清華大學(xué)陳吉寧副校長在2007水業(yè)高級技術(shù)論壇上

　　在8月3日由清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系和中國水網(wǎng)共同主辦的2007水業(yè)高級技術(shù)論壇上，清華大學(xué)副校長陳吉寧做重點發(fā)言，闡述了在城市水系統(tǒng)規(guī)劃方面的新觀念、新思路，強(qiáng)調(diào)以可持續(xù)的理念來設(shè)計水系統(tǒng)。

　　以下內(nèi)容根據(jù)錄音整理（未經(jīng)本人審核）。

　　坦率地講，水的行業(yè)是一個非常不注重技術(shù)的一個行業(yè)，從歷史發(fā)展就是這樣，唯一比水行業(yè)差的可能是高速公路。所以水的技術(shù)發(fā)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(jìn)展。水的戰(zhàn)略論壇是起始于體制、戰(zhàn)略、投融資的基層，后來又產(chǎn)生了技術(shù)沙龍。今天的2007城市水業(yè)高級技術(shù)論壇，是第一次這樣大規(guī)模的關(guān)于水的技術(shù)的論壇。技術(shù)會在水行業(yè)里面發(fā)揮越來越重要的作用，這也是國內(nèi)各個投資商充分認(rèn)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(jī)，有必要來舉行這樣的一個技術(shù)論壇。在論壇上，大家對于水的一些技術(shù)進(jìn)行深入的討論，形成我們行業(yè)的共識，推動我們行業(yè)的發(fā)展。

