清華大學胡洪營教授團隊：黃河流域主要城市再生水利用狀況及潛力分析
研究背景
黃河是中華民族的母親河，黃河流域是華夏文明的發源地，也是我國重要的生態功能區及生態安全屏障，在國家經濟社會發展及國土空間格局中具有重要的戰略地位。2021年10月8日，中共中央、國務院印發了《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》，該文件為黃河流域社會經濟發展提供了重要依據。《綱要》明確指出，加強黃河全流域水資源節約集約利用，優化水資源配置格局；加強供水和節水配套設施建設，推動實施區域再生水試點及建筑中水回用技術普及。
目前，黃河流域生態保護和高質量發展受到廣泛關注，但由于流域涉及范圍廣，人口、經濟、生態、資源等因素的差異導致區域間發展不均衡，仍面臨流域生態環境脆弱、水資源短缺等嚴峻問題。污水具有量大、質穩、就近可取等特點，其再生利用可有效緩解黃河流域水資源供需矛盾、水生態破壞及水環境污染等問題，對優化該地區水資源結構，促進經濟社會可持續發展具有重要意義。
本研究對黃河流域主要城市的水資源狀況、污水處理及再生水利用狀況、發展潛力等進行了系統分析，以期為推進黃河流域污水資源化利用，促進黃河流域生態保護和高質量發展提供參考。
摘 要
本研究系統分析了黃河流域9個省(自治區)及68個主要城市的水資源狀況、供水用水狀況、污水處理與再生利用狀況及再生水利用潛力。2020年，黃河流域68個主要城市再生水利用總量為18.1億m3，預計未來年利用量仍有22.0-25.9億m3的增長空間。黃河流域不同城市再生水利用量和利用率存在明顯差異。上游11個城市的再生水利用率在25%以下；中下游20個城市的再生水利用率在30%以下，低于國家規劃目標。對于上游蘭州、包頭等城市，中下游榆林、太原、濟源和泰安等城市，需進一步加快推進污水資源化利用，提高再生水利用率。今后需進一步拓展再生水利用途徑，特別是提高工業利用水平，加強再生水配置利用規劃、再生水利用分類統計等工作。
01 研究區域與數據來源
1.研究區域界定
黃河流經青海省、四川省、甘肅省、寧夏回族自治區、內蒙古自治區、陜西省、山西省、河南省和山東省等9個省（自治區）是我國僅次于長江的第二大河。
本研究以黃河干流、支流流經縣所在的67個地級市（州、盟）和1個省直屬縣級市（濟源市）政府所在地的城市（本文稱“黃河流域主要城市”）為研究對象，具體名單見表1。水利部黃河委員會將黃河流域分為上游、中游和下游，自內蒙古托克托縣河口鎮至河南滎陽市桃花峪為黃河中游，自桃花峪以下至入海口為黃河下游。綜合考慮到我國行政區劃現狀，本研究將青海省、四川省、甘肅省、寧夏回族自治區和內蒙古自治區（涉及31個地級市）歸為上游，陜西省和山西省（涉及19個地級市）歸為中游，河南省和山東省（涉及18個地級市）歸為下游。
2.數據來源
本研究的范圍涉及黃河流域9個省(自治區)及黃河流域的68個主要城市，主要數據來自《中國統計年鑒》（2021）、《城市建設統計年鑒》（2020）及各省《水資源公報》（2020）等公開資料。不同資料來源的數據存在一定差異，表2列舉了本文所使用的各項數據來源及統計范圍。
02 黃河流域主要城市水資源狀況
1.水資源狀況
2020年黃河流域9省（自治區）水資源總量及人均水資源（全省數據）如圖1所示。黃河流域水資源分布極為不均，整體來看，上游地區水資源相對豐富（除寧夏），中下游水資源十分短缺。2020年，全國水資源總量和人均水資源量分別為31605.2億m3和2239.8億m3，黃河流域9省（自治區）水資源總量為6,490.8億m3，占全國總量的20.5%。
