第二节　城市水资源利用

一、城市供水对水资源的要求

（一）城市供水对水量的要求

1.城市可供水量

城市可供水量是指不同水平年、不同保证率条件下通过工程设施可提供的符合一定标准的水量，包括区域地表水（含海水）、地下水、区外调水、低质水和再生水回用等。不同水平年是指规划年限，工程意义上一般分为现状水平年、近期（一般5～10年）、远期（一般10～20年）和远景（一般20年以上），实际应用时按城市总体规划和给水专项规划规定的年限确定。城市可供水量的保证率是指设计频率条件下的水资源可供给量。

城市可供水量具有如下特点。

（1）城市可供水量虽然有多种，但一般优先选择符合水源水水质标准的地表水和地下水作为水源，其他类型的水作为辅助水源。

（2）地表水受季节和环境的影响较大，因此要充分论证不同水平年的供水保证率，特别要注意地表水污染而引起资源量的水质性减少。

（3）地下水相对地表水而言水量和水质较为稳定，但要严禁超采。因此要首先通过水文地质勘察确定水源地的允许开采量，计算的地下水可供水量必须小于允许开采量。

（4）区外调水是解决城市当地水资源严重不足的有效措施，但要注意区域（或者流域）水资源的调配政策，通过区域技术、经济、法规、政策等论证后才能确定其可供城市水量，否则会出现争水矛盾，这样城市水资源可供水量也难以保障。

（5）低质水是解决严重缺水城市水资源供需矛盾问题的重要水源，根据不同用途处理达标后可作为工业和生活的补充水源。对于水资源严重短缺的城市，低质水还是重要的工业供水水源。对于污染的地表水和地下水，在开发利用时要注意论证水源污染的原因，调查污染源，分析和评价开采期内水质的恶化趋势。

（6）再生水回用是实现水循环利用的有效措施，其来源于城市，水源相对充足，只要根据用途处理达标即可使用，成为城市水资源的重要组成部分。目前存在处理成本高、工艺产水率偏低、有机物等某些指标难以达到用户水质标准等问题，制约了其广泛应用。随着技术的不断进步，水处理成本将逐步降低，其应用前景将更加广阔。

（7）水资源城市存在于自然和城市社会循环中，具有自然和社会属性。自然界的水资源要通过工程措施才能成为城市所利用的水资源。同样，循环于社会使用过程中的水资源也要通过收集、处理、输送环节实现其利用价值，跨流域、跨行政区调水将受到国家地方政策的支持，因此城市水资源受技术、经济、社会多种因素的制约，但最终要通过工程措施来实现利用。

（8）城市可供水量和工程规划设计所确定的水平年有关。在水资源严重短缺的城市，一般首先考虑满足近期的城市需水量为原则来论证可供水量，并应加大再生水的利用量。

（9）城市水资源的供水保证率与可供水量具有密切的关联，对于自然属性的水资源，特别是地表水资源，不同保证率所对应的可供水量差别很大。一般水资源量的保证率是和城市规模、用水重要程度、供水系统的调度灵活性等方面有关。《室外给水设计规范》（GB 50013—2006）规定，用地下水作为供水水源时，应有确切的水文地质资料，取水量必须小于允许开采量，严禁盲目开采，而且地下水开采后，应不引起水位持续下降、水质恶化及地面沉降，可见地下水的允许开采量就是地下水可供水量的保证率下限。用地表水作为城市供水水源时，其设计枯水流量的年保证率应根据城市规模和工业大用户的重要性选定，宜采用90％～97％。同时，又规定了地表水取水构筑物设计枯水位的保证率应采用90％～99％，说明地表水可供水量的保证率要同时考虑地表水的水量和水位的保证程度。

（10）在确定城市可供水量时还应充分考虑城市应急水源的水量。分析城市各类水源的保证程度，根据城市水资源供需平衡分析成果，紧密结合城市供水应急预案确定应急供水规模，依据城市水资源分布情况确定应急水源和应急供水措施。

2.城市用水量

（1）城市用水量组成　《城市用水分类标准》（CJ/T 3070—1999）根据《国民经济行业分类和代码》（GB/T 4754—1994）将城市用水分为居民家庭用水、公共服务用水、生产运营用水、消防及其他特殊用水4大类。其中居民家庭用水是指城市范围内所有居民家庭的日常生活用水，共包含3类用水范围；公共服务用水为城市社会公共生活服务的用水，包含12类用水范围；生产运营用水是指在城市范围内生产、运营的农、林、牧、渔业、工业、建筑业、交通运输业等单位在生产、运营过程中的用水，包含23类用水范围；消防及其他特殊用水是指城市灭火以及除居民家庭、公共服务、生产运营用水范围以外的各种特殊用水，包含消防用水、地下回灌用水和其他特殊用水3类用水范围。

上述城市用水分类共有4大类41种类型，种类十分繁多，它适用于城市公共供水企业和自建设施供水企业的供水服务和核算，对节水行业考核也具有较强的针对性。但是，对于城市供水规划和设计领域，由于很难对各城市各行业的用水精确地进行调查和统计，特别是在规划阶段城市内的行业种类也存在很大的不确定性，因而得不到如此精细的规划设计基础资料，使得执行该标准会面临很大的困难。根据规划和设计工作的特点和需求，把城市用水理解为直接供给城市内居民生活、生产和环境用水三个范围，可将城市用水分为生活用水、工业用水和环境用水三大类。

生活用水包括城市居民住宅用水、公共建筑用水、市政用水、供热用水和消防用水。居民住宅用水也称为居民生活用水，是指饮用、洗涤、冲厕等室内用水和庭院绿化、洗车等居住区自用水。公共建筑用水包括机关、学校、医院、商场、宾馆旅店、文化娱乐场所及物流等公共建筑的生活用水、办公饮水和热水用量等。居民生活用水量和公共建筑用水量统称为综合生活用水量。市政用水主要是指浇洒城市道路、广场和公共绿地用水。供热用水是指供热系统的初期用水和运行过程中的补充水。消防用水是城市道路消火栓以及其他市内公共场所、企事业单位内部和各种建筑物的灭火用水，市政给水工程设计时消防用水量专指根据城市人口规模和灭火时间所确定的消防水量，即城市道路消火栓的消防出水量。

工业用水量包括工业企业生产用水和工作人员生活用水量。工业生产用水一般是指工矿企业在生产过程中，用于冷却、空调、制造、加工、净化和洗涤等生产用水。在计算整个城市的工业用水量时，由于工业生产用水占绝大比例，所以在统计资料缺乏的情况下，可忽略工作人员生活用水量，可根据工业企业类别及其生产工艺要求确定综合工业用水量。对于大工业用水户或经济开发区宜单独进行企业生产和生活用水量计算。在工业区规划阶段，由于企业类型具有不确定性，生产工艺用水定额难以确定，可根据国民经济发展规划，结合现有类似工业企业用水资料分析确定，也可按单位规划面积企业用水指标进行估算。

环境用水主要是景观与娱乐用水，包括观赏性景观用水和娱乐性景观用水和湿地环境用水。用水方式为补充河湖以保持景观和水体自净能力的水、人工瀑布和喷泉用水、划船滑冰与游泳等娱乐用水、维持湿地沼泽环境的补充水，还包括城市内的大型生态林草地、高尔夫球场用水等。

（2）城市用水量计算

①居民生活用水量计算　居民生活用水量Q₁以设计年限的人口数乘以相应的用水量标准计算。即

式中　Q₁——居住区居民生活用水量，m³/d；

n₁——居住区居民生活用水量定额，L/（cap·d）；

N——居住区人口数，人；

K_d——日变化系数，计算平均日用水量时取1.0，计算最高日用水量时取1.1～1.5。

利用上式计算居民生活用水量时，居民生活用水定额应根据当地国民经济和社会发展规划、城市总体规划和水资源充沛程度，在现有用水定额基础上，结合给水专业规划和给水工程发展的条件综合分析确定；在缺乏实际用水资料情况下可采用表2-3选取。

