些工程师们认为它应该如此。如今，可持续发展的概念很明确。当然这主要指可再生资源，因此作为一个例子，含水层需要采用这种可持续管理的方式进行控制，使它成为可以永久使用的水源。另外一个例子是农业用地，这也需要用无限未来的观点来进行管理。如果放任土壤被冲蚀，那么很明显，农业产量将要下降，甚至将来农业生产可能被迫中止。 当人们在忍受饥饿，或者水对于维持生命非常重要时，要让他们接受一个长期的观点是很难的；然而，如果这种想法现在得不到实施的话，那么，以后实施起来只会变得更加困难。如果地下水被过量开采或被污染的话，那么不论目前的行动看起来如何困难，也应尽早采取行动。 井口必须得到保护，通过的水法应对可持续生产方式予以支持。更重要的是，应设立一些机构或给予已有机构适当的权力，以使这些政策和法律得以实施。当然这些机构需要有一定的调控权，以控制新井的开挖和调控已有水井的抽水情况。对供水分配进行限制可能是控制日益膨胀的城市人口的一个有效方法，美国已有几个城市采取与限制性用水挂钩的方法来限制这些城市的人口。当然，这样的方式在发展中国家是否可行还是个问号。图1 世界人口增长需要实施的第二步行动是地下水资源的涵养与恢复。利用含水层作为地下水库在许多地区都证明是成功的。地表含水层只需用喷洒或其他非动力方式进行人工回灌即可。虽然对于人工回灌已有了较多的经验，但在世界上的很多地方，这种技术也仅仅处于开始使用阶段。三、发展中国家水利工程的教训1.不恰当的技术 这方面的问题主要是发展中国家从发达国家引进技术，却往往没有受过培训的人员对相应的仪器设备进行维护。拥有最新的技术是非常诱人的，特别是当负责此项目的地方政府官员在发达国家接受培训并看到了运用最新技术的工作情况时希望自己的国家能有最好的东西也是非常自然的。然而，需要多少技术方面的准备来支持并维护这种最新的技术装备却往往并不清楚。 一种情况是，一座综合泵站购买并安装了自动控制设备SCADA系统已经发货，但没有任何培训内容作为合同的一部分。发现问题之后，又没有培训的预算经费，所以该系统搁置数年尚未投入使用。当得到资金来培训操作人员，而又没有人来维护系统。一般的程式是使用泵和其他设备直至损坏，然后用新泵来置换。当然，这是低效地利用资金，且没有技术人员来支持供水系统而带来的结果。已经有许多书面的关于“适当的技术”，意思是由有能力的当地人来操作设备并进行维护工作。作者虽然与城市供水没有直接联系，但却在从事一项与之相关的应用工程。该工程中，有限的地表供水由于地下水系统的联合运用而增加。尽管有一份很不错的土工技术报告，第一座并且是最重要的井却不能产出所需的水。即：该井每秒抽水只有9.5l/ps，而不是计划的20l/ps。在伊朗，仍然在进行暗渠施工，这种思想来自古暗渠技术与现代钻井方法的结合。暗渠是古代世界令人鼓舞的技术上成功的故事之一。简单地讲，暗渠是一些在微微倾斜的人工开挖的渠道上人工开挖的井。开始是挖“井”，通常是在一块横切潜水面的冲积扇面上进行人工开挖。因为几乎水平的渠道坡度比地下水面坡度要小，因此，这种灌溉工程能够将水输送数百米直到村庄或半干旱地区（见图2）。图2 典型的暗渠施工 廊道式井是直径大的浅井。在这些井里应用了直径小的滤筛（见图3）。很明显，这对于普通钻井深度的井是做不到的。 这种设计思想是使开挖暗渠的人沿深井手工开挖一垂直井。而该井正在抽水并降低含水层水位。当达到动态水位时，暗渠开挖工人开始挖一条尽可能长的水平洞。这条洞的运动状态与集水井中使用的水平幕相似（见图4）。抽水井提供了一个人工的斜坡通往地下水潜水面，于是象暗渠的隧洞即可运行。图3 典型的集水井施工图4 混合式井示意图 混合式井是成功的：抽水量从9.5lps 增加到19.9lps。这是利用当地技术输水的一个范例（Helweg,1973）。 非常有趣的是，第二个要举的例子来自美国。一些半干旱地区电力不足且需要水。