城市水系統(tǒng)健康循環(huán)理論與方略

張 杰，李 冬，2

(1.哈爾濱工業(yè)大學城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室，哈爾濱150090;

2.北京工業(yè)大學北京市水質科學與水環(huán)境恢復重點實驗室，北京100124，lidong2006@bjut.edu.cn)

目前全球一半左右的河流流量大幅減少或遭嚴重的污染，世界上80個國家占全球40%的人口嚴重缺水，如果這一趨勢得不到遏制，今后30年內(nèi)全球55%以上的人口將面臨水荒［1］.中國水資源總量28 000億m3/a，平均2 200 m3/(a·人)，到2030年將降為1 700 m3/(a·人)，我國是水資源緊缺的國家.與此同時全國江河除源頭外，都受到不同程度的污染，絕大多數(shù)城市下游段淪為Ⅴ類或劣Ⅴ類水體.全國660多座城市有400多座缺水，水危機已突現(xiàn)在面前［2］.

面對水污染、水短缺的嚴峻危機，反思人類社會水事活動，尋求水危機的根源，探索水環(huán)境恢復與水資源可持續(xù)利用之道路，正是迫切的任務.

人類生存于自然界之中，自然是地球生態(tài)系統(tǒng)中的一環(huán).自18世紀產(chǎn)業(yè)革命以來，人類一直認為自己是主宰世界，征服自然的主人.為了經(jīng)濟利益，盡最大努力去開采資源，無度消費，大量排放廢棄物，致使地球的資源與環(huán)境遭到了嚴重破壞，人類社會也陷入了資源與環(huán)境的危機之中.自然界水與其他資源都是有限的，并處于不斷的物質循環(huán)之中.人類的社會活動，生活與生產(chǎn)活動都要服從于物質自然循環(huán)的規(guī)律，與其相協(xié)調(diào).人類社會水與物質的循環(huán)必須納入自然循環(huán)運動之中，人類社會方可持續(xù)發(fā)展［3］.

1 水及植物的營養(yǎng)素循環(huán)規(guī)律

1.1 水循環(huán)

在太陽能的驅動下，水在海洋、天空和大陸之間進行著循環(huán)不已的運動.其循環(huán)總量就是地球降水總量或者是蒸發(fā)總量，平均每年為57.7× 104km3.大陸降水量大于蒸發(fā)量，而海洋的降水量小于蒸發(fā)量.由于大陸與海洋這種降水與蒸發(fā)量上的差異，水由大陸流向大海，形成了川流不息的江河、湖泊、地下潛流，滋潤著地球萬物的生長，這也是人類社會不可替代的自然基礎資源［1］.水的自然循環(huán)如圖1所示.

圖1 水的自然循環(huán)

大陸年徑流總量為大陸年降水總量與年蒸發(fā)總量之差，或海洋年蒸發(fā)總量與年降水總量之差:

大陸年降水總量-大陸年蒸發(fā)總量=11.9× 104km3/a-7.2×104km3/a=4.7×104km3/a.

海洋年蒸發(fā)總量-海洋年降水總量=50.5× 104km3/a-45.8×104km3/a=4.7×104km3/a.

大陸徑流量為4.7×104km3/a.

人類社會在自然徑流中取水來從事生產(chǎn)生活活動，用過的水又排回自然水體，就建立了社會用水循環(huán)，它和自然水文循環(huán)一起組成了地球復合水循環(huán)系統(tǒng)，如圖2所示.社會用水循環(huán)是自然水文循環(huán)的一個子系統(tǒng)，它依附于自然水文循環(huán)系統(tǒng).在人類幾百萬年的歷程中，人類社會的水循環(huán)基本上與自然水循環(huán)相協(xié)調(diào).只是近百年來人類大肆進行水事活動，才給與了母系統(tǒng)強烈的影響和沖擊.

