清華大學陳吉寧副校長在2007水業高級技術論壇上

　　在8月3日由清華大學環境科學與工程系和中國水網共同主辦的2007水業高級技術論壇上，清華大學副校長陳吉寧做重點發言，闡述了在城市水系統規劃方面的新觀念、新思路，強調以可持續的理念來設計水系統。

　　以下內容根據錄音整理（未經本人審核）。

　　坦率地講，水的行業是一個非常不注重技術的一個行業，從歷史發展就是這樣，唯一比水行業差的可能是高速公路。所以水的技術發展，在過去上百年的歷史里，是一個比較緩慢的過程。但是最近20年，有了比較大的進展。水的戰略論壇是起始于體制、戰略、投融資的基層，后來又產生了技術沙龍。今天的2007城市水業高級技術論壇，是第一次這樣大規模的關于水的技術的論壇。技術會在水行業里面發揮越來越重要的作用，這也是國內各個投資商充分認識到的一個非常重要的約束的條件。所以，我想，有這么一個非常好的時機，有必要來舉行這樣的一個技術論壇。在論壇上，大家對于水的一些技術進行深入的討論，形成我們行業的共識，推動我們行業的發展。

　　今天我講的題目是關于“水系統的規劃”，從系統的觀點來談一下，我們應該做怎樣的規劃。我想談兩個方面的問題。

　　第一個，過去的15年里面，我們對水系統大概有一個什么樣的理念的變革。我剛才講了，過去大概20幾年里，水的技術有了一個比較大的發展，但是規劃上的一些理念，并沒有非常大的突破，所以現在到了這樣一個理念變革的特殊時期。
　　第二個，要實現這樣的變化，在規劃上面需要有一些工具來完成你的設想。那么怎么樣建設這樣的工具，來支持變化的理念。我今天主要講這兩個方面。
從理念來看，對于水系統大規模的反思來自于上個世紀90年代初。進入新的世紀的時候，我們看成是變化的時候，想到了水的問題。在這個過程之中，自然而然非常大的問題，就是關于千年目標實現的問題。那么千年目標實現其中很重要的一點就是2015年的時候，要把不能獲得安全飲用水的人口比例削減一半，大家非常擔憂現在實現不了。實現不了的過程之中，就產生了大量的討論和爭論，在國際上有包括效率的問題和私人部門介入的問題，還有政府的作用。但是，大部分是在政治層面討論這個問題。
　　在這個過程之中，就有很多的思考：過去幾百年，我們到底做得對不對？這樣引發了一些比較長時期的歷史的回顧。在這個回顧的過程之中，發現了非常突出的問題，從大的格局上來講，我們在水系統的規劃和設計上沒有處理好。
　　第一個就是19世紀水大規模進入城市里面，這解決了什么問題呢？解決了城市的衛生問題，就是沒有流行疾病在城市里面大規模蔓延，帶來的好處是人的壽命大幅度提高，這是變革性的東西。水大規模進入城市之后，以水做介質，不僅是飲用、使用，還把水作為傳輸工具，把污染物帶出去。在區域上，有一個氮和磷的不平衡問題。氮和磷是在農田里面通過植物把它帶到城市里面，人排泄之后還有相當一部分進入到環境中。如果從短的尺度上看沒有問題，但是從上百年的歷史看，這是一個非常非常大的問題。因為造成了非常大的區域上的營養物質的不平衡，這里面有很多大的問題。
　　第二個問題，就是從20世紀開始，大規模水利設施的建設。這些水利設施建設解決了什么問題呢？解決了局部水的有效利用的問題，以及一些防澇的問題。這樣，在一個局部上，在一個空間點上，可以很好地處理水給人類帶來的問題。但是長期這樣下去之后，我們又發現，由于在流域上，更大尺度上帶來的是生態的破壞。那么帶來了一系列非常嚴重的水的問題，相關的更大的問題。所以，當我們看過去200年歷史的時候就發現，在200年處理水的過程之中，都出了問題。那么都出了問題之后，大家得出一個很重要的結論，就是水的系統，它是不可持續的，我們必須改變今天用水的這樣一個方式，必須改變我們城市水系統設計的一些理念。