在黃河流域9省（自治區）中，四川水資源總量最高，為3,237.3億m3，但人均水資源量僅為3871.9 m3/人；青海人均水資源量最高，為17,107.4 m3/人。水資源總量低于500億m3的省（自治區）有6個，從低到高分別為寧夏、山西、山東、甘肅、河南和山西，其對應的水資源總量為11.0億m3、115.2億m3、375.3億m3、408.0億m3、408.6億m3和419.6億m3。人均水資源量低于國際上極度缺水標準（500 m3/人）的省（自治區）有4個，從低到高分別為寧夏、山西、山東和河南，其對應的水資源總量為153.0 m3/人、329.8 m3/人、370.3 m3/人和411.9 m3/人。
2.供水用水狀況
2020年黃河流域68個主要城市供水總量為675億m3，其中地表水為主要的供水水源，為434億m3，占總供水量的64.3%；地下水供水量為212億m3，占總供水量的31.4%；其他水源（包括再生水、集雨工程、海水淡化等）為29億m3，占總供水量的4.3%。
如圖2和3所示，位于青海、四川、甘肅、寧夏和內蒙古等省（自治區）的黃河流域絕大多數主要城市，其主要供水水源為地表水。位于河南和山東省的城市大部分依賴于地下水供水。鄭州、西安、濟寧、濟南和太原等城市其他水源亦占供水總量的較大比例。
用水量指分配給各類用戶的包括輸水損失在內毛用水量，主要涉及農業用水、工業用水、生活用水和生態用水四個方面。2020年，黃河流域主要城市用水總量為675億m3，從用水結構來看，農業用水量最大，達432億m3，占黃河流域總用水量的64.0%。同期，生活用水、工業用水和生態用水用量分別為92億m3、80億m3和71億m3，占比依次為13.7%、11.8%和10.5%。
如圖4和5所示，由于水源類型、產業結構、經濟發展狀況等的差異，不同城市用水量及用水結構明顯不同。例如，西寧、蘭州、銀川、西安、太原、鄭州和濟南等省會城市生活用水占比明顯高于省內其他城市。
03 黃河流域主要城市再生水利用狀況
1. 污水處理狀況
2020年，黃河流域主要城市污水處理總量為55.0億m3，污水處理率為98.1%，如圖6所示。西安、濟南、鄭州、太原和蘭州等省會城市污水排放總量較高；同時，省會城市綜合經濟實力與技術水平較強，污水收集與處理基礎設施建設較為完善，污水處理率較高。具體而言，西安、濟南、鄭州、太原和蘭州等省會城市污水處理量分別為7.5億m3、4.7億m3、3.8億m3、3.7億m3和2.3億m3。
2.再生水生產能力
2020年黃河流域主要城市再生水生產能力如圖7所示。68個主要城市的再生水生產能力總和為1099.2萬m3/d（約40.1億m3/a）。其中，西安、太原、鄭州、呼和浩特、洛陽和濟南市再生水生產能力位列前六，分別為171.5萬m3/d、127.0萬m3/d、64.0萬m3/d、52.0萬m3/d、52.0萬m3/d和50.3萬m3/d。值得注意的是，2020年黃河流域68個主要城市的總再生水利用量為18,1億m3，僅為再生水生產能力的45.1%，說明大部分城市再生水生產設施尚未滿負荷運行，仍有較大的發展提升空間。
3.再生水利用量和利用率
黃河流域68個主要城市中，鄭州、西安和濟南市再生利用量最高，分別為2.3億m3、2.0億m3和1.6億m3。根據《城市污水再生利用 分類》（GB/T18919-2002）國家標準，再生水利用途徑分類包括農、林、牧、漁業用水、城市雜用水、工業用水、景觀環境用水和補充水源水等，但目前還缺乏相關利用途徑的再生水利用量數據。
根據住建部《“十四五”城鎮污水處理及資源化利用發展規劃》（發改環資〔2021〕827號；2021年6月），到2025年，全國地級及以上缺水城市再生水利用率目標達到25%以上，京津冀地區達到35%以上，黃河流域中下游地級及以上缺水城市力爭達到30%。
2020年，黃河流域68個主要城市再生水利用率和歸類情況如圖8和表3所示。其中，56個城市有再生水利用統計數據，12個城市統計數據缺失。17個城市再生水利用率超過35%；39個城市的再生水利用率在35%以下，占有統計數據城市總數的69.6%。34個城市的再生水利用率在30%以下，25個城市的再生水利用率在25%以下，分別占有統計數據城市總數的60.7%和44.6%。此外，10個城市再生水利用率低于15%，其中，商洛、呂梁、榆林等城市再生水利用率僅為1.5%、1.6%和3.6%。