②公共建筑用水量计算　公共建筑用水种类繁多，难以统计和归类确定其用水量定额，一般将居民生活用水量和公共建筑用水量合并计算，即综合生活用水量Q₂。即

式中　Q₂——居住区综合生活用水量，m³/d；

n₂——居住区综合生活用水量定额，L/（cap·d）；

N——居住区人口数，人；

K_d——日变化系数，计算平均日用水量时取1.0，计算最高日用水量时取1.1～1.5。

同理，利用上式计算综合生活用水量时，综合生活用水定额也应根据当地国民经济和社会发展规划、城市总体规划和水资源充沛程度，在现有用水定额基础上，结合给水专业规划和给水工程发展的条件综合分析确定；在缺乏实际用水资料情况下可采用表2-4选取。

从综合生活用水量的概念看，似乎综合生活用水量和居民生活用水量的差值就是公共建筑用水量Q₃，即

式中　Q₃——公共建筑用水量，m³/d；

Q₂——居住区综合生活用水量，m³/d；

Q₁——居住区居民生活用水量，m³/d。

其他符号意义同前。

然而，由于公共建筑用水种类繁多，城市规划的公共建筑分布也不一定与城市人口密度相关联，因此上式对公共建筑的计算只是粗略的结果。

③浇洒道路和绿地用水量　浇洒道路和绿地用水量Q₄是根据用水量定额与其面积计算。即

式中　Q₄——浇洒道路和绿地用水量，m³/d；

n₃——浇洒道路用水量定额，可按2.0～3.0L/（m²·d）计算；

n₄——浇洒绿地用水量定额，可按1.0～3.0L/（m²·d）计算；

F₁——道路面积，m²；

F₂——绿地面积，m²。

浇洒道路和绿地用水量定额的选取根据路面、绿化、气候和土壤等条件确定，也与城市卫生状况、生活习惯、城市管理水平等因素有关。

④供热用水量　供热用水量Q₅指北方城市供热系统的初期用水和运行过程中的补充水。初期用水是指充满供热管网的水。这部分水量很大，但新建管网充满水后，每年消耗的供热用水只是补充水。

⑤消防用水量　室外消防用水量Q₆按同一时间内的火灾次数和一次灭火用水量计算及延续时间等，即

Q₆=3.6n₅n₆t

式中　Q₆——室外消防用水量，m³；

n₅——同一时间内的火灾次数；

n₆——一次灭火用水量定额，L/s；

t——火灾延续时间，h。

消防用水量及延续时间按国家现行标准《建筑设计防火规范》及《高层民用建筑设计防火规范》等设计防火规范执行。同一时间内的火灾次数和一次灭火用水量与城市人口规模有关，不应小于表2-5的规定。火灾延续时间按建筑物的重要程度、建筑物类型、仓库和物品的可燃性级别确定。如居住区、工厂和丁、戊类仓库的火灾延续时间按2h计算；甲、乙、丙类物品仓库、可燃气体储罐和煤、焦炭露天堆场的火灾延续时间按3h计算；易燃、可燃材料露天、半露天堆场（不包括煤、焦炭露天堆场）按6h计算。商业楼、展览楼、综合楼、一类建筑的财贸金融楼、图书馆、书库，重要的档案楼、科研楼和高级旅馆的火灾延续时间按3h计算，其他高层建筑可按2h计算。自动喷水灭火系统可按火灾延续时间1h计算。

⑥工业用水量计算　工业用水量Q₉的计算方法很多，逐个统计城市企业工艺生产用水和职工人数的基础上计算工业用水量，称为统计法；在统计资料缺乏的情况下，可根据工业企业用水量变化趋势预测未来的工业用水量，称为趋势法；根据工业企业类别及其生产工艺要求确定与用水量相关的统计数据为基础进行工业用水量预测，称为相关法；根据企业用水与排水平衡原理计算工业用水量，称为平衡法；在工业区规划阶段，由于企业具有不确定性，生产工艺用水定额难以确定，可根据国民经济发展规划，结合现有类似工业企业用水资料分析确定，称为类比法；也可按单位规划面积企业用水量指标进行估算，称为规划指标法。

a.统计法。工业生产用水量Q₇取决于产品种类、生产过程、单位产品用水量，以及给水系统等。即

式中　Q₇——工业用水量，m³/d；

m——生产过程中每单位产品的用水量标准，m³/单位产品；

M——产品的平均日产量；

T——每日生产时数，h；

K_Z——总变化系数，其中K_Z=K_dK_h（K_d通常为1；K_h冶金工业1.0～1.1；化学工业1.3～1.5；纺织工业、食品工业、皮革工业1.5～2.0；造纸工业1.3～1.8）。

工业企业生活及淋浴用水量Q₈可用下式计算：

式中　Q₈——工业企业生活用水及淋浴用水量，m³/d；

A₁——一般车间最大班职工人数，人；

A₂——热车间最大班职工人数，人；

B₁——一般车间职工生活用水量标准，L/（人·班）；

B₂——热车间职工生活用水量标准，L/（人·班）；

C₁——一般车间职工最大班使用淋浴的职工人数，人；

C₂——热车间最大班使用淋浴的职工人数，人；

D₁——一般车间的淋浴用水量标准，L/（人·班）；

D₂——高温、污染严重车间的淋浴用水量标准，L/（人·班）；

T₁——每班工作时数，h；

T₂——淋浴时间，h。

工业用水量Q₉为工业生产用水量Q₇与工业企业生活及淋浴用水量Q₈之和。实际计算时要统计计算每个企业的生产用水和生活用水，合并所有企业工业用水量即为城市工业用水量。值得注意的是，由于企业内部水有重复利用，上述计算的工业企业用水量中包含了重复利用的水量，对城市供水系统有需求的是补充水量，因此要从总水量中扣除重复利用水量，或者以重复利用率进行折算。

b.趋势法。根据工业用水量的历年数据计算其变化率，以此推算设计水平年的工业用水量。即

式中　Q₉——设计水平年的工业用水量，m³/d；

Q₀——基准年的工业用水量，m³/d；

m——工业用水量年平均变化率，％；

n——从基准年至设计水平年的间隔时间，年。

利用上式计算时，如果是以补充水的历年资料计算，则所计算的结果为新鲜补充水的工业用水量；如果是以工业总用水量的历史资料计算，则应分析技术改造、设备更新、结构调整等因素对水重复利用率增加的因素调整工业用水量的变化率。

c.相关法。工业用水量与工业产值有一定的关系，因此可用预测规划的工业产值计算设计水平年的工业用水量。即

Q₉=q₀M

式中　Q₉——设计水平年的工业用水量，m³/d；

q₀——工业万元产值用水量，m³/万元；

M——设计水平年预测或规划工业产值，万元。

上式适用于近期工业用水量的计算。实际上，万元产值用水量随着设计年限增长变化会很大，因此也应根据技术改造、设备更新、结构调整等因素进行调整。如果可知从基准年至设计水平年的工业万元产值用水量的变化率，则工业用水量可用下式进行计算：

