天津市南水北调与海水淡化的互补关系研究.doc

天津市南水北调与海水淡化的互补关系研究 摘要：天津是多水源供水的城市，南水北调水、海水淡化水和其他水源并存。对南水北调和海水淡化两种水源的供水量、水质、供水范围、供水成本、对生态环境的影响以及各自存在的问题等多个方面进行了对比分析，明确南水北调水是天津市不可或缺的重要水源，海水淡化水是天津市必要的补充水源和战略备用水源。本文还提出了解决存在问题的相关措施，充分发挥两种水源各自的优势，共同为天津经济社会发展提供水资源保障。 关键词：南水北调； 海水淡化； 对比分析；互补关系 中图分类号：P747文献标志码：A文章编号： 1672-1683（2015）001-0127-03 Relationship of South-to-North Water Diversion and desalination in Tianjin ZHOU Chao-hong，ZHU Jin-liang，HAN Xu，ZHANG Kai （Tianjin Academy of Water Resources，Tianjin 300061，China） Abstract：In the coming few years，two new water sources，the water from Hanjiang River，which is known as the South-to-North water diversion project（South-North water），and the desalinated sea water，will be used to supply water to Tianjin.In this paper we compared the difference between the two water sources in the fields of the available water quantity，water quality，the water supply range，the cost，the impaction to the eco-system as well as the problems each water source has to face，and got the conclusion that the South-North water is indispensable to Tianjin，while the desalinated sea water can be a very necessary and reliable supplementary，especially in the emergency condition.In this paper we also gave out the measures that how to use the two water sources wisely according to their own advantages. Key words：South-to-North water diversion；Desalination；Comparative analysis；Complementary relationship 天津濒临渤海，是我国北方的经济中心和港口城市，经济发展方式以工业和服务业为主。同时天津又是水资源极度缺乏的城市，人均年水资源量只有160 m3，城市生活、生产用水主要为引滦入津、引黄济津和即将通水的南水北调等外调水源为主，农业和生态用水基本没有保障。 近年来，天津利用毗邻渤海的地理优势，发展海水淡化产业建设海水淡化工程。天津已拥有北疆电厂海水淡化厂和大港新泉海水淡化厂两个全国规模最大的海水淡化厂，总体海水淡化产能居全国第一。 由于天津海水淡化产业的快速发展，有学者认为天津不需要南水北调水，完全可由海水淡化水替代，其理由是（1）南水北调工程是建立在“南涝北旱”的传统水文认知理念基础上的，现在由于气候变迁和其他人为因素影响，这一水资源分布局面已经被打破，南方旱灾发生频率提高，未来有没有足够的水量可调是个问题。海水淡化则是“不淹地、不移民、不争水、不受气候影响”的水资源增量措施。（2）随着科学技术的发展，海水淡化水的制水成本会下降，价格竞争力会有所增强。（3）南水北调工程为跨流域调水，可能对区域水生态环境产生影响；也有学者认为海水淡化不能替代南水北调，其理由是：（1）丰水年、枯水年都是自然现象，对这一问题，南水北调项目论证时就进行了详细研究，不会出现无水可供现象；（2）渤海湾污染严重，淡化成本高，同时淡化水是能源换水源的过程，耗能高则淡化水价格高；（3）淡化水为纯净水，缺乏矿物质和微量元素，长期饮用对人体健康的影响尚未确定1。为此本文开展了天津市南水北调与海水淡化之间的对比分析研究。 