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随着人口增长和社会经济快速发展，水资源短缺和水环境污染已经成为全球性问题。中国人均水资源量仅为世界人均的四分之一，加之水资源时空分布不均，水土资源布局不匹配，使得缺水问题尤为突出。特别是对中国北方而言，作为主要的粮食生产地，水资源占有量仅为总水资源量的19%。水资源短缺已严重威胁到我国粮食安全及社会经济可持续发展。 为缓解北方地区水资源短缺，中国政府计划投资5000亿人民币建设南水北调工程，将长江流域水资源分东、中、西三线抽调部分送至华北与淮海平原和西北地区水资源短缺地区。该工程在历经50年可行性分析后，于2002年正式动土开工。工程规划区涉及人口4.38亿人，调水规模448亿立方米，工程规划的东、中、西线干线总长度达4350公里，是目前世界上最大的调水工程。2013年11月15日，2014年12月12日，南水北调东线一期、中线一期工程相继通水运行。与此同时，包括污水再生利用、雨水收集、海水淡化等非常规水资源在北方缺水地区迅速发展应用。 各种水资源开发方式在增加供水的同时都不可避免的带来环境影响，面对多种多样的补充水源，缺水地区究竟该如何做出科学的选择？为了解答这一问题，研究人员运用生命周期评价方法（Life Cycle Assessment，简称LCA）对南水北调典型受水区域的多种非常规水资源供水方式的环境影响展开了系统客观的分析，研究结果可为南水北调受水区域水资源管理提供科学指导。下图展示了该研究的主要研究内容及创新点。 研究选取南水北调东线、中线工程典型受水区域——济南、青岛、北京、天津为代表城市，运用LCA方法从原料提取、基础建设、运行维护到最终拆建的整个生命周期分析比较南水北调、污水回用、海水淡化等非常规水资源开发利用的环境影响，研究范围如下图所示。 研究结果显示，对三种非常规水资源开发方式而言，主要环境影响均产生于运营维护阶段的电能消耗。对南水北调中线受水城市北京和天津而言，南水北调供水因消耗较少的电能及水处理药剂，其环境影响较污水再生利用和海水淡化供水系统环境影响小（如下图a、b所示）。而对南水北调东线受水城市济南、青岛而言，污水再生利用的环境影响最小（如下图c、d所示）。海水淡化系统虽会因处理工艺、处理程度、淡化厂距海水距离等的不同对系统环境排放产生影响，但由于其能源（目前环境影响最小的工艺反渗透工艺，能耗约4 kWh/m3成品水）、反渗透膜材料及处理药剂等的消耗较大，海水淡化在所选的4个典型城市中均表现出最大的环境影响。 The environmental performance of three water supply scenarios in the study areas: S1 = imported watersupply scenario; S2 = reclaimed watersupply scenario; S3 = desalinatedseawater supply scenario; (a) Beijing; (b) Tianjin; (c) Jinan; and (d) Qingdao. 南水北调东线与中线相比，单位质量、单位距离的调水，东线比中线产生的环境影响更大。这主要是由于对调水系统而言，运营阶段的能耗是系统环境影响的主要贡献因子，南水北调东线工程在将南水送至北方时需通过13个梯级抽水站逐级提水65米，而对南水北调中线工程而言，供水地地势较受水地高出近100米，意味着水可通过重力自流至受水区域，大大降低了调水系统能耗，从而减小了环境排放。 非常规水资源开发除产生上述环境排放外，开发过程会消耗一定量的水资源，对水资源本身造成影响。研究人员采用淡水资源消耗影响指标（Freshwater Withdrawal Impact, 简称FWI）分析评价不同非常规水资源开发过程对淡水资源消耗产生的影响。研究结果表明三种非常规水资源开发方式的淡水资源消耗影响由大到小依次为污水再生利用，南水北调，海水淡化。 研究人员进一步考察了南水北调工程对供受水区域淡水资源消耗影响，结果显示，南水北调在缓解受水区域水资源压力的同时会在一定程度上增大供水区域水资源压力。工程对受水区域水资源压力的缓解程度（水资源压力指数CF减小10%~40%）比对供水区域水资源的压力增大程度更大（水资源压力指数CF增大9.6%）。 摘译自Life cycle assessment of water supply alternatives in water-receiving areas of the South-to-North Water Diversion Project in China。原文发表于国际水协会期刊 Water Research。Yi Li, Wei Xiong, Wenlong Zhang, Chao Wang, and Peifang Wang, Life cycle assessment of water supply alternatives in water-receiving areas of the South-to-North Water Diversion Project in China, Water Research 89 (2016) 9-19 |
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