（注：序號對應城市見表1。青海省海北藏族自治州、黃南藏族自治州、海南藏族自治州、果洛藏族自治州、玉樹藏族自治州，四川省阿壩藏族自治州、甘孜藏族自治州，甘肅省天水市、臨夏回族自治州，內蒙古自治區阿拉善盟，河南省安陽市、三門峽市2020年再生水利用率數據缺失。數據來源：城市建設統計年鑒，住房和城鄉建設部；2020。25%為2025年全國地級及以上缺水城市再生水利用率目標，80%為目前以色列等發達國家再生水利用率情況。）
4.上中下游再生利用狀況
黃河流域68個主要城市再生水利用量和利用率如圖9所示，位于上中下游不同區域的城市以不同顏色進行區分。
2021年8月，國家發展改革委和住建部出臺的《“十四五”黃河流域城鎮污水垃圾處理實施方案》（發改環資〔2021〕1205 號）中強調加快推進污水資源化利用，明確提出，到2025年，上游地級及以上缺水城市再生水利用率達到25%以上，中下游力爭達到30%。
黃河上游地區再生水利用發展不均衡，部分省市（包括10座主要城市）尚無再生水利用數據，11個城市的再生水利用率在25%以下，其中，西寧、蘭州、白銀、平涼、定西、甘南和烏海等城市再生水利用率低于15%。甘肅省省會蘭州市位于黃河上游，是典型的資源性、政策性缺水城市，其2020年再生水利用量為830萬m3，再生利用率僅為3.6%。為積極解決農田灌溉和生態用水緊缺問題，蘭州市正積極建設西固污水廠、七里河安寧污水廠、鹽場生活污水廠和雁兒灣污水廠等污水再生利用工程。
黃河中下游地區主要城市人均水資源量普遍偏低，但經濟發展程度較高，再生水普及率高且利用量和利用率較高,一些城市的利用率仍然沒有達到相關規劃要求。其中，20個城市的再生水利用率在30%以下，榆林、商洛和呂梁等城市再生水利用率低于15%。
在2021年初國家發展改革委聯合九部門印發《關于推進污水資源化利用的指導意見》（發改環資〔2021〕13號）后，部分省市相繼出臺了地區性政策體系和實施方案，對加快推進污水再生利用具有重要意義。例如，2021年7月，山西省開始實施《關于推進污水資源化利用的實施方案》（晉發改資環發〔2021〕247號），其中確定再生水免征水資源費，并且提出到2025年，山西全省城市（含縣城）再生水利用率達到25%以上。在此目標下，太原、大同、陽泉、晉城和晉中等城市仍需進一步加強再生水利用，優化水資源配置。
此外，近年來山東省政府亦大力推進污水資源化利用，在2021年9月發布的《山東省“十四五”水利發展規劃》（魯政字〔2021〕157號）中明確提出，到2025年山東省城市再生利用率將達到50%，高于《“十四五”黃河流域城鎮污水垃圾處理實施方案》（發改環資〔2021〕1205號）中設定的30%目標。在此目標下，濟南、東營、泰安和濱州等主要城市再生水利用率仍有一定提升空間。
總體來看，黃河流域不同城市的再生水利用量和利用率存在明顯差異。這不僅與該地區再生水廠和管線敷設的投資力度和建設規模有關，更與該地區經濟發展、淡水資源賦存量、水資源短缺程度、用水量、人口規模以及政策法規等密切相關。可從中選取關鍵評價指標，通過回歸分析模型等方法，評價和預測該地區再生水未來發展潛力。對于經濟發展狀況良好、水資源短缺形勢嚴峻但目前再生水利用率仍然較低的城市，如上游蘭州、包頭等城市，中下游榆林、太原、濟源和泰安等城市，可通過給予該地區再生水行業充分關注及政策指導、制定合理發展規劃、設立相關技術指導以及加大資本投資力度等方式進一步加快推進污水資源化利用，提高再生水利用率。
