焦点提醒：任南琪院士：城市水系统成长过程阐发与趋向瞻望来历： 任南琪，王旭 中国水利杂志 水是关乎人类保存、糊口和出产的根本性天然资本和计谋性经济资本。结合国《2020年全球水资本成长陈述》指出，因生齿增加、经济成长和消费模式的改变，全球水资本耗损量在曩昔100年里增加了6倍，并继续以每一年约1%的速度稳步增加；到2050年，全球将有跨越20亿生齿糊口在水资本严峻欠缺的国度和地域，将有22个国度面对严峻的水资本紧缺问题。对我国而言，淡水资本总量仅占全球的6%， 来历：任南琪，王旭中国水利杂志 对我国而言，淡水资本总量仅占全球的6%，人均水资本据有量仅为世界平均程度的1/4。鼎新开放以来，我国操纵无限的水资本支持了年夜范围的工业化和城镇化历程，但同时也带来了具有复杂性、挑战性和多样性的水情况污染和水资本欠缺问题，国度的水生态平安遭到了严重挑战。 城市水系统是社会、经济和情况要素共生成长的产品，是水的天然轮回和社会轮回的耦合载体，包罗城市地表水和地下水、城市供水、城市排水、城市再生水、城市内涝防治和城市河湖水体等系统单位。优化重构城市水系统的扶植和成长模式，是兼顾水资本、水情况、水生态管理的要害抓手，是周全晋升城市水资本操纵效力、保障国度水平安、增进经济高质量成长的主要行动。 城市水系统以水的社会和天然轮回为对象，研究其水量和水质的复杂转变纪律和水生态平安保障的项目手艺问题，以实现水资本健康轮回和可延续操纵。城市水系统的扶植与成长需面向新时期国度生态文明扶植的整体方针和需求，以“提高水资本效力、晋升水情况质量、恢复水生态功能、保障水健康轮回”为导向，遵守“随机应变、科学计划、绿色低碳、经济高效”的准绳，知足人平易近日趋增加的平安用水需求，实现城市可延续成长、天然生态系统健康、人居情况质量改良的调和同一。 本文基在汗青视角梳理了城市水系统的成长过程，阐发和总结各汗青期间城市水系统迭代成长的布景、获得的成绩和具有的不足，并切磋将来城市水系统立异成长的若干要害使命和要点，为深切实行国度节水步履方案、推动水资本节俭集约操纵供给科学建议，以知足促进人类福祉和保障水生态平安的严重需求。 自古以来，城市的成长离不开水，根基遵守“依水而居、因水而兴”的遍及纪律。洁净的水资本知足了城市出产糊口、生态宜居、航交运输、景不雅文娱等多种需求。纵不雅汗青，城市水系统跟着城市的鼓起而呈现，也陪伴城市化历程而变化，是人类文明成长的主要构成部门之一。我国5000多年文明成长史中，城市成长的汗青可分为古代、近代、现代等分歧阶段，响应地，城市水系统的成长史也可按照其扶植模式和手艺特点划分为古代、近代和现代等三个阶段。 据考古发觉，3000年前我国商代国都殷墟就已具有具有供排水功能的城市水系统雏形。跟着出产力成长，特殊是畜牧业、手工业、贸易社会分工的呈现，人类最先聚居并构成了城市。此时，城市水系统的首要功能是知足居平易近饮水需求，其特点是以井水、泉水和河渠湖池为首要水源，经由过程建筑基在重力感化的管渠系统和一些简单的配套举措措施实现城市居平易近用水供给。在排水方面，居平易近发生的尿液和粪便，开初是由周边的天井或农田消纳，陪伴生齿增加和城区平易近宅日趋稠密，人们最先经由过程建筑简略单纯排水水沟和陶制管道将污水、雨水就近排入天然水体，城市合流制排水系统的雏形就此构成。 ▲清算排水水沟 摄/严文辉 18世纪中叶第一次工业革命迸发后，全球城市生齿快速增加，社会经济飞速成长，但也形成了人类史上第一次年夜范围的情况污染。城市居平易近日趋增添，平常发生的尿液、粪便、垃圾得不到实时处置，间接排入天然水体，形成了城市水源污染，继而激发了霍乱、伤寒等介水传布疾病。为处理水源污染和情况卫生问题，城市供水系统日臻完美。早期，首要经由过程项目范围扩大来应对问题，例如，将取水口向河道上游迁徙或建筑远距离排水管道，但这些办法没法长效地处理问题。水质净化（例如过滤和消毒）和污水处置（例如初期沉淀分手，和1912年英国人发现的活性污泥法）工艺的呈现，成为近代城市水系统成长完美的标记。 