　　今天我講的題目是關(guān)于“水系統(tǒng)的規(guī)劃”，從系統(tǒng)的觀點來談一下，我們應(yīng)該做怎樣的規(guī)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(tǒng)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(shù)有了一個比較大的發(fā)展，但是規(guī)劃上的一些理念，并沒有非常大的突破，所以現(xiàn)在到了這樣一個理念變革的特殊時期。
　　第二個，要實現(xiàn)這樣的變化，在規(guī)劃上面需要有一些工具來完成你的設(shè)想。那么怎么樣建設(shè)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(tǒng)大規(guī)模的反思來自于上個世紀(jì)90年代初。進(jìn)入新的世紀(jì)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(guān)于千年目標(biāo)實現(xiàn)的問題。那么千年目標(biāo)實現(xiàn)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(dān)憂現(xiàn)在實現(xiàn)不了。實現(xiàn)不了的過程之中，就產(chǎn)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(fā)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(fā)現(xiàn)了非常突出的問題，從大的格局上來講，我們在水系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計上沒有處理好。
　　第一個就是19世紀(jì)水大規(guī)模進(jìn)入城市里面，這解決了什么問題呢？解決了城市的衛(wèi)生問題，就是沒有流行疾病在城市里面大規(guī)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(guī)模進(jìn)入城市之后，以水做介質(zhì)，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(qū)域上，有一個氮和磷的不平衡問題。氮和磷是在農(nóng)田里面通過植物把它帶到城市里面，人排泄之后還有相當(dāng)一部分進(jìn)入到環(huán)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(qū)域上的營養(yǎng)物質(zhì)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(jì)開始，大規(guī)模水利設(shè)施的建設(shè)。這些水利設(shè)施建設(shè)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(fā)現(xiàn)，由于在流域上，更大尺度上帶來的是生態(tài)的破壞。那么帶來了一系列非常嚴(yán)重的水的問題，相關(guān)的更大的問題。所以，當(dāng)我們看過去200年歷史的時候就發(fā)現(xiàn)，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(jié)論，就是水的系統(tǒng)，它是不可持續(xù)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(tǒng)設(shè)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(zhuǎn)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(shè)各種各樣的設(shè)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(jì)60、70年代開始，決策的科學(xué)化和民主化。特別強(qiáng)調(diào)設(shè)計的系統(tǒng)性的問題，這里面強(qiáng)調(diào)的是人與人之間的和諧還有系統(tǒng)與人之間的和諧。大家要知道20世紀(jì)基本上是科學(xué)主導(dǎo)發(fā)展的社會，就是科學(xué)單獨作用于社會。科學(xué)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(jì)末的時候，大家覺得這個過程并不對，因為科學(xué)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(zhuǎn)基因的問題、倫理的問題、生態(tài)倫理的問題，在這個過程中涉及到一個怎么樣看待科學(xué)、怎么樣看待系統(tǒng)工程的問題，這不是科學(xué)家和工程師說了算，而需要全民族、全社會說了算，是需要當(dāng)?shù)氐娜嗣裾f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(nèi)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(tǒng)也發(fā)生了一些系統(tǒng)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(jìn)行分離。那么這個好處是什么呢？可以改變城市區(qū)域營養(yǎng)物質(zhì)不平衡的問題。有很多的專家現(xiàn)在預(yù)測，大概再經(jīng)過30到50年的時間，我們的城市水系統(tǒng)會發(fā)生非常大的深刻的變化。這個變化就是源分離技術(shù)會普遍地使用，會徹底地改變我們今天城市水系統(tǒng)的狀態(tài)。源分離技術(shù)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(tǒng)的水系統(tǒng)，從污染物產(chǎn)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(jìn)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(tǒng)有一個儲存的設(shè)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(zhì)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(shè)施。歐洲現(xiàn)在已經(jīng)開始有試點工作。
　　清華大學(xué)最近有一個環(huán)境系的樓宇，是新建的，其中就采用了真空的收集系統(tǒng)，我們想通過這樣的系統(tǒng)推動國內(nèi)變化的機(jī)會。
　　那么第二個方面就是要更加注重節(jié)水、污水回用和雨水平衡的技術(shù)。減少城市對自然水循環(huán)的依賴和影響。那么大家其實可以看到，我們用水的技術(shù)在過去的15年里，發(fā)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(shù)的替代。每一個技術(shù)大概都有一個它的生命周期，它的生命周期結(jié)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(xiàn)在最好的技術(shù)節(jié)水效果非常的好，這個在以后會大規(guī)模地應(yīng)用，對于城市節(jié)水是大規(guī)模的改變，這會影響今天各種各樣的設(shè)計和各種各樣設(shè)備的運行。大家知道水系統(tǒng)的設(shè)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(shù)的變化對我們帶來的影響。
　　第三個變化是，水的系統(tǒng)開始非常關(guān)注技術(shù)的發(fā)展，特別是關(guān)注運行技術(shù)能力的提高。那么這種關(guān)注帶來非常重要的影響，其中有兩個技術(shù)對于我們水系統(tǒng)的影響是非常非常大的。一個是膜技術(shù)，一個是控制的技術(shù)。其中一個很重要的方面，就是過去是集中式的、大規(guī)模的水廠建設(shè)，可能會走向一個小型的，或者是組團(tuán)式的布局。這樣的布局為什么會產(chǎn)生呢？主要是膜技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用之后，它的成本下降之后，帶來的一個問題是規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益從過去的比較高的水平，可以大規(guī)模地縮減。我們知道水廠的設(shè)計和規(guī)劃是取決于規(guī)模效益，當(dāng)你把規(guī)模效益壓下去之后，你的結(jié)構(gòu)會發(fā)生很大的變化。那么為什么過去沒有發(fā)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(yán)重的運行問題。現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)和控制的技術(shù)非常發(fā)達(dá)，可以讓你的公司在一個地方，對全國的污水廠進(jìn)行監(jiān)控和運行，現(xiàn)場只要有一個工程師進(jìn)行適當(dāng)?shù)乇O(jiān)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(jīng)開始在做。在英國怎么控制南非的污水處理廠的運行？當(dāng)時網(wǎng)絡(luò)的速度并不是很快，但是已經(jīng)可以實現(xiàn)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(shè)計，由于這兩個技術(shù)的推動，從集中式處理走向規(guī)模更適當(dāng)?shù)慕M團(tuán)式的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)對于污水回用，對于更適合地設(shè)計，對于投資，對于風(fēng)險控制都有非常非常多的好處。
　　那么最后一個就是，水系統(tǒng)的設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，但是現(xiàn)在大家覺得指南和標(biāo)準(zhǔn)過于嚴(yán)格和泛泛，它不能和當(dāng)?shù)氐那闆r很好地結(jié)合起來。所以，我們開始向一個怎么樣風(fēng)險控制的角度發(fā)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(xiàn)的問題是，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)分流式的管網(wǎng)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(wǎng)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(shè)計，這是運動場和公園結(jié)合起來。這個是馬賽的一個公園和運動場結(jié)合起來，這涉及到城市的水系統(tǒng)如何跟城市的其他用地結(jié)合起來，跟城市其他的基礎(chǔ)設(shè)施更好地結(jié)合起來。
　　其實大家發(fā)現(xiàn)，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(guī)劃和設(shè)計這樣整體的一個系統(tǒng)。水的系統(tǒng)問題，出現(xiàn)了一個系統(tǒng)性的問題。所以，現(xiàn)在更多的人在關(guān)心，我們怎么樣從系統(tǒng)的角度看待城市，這不是單一技術(shù)而是集成技術(shù)的問題。只有在這個層次上，你才能最大可能地節(jié)約你的費用，最大可能地優(yōu)選你的方案。