1天津市供水现状及未来需求 1.1天津市现状供水量及供水水源 天津是个多水源供水的城市，2012年城市供水9146 8亿m3，其中外调水7419 5亿m3，地下水0266 7亿m3，深度处理的再生水0114 0亿m3，海水淡化水0262 1亿m32。天津市城市供水水源主要为外调水。 1.2天津市城市供水存在的主要问题 （1）资源型缺水极为严重，城市供水主要依赖引滦水源。由于潘家口水库来水逐年衰减，水质下降，使得天津市供水“依赖性、单一性、脆弱性”的特点日益突出，2000年以来，已连续数次实施引黄济津应急调水。 （2）非常规水利用力度不够，再生水利用和海水淡化利用存在一些问题，利用水量很少。 （3）现状水厂布局与天津城市空间发展战略不相适应。由于主城区工业东移及滨海新区的快速发展，主城区水厂供水能力过剩，滨海新区用水需求增加较快，现有滨海新区水厂能力远不能满足今后发展要求。 2南水北调对天津的意义 2.1天津南水北调工程简介 南水北调中线天津干线全线采用箱涵输水，可以有效保护水质，减少输水损失。南水北调市内配套工程有泵站及配套管网工程等，新建、扩建调蓄水库，新建、扩建自来水厂，新建预处理设施等，供水工程比较完善，供水覆盖面广3。 2.2南水北调在天津多水源供水中的作用 据有关文献分析4，丹江口水库多年平均可调水量120140亿m3，95%干旱年份可调水量为62亿m3。根据南水北调工程总体规划，中线一期到达天津市的多年平均水量为86亿m3。由于南水北调水量充足，水质好，将成为未来天津城市主要供水水源之一。 天津市主城区和滨海新区是天津市经济发展重点地区，引滦水和南水北调中线两水源都可向该区域供水，共同保障城市供水安全。天津滨海新区许多工业企业正处于建设中，还没有正式投入生产，当企业都投入生产，用水量会大增。根据天津市城市供水规划2011-20205预测，2015年天津城市需水1867亿m3，天津将面临极度缺水的局面。南水北调中线工程通水后，可以大大缓解天津水资源短缺局面，2015年天津城市用水不再缺水，但随着经济社会的发展，到2020年天津城市用水仍有部分缺口，需要发展非常规水源（包括再生水、淡化水和雨洪水等）来解决。 3海水淡化对天津市的意义 3.1天津海水淡化能力 天津是我国较早发展海水淡化与综合利用的地区之一，淡化水产能位居全国第一。截止到2014年6月，天津市淡化海水的产能已达到316万m3/d，包括北疆电厂海水淡化厂20万m3/d、大港新泉海水淡化厂10万m3/d、大港电厂海水淡化厂06万m3/d和泰达新水源海水淡化厂1万m3/d，上述四座淡化水厂均位于滨海新区。其中北疆电厂海水淡化厂是我国第一批循环经济试点工程，采用“发电-海水淡化-浓海水制盐-土地节约整理-废物资源化再利用模式”6，形成完整的循环经济链，充分利用电厂余热生产淡化水，大大节省了淡化水的成本；大港新泉海水淡化厂采用双膜技术，能源是电能，主要供水对象为工业项目，用水户比较稳定，运行情况良好，自2010年正式投产以来每日供水量为78万m3；大港电厂海水淡化厂能源是大港电厂发电的余热。该项目海水淡化水不仅满足机组发电用水，还开发了纯净水、矿化水等系列产品；泰达新水源海水淡化厂采用低温多效工艺，出水主要满足泰达五号热源厂二期锅炉补充水需求。 3.2海水淡化在天津多水源供水格局中的作用 海水淡化采用高科技手段，为天津市增加了新的淡水水源。天津经济发展中工业占了一大部分，其中的用水量大的企业集中在滨海新区沿海区域，这个区域是南水北调供水的最远端，输水成本较高。另外自来水不能满足区域工业高端用水的需求，需要进行再处理，而海水淡化水几乎为纯净水，适用于部分高端用水行业。海水淡化水作为天津滨海新区重要的补充水源和战略备用水源，对增加天津市水资源总量、改善水资源结构、提高水资源安全保障率有重要意义。天津滨海新区发展海水淡化有三个优势：（1）滨海新区位于渤海湾，有153 km的海岸线，有丰富的海水资源；（2）滨海新区乃至整个环渤海区域水资源严重短缺，经济的迅速发展对水资源的需求日益增大；（3）海水淡化技术在全国处于领先地位，技术力量雄厚。 根据天津市水资源综合规划（2008）7和天津市城市供水规划（2011-2020）5的预测和安排，海水淡化水是天津市水资源供应中的组成部分，作为常规水资源的供水补充。北疆电厂海水淡化水厂和泰达新水源海水淡化厂的海水淡化水主要供水范围为滨海新区北部和中部；大港新泉海水淡化厂主要为南部石化生态片区的工业企业供水，大港电厂海水淡化厂的淡化水为企业自用。天津地势西北高、东南低，淡化水厂均建设在地势较低的沿海地区，淡化水如果要供应市区，需要修建专门的管道和多级加压泵站，投资巨大，运行费用高，因此采用就近供水的方式。 4天津市南水北调与海水淡化比较 南水北调和海水淡化各有优势，互为补充，以下对两种水的水源、水量和供水范围等多个方面进行对比分析见表1。 