现代城市水系统 自20世纪中叶至今，得益在公众环保认识的醒觉和科学手艺的成长，给水和污水处置工艺手艺也在不竭地优化进级，新型处置手艺层见叠出。但是，陪伴当前城市生齿增加和经济的高速成长，城市可延续成长面对水资本欠缺、排水溢流污染、河湖富养分化等新的挑战。这些问题既破环了水生态健康，又极年夜限制了经济社会成长。另外一方面，人们也最先意想到开源撙节的主要性。推行利用节水用具，开辟再生水、雨水和海水等很是规水源，计划设想分流制排水系统，采纳合流制溢流节制策略等办法成为当前城市水系统立异成长的标的目的。此中最为主要的变化，是人们最先基在系统思惟从头思虑保守城市水系统的计划设想和运转治理模式，而海绵城市与聪明水务的提出和实践，则是今世城市水系统立异成长的主要代表。 海绵城市的发源与成长 2013年，习近平总书记在中心城镇化会议中提出要扶植天然积压、天然渗入、天然净化的海绵城市，这是新时期城市水资本治理和水生态情况改良的新理念。海绵城市是指城市在顺应情况转变和应对天然灾难等方面具有杰出的“弹性”和“韧性”，海绵城市扶植旨在重点处理城市涝灾与城市水体污染等问题，充实斟酌水资本、水情况、水生态、水平安、水文化，知足城市水系统的兼顾治理、庇护与操纵，实现“蓝绿融会”、“灰绿连系”，减缓热岛效应，确保生态优先、绿色低碳成长。 海绵城市扶植是具有中国特点的城市水系统分析管理理念，基在海绵城市理念提出的城市水轮回系统4.0，针对“源—网—厂—河湖”要害单位的兼顾斟酌，是对今世城市水系统的完美和晋升。2014年以来，国务院和住房和城乡扶植部接踵发布《关在推动海绵城市扶植的指点定见》《海绵城市扶植手艺指南》和《海绵城市扶植绩效评价与查核法子（试行）》等，摆设推动海绵城市扶植工作。自2015年起，我国部门城市展开了海绵城市试点，并在处理城市内涝、水资本欠缺和水情况质量恶化等方面获得了显著成效，也获得了国际承认和正视。 ▲透水砖助力海绵城市扶植 材料图片 聪明水务的提出与成长 近代：成长水质净化根本理论和工艺手艺 现代：完美水污染节制和水质平安保障系统 20世纪中叶，工业成长和情况质量问题日趋凸起，一系列新型的水处置手艺、工艺情势和理论得以开辟和利用。饮用水厂采取臭氧—活性炭手艺或超滤工艺，有用去除水中低浓度有毒无机物和重金属，污水厂增设过滤、活性炭、离子互换和消毒单位进一步晋升出水水质。由此，城市水系统在实现水污染节制和饮用水平安保障等方面获得了庞大成绩。20世纪60年月，美国提出了“21世纪水厂”概念并进行了实践，经由过程对保守污水处置工艺的出水进行微滤、超滤、紫外消毒的再处置，将污水处置尺度晋升至饮用水尺度，尔后注入地下含水层，实现间接饮用的目标，这一立异实践对污水再生操纵发生了深远影响。另外新加坡的“NEWater重生水”工艺、中国的海绵城市、污水资本概念厂等系列立异行动，都为城市水系统的将来成长指了然主要标的目的。 ▲巡河员打捞河流水草摄/吴拯 城市是天然生态系统和人工手艺耦合的复杂系统，水系统作为其主要构成部门，一样具有不成轻忽的生态性。城市水系统是城市圈内水资本与社会、情况和生态各要素之间彼此感化而构成的以水为中间的复杂系统，具有污染净化、情况调理、水文调理、景不雅文娱和水源补给等主要功能。但是在既有的治水实践进程中，城市水资本供给、水情况管理和水平安保障过度依靠灰色根本举措措施，强调借助项目手艺处理水问题，经由过程投入年夜量的能源和药剂实现水平安保障，并未充实阐扬天然系统的生态办事功能，“灰绿”根本举措措施融会不充实、系统耦合不慎密，形成城市水系统运转能耗物耗高、碳排放量年夜等问题，既有城市水系统距离绿色低碳方针仍有较年夜的成长空间。 缺少系统性 城市水系统是复杂城市年夜系统的主要构成部门，是水天然轮回和社会轮回在城市空间的耦合，触及城市水资本开辟、操纵、庇护和治理的全进程。在城市水系统范围较小时，各系统单位的功能相对单一，互动进程也较为简单，固然相互之间具有联系但其实不慎密。 