　　這個過程之中，我覺得有兩個方面根本性的轉變。
　　一個就是尋求跟自然的和諧。自然有它的很重要的波動，人類建設各種各樣的設施的目的是把自然的所有的波動給消除掉。那么今天，我們希望城市能夠把自然的某些不必要的波動給消除掉，但是要保存它最基本的一些變動的頻率。
　　第二個很大的變化，就是從上世紀60、70年代開始，決策的科學化和民主化。特別強調設計的系統性的問題，這里面強調的是人與人之間的和諧還有系統與人之間的和諧。大家要知道20世紀基本上是科學主導發展的社會，就是科學單獨作用于社會?？茖W說的什么都是對的，這個社會我們是被動地接收。到了20世紀末的時候，大家覺得這個過程并不對，因為科學帶來的很多的東西從短時間尺度看是對的，但是長時間尺度上看有非常非常多的問題。比如說轉基因的問題、倫理的問題、生態倫理的問題，在這個過程中涉及到一個怎么樣看待科學、怎么樣看待系統工程的問題，這不是科學家和工程師說了算，而需要全民族、全社會說了算，是需要當地的人民說了算的過程。所以，這個理念的變化是一個非常非常大的變化，這個問題在國內可能體會得不是特別深。
　　那么由于這兩個變化，一個是尋求跟自然的和諧，一個是尋求與社會的和諧，水的系統也發生了一些系統性的變化。
　　比如說第一個，大家開始非常注重能不能在源頭上進行分離。那么這個好處是什么呢？可以改變城市區域營養物質不平衡的問題。有很多的專家現在預測，大概再經過30到50年的時間，我們的城市水系統會發生非常大的深刻的變化。這個變化就是源分離技術會普遍地使用，會徹底地改變我們今天城市水系統的狀態。源分離技術有很多很多方面的東西，這里面給大家舉一個簡單的例子。
　　這是傳統的水系統，從污染物產生到排放，也可能中間會有遺留的過程。那么如果在源頭上大小便進行分離的話，氮和磷大概70%以上是來自于小便的。如果在樓宇系統有一個儲存的設備，你就可以收集這一天小便的排放量。大家知道半夜凌晨2點多鐘或者是1點多鐘的時候，地下水道基本上是空的時候，可以有一個控制閥把它放開。放開之后含有氮和磷的物質會向下游流去，然后可以做化肥使用。這沒有脫磷除氮的問題。所以，這個變革是非常革命性的，這會取代我們30年到50年以后的設施。歐洲現在已經開始有試點工作。
　　清華大學最近有一個環境系的樓宇，是新建的，其中就采用了真空的收集系統，我們想通過這樣的系統推動國內變化的機會。
　　那么第二個方面就是要更加注重節水、污水回用和雨水平衡的技術。減少城市對自然水循環的依賴和影響。那么大家其實可以看到，我們用水的技術在過去的15年里，發生的非常非常大的變化，那么這種變化需要一個時期，我們今天沒有那么深的體會到，是因為需要一個技術的替代。每一個技術大概都有一個它的生命周期，它的生命周期結束之后就會有新的代替，這可能有5年、10年，甚至更長的周期。我們在5到15年之后會看到這個深刻的變化。
　　比如說我們洗手的水龍頭，現在最好的技術節水效果非常的好，這個在以后會大規模地應用，對于城市節水是大規模的改變，這會影響今天各種各樣的設計和各種各樣設備的運行。大家知道水系統的設備運行是20年、50年，甚至更長時間的使用。我們必須看到技術的變化對我們帶來的影響。
　　第三個變化是，水的系統開始非常關注技術的發展，特別是關注運行技術能力的提高。那么這種關注帶來非常重要的影響，其中有兩個技術對于我們水系統的影響是非常非常大的。一個是膜技術，一個是控制的技術。其中一個很重要的方面，就是過去是集中式的、大規模的水廠建設，可能會走向一個小型的，或者是組團式的布局。這樣的布局為什么會產生呢？主要是膜技術大規模應用之后，它的成本下降之后，帶來的一個問題是規模經濟效益從過去的比較高的水平，可以大規模地縮減。我們知道水廠的設計和規劃是取決于規模效益，當你把規模效益壓下去之后，你的結構會發生很大的變化。那么為什么過去沒有發生變化呢？一個是膜材料成本過貴，還有就是沒有人愿意在污水廠工作，如果有過多的小的污水廠的話，就帶來非常嚴重的運行問題?，F在網絡的技術和控制的技術非常發達，可以讓你的公司在一個地方，對全國的污水廠進行監控和運行，現場只要有一個工程師進行適當地監控就可以，這樣會對整個運行的體制有一個非常大的突破。
　　十幾年前，我在英國的時候，就有英國公司已經開始在做。在英國怎么控制南非的污水處理廠的運行？當時網絡的速度并不是很快，但是已經可以實現實時控制了。所以這個變化是一個非常大的變化。污水廠的設計，由于這兩個技術的推動，從集中式處理走向規模更適當的組團式的系統。這個系統對于污水回用，對于更適合地設計，對于投資，對于風險控制都有非常非常多的好處。
　　那么最后一個就是，水系統的設計更考慮因地制宜和多樣性，過去考慮更多是翻指南和翻標準，但是現在大家覺得指南和標準過于嚴格和泛泛，它不能和當地的情況很好地結合起來。所以，我們開始向一個怎么樣風險控制的角度發展。那么包括排出體制的選擇，我們過去比較推崇完全分流式的，那么有一些地方是一定要分流式，但是有一些地方不一定分流式的比較好。這里面出現的問題是，現在發現分流式的管網侵蝕的速度比我們想象的快得多，生命周期短一些。如果完全分流式，如果你管網壽命周期短的話，帶來的投資是非常大的。所以，人們也重新考慮哪些地方用分流式，哪些地方用合流式。
　　這是法國的一個設計，這是運動場和公園結合起來。這個是馬賽的一個公園和運動場結合起來，這涉及到城市的水系統如何跟城市的其他用地結合起來，跟城市其他的基礎設施更好地結合起來。
　　其實大家發現，水的問題不僅僅是是在工程本身的問題，更多地是用什么方式規劃和設計這樣整體的一個系統。水的系統問題，出現了一個系統性的問題。所以，現在更多的人在關心，我們怎么樣從系統的角度看待城市，這不是單一技術而是集成技術的問題。只有在這個層次上，你才能最大可能地節約你的費用，最大可能地優選你的方案。