式中　Q₉——设计水平年的工业用水量，m³/d；

q₁——基准年的工业万元产值用水量，m³/万元；

λ——从基准年至设计水平年的万元工业用水量变化率，增加为负，减少为正，％；

n——从基准年至设计水平年的间隔时间，a；

M——设计水平年预测或规划工业产值，万元。

d.平衡法。企业在生产过程中由于蒸发、冷凝、渗漏、进入产品等方式总要消耗部分水量，使用后的部分废水要排出，这两部分水量要得到实时的补充才能维持正常的生产。因此，可根据产品的耗水量和工艺排水量之和计算补充水量，补充水量与重复利用水量即为工业企业的总用水量。

e.类比法。在城市或工业区规划阶段，企业还未入驻，但规划入驻企业类型基本确定，其生产工艺用水定额可参照现有类似工业企业用水资料分析确定。按照规划的企业规模为基础，结合类比的工业用水量定额即可计算城市或工业区的工业用水量。

f.规划指标法。在规划阶段，实测或者收集工业企业用水量资料较为困难，可以单位规划工业用地面积与单位工业用地用水量指标估算。即

Q₉=q₂F

式中　Q₉——设计水平年的工业用水量，m³/d；

q₂——单位工业用地用水量指标，10⁴m³/（km²·d）；

F——设计水平年规划工业用地面积，km²。

单位工业用地用水量指标可根据《城市给水工程规划规范》（GB 50282—1998）的规定选取，详见表2-6。该指标包括了工业用地中职工生活用水及管网漏失水量，其中的一类工业用地是指对居住和公共设施等环境基本无干扰和污染的工业用地，如电子工业、缝纫工业、工艺品制造工业等用地；二类工业用地是指对居住和公共设施等环境有一定干扰和污染的工业用地，如食品工业医药制造工业纺织工业等用地；三类工业用地是指和公共设施等环境有严重干扰和污染的工业用地，如采掘工业、冶金工业、大中型机械制造工业、化学工业、造纸工业、制革工业、建材工业等用地。

⑦环境用水量计算　环境用水主要是景观与娱乐用水，包括观赏性景观用水和娱乐性景观用水和湿地环境用水。具体用水方式的环境用水量计算方法有所不同。

a.河湖补充水量计算。对于补充城市河湖的水和划船滑冰与游泳等娱乐用水，主要是补充蒸发、渗漏的水量。虽然蒸发量可根据水面蒸发公式计算，但渗漏量却考虑河湖基底的渗透条件、水深、水力坡度等因素的影响，计算起来十分复杂，况且这些因素很难考量，计算结果误差也会很大。但是，城市河景观河湖却在蒸发和渗漏的共同作用下水位发生下降，因此，对于特定的景观水体，只要确定其水位下降与水量的关系，就能计算出蒸发和渗漏的总水量，也就是补充河湖的水量。

值得注意的是，由于河流的基底形态各不相同，不能简单地按面积与水位降的乘积计算补充水量，而要根据水位-流量-坡度三者的关系确定补充水量。

b.人工瀑布和喷泉用水量计算。城市人工瀑布和喷泉水系统多为循环水系统，对于这种景观水，如果长期连续运行，可以看作景观容积水不变，因此其补充也是蒸发和渗漏。对于质量较好的瀑布和喷泉，其渗漏量为很小一部分，甚至可以忽略，补充水量为储水循环池的液面蒸发量和瀑布和喷泉部分的蒸发量之和。

c.维持湿地沼泽环境的补充水。湿地沼泽环境中水量的散失主要来源于液面蒸发、土地蒸发、植物蒸腾、生物生存消耗等，不同的湿地沼泽具有不同的生态系统，维持这种生态系统的水量和水位也不相同，因此其补充水量很难准确计算。

由于湿地沼泽生态系统中的水生植物和生物具有多样性，因此首先考虑维持该系统中生物多样性为目标确定其最低水量和水位高低。但这将是非常复杂的量化工作。简单地，对于河流湿地、湖泊湿地，可以依据所要保护的敏感指示物种对水环境指标的需求确定，但应注意高低水位限制；对于封闭或半封闭的低洼、沼泽等类型的湿地，在对其水文循环进行一定时段的观察和调查之后，可以依据水平衡原理进行计算。

d.城市生态植物用水量计算。城市内的大型生态林草地、高尔夫球场用水为典型的城市生态植物用水。植被的耗水量包括维持植被正常生长的土壤最小含水量和植被的蒸散耗水量两部分。森林、草地、灌木等植被的潜在蒸散量可以用Penman-Monteith公式计算，即

式中　E₀——植被的潜在蒸散量，mm；

λ——蒸散量潜热，MJ/kg；

R_n——净辐射，MJ/（m²·s）；

s——饱和水汽压与温度曲线的斜率，kPa/℃；

ρ——空气的密度，kg/m³；

C_p——空气的定压比热容，MJ/（kg·℃）；

e_s——饱和水汽压，kPa；

e_a——实测水汽差，kPa；

r_a——空气动力学阻抗，s/m；

r_c——表面阻力，s/m；

γ——空气的干湿系数，kPa/℃。

植被的实际蒸发量受到植被分布、种类、密度等因素的影响而与植被的潜在蒸发量有所不同，因此需按下式计算。即

E_a=K_cE₀

式中　E_a——植被的实际蒸散量，mm；

K_c——植被蒸散系数；

E₀——植被的潜在蒸散量，mm。

城市生态植物蒸散用水量Q₁₀的计算公式为：

式中　Q₁₀——城市生态植物蒸散用水量，m³/a；

E_a——植被的年实际蒸散量，mm；

F——植被的面积，m²。

植被正常生长的土壤最小含水量Q₁₁可用下式计算：

Q₁₁=θFM

式中　Q₁₁——植被正常生长的土壤最小含水量，m³/a；

M——土壤的平均厚度，m；

F——植被的面积，m²；

θ——土壤的体积含水量，m³/m³土壤。

土壤的体积含水量θ可用下式计算：

θ=（ρ'-ρ）/ρ_w

式中　θ——土壤的体积含水量，m³/m³土壤；

ρ'——土壤的湿容重，g/cm³；

ρ——土壤的容重，g/cm³；

ρ_w——土壤中水的密度，g/cm³。

由于不同植被生长所需的土壤环境不同，包括土壤最低厚度、最小含水量等，城市中植被的种类繁多，分布杂乱，因此实际准确计算城市生态植被的正常生长的土壤最小含水量有很大的困难。尽管如此，但在规划期内城市植被的组合还是相对固定的，其土壤总的含水量需求相对稳定，所以可以用每年补充的生态植物蒸散用水量Q₁₀作为城市生态植物用水量进行估算。

⑧未预见用水量及管网漏失水量　未预见用水量是指在给水设计中对难以预见的因素（如规划的变化及流动人口用水、环境用水变化等）而预留的水量。城市给水工程设计时，未预见用水量可按上述用水量（消防用水量除外）的8％～12％估算。

管网漏失水量系指给水管网中未经使用而漏掉的水量，包括管道接口不严、管道腐蚀穿孔、水管爆裂、闸门封水圈不严以及消火栓等用水设备的漏水。根据有关报导，管网漏失水率在15％左右。为了加强城市供水管网漏损控制，合理利用水资源，提高企业管理水平，降低城市供水成本，保证城市供水压力，推动管网改造工作，建设部于2002年9月16日颁布了行业标准《城市供水管网漏损控制及评定标准》（CJJ 92—2002）。该标准规定了城市供水管网基本漏损率不应大于12％，同时规定了可按用户抄表百分比、单位供水量管长及年平均出厂压力进行上浮3个百分点和下浮2个百分点的修正。这样，管网漏失水量按用水量的10％～15％计算较为合理。

3.水资源供需平衡分析

由于水资源在空间和时间上分布的不均匀性，国民经济发展对水资源开发利用的不平衡性，以及水污染使水质恶化等，已给世界范围内很多地区带来水资源的供需问题。进行水资源的供需平衡分析，揭示水的供需之间的矛盾，预测未来可能发生的问题，可以未雨绸缪，使区域内的水资源能更好地为国民经济、人民生活服务，为人类生存创造更良好的生态环境。

（1）水资源供需平衡分析的含义　水资源供需平衡分析是在一定范围内不同时期的可供水量和需水量的供给与需求，以及它们之间的余缺关系进行分析的过程。

水资源供需平衡分析的范围是指流域、经济区域或行政区域，对于城市水资源的供需平衡分析，多指城市所属的行政区域，但跨流域调水的城市，其范围还涉及被调水资源所在的流域和行政区域，所以合理分区是进行水资源平衡分析的重要工作。