圖2 地球復合水循環(huán)系統(tǒng)

1.2 植物的營養(yǎng)素循環(huán)

地球上已知的生物物種大概有150萬種，其中20%是水生生物.每種生物都不是獨立生存的，都是在生產(chǎn)者、消費者、分解者的營養(yǎng)素循環(huán)中與其他物種相依存而生育、生息不止的.圖3是植物的營養(yǎng)素在自然中的循環(huán).從圖3中可見，在太陽光能量的補給下，綠色植物吸收土壤中N、P、K等營養(yǎng)成分，利用CO2和水來合成有機物質，增長繁育自身，為草食動物生產(chǎn)食料，組成了草食動物、肉食動物的食物鏈.枯萎的植物和動物的排泄物及其死亡后的肢體又被微生物所分解，重新產(chǎn)出植物的營養(yǎng)素N、P、K等營養(yǎng)成分，供給綠色植物利用.明示了在太陽光的照射下植物的營養(yǎng)素在綠色植物(生產(chǎn)者)、動物(消費者)、微生物(分解者)，再到綠色植物的反復不斷地循環(huán).

圖3 自然界植物的營養(yǎng)素循環(huán)

在人類產(chǎn)生后的幾百萬年間，人類是食物鏈的最終端，但是古代人類基本沒有破壞植物的營養(yǎng)素的自然循環(huán)，其循環(huán)途徑可見圖4.

圖4 人類與植物的營養(yǎng)素循環(huán)

自從18世紀人類社會生產(chǎn)力發(fā)達以來，尤其是19世紀水沖廁所普及以后，城市另僻了植物的營養(yǎng)素開路循環(huán)，如圖5所示.由于人口劇增，人類社會大力發(fā)展農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)，將農(nóng)作物、家畜、野生動植物都作為食物，消耗數(shù)量巨大，而其排泄物又通過下水道、垃圾處理系統(tǒng)排放于河流、填埋于地下或者進行焚燒，污染自然水系和大氣環(huán)境，卻不能通過分解者回到農(nóng)田作肥料，鑄成了大地植物的營養(yǎng)素的流失和水環(huán)境污染.農(nóng)田土壤營養(yǎng)的貧乏不得不大量使用無機肥料(化肥).由于化肥便捷、肥效快，作物高產(chǎn)，造成了農(nóng)民對化肥的依賴.然而化肥污染環(huán)境，隨農(nóng)田徑流流入水系的化肥質量占施肥量的70%，是閉鎖型水體富營養(yǎng)化的元兇.依靠化肥的農(nóng)業(yè)是不可持續(xù)的，雖然氮肥可以從空氣中取得原料，但是磷肥的原料只能依靠磷礦石.世界上磷礦石的資源也是極其有限的，礦物學家估計照如此速度消耗磷礦石，世界磷礦資源最多還能開采30 a.另外施用化肥也使農(nóng)田土壤漸漸板結貧瘠，導致農(nóng)業(yè)的潛在危機，因此應從生態(tài)學的視點認真研究農(nóng)業(yè)肥料的循環(huán)［4］.

圖5 現(xiàn)代社會植物的營養(yǎng)素的開路循環(huán)

1.3 人類社會水危機的根源

1.3.1 二元論的自然觀是水危機的社會思想根源

歷史上，自然往往視為被征服的對象.“駕馭自然，做自然的主人”曾被絕大多數(shù)人視為人類行動的指南.這種將人與自然割裂，忽視人類是地球生態(tài)系統(tǒng)的有機組成的二元論自然觀是水危機的社會思想根源.

1.3.2 人口過度增長是水危機的必要條件

人類誕生以來，人口相對稀少，直到1850年世界人口為10億人.這個過程經(jīng)歷了數(shù)百萬年，相當人類歷史的99%.而第二個10億僅用了80年，約在1930年世界人口達20億人.45年后，1975年地球人口增至40億，24年后，1999年達到60億，現(xiàn)正以每年7 700萬的速度增長.