　　那么要實現系統的規劃，實際上有兩個方面核心的東西需要解決。
　　第一個，你要有數據；第二個你要有工具。那么過去可能更多地關注的是有什么樣的工具。實際上，很大的一個問題是忽視了基礎數據的采集和積累。基礎數據采集包括兩個方面，一個是共性基礎數據采集，還有一個是規劃區本身數據采集。你用什么樣的數據才能采用什么樣的技術，不是說你用最好的技術就可以做出好的規劃。所以，我們在過去的10年里面，一直在做這兩方面的工作，特別是花了大量的時間做共性基礎數據的收集。在這個基礎上，我們構建了一個城市水系統規劃技術平臺。
　　這包括三個方面，一個是數據源系統，一個是基礎公用平臺，一個是專用的模塊。我先講一下數據源系統，我們每年在進行各種各樣的大量的數據的采集。比如說家庭用的水的設施的設備，那么到底這么多年是怎么變化的，老百姓的意愿是什么樣的？對于我們來說，怎樣保證城市蓄水量，怎樣設計你的系統，用更長的時期來看，這些數據有非常大的幫助。
　　基本上從1985年到2000年，我國的用水量是增加的，那么這個增加的過程，主要的問題是在于用電設備、用電器還有淋浴設備的增加，其他的設備實際上是在減少。這樣跟城市化和生活改善的時期相對應，但是要看到，用不同的技術，用水量會有比較大的減少?？赡軙p少到40%，也可能會減少到80%的水平?？唇裉煺捎檬裁礃拥囊龑д?，那么這個政策會對我們城市的用水情況有非常大的影響。
　　另外，我們做了5個工業行業用水量非常詳細的調查。占工業取水量的60%到80%，到每一個產品到每一個工藝，每一個用水量的情況，這個數據我們現在已經建完了。從這里面你可以看到，過去20年里面，每一個行業用水的效率是如何變化的，那么這些變化的趨勢是什么，讓你更好地了解工業部門用水的需求是什么樣的狀況。
　　此外，我們這個系統需要一個平臺，一個GIS數據集成管理平臺，對不同空間的數據進行管理和整合。從大區域到局域的啟動整合。

　　下面介紹公用的基礎平臺。其實水最麻煩的事情在于管網，如果有一個非常好的管網的分析工具，對于做系統的規劃和方案的處理是非常必要的，所以我們開發了基于GIS的管網匯水區的管理。比如說可以進行自動劃分還可以通過任何節點的變化，了解匯水區的一些影響。你可以把這些劃分，給它做一個模擬，模擬完了之后你可以有各種各樣的表征。當你修改你任何一個方案的時候，這個系統可以自動地告訴你，你這個管網哪一塊會受到影響，當你改變任何一個節點設計的時候，整個系統有一個相應地變化，保證你規劃的過程是對的，是合理的，而不是管網之間出現不對稱的問題。還有一個，你可以進行數據管理，可以進行三維的表征。比如說可以做地面數據的表征，也可以做地下管網數據的表征。