不同时期是指设计水平年，由于城市给水工程设计是以城市总体规划为基础，因此城市水资源平衡分析的时期一般也与城市总体规划的期限相一致。

从上述概念还可以看出，水资源供需平衡分析的过程包括可供水量分析、需水量分析，以及供需平衡（余缺关系）三个方面的工作，也包含供水量的供水方式和需水量的使用。供水量与供水工程和供水方式相联系，因为只有通过工程措施可以取得的符合用水标准的水量才能算作可供水量。需水量与用户对水资源的使用方式相关，高效利用水资源一定是一个可持续的过程，在这个过程中水得到循环利用和综合利用，其需水量包含用水、排水的过程，而排出的水通过再生又成为可供水量，从而形成十分复杂的水量平衡关系。

（2）水资源供需平衡分析的步骤　水资源供需平衡分析的步骤如下所述。

①确定水资源平衡区域。划分时尽量按流域和水系划分。对于地下水应以完整的水文地质单元划分，在此基础上尽量照顾行政区划的完整性。

②合理确定计算时段。根据城市总体规划所确定的水平年确定水资源的计算时段。对于国民经济发展重点区域和供水十分重要的区域，要尽量把时段划分得小一些，但时段过小时资料不易获得。因此可一般以年为时段单位。

③区域条件分析。查清区域水资源开发利用的现状，包括天然水资源数量、质量及工程供水现状，国民经济各部门的用水量、耗水量、回归水量、污废水排放量以及河流、地下水水质现状；区域内水资源供需现状及存在的问题等。

④区域可供水量分析计算。分析不同水平年的天然水资源及工程供水能力，计算每个分区的可供水量。

⑤区域需水量分析计算。分析区内各部门不同水平年的需水量及耗水量，包括流域自身的需水量如水发电、航运、环境、旅游、生态等用水量和流域的工业用水量、生活用水量、近郊农业用水量等。

⑥区域水资源平衡分析方法选择。首先选择平衡分析方法，如时间序列法、典型年法、动态模拟分析法等。

⑦区域水资源平衡的一次分析。要分析区域内不同水平年的水资源余缺情况和供需平衡存在的问题，通过一次平衡分析了解和明晰现状供水能力与外延式用水需求条件下的水资源供需缺口。确定在现有供水工程条件下，未来不同阶段的供水能力和可供水量缺口；确定在国家节水、经济和环境保护等政策条件下，未来不同阶段的水资源需求自然增长量。

⑧区域水资源平衡的二次分析。在一次供需分析的基础上，在水资源需求方面通过节流等各项措施控制用水需求的增长态势，预测不同水平年需水量；通过当地水资源开源等措施充分挖掘供水潜力；通过调节计算分析不同水平年的供需态势。通过供给和需求两方面的调控，基本实现区域水资源的供需平衡，或者使缺口有较大幅度的下降。

⑨区域水资源平衡的三次分析。若二次平衡分析后仍有较大的供需缺口，应进一步调整经济布局和产业结构、加大节水力度，论证跨流域调水条件和制定调水方案。

⑩研究实现水资源供需平衡的对策措施。从区域水资源条件、可供水量、需水量、供水工程的经济合理性等方面研究制定维持区域水资源平衡的技术经济措施，选择实施优选方案，力争以最小的经济代价实现水资源的供需平衡。

（二）城市供水水源的水质要求

1.常规水源水质量标准

为确保城市集中式生活饮用水和各单位自备生活饮用水水源的水质，建设部颁布了城镇建设行业标准《生活饮用水水源水质标准》（CJ 3020—1993），见表2-7。

该标准规定了34项水质指标、二级水质分级，以及各指标的标准限值和水质检验方法等内容。明确规定该标准由城乡规划、设计和生活饮用水供水等有关单位负责执行，生活饮用水供水单位主管部门、卫生部门负责监督和检查执行情况。各级公安、规划、卫生、环保、水利与航运部门应结合各自职责，协同供水单位做好水源卫生防护区的保护工作。

该标准中所列的一级水源水是指水质良好，地下水只需消毒处理，地表水经简易净化处理（如过滤）、消毒后即可供生活饮用者；二级水源水是指水质受轻度污染，但经过常规净化处理（如絮凝、沉淀、过滤、消毒等），其水质即可达到《生活饮用水卫生标准》（GB 5749）规定，可供生活饮用者。

指标值超过二级标准限值的水源水，不宜作为生活饮用水的水源。但采用相应的净化工艺进行处理后水质符合《生活饮用水卫生标准》（GB 5749）的规定时可以利用，但要取得省、市、自治区卫生厅（局）及主管部门批准。

依据该标准的规定，我国《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中的Ⅰ类水体主要适用于源头水、国家自然保护区；Ⅱ类水主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等，可作为集中式城市供水水源的源水。Ⅲ类水主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区，不能直接利用，但通过处理达到《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）时可以取用，而当水体环境质量超过Ⅲ类时就不适宜用于水源水。

《地下水质量标准》（GB/T 14848—1993）中的Ⅰ类水主要反映地下水化学组分的天然低背景含量，适用于各种用途；Ⅱ类水主要反映地下水化学组分的天然背景含量，适用于各种用途，Ⅰ类和Ⅱ类水均适用生活饮用水源。Ⅲ类水以人体健康基准值为依据，主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水。根据污染的概念，当水质指标超过背景值时就认为地下水遭受到了污染。因此，对于地下水而言，超过Ⅱ类水质标准即为污染水，就不适应于直接利用于生活饮用水的水源。

2.饮用矿泉水水质标准

近年来随着我国经济的快速发展，人民生活水平不断提高，人们对饮用水质量的需求也在不断提高，许多地区在开发利用矿泉水资源作为高质量生活饮用水。还有的城市水源，由于其地处特殊的地质构造区域，正常建设的城市供水水源地所开采的地下水却能满足饮用天然矿泉水的标准。为此，有必要对饮用矿泉水进行详细介绍。

饮用天然矿泉水是从地下深处自然涌出的或经钻井采集的、含有一定量的矿物质、微量元素或其他成分，在一定区域未受污染并采取预防措施避免污染的水；在通常情况下，其化学成分、流量、水温等动态指标在天然周期波动范围内相对稳定。

2008年12月29日国家监督检验检疫局、国家标准化管理委员会联合发布了《饮用天然矿泉水国家标准》（GB 8537—2008），规定了饮用天然矿泉水的产品分类、要求、检验方法、检验规则以及标志、包装、运输和储存要求。该标准适用于饮用天然矿泉水的生产、检验和销售。

该标准根据产品中CO₂含量分为4类，即含气天然矿泉水、充气天然矿泉水、无气天然矿泉水、脱气天然矿泉水。

该标准规定了感官指标、理化界限指标、理化限量指标、污染物指标和微生物指标五类指标，共37项，详见表2-8～表2-12。其中理化界限指标要求必须有一项（或一项以上）指标达到规定的指标值。

检验微生物指标时，取样1×250mL（产气荚膜梭菌取样1×50mL）进行第一次检验，当符合表2-12要求时报告为合格；检验结果≥2时报告为不合格；当检验结果≥1且<2时需按表2-13要求采取n个样品进行第二次检验。表2-13中n为批产品应采集的样品件数；c为最大允许可超出m值的样品数；m为每250mL（或50mL）样品中最大允许可接受水平的限量值（CFU）；M为每250mL（或50mL）样品中不可接受的微生物限量值（CFU），等于或高于M值的样品均为不合格。

3.其他水源的水质要求

除常规地表水和地下水外，低质水和再生水也是城市重要的城市供水水源。低质水和再生水均不能直接使用，而要通过处理达到用户用途的水质要求。理论上，任何水均可以处理达到用户使用的水质要求，但限于目前的处理技术水平，特别是考虑处理成本问题，低质水和再生水也不是无限制地加以利用，所以其水源的水质和处理技术和经济成本有密切关系。也就是说，作为低质水和再生水的源水，其水质受到用途水质标准与处理技术和成本的控制。