人口問題雖然不是環(huán)境問題的唯一原因和必然原因，但人口過度增長卻是人類生存發(fā)展的災難性危機和世界性水危機的必要條件.控制人口增長，就是控制人口總量不超出社會經(jīng)濟、科技發(fā)展與地球生態(tài)系統(tǒng)的承載能力，這必然是解決環(huán)境問題的重要措施.

1.3.3 水危機的直接原因

在“二元論”自然觀的引導下，18世紀產(chǎn)業(yè)革命之后，尤其是近半個世紀以來人類社會采用的是無度消費，大量廢棄的生活、生產(chǎn)方式，最大限度開發(fā)自然資源，最大限度創(chuàng)造社會財富，最大限度攝取利潤，致使本來人口劇增帶來的環(huán)境壓力更加突出.在水資源利用方面大量采用、大量排放、肆意污染水體，致使人類社會用水的循環(huán)對自然水文循環(huán)的干擾越來越大.因此“高投入、高消耗、高排放、高污染”粗放式的生產(chǎn)、生活方式是水危機的直接原因.

1964年竣工的阿斯旺大壩，一度成為埃及的驕傲，它結束了尼羅河連年泛濫的歷史，生產(chǎn)了廉價的電力，還灌溉了農(nóng)田.然而近年人們發(fā)現(xiàn)它破壞了尼羅河流域的生態(tài)平衡，引發(fā)了一系列的災難:如兩岸土壤鹽漬化，河口三角洲收縮.血吸蟲病流行等等［5］.

咸海是界上最大的內(nèi)陸咸水湖，是阿姆河和錫爾河的歸宿.上世紀50年代，由于在阿姆河和錫爾河上游興建水庫，開挖運河，擴大灌溉面積，使兩河入海水量由58.8×108m3/a減少至30×108m3/a，到1980年9月咸海水位下降7 m，水面縮小1.5× 104km2，含鹽量由原來的10%增至1980年的16%，漁產(chǎn)量大幅下降，生態(tài)環(huán)境嚴重破壞［6-7］.

在中國，社會水循環(huán)對水系水質的破壞事例比比皆是.一座工廠或一座城市污染整個流域的事屢見不鮮，生態(tài)系統(tǒng)遭到毒害，威脅著人們的健康和生計.目前世界上許多國家和地區(qū)已經(jīng)不同程度地出現(xiàn)了水危機，水污染與水短缺已成為當今世界許多國家社會發(fā)展的制約因素.人類社會的水循環(huán)給自然水循環(huán)強烈的沖擊，是造成當前水危機的直接原因.但是如在水的社會循環(huán)中，注意遵循水的自然循環(huán)規(guī)律，與自然水文循環(huán)相協(xié)調(diào)，就不致破壞水的自然循環(huán)，從而使自然界有限的淡水資源能夠為人們循環(huán)而持續(xù)地利用.

2 城市水系統(tǒng)健康循環(huán)理論框架

2.1 傳統(tǒng)城市水系統(tǒng)的缺憾

18世紀末發(fā)明的水沖廁所，在19世紀中期開始發(fā)達起來.污水道和水沖廁所改善了城市居民的衛(wèi)生條件，城市用水量迅速增加.但是城市居民的舒適生活條件是以犧牲河流水質為代價的.萊茵河曾一度成為歐洲最大的下水道.到20世紀20年代由于河流的普遍污染，水環(huán)境惡化，傷寒等疾病又流行于人間.人們開始建立城市污水處理工程，一百多年來污水處理技術不斷發(fā)展，世界各大都市都普及了城市排水系統(tǒng).雖然一些河流水質得到了改善，但是世界性的水環(huán)境污染，水體富營養(yǎng)化并未得到根本解決.近年來我國城市污水處理普及率增長迅速，但是水污染并未得到遏制［8］.