但是，跟着水源污染加重和用水需求增添，各系统单位之间的关系逐步产生转变，例如一些城市因水源污染而需要在清水厂前端设置污水处置举措措施对原水进行预处置，而一些城市因缺水需要对污水厂的出水进行深度处置后作再生水操纵。此时，供水和排水两个系统单位便彼此交叉成了一体。城市水源、供水、用水、排水等系统单位之间的关系变得愈来愈紧密亲密，彼此间的限制或支持感化也愈来愈较着。但是，既有的城市水系统计划治理常常是借助现代项目办法快速处理局部的水问题，城市水务治理只担任供水、排水与污水处置中的部门环节，没有实现全方位、全地区、全进程管理，明显难以顺应城市水系统的全体性要求。 城市水系统立异成长使命与瞻望 基在以上回首和总结，切磋在新时期生态文明扶植新要求下，将来城市水系统立异成长的首要使命和要害要点，为新情势下深切实行国度节水步履、鼎力推动水资本节俭集约操纵供给参考鉴戒。 提高保守水资本操纵效力，丰硕很是规水源的开辟操纵路子，构成水量充分、水质良好、平安高效的水资本保障系统，实现水资本的可延续操纵，依照以水定城、以水定地、以水定人、以水定产“四水四定”准绳，助力经济高质量成长。 增强城市污水分析整治，推动雨污分流制排水系统完美和污水处置提质增效协同绿色低碳成长，有用节制城市水体污染和消弭黑臭，以进一步完美城市功能，晋升城市档次，改良人居情况。 扶植功能复合、绿色生态的城市水根本举措措施，实现“蓝绿融会连片”“灰绿连系低碳”，将水系统各类举措措施随机应变、兼顾斟酌，庇护和修复山川林田湖草沙等生态空间，建立以生态功能阐扬、生态平安保障和生物多样性建立为指点的水体庇护理念。 摸索很是规水源的生态融会与资本高效操纵 渡水根本举措措施作为城市扶植的主要构成部门，是平易近生保障的基石。将来，渡水根本举措措施的扶植应兼顾阐扬天然生态功能和人工干涉干与功能，即充实操纵城市河湖水系和天然泥土、人工湿地等“蓝色”和“绿色”天然生态系统，科学强化管渠系统、物化清水单位等城市的“灰色”根本举措措施扶植。在城市水系统根本举措措施计划治理中，充实调和兼顾“蓝”“绿”“灰”三类根本举措措施，并与城市地盘操纵计划、水系统优化结构等城市分析计划和渡水专项计划相调和、相顺应。 保持水生态的健康完全是阐扬水生态功能的要害。水生态完全性包罗水文形式时空变同性、河湖地貌形态空间异质性、河湖水系三维连通性、适合生物保存的水体物化特征、食品网布局和生物多样性。各生态要素彼此感化，构成完全的布局并具有必然的生态功能。将来，应将生态学理念与情况项目方式充实融会，以“生态优先、绿色低碳”为方针，重构城市的水生态完全性，维系水生物多样性，恢复水生态功能，建立可延续的城市水系统，支持城市的高质量成长。 成长城市水系统聪明感知与风险防控系统 城市水系统具有系统性、全体性、复杂性和面向将来的不肯定性，对其进行全进程、全要素的聪明管控具有主要意义。将来，城市水系统需连系社会、经济、情况和生态全要素年夜数据消息，展开数字计划和前瞻设想，以应对生齿成长、天气转变和突发疫情等不肯定身分对城市水系统平安的影响。应建立空六合一体化情况年夜数据与人工智能平台，及时感知城市水系统的状况转变与面对的潜伏风险，建立聪明化的风险防控系统，实现城市水系统的优化治理。 来历 |《中国水利》2023年第7期 作者|任南琪（中国项目院院士，传授），王旭 责编|刘磊宁 校订|李卢祎 审核|王慧 监制|轩玮
任南琪院士：城市水系统成长过程阐发与趋向瞻望
水是关乎人类保存、糊口和出产的根本性天然资本和计谋性经济资本。结合国《2020年全球水资本成长陈述》指出，因生齿增加、经济成长和消费模式的改变，全球水资本耗损量在曩昔100年里增加了6倍，并继续以每一年约1%的速度稳步增加；到2050年，全球将有跨越20亿生齿糊口在水资本严峻欠缺的国度和地域，将有22个国度面对严峻的水资本紧缺问题。
城市水系统的成长过程
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