再生水一般可用于城市杂用、景观环境用水、地下水回灌、工业用水等，目前国家出台了相应的水质标准，明确了各种用途的水质要求。低质水一般处理后用于工业用水和能源用水，但目前还没有专门针对其颁布水质标准。但是，低质水也要通过处理后达到用途的水质标准才能使用，因此可参照再生水的水质标准作为处理工艺的出水水质标准，其标准值可参照有关章节。

处理技术与成本控制低质水和再生水的源水水质原理是，根据源水的水质情况，结合当前技术水平和用户对水的要求初步确定水的处理工艺；以出水水质达标和成本最低为目标，以工艺参数和进水水质为决策变量，以工艺参数的可控条件为约束条件，建立处理工艺的优化模型；求解优化模型，反求出进水水质指标的最大浓度和可行的工艺参数；根据水质指标的最大浓度即可确定水源的水质，这就是低质水或者再生水的水源水质要求，那些处理起来超过当前处理工艺和技术水平，或者经济成本过高的水源就不适宜作为城市水资源使用。

（三）水资源能源利用对水的要求

1.水量要求

水作为能量的载体，其水量直接影响能量的储存和传递，因此利用水的热能和冷能时要保证一定的水量。如水源热泵系统要求水源的水量充足，能满足用户制热负荷或制冷负荷的需要。如果水量不足，机组的制热量和制冷量将随之减少，达不到用户要求。地热能利用系统也要求地下热水稳定，达到交换热所需水量的最低要求。所以，水资源能源利用的用水量与热利用的热交换负荷有密切的关系，也与交换设备的效率有关。

2.水质要求

水资源的能源利用有直接利用和间接利用两种方式。直接利用是将热水或者冷水直接作为工业或生活水源使用，这种情况下，水质必须满足工业或者生活用水的水质要求。间接利用是热水或冷水通过热交换器换热后利用，其特点是热源与用户非接触，因此其水质要求与工业或者生活用水的水质无关，而只需满足换热设备对水质的要求即可。

水源含砂量高时对机组和管阀会造成磨损，用于补充热源而进行的地下水回灌水时会造成含水层堵塞。水的化学成分对设备也具有很大的影响，如偏酸性的水会对设备和管道造成腐蚀，高硬度的水会在设备和管道中沉积水垢，当水中游离CO₂和溶解氧含量较高时会加重水对设备和管道的腐蚀。因此，要根据换热工艺和设备制定水源水的水质标准，水质不满足时要进行必要的处理。

3.水温要求

不同类型的热源含有不同的温度，地热能一般温度为20～100℃，可以直接利用，也可间接利用；河流、湖泊等地表水体的温度随着季节不同而不同，但冬季高于环境温度，而夏季低于环境温度，可通过水源热泵机组采暖和制冷；城市污水和工业废水的温度也可能通过水源热泵用于采暖和制冷。

一般认为高于20℃的地热能即可直接利用。对于江河、湖泊等地表水，以及城市污水等热源，多是通过水源热泵机组利用其能量，当温度不足时，会消耗电、油、气等常规能源补充热量以达到采暖或制冷的需求，所以温度过低的水其能效就不合理。

对于热泵系统，首先要有足够的水温才能维持设备机组的正常运行，其次稳定的水温可使设备稳定运转，也可以保持较高的设备工效。因此，水资源的能源利用时应尽量选择有足够且稳定水温的水源。

二、城市水资源利用方式与特点

（一）城市水资源利用途径

城市水资源的问题在20世纪中后期已明显地出现在人类面前。其中最主要的问题是可供城市的水资源量严重不足。

面对这种情况，我国在20世纪70年代就提出“开源与节流并重”的城市供水用水方针，指出了解决城市水资源不足的两条途径。但经过近10年的时间，由于城市迅猛发展，工业生产和居民用水量不断增加，城市需水量也逐年增长。而同时没有特别重视环境保护工作，致使现有的水源也遭受了严重的污染，从而使原本不足的水源量因水质性减少更显不够。另一方面，节约用水工作刚刚起步，人们的节水意识还很淡薄。因此，这一时期实施了“开源”，而并没有同时做到“节流”。

20世纪80年代，面对越来越明显的城市水资源危机，我国将城市供水用水的方针调整为“开源与节流并重，近期以节流为主”，强调了节约用水的重要性。随后，全国建立健全了节水管理机构，开展了一系列的节水宣传教育工作。

20世纪末，为彻底解决城市水资源危机的问题，根据我国国情，国家提出了做好城市供水、节水和水污染防治工作必须坚持“开源与节流并重、节流优先、治污为本、科学开源、综合利用”的方针。这个方针反映了城市水资源利用中必须实现水源开发—供水—用水—排水—水源保护的良性循环，实现城市水资源的可持续利用。

实现城市水资源的可持续利用，首先要科学开源。城市供水首选水源地表水或地下水，要做到合理开发利用这些水源，并加强水源的保护工作，防止由于水源污染而造成的水资源水质性减少。同时要合理调配取水方案，使水源发挥其最大的利用效率。此外，在可供城市淡水数量有限的情况下，要充分利用其他水源，如低质水、海水等，以增加城市的可供水数量。

城市生活与生产用水后将产生大量废水，这些废水约为用水量的80％，数量十分可观。将其处理后达到用水水质要求后，可用于生产和生活。这相对于使用以前的地表水或地下水，实现了水的重复使用，提高了水的利用率。这样既满足了城市用水需求，又减少了污水排放对环境造成的影响，实现了资源与环境的协调。

总之，实现城市水资源高效利用的途径是，合理开发利用水资源、加强水源保护、实现城市污水资源化利用以及开发其他替代水源等。

（二）城市水资源利用方式

1.城市供水水源的利用特征

供水水源是城市供水工程的基础，它制约着供水工程的规模，也影响着供水工程的方案及工程投资等。因此，了解城市供水水源的特征，合理选择水源具有重要的意义。

最常用的城市供水水源是地下水和地表水两大类。地下水包括潜水、承压水和泉水；地表水包括江河、湖泊、水库和海水等。由于形成、储存和循环条件不同，地下水与地表水具有不同的特征，详见表2-14。地下水和地表水源作为城市供水水源时，从工程上看各有其优缺点，详见表2-15。

此外，对于水资源不足的城市，宜将城市污水处理后用作工业用水、生活杂用水及河湖环境用水、地下水人工回灌用水等。缺乏淡水资源的沿海或海岛城市宜将海水直接或经处理后作为城市水源，特别缺水地区采用低质水，但其水质应符合相应的标准规定。

相比而言，再生水的源水是使用过的地表水和地下水，其水量一般可达供水量的80％左右，水量相对充沛稳定，因此它是除地表水和地下水以外的最有利用潜质的城市水资源。海水具有水量丰富、稳定的特性，可作为工业冷却水系统和洗涤工艺等工业用水，但其海水中含盐量高，对设备和管道具有化学和生物腐蚀作用，使得广泛使用受到限制。低质水中微污染的地表水和地下水经处理达标可以作为正常的城市与工业用水，但污染严重的地表水和地下水可能因处理成本和处理技术限制而制约其大量使用。对于高盐度水、高硬度水、高H₂S水、高硫酸盐水等低质水，一般在严重缺水地区或者以利用其能源为主的用户使用为宜。

2.水源选择的原则

水源选择要结合城市远近期规划和工业、城市整体布局，从给水系统的安全和经济诸方面综合考虑，具体应遵循以下原则。

（1）地表水和地下水是常规的水资源，它们清洁、水质符合水质标准，特别是地下水温度稳定，是城市工业和生活用水的首选水源。

（2）所选水源应是水质良好、水量充沛、便于保护。生活饮用水源要符合《生活饮用水卫生标准》中关于水源水质的规定；工业企业生产用水的水源水质按不同行业和生产工艺对水质的要求而定；对于工业和生活用水取同一水源的给水系统，应根据《生活饮用水卫生标准》中关于水源水质的规定选择水源。给水水源的水量要按设计保证率（一般为90％～97％），满足现状和远期发展的用水需求。城市给水水源要便于水质和水量保护，防止水源污染和其他水源开采对新建水源产生水量减少、水质恶化等不良后果的发生。