　　那么要實現(xiàn)系統(tǒng)的規(guī)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(shù)據(jù)；第二個你要有工具。那么過去可能更多地關(guān)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(chǔ)數(shù)據(jù)的采集和積累。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集包括兩個方面，一個是共性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，還有一個是規(guī)劃區(qū)本身數(shù)據(jù)采集。你用什么樣的數(shù)據(jù)才能采用什么樣的技術(shù)，不是說你用最好的技術(shù)就可以做出好的規(guī)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(chǔ)數(shù)據(jù)的收集。在這個基礎(chǔ)上，我們構(gòu)建了一個城市水系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)平臺。
　　這包括三個方面，一個是數(shù)據(jù)源系統(tǒng)，一個是基礎(chǔ)公用平臺，一個是專用的模塊。我先講一下數(shù)據(jù)源系統(tǒng)，我們每年在進(jìn)行各種各樣的大量的數(shù)據(jù)的采集。比如說家庭用的水的設(shè)施的設(shè)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(shè)計你的系統(tǒng)，用更長的時期來看，這些數(shù)據(jù)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(shè)備、用電器還有淋浴設(shè)備的增加，其他的設(shè)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(yīng)，但是要看到，用不同的技術(shù)，用水量會有比較大的減少。可能會減少到40%，也可能會減少到80%的水平。看今天政府采用什么樣的引導(dǎo)政策，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(yè)行業(yè)用水量非常詳細(xì)的調(diào)查。占工業(yè)取水量的60%到80%，到每一個產(chǎn)品到每一個工藝，每一個用水量的情況，這個數(shù)據(jù)我們現(xiàn)在已經(jīng)建完了。從這里面你可以看到，過去20年里面，每一個行業(yè)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(yè)部門用水的需求是什么樣的狀況。
　　此外，我們這個系統(tǒng)需要一個平臺，一個GIS數(shù)據(jù)集成管理平臺，對不同空間的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和整合。從大區(qū)域到局域的啟動整合。

　　下面介紹公用的基礎(chǔ)平臺。其實水最麻煩的事情在于管網(wǎng)，如果有一個非常好的管網(wǎng)的分析工具，對于做系統(tǒng)的規(guī)劃和方案的處理是非常必要的，所以我們開發(fā)了基于GIS的管網(wǎng)匯水區(qū)的管理。比如說可以進(jìn)行自動劃分還可以通過任何節(jié)點的變化，了解匯水區(qū)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(dāng)你修改你任何一個方案的時候，這個系統(tǒng)可以自動地告訴你，你這個管網(wǎng)哪一塊會受到影響，當(dāng)你改變?nèi)魏我粋€節(jié)點設(shè)計的時候，整個系統(tǒng)有一個相應(yīng)地變化，保證你規(guī)劃的過程是對的，是合理的，而不是管網(wǎng)之間出現(xiàn)不對稱的問題。還有一個，你可以進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，可以進(jìn)行三維的表征。比如說可以做地面數(shù)據(jù)的表征，也可以做地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)的表征。