（注：序號對應城市見表1。青海省海北藏族自治州、黃南藏族自治州、海南藏族自治州、果洛藏族自治州、玉樹藏族自治州，四川省阿壩藏族自治州、甘孜藏族自治州，甘肅省天水市、臨夏回族自治州，內蒙古自治區阿拉善盟，河南省安陽市、三門峽市2020年再生水利用量、再生水利用率數據缺失，圖中未標出；據《“十四五”黃河流域城鎮污水垃圾處理實施方案》,到2025年目標，上游地級及以上缺水城市再生水利用率達到25%以上，中下游力爭達到30%，紅色虛線標出。數據來源：城市建設統計年鑒，住房和城鄉建設部，2020）。
04 黃河流域再生水利用潛力分析
2021年8月，國家發展改革委、住建部印發的《“十四五”黃河流域城鎮污水垃圾處理實施方案》（發改環資〔2021〕1205號）中明確了黃河流域污水再生利用的發展目標和重要任務。“十四五”期間，黃河流域新建、改建和擴建再生水生產能力約300萬m3/d。因此，“十四五”期間和未來15年，將是黃河流域再生水利用的快速發展期。
目前黃河流域主要城市再生水生產能力已達1,099.2萬m3/d（40.1億m3/a），但再生水的實際利用量僅為18.1億m3/a，僅為再生水生產能力的45.1%。黃河流域主要城市的再生水利用潛力分析如表4所示。按照目前的再生水處理能力，若再生水處理設施滿負荷運行且生產的再生水全部利用，則黃河流域主要城市的再生水利用率可以提高至72.9%，比目前再生水實際利用量增加22.0億m3。
按照目前的污水處理總量，若黃河流域主要城市再生水利用率達到80%（參考國際先進水平，以色列現狀），未來的再生水利用量有望超過44.0億m3/a，與目前的再生水利用量相比，仍有25.9億m3的增長空間；若黃河流域主要城市再生水利用率達到65%（參考國內領先水平，北京市現狀），未來的再生水利用量有望超過35.8億m3/a，與目前的再生水利用量相比，仍有17.7億m3的增長空間，再生水利用量和利用途徑拓展潛力巨大。
目前，黃河流域主要城市工業用水用量為80億m3。將再生水作為工業用水重要水源，進一步擴大再生水工業利用量，可有效減少企業新水取用量和污水外排量，支撐黃河流域工業高質量和可持續發展。
05 結論與建議
本研究系統分析了黃河流域9個省（自治區）及68個主要城市的水資源狀況、供水用水狀況、污水處理與再生利用狀況，主要結論與發展建議如下：
1）黃河流域水資源分布不均，人均水資源量除上游青海、四川、內蒙古、甘肅省（自治區）及中游陜西省外，其他地區人均水資源量均低于500m3/人，屬極度缺水，地表水為主要供水水源。用水方面，工業用水量為80億m3。進一步推進污水資源化利用，擴大再生水的利用量，可有效減少高耗水工業行業的新水取用量。建議進一步拓展再生水利用途徑，特別是再生水工業利用途徑，提高再生水利用效益。
2）2020年，黃河流域68個主要城市再生水利用總量為18.1億m3，預計未來仍有22.0-25.9億m3的增長空間。上游11個城市的再生水利用率在25%以下；中下游20個城市的再生水利用率在30%以下，均低于國家有關規劃要求。對于經濟發展狀況良好、水資源短缺形勢嚴峻但目前再生水利用率仍然較低的城市，如上游蘭州、包頭等城市、中下游榆林、太原、濟源和泰安等城市，需進一步加快推進污水資源化利用，提高再生水利用率，以期盡早實現“十四五”發展目標。
3）黃河流域主要城市的再生水利用途徑涉及景觀環境利用、工業利用、城市雜用、農林牧漁業利用和補充水源水等方面，但不同利用途徑的再生水利用量數據尚不明確。同時，仍有12個城市存在再生水利用相關統計數據缺失。不同用途對再生水水質的要求顯著不同，不同水源、不同處理工藝的再生水水質也存在很大差異。《水回用導則 再生水分級》（GB/T 41018-2021）國家標準根據再生水處理工藝和再生水水質，將再生水分為A、B和C三個級別。可依據該標準，進一步加強黃河流域主要城市再生水分類配置和再生水利用分類統計等工作，以提高再生水利用效益。
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