（3）所选水源不仅要考虑现状，还要考虑远期变化。对于水质，要充分调查现状水源的污染防护问题，预测未来水源的污染发展趋势。对于水量，除满足现状或近期生活、生产需水量外，还应满足远期发展所必需的水量。对于水资源较缺乏的地区，可只满足某一规划期的需水量，但要提出远期水源解决方案的建议。

（4）地下水源的取水量应不大于其允许开采量，地表水源取水量不大于水体的可取水量。例如天然河流（无坝取水）的取水量应不大于该河流枯水期的可取水量。在河流窄而深，水流速度较小，下游有浅滩、浅槽或取水河段为深槽时，可取水量占枯水流量的30％～50％，在一般情况下，则为15％～25％。当取水量占枯水流量比例较大时，应对可取水量作充分论证。

（5）地下水作给水水源时，应按泉水、承压水、潜水的顺序选择。地表水源须优先考虑天然河道中取水的可能性，而后再考虑需调节径流的河流和水体。

（6）地下水与地表水源均可利用时，要从技术和经济两方面综合考虑选择之。符合卫生要求的地下水，应优先作为饮用水源。有条件时，可采用生活与工业用水选择不同水源的方式。地下水源与地表水源相结合、集中与分散相结合的多水源供水以及分质供水不仅能发挥各类水源的优势，而且对于降低给水系统投资、提高给水系统运行可靠性均能发挥独特作用。

（7）要充分考虑城市给水水源与农业、水利航运或其他水源的相互协调。

（8）取水、输水、净化设施要安全经济、维护方便，并具有较好的施工条件。

（9）再生水可作为工业用水、生活杂用水、景观用水及地下水人工回灌等用途，为重要的城市供水水源，低质水作为辅助水源使用，但在使用时要评价和控制其环境和健康风险。

（10）确定水源类型、取水地点和取水量等，应取得有关部门的许可。

3.供水水源利用方式

（1）水资源量和质的利用方式　地下水接受大气降水或地表水入渗补给，储存运移于含水介质空隙中，水质透明、色度低、水温较稳定，径流量受季节变化影响相对较小、承压水或包气带较厚的潜水具有较强的防污染能力。因此，通过取水构筑物取水后输送至配水厂经消毒后即可供给城市生活和工业用水。对于特殊地层的地下水，其溶解性总固体、硬度相对较高，有些还常有总铁和锰超标的情况，需在水厂进行软化、除铁、除锰等处理后才能使用。

地表水存在于地表河流、水库、湖泊等地势低洼处，多为大气降水径流补给，也有地下水径流补给、冰川消融水补给等。它的水量受气候影响明显，其水质受季节变化影响敏感，在污染源存在时水质受到污染物、污染负荷、水体自净功能等因素共同影响，其水温与气温变化规律密切。因此，不同的地表水要采用相适应的地表水取水构筑物，以保证取水量能够满足设计需水量的要求，泥沙、浊度等满足净水厂工艺的限制。由于地表水体储存运移于地面，直接暴露于大气中、浑浊度较高、有机物与细菌含量较高，有时呈现较高的色度，所以多数地表水要经过处理后才能使用。处理的目标指标要根据地表水的水质指标和饮用水卫生标准，或者其他用途的水质指标而定。但由于地表水中细菌数远多于地下水，处理时需消耗较多的消毒剂。地表水中溶解性总固体和硬度相对较低，一般无需进行软化。

海水可以直接利用于印染、制药、制碱、橡胶及海产品加工等行业的生产用水，也可通过海水淡化技术将海水的盐去除而生产饮用水和一般工业用水。目前海水淡化利用技术还存在设备腐蚀严重、电耗高、膜更新周期短、淡水产率低等技术经济问题。

低质水是含有某种成分较高，或者受到污染的地表水和地下水，通过取水构筑物取水后必须经过处理达标后才能使用。由于低质水的化学成分与常规的地表水和地下水不同，因此其处理工艺具有工艺流程较长、处理成本较高的特点。

再生水是将污废水通过深度处理工艺进一步处理后达到使用水质标准的水。目前我国污水处理厂的出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002），工业废水排放除国家行业已有排放标准外，执行《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）。

《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）根据城镇污水处理厂排入地表水域环境功能和保护目标，以及污水处理厂的处理工艺，将基本控制项目的常规污染物标准值分为一级标准、二级标准、三级标准。一级标准又分为A标准和B标准，但一类重金属污染物和选择控制项目不分级。一级标准的A标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求。当污水处理厂出水排入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时，执行一级标准的A标准；城镇污水处理厂出水排入GB 3838地表水Ⅲ类功能水域（划定的饮用水水源保护区和游泳区除外）、GB 3097海水二类功能水域和湖、库等封闭或半封闭水域时，执行一级标准的B标准；城镇污水处理厂出水排入GB 3838地表水Ⅳ类、Ⅴ类功能水域或GB 3097海水三、四类功能海域，执行二级标准；非重点控制流域和非水源保护区的建制镇的污水处理厂，根据当地经济条件和水污染控制要求，采用一级强化处理工艺时，执行三级标准，但必须预留二级处理设施的位置，分期达到二级标准。

《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）根据污染物的性质及控制方式分为两类，称为第一类污染物和第二类污染物。第一类污染物不分级，第二类污染物分为三级。该标准规定，排入GB 3838Ⅲ类水域（划定的保护区和游泳区除外）和排入GB 3097中的二类海域的污水执行一级标准；排入GB 3838Ⅳ类、Ⅴ类水域和排入GB 3097中的三类海域的污水执行二级标准；排入设置城市二级污水处理厂的城镇排水系统的污水执行三级标准；GB 3838Ⅰ类、Ⅱ类水域、Ⅲ类水域中的保护区和GB 3097中的一类海域不得排入污水。

可见，处理的污废水出水水质是根据排入纳水体的环境功能确定的，对于非一次设计投产的再生水处理系统，其进水水质即为前段一、二处理后的出水水质，因此其进水水质就是前段处理工艺所执行的排放标准。有时再生水的用途对水质要求较低，或者设计的再生水处理率较高时，污水一、二级处理的出水水质可适当放宽，以体现节能、节药和节水。对于常规处理和深度处理同时设计和建设的处理厂，则可以再生水量和水质为目标，以进厂污废水量和水质为条件优化确定整体处理工艺和各级出水的水质。

（2）水资源的能源利用方式　水资源中蕴藏的能源可通过热交换的方式加以利用。对于地热水，由于其温度一般高于20℃，有的甚至高达100℃，可以直接采暖、发电等。地表水、低温地下水、低质水、污水或者再生水的温度一般低于20℃，但可根据水与环境的温差通过热泵的方式提取能量。有些地下水和工业废热水的温度较高，但其水量和水质还满足城市生活和工业用水，则可以先提取热能后再按一般水资源处理和利用，从而实现了量、质和能的统一利用。

（三）城市水资源利用特点

城市水资源包含地表水、地下水、低质水和再生水等。水源的选择与城市水资源分布情况和充沛程度、人民生活习惯，以及工业行业类型与布局等因素有关。概括起来城市水资源利用具有如下特点。

（1）城市生活用水以地表水和地下水为首选水源。因为常规的地表水和地下水的水质满足或者多数指标可以满足生活饮用水卫生标准，并且这类水符合人们长期养成的日常用水习惯。