　　第三個方面是開發(fā)各種各樣的模塊，實際上是幫你認(rèn)識城市水系統(tǒng)復(fù)雜的關(guān)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(qū)的水的評估，這個核心問題是關(guān)于深圳河流域那么它到底采用什么樣的排水體制。當(dāng)時產(chǎn)生了兩個：一個是布局規(guī)劃方案，這基本上是一個組團(tuán)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(yè)內(nèi)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(zhì)影響的情況，尤其是這個地方有比較敏感的生態(tài)問題，那么要考慮生態(tài)的問題，最后你還要考慮到底花多少錢解決這個問題。
　　根據(jù)這樣的情況和前面開發(fā)的系統(tǒng)，我們就構(gòu)建了這樣一個評估的體系。核心的問題實際上是關(guān)于遺留、截流的影響的問題。
　　那么這是它河網(wǎng)概況的示意圖。這樣可以通過遙感數(shù)據(jù)提取深圳市不同的河流的情況，你可以統(tǒng)計分析，你可以提取地勢因子，你可以知道河網(wǎng)的情況和水的流動情況。
整個的技術(shù)過程，我在這里不做過多的介紹，只是給大家一個結(jié)論。
　　一個是發(fā)現(xiàn)布局規(guī)劃方案產(chǎn)生的污染負(fù)荷明顯少于大截排方案，還有河流水質(zhì)的波動性小于大截排方案，還也一個是水質(zhì)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(jīng)濟(jì)的評估，布局規(guī)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(tǒng)的設(shè)計是一個非常好的引導(dǎo)的作用，它避免了我們大收集、大處理、大排放的跟未來技術(shù)發(fā)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(hù)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(zhì)目標(biāo)大概是保持在3類到4類。主要是氮和磷在有一些時段達(dá)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(biāo)保持在3類到4類之間。我們設(shè)計了一個水維護(hù)系統(tǒng)平臺，包括這個水到水底之后如何優(yōu)化的評估。我們根據(jù)景觀規(guī)劃師的要求，劃分為556個單獨的網(wǎng)格。因為它對湖水的水質(zhì)有比較大的影響，所以我們根據(jù)高層的情況，勾畫出匯水區(qū)的面積是多少，對于湖泊水區(qū)有什么影響。還有大概要補(bǔ)多少水，其他的水要進(jìn)多少，你要根據(jù)北京的氣候條件計算一下補(bǔ)水量是怎么樣的，大概每年的3月份到6月份都是補(bǔ)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(zhì)。
　　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(zhì)一定會惡化出問題。
　　第二個是能不能把再生水處理之后進(jìn)入湖體，在系統(tǒng)里面設(shè)計一些濕地系統(tǒng)。我們發(fā)現(xiàn)里面也出現(xiàn)了氮和磷的問題，也是不可接受的系統(tǒng)。
　　還有一個方案是湖水要有一定的循環(huán)，那么循環(huán)多少？最終認(rèn)為每天達(dá)到1萬噸的水的循環(huán)，基本可以保證水質(zhì)的要求。
　　這個是最后設(shè)計的再生水的補(bǔ)給點，這是再生水循環(huán)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(xiàn)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(xiàn)4類的情況，個別地方水質(zhì)是達(dá)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(xiàn)一定的問題，其他的時段水質(zhì)比較好。
　　這是我們通過這樣的方式，選定這個系統(tǒng)的設(shè)計，大概它的主要的規(guī)定參數(shù)是怎么樣的。除此之外，景觀規(guī)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(qū)和敏感區(qū)，如果按照規(guī)劃師做，會帶來一些問題，我們通過這樣的系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)哪些是死區(qū)，那么這些死區(qū)出現(xiàn)了之后，我們要怎么樣調(diào)整它、運行它，可以調(diào)整這個節(jié)點或者是進(jìn)一步優(yōu)化這一塊的水質(zhì)。
　　除此之外根據(jù)這個方案可以做生態(tài)濕地的設(shè)計，對于循環(huán)水和中水產(chǎn)生一定的方案，這樣你可以在空間進(jìn)行各種方案的優(yōu)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(shè)計，在這個里面是一些駁岸的設(shè)計，利用生態(tài)駁岸的設(shè)計避免氮磷對生態(tài)的影響。這個是濕地系統(tǒng)，怎么樣跟景觀更好地結(jié)合。最后要有一個比較高效的對中水的溫室處理的系統(tǒng)。（完）
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編輯：全新麗