　　第三個方面是開發各種各樣的模塊，實際上是幫你認識城市水系統復雜的關系。

　　下面還有一點時間，我講兩個案例，讓大家知道我們是怎么處理這些問題的。
　　一個是深圳地區的水的評估，這個核心問題是關于深圳河流域那么它到底采用什么樣的排水體制。當時產生了兩個：一個是布局規劃方案，這基本上是一個組團式的，深入處理之后排到深圳灣；還有一個是把所有的污水截流之后排到珠江流域。那么這兩個方案，在2005年的時候引起了非常大的爭議，是我們行業內部最大的爭議。怎么解決這個問題？我們被邀請做這樣一個評估，其實這個排水方案需要一個綜合的考慮，需要考慮三方面的情況。要考慮水資源的情況，要考慮對河流的水質影響的情況，尤其是這個地方有比較敏感的生態問題，那么要考慮生態的問題，最后你還要考慮到底花多少錢解決這個問題。
　　根據這樣的情況和前面開發的系統，我們就構建了這樣一個評估的體系。核心的問題實際上是關于遺留、截流的影響的問題。
　　那么這是它河網概況的示意圖。這樣可以通過遙感數據提取深圳市不同的河流的情況，你可以統計分析，你可以提取地勢因子，你可以知道河網的情況和水的流動情況。
整個的技術過程，我在這里不做過多的介紹，只是給大家一個結論。
　　一個是發現布局規劃方案產生的污染負荷明顯少于大截排方案，還有河流水質的波動性小于大截排方案，還也一個是水質的情況也比較好。如果深圳不能保證一定的激流，深圳的紅樹林要受到很大的影響。那么最后是一個經濟的評估，布局規劃方案所需費用也比大截排要少很多。這個仗打下來之后，最后建議采用了布局的方案，而不是大截排的方案。我覺得這樣的方案，對于我們未來的城市水系統的設計是一個非常好的引導的作用，它避免了我們大收集、大處理、大排放的跟未來技術發展非常不吻合的狀況。
　　那么第二個案例，是奧林匹克公園的情況。大家知道奧林匹克核心的問題是水怎么樣保護的問題。北京是一個缺水的城市，奧運公園只有在奧運期間可以用自來水，其他的時間都要用再生水。如果要用再生水，水質目標大概是保持在3類到4類。主要是氮和磷在有一些時段達不到要求。這就是怎么樣保證要求用再生水的時候，主湖水的目標保持在3類到4類之間。我們設計了一個水維護系統平臺，包括這個水到水底之后如何優化的評估。我們根據景觀規劃師的要求，劃分為556個單獨的網格。因為它對湖水的水質有比較大的影響，所以我們根據高層的情況，勾畫出匯水區的面積是多少，對于湖泊水區有什么影響。還有大概要補多少水，其他的水要進多少，你要根據北京的氣候條件計算一下補水量是怎么樣的，大概每年的3月份到6月份都是補水期。
　　在這個過程中有大量的方案提出來：我們到底怎么樣保證這樣的水質。
　　其中一個方案就是直接用再生水放到湖里面可以不可以。這個回答是不可以，水質一定會惡化出問題。
　　第二個是能不能把再生水處理之后進入湖體，在系統里面設計一些濕地系統。我們發現里面也出現了氮和磷的問題，也是不可接受的系統。
　　還有一個方案是湖水要有一定的循環，那么循環多少？最終認為每天達到1萬噸的水的循環，基本可以保證水質的要求。
　　這個是最后設計的再生水的補給點，這是再生水循環的路徑在這里面。這樣的話，我們可以評估，這個方案中到底氨氮是怎么變化的？比如說夏天會出現4類水體的情況，一般是3類的情況。那么總氮很大的情況下出現4類的情況，個別地方水質是達不到4類的要求。那么總磷的情況也是，到夏天個別的時段的時候會出現一定的問題，其他的時段水質比較好。
　　這是我們通過這樣的方式，選定這個系統的設計，大概它的主要的規定參數是怎么樣的。除此之外，景觀規劃師要求湖泊的景觀要滿意于形狀，會非常好看。但是這個湖底有一些死區和敏感區，如果按照規劃師做，會帶來一些問題，我們通過這樣的系統可以發現哪些是死區，那么這些死區出現了之后，我們要怎么樣調整它、運行它，可以調整這個節點或者是進一步優化這一塊的水質。
　　除此之外根據這個方案可以做生態濕地的設計，對于循環水和中水產生一定的方案，這樣你可以在空間進行各種方案的優化在這個布局里面。
　　最后給大家看兩張圖，這個是奧運主湖的景觀的設計，在這個里面是一些駁岸的設計，利用生態駁岸的設計避免氮磷對生態的影響。這個是濕地系統，怎么樣跟景觀更好地結合。最后要有一個比較高效的對中水的溫室處理的系統。（完）
（中國水網整理，未經許可請勿轉載！授權轉載需注明出處?。?/P>

編輯：全新麗