（2）工业用水对城市水资源的利用方式是分行业综合利用，相互补充。食品、酒类、纺织、电子产品等对水质要求较高的企业优先使用地表水和地下水；机械、冶金、采掘以及非接触式生产工艺可采用再生水、微污染地表水和地下水等低质水。在同一企业，根据不同的工艺用水对水质要求，也可同时采用几种类型的水；为提高水的循环利用，可采取循环用水，也可采用循序用水。

（3）受污染的地表水和地下水在技术经济合理的情况下是城市重要的水源。目前，对于微污染水的处理技术日趋成熟，这类过去认为是水质性减少的水资源得以高效利用，成为解决城市水资源危机的重要水资源。

（4）高盐度水、高硬度水、高硫酸盐水和含H₂S水等低质水，在常规水资源严重缺乏的城市成为解决工业用水的重要途径，但这类水未经处理一般不能直接使用。

（5）跨流域调水是解决城市水资源平衡问题的重要措施，但一般受区域和流域规划、行政管理、水资源许可制度，特别是投资和成本方面制约，实施起来困难较大，周期较长。因此应在当地水资源缺乏优势、限于生产技术和设备水平使水的再生利用率已达极限的情况下方考虑跨流域调水工程为宜。

（6）城市水资源作为资源的内涵包括水量、水质和能量。不同类型的水资源具有不同的内涵，因而取其优势优先利用。如地下热水突出的优势是温度高，但受储存条件和循环条件限制，特别是补给量的影响，其水量较一般的地下水要小得多。多数地热水中含有H₂S、氟化物、放射性物质等严重影响人体健康的化学成分。因此，对于这类水应以水的能源利用为主，以其量和质的利用为辅。对于一些水量水质均能满足城市与工业用水需求的地下热水，则可实现水资源的量、质和能的统一利用。

（7）不论采取哪种城市水资源的利用方式，都应从技术经济方面充分论证，以使水资源真正成为促使城市可持续发展的主导因素。

（8）城市水资源具有自然属性和社会属性，因此取水量和取水方式要受自然和社会的限制。如开采地下水时，其最大开采量不得超过水源地的允许开采量；河流的取水量不得超过其设计径流量和调节量，且要兼顾上下游的用水分配；所有取水均应满足政府行政管理部门的许可，使用后的排水也应符合环境保护的技术和政策要求。

三、城市水资源利用中的问题

城市水资源是支撑城市人民生活和社会发展的重要基础，然而随着城市的快速发展，水资源短缺的矛盾日趋紧张。其原因一方面是城市发展使总的需水量增加；另一方面由于气候因素和人为因素的影响，常规水资源的量在逐渐减少，还有水资源规划和管理的科学性没能充分体现。具体存在以下问题。

（1）城市水资源开发利用方式不当　水资源短缺主要是降水在地域上的分布不均衡造成的，但也与一些城市对水资源的开发利用不当有关。特别是北方城市，由于地表水资源贫乏，水量和水位随季节变化十分明显，因此不得不超量开采地下水，致使城区及城郊区大面积的地下水位持续下降。如太原市在引黄工程投产以前，地下水超采区的面积达4100km²（包括兰村泉域、晋祠泉域），严重超采区的面积为2134km²，地下水超采量为9100×10⁴m³。太原市的三大供水水源地（兰村水源地、西张水源地和枣沟水源地）的地下水水位每年以近2m的速率下降。

（2）城市水体污染严重　我国的工业主要分布在城市及近郊地区。工业“三废”排放使城市地表水和地下水受到不同程度的污染，南方发达城市地表水水质逐年下降，北方城市不仅河水被污染，而且城郊区的浅层地下水也受到了不同程度的污染，使原本短缺的城市水资源因污染而又造成水质性的减少。不少城市因当地水源污染而被迫远距离调水，这不仅增加了供水设施的投资和运营成本，还可能给生态环境带来严重的负面影响。

（3）用水较为单一，水的重复利用率低　由于传统习惯和环境保护政策的贯彻落实不够，一些企业总以传统的地表水和地下水作为主要水源。使用后的污废水不经处理，或者处理不达标就排放，不仅增加了常规水资源的负担，而且污染了环境，形成水资源日趋短缺与水环境不断恶化的恶性循环。此外，一些企业分散分布，受生产工艺、产品用水要求的限制，水只在企业内部循环利用，但形不成统一利用再生水的格局，使城市水资源总的循环利用率较低。排出的污水处理率较低，处理后的污水再生回用受技术和经济等条件的限制，一般也只作为生活杂用和环境景观用水，水的重复利用率还较低，没能发挥水资源的最大使用效益。

（4）缺乏科学的用水规划　科学合理地利用水资源就要首先对城市水资源的类型和特点有很好的把握，更要了解城市工业用水的要求，从而本着发挥水资源最大效益的目标进行科学的用水规划。通过规划解决常规水资源与非常规水资源利用的协调问题，尽可能地减少常规水资源的用量，逐渐推广使用低质水和再生水，促进水的良性循环。

（5）用水浪费严重　尽管城市节水已经取得了明显成效，但用水浪费和效率不高的现象仍然十分严重。生活用水器具与城市供水管网的跑、冒、滴、漏现象十分普遍。全国城市供水管网平均漏失率为12.1％，其中系统内（公共管网）综合漏失率为13.9％，加上用户的支管渗漏，实际损失达到20％，个别省市的系统内综合漏失率是全国平均水平的2～3倍，如上海市为26.2％、海南省为26.0％、湖南省为38.9％、陕西省为39.0％。市政公共用水浪费现象更加惊人，机关事业单位、大专院校、宾馆等的人均生活用水量高达200～900L/d。工业用水效率与国外先进水平相比仍有较大的差距，主要表现在万元产值取水量大，重复利用率低。从国内来讲，不同地区、不同行业和不同企业用水效率的差别也非常悬殊，说明我国的节水潜力是较大的。

（6）供水设施滞后城市的发展　城市供水系统是支撑城市水资源利用的重要基础设施，它的规模应与城市人口、工业布局、社会经济发展等相适应。然而，由于水资源问题、地方经济问题、体制问题等使许多城市的供水系统远远落后于城市的发展，致使水资源供水不足，也导致城市水资源不能得到高效利用。如山西省的供水工程设计年限近期一般为5年，远期10年，但实际实施时由于缺乏资金多数以满足近期水量而建设。建设周期2～3年，工程建成后需水量也达到了近期的规模，从而导致管网偏小、水压不足等运行问题。当城市集中供水系统不能满足城市需水量的情况下，一些工业企业开采自备水源，从而导致区域地下水位持续下降、水质恶化等环境地质问题出现。许多城市由于资金问题不能专门铺设中水管网，阻碍了再生水的有效利用。另外，分质供水技术是实现水资源高效利用的有效方式，但由于经济原因在我国的绝大多数城市还难以实现。

（7）水资源的能源利用还不普及　地热能是一种天然的清洁能源，在当前空气污染日趋严重，温室效应影响日益显现的情况下，开发利用非化石清洁能源是我国乃至全世界能源利用的主方向。地热水是比较早被利用的非化石能源，用作供暖、发电、温室、大棚农业灌溉等。近年来，随着热泵技术的发展，水中所蕴藏的能源也被开发利用，并且成为当前城市节能减排的重要发展能源利用方式之一。然而，由于地热水受独特构造控制，分布区域有限，加之受循环条件，特别是补给条件的影响，可采取水量较小，而且如果长期超采，水的温度就会下降，因此目前还不能成为城市主要的能源加以利用。热泵技术是近年来发展起来的能源利用技术，还存在效益较低、运行受水温和环境温度影响大而常常不稳定的技术问题，因此，水资源的能源利用还不能普及，但它必将成为今后支撑城市清洁能源供应的主力军。

（8）水处理技术需不断进步　低质水和再生水等非常规水资源一般通过处理达标后才能使用，但限于处理技术和成本居高不下的条件，推广使用这些非常规水资源受到严重的制约，因此，开发低成本而高效的水处理技术和设备是提高水重复利用率的关键。