许多发展中国家就位于这样的地区，所以，任何半干旱环境中研究出来的技术大概可以相互借鉴。 半干旱地区的特点是降水较集中并且变化非常大，即有降水，但来水的时间或地点却不够理想。许多供水工程的目的就是调节来水的时间和地点。地上水库是蓄水的传统方式，以便在某些地区需水时，将水输送到这些地区。 由于渗漏和蒸发而损失过量的蓄水是小型水库所面临的问题。实际上，对于降低大型水库的蒸发量也已进行了大量的研究，但是均不成功。 虽然通过水库衬砌塑料膜的方法可解决渗漏问题，但是控制蒸发仍然是个难题。科罗拉多州立大学正在进行的有关灌溉的研究表明仅一英寸的砾石覆盖物就几乎解决了土壤的蒸发问题。但遗憾的是砾石不会漂浮。对于衬塑水库在多孔泄水管上均匀填筑一层沙之后再将砾石层置于沙的顶部，这虽然看起来帮助不大，但实际上有30%以上空隙率的填沙水库仍具有很大的蓄水功能（见图5）(Helweg 和Smith, 1978)。 这种“人工蓄水层”的一个有益的副作用是进入水管的水通常是可饮用的，因为沙过滤了病源体，甚至某些病毒。世界上已经修建了许多这类人工蓄水层。这些蓄水层需要保护，例如，不允许在水库水面附近种植植物和靠近砾石层的地方饲养牲畜等等。2.建议采取的措施 首先，来自发达国家的工程师（确切地说是任何在不同文化中工作的工程师）需要在人文方面进行培训。如果只需读一本书的话，大概豪尔（Hall，1959）的“沉默语言”仍是最好的。最近，世界上几乎每一个主要文化的人种史都已成书。这些都可以从美国外交部或国务院得到。有了这种文化敏感性，在其他文化中工作的工程师们就能够较好地判断依靠谁来得到资料和建议。在任何恰当的时机，合同书都应指导规划人员寻找当地的技术并整合到他们的规划中，并确保最终的实施计划在可见的未来切实可行。 发展中国家的工程师和技术人员的另一个需要是在管理稀缺资源和适应他们文化的新技术方法方面接受更多的培训。政治和社会方面领导艺术的培训是另一个需要，这即包括发达国家的工程师，也包括发展中国家的工程师。通常工程师最有资格去做技术方面的决策，但很多时候，这些决定必须通过政府机构来做。如果工程师不处于权威地位，他们的投入可能得不到必要的关注。 最后，技术转让常常是在发展中国家之间进行而不是从发达国家向发展中国家转让。网络资源是进行这样转让的一个相当有效的方式。“国际水利”在此方面处于领导地位（见1999年12月刊），但是工作的范围需要继续扩大。3.高效运行的效益 在大多数发展中国家，资金紧张是一个主要问题。随着供水设计方面较新的优化方法的进展，输水系统的效率可以大大增加。例如，工程师可以优化设计一个地下水系统（井和泵），以节约顾客的宝贵资金（Helweg,1982;Helweg 和Jacob,1991）。另一个不用花钱的措施是通过泵和井开启的顺序进行城市供水优化运行(Helweg等,1991;Pezeshk,Helweg 和Oliver,1994;Pezeshk 和Helweg,1994)。再一个例子是印度农村供水使用的“水罐”，小水库优化建设等 (Helweg 和Sharma,1983)。这些例子的着眼点是提醒工程师，在发展中国家设计供水工程时，要不局限于发达国家的标准来考虑供水的实际情况。然而，像项目的工程设计一样重中之重的是政治、公共机构和人文学方面的考虑。推荐的行动 无论什么时候，合同的实施都要求采用非结构化的方法。当基础设施比较到位时，应优先进行结构规划以解决供水问题。应研究并弄清楚是否可以通过改进系统的运行来取得需要增加的供水。 基金组织需要抵制建设大型工程的政治压力，因为这些大型工程的主要目的是为某些政客和政党树碑立传的。当然，在某些情况下，这是没有多大用处的，特别是当该工程可能成为国家配水协议的一部分时。不过，修改一个现有的系统比建设一个新系统通常在费用方面更合算。 似乎有一个朝着私有化方向发展的世界性趋势。