城市的水資源流與物質流是密不可分的，表現(xiàn)在人居的排泄物和物資消費的剩余大都是通過排水系統(tǒng)進入污水處理廠或放流水體.水環(huán)境污染就是因為城市排放水中混雜的有機物，N、P等物質進入水系而引起的.現(xiàn)代傳統(tǒng)城市排水系統(tǒng)認為污水和水中的雜質都是污穢的廢物，采取治理和及時排放水體的政策.其弊端是:1)形成了單向流開放式的城市水系統(tǒng).采取大量取水，粗獷利用，大量排放的模式.為了滿足城市用水的無度需求，不惜百里千里到上流甚至外流域調(diào)水，然后污染本市流域的下游水體.2)將生活，生產(chǎn)污水看作是廢水，污穢之水，把水中有機物，N，P及其他人工合成化學品統(tǒng)統(tǒng)看作廢物和污染物，經(jīng)過污水廠末端處理，消除一定危害之后，盡快排除市區(qū)之外，進入下游水體，以此完成了水污染防治的任務.然而，水域污染并未得到遏制，反到越演越烈.3)傳統(tǒng)城市水系統(tǒng)，只是注意滿足單個城市用水和排水之需.城市居民在享受舒適便捷的現(xiàn)代衛(wèi)生設備的同時，卻污染了下游水體.因此，在耗費大量能源的同時卻仍然達不到健康水循環(huán)的要求，這正是水短缺、水污染和植物的營養(yǎng)素循環(huán)紊亂的直接原因.

2.2 城市排水系統(tǒng)功能的變革

歷來排水系統(tǒng)均把含有污染物的污水作為有害的廢水進行處理和排除，為此進行了艱苦不懈的努力.把污水中的N、P、有機物及各種雜質看成寶貴資源，進行回收或源頭分離，把污水看成寶貴淡水資源進行再生、再利用、再循環(huán)，那么城市排水系統(tǒng)就成為了物質回收、污水再生，資源再利用再循環(huán)的城市循環(huán)經(jīng)濟的基礎設施，而不是只擔任收集、末端處理和排放污水的任務.它的功能應升華為:污水再生、再利用與再循環(huán);城區(qū)雨水貯存、滲透、利用與排除;植物的營養(yǎng)素循環(huán)利用;能源與物資的回收［8］.

2.3 城市水資源的變革

往昔作為城市水資源的只有地表、地下天然徑流，本地區(qū)水資源不夠應用或受到了污染就向流域上游取水，甚至到外流域調(diào)水.上、下游和流域間爭奪水資源的糾紛是屢見不鮮的.如果把城市放到流域和城市群來研究，就應當充分利用本地水資源來滿足生活，生產(chǎn)之需，包括天然徑流和非自然水資源.而不去爭奪他鄉(xiāng)水源，影響全流域和其他流域的生態(tài)環(huán)境.就做到了上下游共享流域水資源.可作為城市水源的水資源［9］如下:

1)流域內(nèi)自然徑流水資源.流域水資源是流域內(nèi)的人類社會與生態(tài)系統(tǒng)所共有的.人類社會取用水資源必須有節(jié)制，應以生態(tài)平衡和水資源可持續(xù)利用為原則.超過了這條底線就產(chǎn)生了水危機.如果社會用水達到了健康循環(huán)，每座城市都可就近取用天然徑流，不必用科技力量長距離去源頭取水，更不必跨流域去掠奪他流域水資源.長距離跨流域調(diào)水，將強烈改變自然水文循環(huán)規(guī)律，會帶來意想不到的生態(tài)平衡和環(huán)境問題.

2)城市污水再生資源.將城市污水廠變?yōu)樵偕畯S，就可以生產(chǎn)再生水，建立城市再生水供應系統(tǒng)，可代替自來水用于工業(yè)，景觀和非生活用水.城市污水的產(chǎn)生量約為用水量的70% ～80%，而城市用水量之中，為人們直接飲用和與身體密切接觸的水量僅占全部用水量的30%.其余的均可為再生水所替代.那么城市需求的自然徑流水資源就可減少50%以上.所以城市污水是城市穩(wěn)定的重要水源.