四、城市水资源高效利用的内容和意义

（一）城市水资源高效利用的含义

所谓城市水资源的高效利用，是指在水源和水源地的选定过程中要统筹考虑、全面规划，正确处理与给水工程有关的各部门的关系；在水源选定及取水工程建设过程中要从技术经济两方面综合考虑，以求合理地综合利用和开发水资源；在水源利用过程中要以水量、水质和能量统一利用为原则，以全面发挥水的特性。

所谓统筹考虑，是指根据当地水资源的类型、充沛程度、分布位置，全面分析城市需水量、用水对象、用水特点的基础上，合理制定城市水资源的利用方式、地表水和地下水的比例、常规水资源和再生水的比例、低质水的利用途径等。

全面规划就是在统筹研究上述水资源供（用）水相关问题的基础上，紧密结合城市总体规划成果，制定城市水资源利用规划，解决现状和规划期内城市水资源的高效利用问题。

城市水资源利用涉及水源、供水系统、用户，还涉及这些资源和工程设施的管理部门，它们组成了一个十分复杂的技术和管理体系。科学合理地协调相互关系，才能使系统高效运行。其中水源问题是这个复杂体系中的关键，当地水资源的充沛程度直接影响整个城市的供水和用水方式。如常规水资源充沛的城市，其居民生活用水量定额就会较高，缺水的城市必然要加大再生水利用量，严重缺水城市不得不利用低质水，甚至靠区外调水解决城市水资源的供需矛盾。区外调水工程涉及更加复杂的问题，如水资源的流域平衡、行政区域水资源平衡、行政许可、生态环境影响，以及投资运营等。供水系统的合理性和普及程度决定了水资源的利用途径，管网系统的漏损率决定了供水企业的供水效率，也体现了城市水资源的利用效率。用户是实现水资源高效利用的主体，生活用水习惯、工业企业对水量和水质的需求等都会影响水资源的利用方式和效率。因此，必须科学合理地处理好与给水工程有关的各部门的关系。

综合利用和开发水资源就是要根据城市水资源的情况科学制定水资源综合利用方案，调配各种类型水资源的利用比例，不断增大水的重复利用率，以充分发挥水的利用效率。在水源选定及取水工程建设过程中要从技术经济两方面综合考虑，以保护性为前提开发水资源，实现水资源的可持续利用。总之，在水资源危机日趋严重的情况下，城市水资源高效利用的总体原则应该是综合利用优先、科学开发为重，努力做到综合利用与科学开发的统一。

城市水资源具有量、质、能的综合特性，要在水资源利用过程中综合考虑水量、水质和能量的利用，以全面发挥水的特性，为人民生活和生产服务。因此，水资源的能源利用是打破水资源利用传统理念，有效地拓展了城市水资源的基本内涵，对解决城市能源危机、改善环境、造福社会具有重要意义。

（二）城市水资源高效利用要点

城市水资源高效利用具体表现在以下几方面。

（1）城市水资源是一切可为城市生活和生产活动所用的水源，其范畴包括城市及其周围的地表水和地下水、被调来的外来水源、海水、城市雨水、生活与工业再生水、建筑中水、低质水，以及污（废）水等。城市水资源包含空间、属性和使用功能三方面的类型。从空间角度可分为本地水资源和区外水资源，从属性方面可分为地下水、地表水、城市雨水、建筑中水、低质水、再生水、污（废）水等。从满足城市集中式供水水源水量要求角度考虑，城市水资源的主要类型可归纳为地下水、地表水、低质水及再生水四种，低质水主要包括高盐度水、高硬度水、高硫酸盐水和含H₂S水，以及受污染的地表水和地下水。

（2）常规地表水和地下水是优先利用的水源，但在城市水危机日趋严重的情况下，城市水资源利用的基本原则是综合利用优先、科学开发为重，努力做到综合利用与科学开发的统一。要根据城市水资源充沛程度、城市水资源的类型、供水系统、用户用水对水量和水质的要求综合利用各种城市水资源，不断提高水的利用效率。

（3）地表水和地下水在利用过程中要以保护为前提。对于地表水，要通过充分论证科学地选定取水口位置，并选取合理的取水构筑物，以高效优质取到设计水量；对于地下水，要在水文地质勘察成果的基础上，科学选择水源地，精心设计取水构筑物，合理布局井群系统、优化取水设备和水井联络，以发挥每个水井的取水效率。同时，必须遵循地下水总开采量小于允许开采量的原则，防止造成地下水衰竭、水质恶化、地面塌陷、地面沉降等不良后果的产生，并要论证防止水源污染的措施。在沿海地区应注意控制过量开采地下水而引起的地下水水质恶化、海水入侵等问题，应尽可能考虑利用海水作为某些工业企业的给水水源。

（4）海水作为特殊的地表水，在淡水缺乏的沿海城市可推广使用，但要解决直接利用和间接利用中的腐蚀、除盐、结垢、海生物影响等关键问题。

（5）区外调水是解决严重缺水城市水资源危机的有效措施，但工程的实施涉及水资源、行政管理、流域平衡、生态环境等因素，而且投资成本较高，因此要充分论证、科学分析、全面规划。要协调同一河流多处取水工程的上下游水量关系；同一河流修建多个调节水库时，要注意协调水库蓄水量及供水量的关系；对于同一水库，要注意城市供水量、养鱼、发电、旅游及生态环境等方面的相互协调，解决城市或工业大量用水与农业灌溉用水的矛盾。

（6）再生水的水源是城市使用后形成的污水，占用水量的80％左右，水源稳定、水量可靠，是重要的城市第二水源。因此要不断加大再生水的应用领域，努力提高再生水的利用效率。

（7）污水和低质水均不能直接使用，处理技术水平和成本决定着其使用领域和程度。污水再生回用技术和低质水的处理技术是实现城市水资源高效利用的重要保证。微污染的地表水和地下水是潜在的城市优质供水水源，因为微污染水的处理技术已日渐成熟，但严重污染的水源利用还因处理技术和成本因素而面临挑战。

（8）城市水资源具有量、质、能的综合特性，要在水资源利用过程中综合考虑水量、水质和能量的利用，以全面发挥水的特性，实现真正的高效利用。

（9）再生水和低质水利用时可能对人体健康和生态环境产生不良影响，因此要研究这些水利用的环境健康风险，确保安全利用。

（三）城市水资源高效利用的意义

城市水资源是城市发展的重要基础，但随着社会经济发展和人口的增长，城市水资源的供需矛盾越来越突出。在利用过程中存在开发利用方式不当所导致的地下水位持续下降，甚至引发不良环境地质问题的严重后果；存在着城市水体污染严重，使本来缺乏的水资源因污染而造成水资源量的水质性减少；存在着用水种类单一，再生水利用量低，过分依赖地表水或地下水的情况，使水的重复利用率较低，加重了城市常规水资源的供给负担；一些城市缺乏科学的用水规划，供水设施滞后城市的发展，影响水的分类分质供给；由于节水意识不强，用水浪费和跑、冒、滴、漏现象十分严重；特别是水处理技术和处理成本居高不下，制约了对非常规水资源的利用。所有这些问题造成了城市水资源不能合理规划和高效利用的严重问题，从而引发城市水危机的严峻形势。

城市水资源具有自然属性和社会属性，自然属性决定了其固有的资源分布、水量、水质和能量分配的不均匀性，而这种不均匀性如果不能合理调配就无法满足城市用水需求，这就需要通过其社会属性通过科学管理实现高效利用。高效利用的科学性体现在先进的取水技术、输水技术、处理技术、配水技术和技术经济，也包括科学的管理技术。只有从水源利用的各个环节体现科学性，实现水资源的量、质、能的综合利用，自然属性通过社会属性的调节，才能从根本上实现城市水资源的高效利用，这些辩证的理论和技术方法无疑对保护城市水资源、高效利用水资源、全面综合利用水资源、促进社会的可持续发展提供强有力的保障。