表1天津市南水北调与海水淡化比较 比较内容南水北调海水淡化 水源丹江口水库水渤海湾海水 源水水质地表水、类海水劣类 处理技术长距离输水加预处理低温多效或反渗透等淡化技术 处理后水质地表水、类纯净水 年均供水量8.6亿m31.19亿m3 供水范围主城区和滨海新区的大部分滨海新区沿海岸线部分 供水稳定性基本稳定，个别时间存在供水不足的风险基本稳定， 可人为控制 对环境的影响移民、征地、调水量大，对库区及汉江下游有影响能耗高、取用海水及浓盐水排放对海洋环境有影响 成本一次性投资巨大，吨水输运成本小建厂投资较大，吨水淡化成本高 建设周期建设周期长建设周期短、见效快 供水方式集中供水，长距离供水，基本可以自流各淡化厂分散供水，就近供水 根据以上比较，南水北调和海水淡化各有优势和缺点， （1）水量及供水范围比较。南水北调水量大，海水淡化水量较小。主城区和滨海新区是天津经济发展的主要区域，南水北调及引滦双水源供水范围同时覆盖主城区和滨海新区大部分区域，海水淡化水就近供应滨海新区沿海区域。从水量和供水范围来看，南水北调更有利于解决天津缺水问题，是天津市供水水源不可缺少的组成部分，海水淡化是天津市必要的补充水源和战略储备水源。 （2）对环境的影响。南水北调天津干线采用箱涵输水，市内配套工程采用箱涵和管道，均埋在地下，施工期对地表植被和建筑物有影响，施工结束后可以恢复。南水北调中线整体调水量较大，对下游取水、航运、水环境容量有一定影响8。丹江口水库大坝加高和沿途输水占用土地，这些影响可以通过长江水反补汉江、土地调整、移民安置、补偿和综合治理等措施降到最低限度。海水淡化需要大量的热能或电能，属于高耗能产业，取用海水和浓盐水的排放，给海洋生态带来影响。如果利用电厂的余热，可以大大节省能源，建议海水淡化厂和电厂建在一起。海水淡化厂取水口应分散设置并加防护措施，排水口尽量分散或综合利用浓盐水，都可以减少对海洋生态的影响。 （3） 成本比较。南水北调天津市干线和市内配套工程总体投资约 80 亿元，包括输水线路投资、新扩建调蓄水库和提升泵站等投资。预期工程使用年限50年，总输水量 430亿t，吨水工程投资019元。根据天津市引滦引江联合调度方案3，南水北调从丹江口到天津口门成本每吨163元，加上市内配套工程的折旧及运行管理费，到水厂价格为420元。海水淡化厂前期投资大，并且工程存在着大量的易损耗材，运行过程中也需要耗费大量的能源，这些因素致使海水淡化水的成本较高。近年来随着海水淡化技术的不断进步，淡化工程所需材料的费用逐年小幅度下降，但是淡化工程的需要的能源价格在不断攀升，致使部分区域海水淡化水的价格不降反升。目前天津市淡化水出厂价格每吨58元（视海水水质和水温情况的变化而变化），输水费175元。 （4）水质及输运比较。南水北调水源为地表水、类，符合自来水进厂要求，出水为自来水标准，符合大部分用水户需求。海水淡化水出厂水为纯净水，优于自来水水质，可供高端用水户使用。南水北调水需要长距离输送，海水淡化水可以就近使用。 （5）存在问题比较。南水北调源头的水质有逐渐下降的趋势，长距离输水沿途有受污染的可能。个别年份存在供水量不足的风险。据梁忠民的研究9，丹江口水库供水不能满足受水区需水的概率为20%。引滦和南水北调是两种水源，水质不同导致自来水厂处理工艺也有所不同，存在水源切换问题。到目前为止，南水北调通水后的管理模式、水价机制等问题尚未落实，水资源管理存在问题；海水淡化的水价偏高，天津市海水淡化水的水源取自渤海湾的海水，水质污染严重，冬季水温低，使得处理成本高，加上输水成本，水价将高于现在城市自来水水价。政府的支持海水淡化产业政策迟迟没有出台，影响了海水淡化水用户的使用积极性。海水淡化水纯度很高，点对点供应企业没有问题，但天津淡化水厂没有对出厂水进行矿化调值10，同时天津滨海新区这种还存在老旧铸铁管网，海水淡化水进入市政管网后，会出现“黄水”的现象11，将引起水质安全问题。由于输水管网及淡化水进入市政管网的工程等供水基础设施不完善，难以保证淡化水安全有效的到达用水户，影响了正常供水。海水淡化水利用涉及到了多个部门和企业12，各部门存在追求局部利益问题，管理关系复杂，且缺乏全市海水淡化规划基础和统筹安排，不利于海水淡化水利用。海水淡化水大规模进入城市供水管网供水在我国尚属首例13，我国尚未制定相关的水质标准，影响了淡化水的使用。 5解决措施 （1）在丹江口水库及其上游地区开展生态保护工作，取缔污染企业，调整产业结构，发展环保型产业，取消网箱养鱼，代之以增殖放流鱼类自然生长的生态保护方式。国家财政和南水北调受水区对水源地保护给予适当的生态补偿14。 （2）在南水北调受水区建设调蓄水库和备用水库，解决南水北调供水不均匀的情况。 （3）做好优化调度，尽量减少水厂水源来回切换的情况。通过试验研究，做好水质切换的工艺技术储备。 （4）尽可能利用电厂的余热生产海水淡化水，降低淡化水成本，充分利用