3)節(jié)水資源.提高用水戶的用水效率，減少水量消耗和改變用水方式來降低城市用水需求，也可視為一種水資源.雖然節(jié)省下來的水資源是虛擬的，但確實減少了城市對自然水資源需求的壓力，應視為城市不可忽視的水源.此外城市雨水和沿海城市的海水都可以作為城市的水資源.

2.4 循環(huán)型城市水系統(tǒng)的模式

在人類經(jīng)歷數(shù)千年漫長游牧、農(nóng)耕時代和現(xiàn)代的快速發(fā)展之后，人們越來越認識到，解決資源短缺和可持續(xù)發(fā)展問題的唯一出路是建立循環(huán)型社會，其中水的循環(huán)利用是基礎［10］.循環(huán)型城市水系統(tǒng)模式如圖6所示.

圖6 循環(huán)型城市水系統(tǒng)水資源流與物質流循環(huán)

在循環(huán)型城市水系統(tǒng)中不但要有安全可靠的供水系統(tǒng)，還要有完善的污水再生系統(tǒng).自然水在從采取到排放到下游水體之前，已被高效利用了多次，排放的也是高質量的排放水，并通過高質量再生水回用將社會用水循環(huán)與自然水文循環(huán)和諧地聯(lián)系起來.在一個流域內(nèi)，上、下游城市共享流域水資源，兼顧人類和河流生態(tài)用水，充分體現(xiàn)著流域水資源利用的公平性、共享性和人與自然的和諧.保障著河流生命和富有活力的生態(tài)系統(tǒng).

從圖6還可以看到，循環(huán)型城市水系統(tǒng)除了有一個水資源健康循環(huán)系統(tǒng)之外，還有一個物質(植物的營養(yǎng)素)健康循環(huán)系統(tǒng)，收集人居屎尿、有機垃圾，經(jīng)發(fā)酵分解生產(chǎn)有機肥料回歸農(nóng)田.水資源和植物的營養(yǎng)素的健康循環(huán)，構成了循環(huán)型城市的基礎.這樣的城市將在流域城市群中和其他城市一起重復和循環(huán)利用同一條江河的水，共享流域資源，而不污染下游城市.形成了如圖7所示的以流域為地理單元的水資源共享模式.

圖7 流域社會用水健康循環(huán)模式

2.5 城市水系統(tǒng)健康循環(huán)的內(nèi)涵

城市水系統(tǒng)的健康循環(huán)要求城市用水和食物資源消耗流同時實現(xiàn)健康循環(huán).

城市用水的健康循環(huán)就是在水的社會循環(huán)中遵循水文循環(huán)的規(guī)律，節(jié)制社會循環(huán)流量，控制源頭污染，同時將用過的污水進行再生凈化，實現(xiàn)再利用再循環(huán)，使得上游地區(qū)的用水循環(huán)不影響下游水域的水體功能;水的社會循環(huán)不損害水自然循環(huán)的規(guī)律，從而維系或恢復城市以及流域健康水環(huán)境，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用.

城市食物資源流的循環(huán)主要是食物中富含的N、P、K等營養(yǎng)物質的循環(huán)，是自然界植物的營養(yǎng)素循環(huán)中的分支，城市食物資源流的健康循環(huán)就是不切斷不損害植物的營養(yǎng)素的自然循環(huán)，不產(chǎn)生營養(yǎng)素的流失，不積累于自然水系而惡化水環(huán)境.