人们会看到这种趋势将为新的工程带来新的资金。事实已表明，在许多地方，私有化在经营中已经产生了较大的效益。这种趋势值得关注。4.公共机构分析问题 体制的重要性曾经提出过，但还需再加论述，并且应做一个适当的机构方面的分析（Helweg，1985）。例如在印度，非政府的农民组织比政府的农业机构有更大的影响力。如果设计工程师没有注意到这一点，则他/她虽然可能得到政府的支持，但如果得不到非政府机构的支持，那么这项工程成功的机会也是不大的。 要了解什么组织是一个工程所涉及到的，或可能会涉及到的，这与当地的人文环境密切相关（Helweg，1985）。记住工程将在这种特定文化中实施对该工程的长期成功是非常重要的。例如，伊朗的一个主要灌溉工程一直没有实施完毕，因为该工程只要求设计和建设一级渠道，而二级渠道和农田的输水系统从未完成，这是因为当地的文化没有灌溉的历史，也没有适当的机构来管理水的分配。灰尘中的花(Nair,1962)就是一本研究忽视文化而造成严重影响的书。一个印度失败工程的人文研究，表明了忽视该工程建设所在地的文化环境所引起的后果。图5 一个人工蓄水层方案推荐的行动 对于主要工程来讲，合同应该提供一个机构分析并有一个指导它的预算。利用现有机构比试图建立一个新的机构总是要好的多。在工程开始前，必须预料到机构之间的竞争并妥善解决。“争夺地盘”的战争既能导致工程不能实施，又能破坏工程完工后的运行。除非机构在运行和维护方面处于支持该工程的位置工程才可能成功。5.领导的问题 根据作者的经验，一个工程要取得成功，最主要的角色是负责工程实施的地方人员，这个人是绝对至关重要的。他（在发展中国家里几乎总是“他”）必须有政治上的联系。有了这种联系，就可以得到必要的许可，同时处理官僚间繁杂的公事程序也变得容易了。因此必须向他证明这项工程是重要的，并且他也必须是工程项目中的持股人。亦即：他需要作为规划和设计程序的一部分。他进入到该工程越早，项目就会进行得越好。推荐的行动 在一项工程进行招标之前，咨询人员应把当地的关键人物记在脑子里，尽可能快地将此人安置好。合同中的语言应有足够的灵活性以允许工程公司去影响业主并指明这个“合适的关键人物”。当然，这必须根据对当地官僚机构的分析和人文经验来寻找这样一个政治角色。很难说要多少步骤才能找到这样的一个人，但项目经理至少应有这方面的安排。6.不履行计划的问题 如上所述，不仅发展中国家，世界上每一个国家，都可能因支出的原因而推迟即定计划的实施，结果是这些计划有可能永远不会实施了。不能实施的理由各种各样，对于某些工程而言，有可能是规划过程的需要或环境发生了变化；另一些工程则可能是失去了政治上的支持。但大多数工程是因为规划程序没有很好地计划或得到正确地执行。 大多数合同要求工程公司完成规划研究，然后设计文件交由施工公司来竞标。即使工程公司和合同要求有施工阶段的监理，但规划设计人员与承包商之间的配合仍可能存在问题。如果工程的实施难以令人满意，法律诉讼和其它问题就会接踵而来。推荐的行动 在规划者/设计者/承包商的问题中变化最快的是“设计建设”思想。有了这种思想，其中一方可对整个工程从规划、设计直至施工负责。这样一来，谁有责任是没有问题的。这看起来是发展中国家的一个很吸引人的模式。事实上，进行运行和维护方面的培训也正在成为原始合同的一部分。7.后评价问题 在发展中国家，工程最紧迫的问题是缺少工程后评价。很少做后评价有2个原因。首先是业主不想支付额外的费用，甚至认为后评价不应包括在项目资金里。第二个原因是，就其含义来讲，后评价通常需用工程完成之后数年才进行（Helweg，1985）。随着时间的推后，管理人员也变了，原来对研究的激励也可能就没有了。 后评价将原始规划文件与产生的结果，工程的目标和预测的结果相比较。数据资料收集充分吗？为什么预测是不精确的？工程是像设计那样进行的吗？如果不是，为什么？清楚地回