從古至今長期以來食物資源流的循環(huán)都是健康的，人們把人畜排泄物、有機垃圾、作物秸稈等都用作農(nóng)家堆肥的原料，回歸到農(nóng)田，這和自然界植物營養(yǎng)素從生產(chǎn)者—消費者—分解者又回到生產(chǎn)者的循環(huán)規(guī)律是吻合的.只有到了現(xiàn)代城市和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的時代才出現(xiàn)了偏差.一方面城市向水系流失氮、磷等營養(yǎng)素，集中污染水環(huán)境，另一方面農(nóng)業(yè)大量使用化學肥料，消耗磷礦資源，同時產(chǎn)生強勁的面源污染.這種狀態(tài)必須將其糾正過來，達到食物資源流的健康循環(huán)，使其再融入自然植物的營養(yǎng)素循環(huán)之中［11］.

社會水資源流和食物資源流的健康循環(huán)正是循環(huán)經(jīng)濟的基礎，是減量化、再利用、再循環(huán)3R原則的典范.

3 城市水系統(tǒng)健康循環(huán)實施方略

3.1 節(jié)制用水

在水資源的開發(fā)利用中，不僅要節(jié)省、節(jié)約用水，還要據(jù)地域的水資源狀況，制定、調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局，促進工藝改革，提倡節(jié)水產(chǎn)業(yè)和清潔生產(chǎn)，通過法律、行政、經(jīng)濟與技術手段，在宏觀上控制社會水循環(huán)的流量，節(jié)制自然取水量，減輕社會循環(huán)對自然循環(huán)的干擾，實行節(jié)制用水.節(jié)約用水是廣大用水戶珍惜水資源的自覺行動，而節(jié)制用水是政府水主管部門和整個社會強制性的行為.

3.2 城市污水的再生、再利用與再循環(huán)

城市污水是寶貴的淡水資源.應突破污水處理系統(tǒng)“達標”排放就安全無事的想法，而應建立社會用水健康循還的理念.建設包括污水處理、深度凈化、管道輸送系統(tǒng)在內(nèi)的，以城市污水為源水的城市再生水供水系統(tǒng)，實現(xiàn)城市污水的再生、再利用和再循環(huán)，從而將城市污水變成城市穩(wěn)定的第二水源.此舉既可以減少城市污水排水量，最大限度地減少流域點污染負荷，還可以開發(fā)第二水資源，解決缺水地區(qū)水資源短缺問題.再生水售水所得還可以補貼污水處理維護費用，減輕財政負擔.當前我國每天產(chǎn)生超過108m3的城市污水，如果能利用其20%～30%，就可以解決10～20年水資源不足的問題.在某些地區(qū)就可以推遲或者取消遠距離跨流域調(diào)水工程計劃，免除難以預料的生態(tài)后果和巨額建設、運行費用.

污水再生水除作為本城市的主要水資源之外，污水經(jīng)深度凈化后高質量的再生水還可以排入水體，作為下游城市生態(tài)水資源的一部分［12］.

以流域為地理單位，在流域城市群中規(guī)劃各個城市污水再生系統(tǒng)并與流域水系功能相結合，實現(xiàn)流域內(nèi)城市群間水資源的重復與循環(huán)使用，就會獲得整個流域最佳的水資源生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益.

3.3 污水廠污泥回歸農(nóng)田作農(nóng)業(yè)肥料

自然界中存在著氮、磷、鉀的循環(huán)，一般是從生產(chǎn)者到消費者到分解者再到生產(chǎn)者，污泥中富含植物的營養(yǎng)素，回歸農(nóng)田是其正當歸宿，是由自然界物質循環(huán)規(guī)律所決定的.

3.4 修復城市雨水水文循環(huán)的途徑

天然降水是維持整個陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎，是地表、地下徑流的來源.傳統(tǒng)城市規(guī)劃及建筑小區(qū)設計習慣于將雨水當做“洪水猛獸”，都是以“將地面降水盡快排入城市雨水管網(wǎng)，盡快入河入?！盀槭滓瓌t，貫徹的是使雨水盡快遠離城市這一防水思路.違反了或者忽略了雨水蓄存、調(diào)節(jié)、涵養(yǎng)地下水、補充地表枯水流量的水文循環(huán)規(guī)律.隨著城市化進程的不斷深入，市區(qū)原有的自然環(huán)境如森林、農(nóng)田、牧場等被建筑物、構筑物及硬化地面所取代.在現(xiàn)代城市中，除了散布于市區(qū)的公園綠地及天然水體之外，整個市區(qū)幾乎被一張不透水的銅墻鐵壁覆蓋，阻隔了雨水向市區(qū)地面下土壤的滲透，截斷了地下水徑流，嚴重影響了城區(qū)雨水的水文循環(huán).由此造成雨季市區(qū)內(nèi)澇，枯水期小河干涸的局面.所以，在城市總體規(guī)劃中，應該充分考慮雨水的土壤滲透、調(diào)節(jié)和蓄存，應充分利用天然降水補充城市地下水，以恢復城市雨水自然循環(huán)的途徑.

3.5 污染負荷源頭分離

水域水質污染是由于入流城市排水中混合各種污染物質造成的，從源頭來分離污染負荷顯然是減輕水域污染的最簡單最經(jīng)濟的方法.以往提倡工業(yè)企業(yè)清潔生產(chǎn)，廢棄物的再生、再利用，當然非常重要.居民生活污水中的污染負荷源頭分離也很重要，千家萬戶積少成多，構成了城市污水中COD、TP、TN的主要來源.

人居尿屎和生活有機垃圾，如果能通過微生物分解，產(chǎn)生營養(yǎng)素N、P、K等成分，再供生產(chǎn)者農(nóng)作物生產(chǎn)食物，供人們消費……，這樣人們的食物消費就可以閉合循環(huán)了.人類就又回到了自然生態(tài)的系統(tǒng)之中.人類社會就有了持續(xù)發(fā)展的前提.能夠完成這一任務的人居衛(wèi)生系統(tǒng)，可稱為人居生態(tài)衛(wèi)生系統(tǒng).它是一個可持續(xù)的閉合循環(huán)系統(tǒng).是將人居排泄物視為寶貴資源而不是廢物，使水資源和植物的營養(yǎng)素在人類社會以閉合的回路進行循環(huán)，使有限的水資源和營養(yǎng)物質可持續(xù)為人類服務的生態(tài)衛(wèi)生系統(tǒng).人類是地球上自然生態(tài)系中的一員，居于生態(tài)食物鏈之終點，有把握和利用自然規(guī)律的能力，但卻不可違反生態(tài)規(guī)律，涸湖而漁.與此相反，應自覺地服從自然規(guī)律，維護生態(tài)系平衡.人類的生產(chǎn)與生活活動只能限定于自然生態(tài)平衡之中［14］.

3.6 流域水環(huán)境綜合管理

水循環(huán)、水資源、水環(huán)境是密不可分的，是地球上水運動的3個方面，他們相互依存、相互制約，并且存在著因果關系.所以水環(huán)境不是某個城市或某個地區(qū)的，而是流域的.因此管理水環(huán)境的基本地理單元就是流域.在明確的流域、地域內(nèi)建立跨部門跨行政地區(qū)的權力管理機構，貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《中華人民共和國水法》和《中華人民共和國水污染防治法》綜合管理水質水量.適度開發(fā)且有效保護水土、生物資源，維護與恢復水環(huán)境和水生態(tài)系統(tǒng)，確保江河湖泊流域水環(huán)境的健康［13］.這種流域綜合管理正是2002年《中華人民共和國水法》規(guī)定的“我國對水資源實行流域管理與行政區(qū)管理相結合制度”的最好形式.流域綜合管理機構由中央有關部委、地方政府和相關水事部門的代表共同組成，是國務院和住房與城市建設部、水利部、環(huán)保部授予其相關行政執(zhí)法權力的機構.他的職能是:1)建立符合流域特點的水環(huán)境法規(guī)體系;2)編制流域水環(huán)境恢復規(guī)劃;3)水功能區(qū)劃管理;4)重大水事項目的審批;5)監(jiān)督城市污水再生水廠和再生水供應系統(tǒng)的建設;6)建立有效的信息共享機制;7)加強流域健康狀況診斷和評估;8)建立公眾參與機制;9)在流域綜合管理機構統(tǒng)籌領導下，流域內(nèi)各城市、各部門各負其責，共同維系流域的健康水環(huán)境.

4 結語

本文從地球水循環(huán)的基本規(guī)律出發(fā)，尋求人類社會用水循環(huán)與自然循環(huán)的和諧，指出了水環(huán)境恢復與水健康循環(huán)的基本途徑和操作體系，形成了系統(tǒng)理論與實踐指南.

1)水循環(huán)、水資源和水環(huán)境是地球上水汽運動的統(tǒng)一體.雖然地球上參與水文循環(huán)的地下、地表徑流量是有限的，但水是可以再生循環(huán)的自然資源.在流域社會用水健康循環(huán)的創(chuàng)舉中，可以同時解決構成現(xiàn)代水危機的兩大問題——水資源短缺和水質污染.

2)反思城市水系統(tǒng)的發(fā)展歷程，提出了以流域為地理單元，上下游水資源共享的用水模式.并闡明了“城市水系統(tǒng)健康循環(huán)”及其內(nèi)涵，指出人類社會對水資源的利用模式應該由過去的“無度取水—粗獷用水—污染排放”的單向開放式的線性流程轉變?yōu)椤肮?jié)制取水—節(jié)約用水—污水再生再循環(huán)”的反饋式循環(huán)流程.

3)運用生態(tài)學原理和系統(tǒng)科學理論，制定并闡明了社會用水健康循環(huán)和水環(huán)境恢復的方略.

4)排水系統(tǒng)應進行功能變革，即由“及時排除雨水，防止市區(qū)內(nèi)澇;收集和處理城市污水，達標排放;維護市區(qū)清潔衛(wèi)生，控制江河水質污染”變革成為“污水再生、再利用、再循環(huán)的樞紐，植物的營養(yǎng)物質循環(huán)的紐帶，能源與物質回收的基地”，從城市基礎設施工程變成維系流域水環(huán)境和水資源可持續(xù)利用的生命線工程.

［1］聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署.“全球環(huán)境展望”專欄［J］.環(huán)境保護，2008，407(11):20-24.

［2］2007年中國國土資源公報［N］.中國國土資源報，2008-4-25(11).

［3］張杰，熊必永.水環(huán)境恢復方略與水資源可持續(xù)利用［J］.中國水利，2003，(6):13-15.

［4］張杰.水環(huán)境恢復的微生物學和生態(tài)學基礎［J］.城市住宅，2009，(11):105-107.

［5］帕克D，馬小俊.阿斯旺大壩的功過評述［J］.水利水電快報，2000，21(4):33.

［6］楊恕，陳燾.咸?！C和前途［J］.蘭州大學學報，1998，26(1):120-127.

［7］朱雅文.咸海，瀕臨死亡［J］.國外社會科學文摘，2001(05):71-72.

［8］張杰，叢廣治.水環(huán)境恢復與城市下水道［J］.蘇州科技學院學報:工程技術版，2003，16(2):1-3.

［9］張杰，叢廣治.我國水環(huán)境恢復工程方略［J］.中國工程科學，2002，4(8):44-49.

［10］張杰.我國水環(huán)境恢復與水環(huán)境學科［J］.北京工業(yè)大學學報，2002，28(2):178-183.

［11］張杰，李冬.城市水系統(tǒng)工程技術［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［12］李冬，張杰.水健康循環(huán)導論［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［13］張杰，曹相生，孟雪征.水環(huán)境恢復原理及我國的工程實踐［J］.北京工業(yè)大學學報，2006，32(2):161-166.

［14］張杰.為我國水環(huán)境恢復而努力［J］.給水排水，2003，29(4):1.