一、工业耗水率
2005年,火电用水635亿m3占当年工业用水总量1277亿m3的50%[01]。
火电厂的主要工作就是制造高温高压水蒸汽推动汽轮机,但是,火电厂的动力蒸汽(工质水)是在闭合的系统内循环使用的,理论上不存在蒸发耗水。火电耗水主要是冷却水的蒸发(包括风力吹散)。使用循环水冷的冷却水蒸发耗水率大约为2%(蒸发占1.2%-1.6%,风损小于0.5%[02]),使用直流水冷和空气冷却方式的不存在冷却水的蒸发问题。
根据2000~2005年火电厂用水数据,2005年全国火电行业不包括排污在内的蒸发耗水及其它“耗水”共43.8亿m3,占火电用水总量的6.9%。[03]
造纸行业是火电外的工业第二用水大户,2005年,全国纸品产量为5600万吨,用水58亿m3[04]。但是,造纸的主要蒸发耗水环节是对湿纸页的烘干脱水;在烘干前首先要经过物理挤压脱水,一般经复合压榨的纸页干度为43%以上,使用直通靴式压榨干度可达48~52%。也就是说,经过挤压脱水的纸页,还含有和成品干纸重量大致相当的水分需要烘干蒸发。全国纸品产量为5600万吨,造纸行业的烘干蒸发耗水也就0.6亿m3左右,只相当于用水总量的1%。即使考虑到蒸煮过程的余汽排放、粉碎过程的溅失、漂洗过程的暴露蒸发等诸多因素,造纸的蒸发耗水率无论如何都不会超过火电6.9%的蒸发耗水率。
“海河水利委员会”李彦东在《控制ET是海河流域水资源可持续利用的保障》[05]一文中:“工业和生活用水的蒸发耗水率不超过10%”的判断是谨慎而有根据的。 为了便于计算和留有余地,我们沿用“不超过10%”当作工业与生活用水的平均蒸发耗水率。实际上是达不到10%的,我们在正文已经计算过:即使把社会全部能源用来蒸发水,最多也只能蒸发工业、生活用水的6.3%。
二、城市与农田耗水率对比
1、人工取水部分
以北京市为例;2005年,北京市城镇人口为1286.1万人[06],北京市2005年的城市面积为1350平方公里(包括中心城、新城、组团城)[07]。
2005年,北京市用水总量为34.5亿m3,其中工业和城市生活用水18.0亿m3(按全市人均生活用水标准扣除农村生活用水。实际的情况可能是农村人均生活用水略低于城市)农业用水13.2亿m3[08]。
按照工业与生活蒸发耗水率10%计算,蒸发耗水1.80亿m3,相当于北京1350平方公里市区面积水深133mm。
对比农田,海河流域农作物的全年需水量为1050mm[09],也就是说,至少要1050mm水深用于农田腾发才能够满足作物生长。因此,我们假设天然降水的600mm全部用于腾发,至少还需人工灌溉补充450mm。而北京市区工业和生活蒸发耗水仅为133mm,还不到农田最小人工灌溉需求量的30%。
2、天然降水部分
城市和农田的雨量是相等的,但农田腾发了所有天然降水(我们刚才是假设600mm降水全部用于腾发,否则灌溉用水就还要比450mm加大);而城市的大部分面积是水泥房顶、水泥地面,它们几乎不吸收水分,也就没有水分供后期蒸发(压实的泥土地面吸收很小)。城市不透水面的径流系数一般为ψ=0.9,也就是说,降雨量的90%将形成地面径流[10]。 这些水或者进入城市排水系统,排入河川成为径流量;或者在某些土壤通透面集中渗入地下形成土壤水或地下水。
3、结论
因此,在华北灌溉农业区,每平方公里农田(包括城市绿地)转化为市区、工业区后,每年可减少蒸发耗水32.0万m3,同时形成54.0万m3的新水源,综合水源效益为86万m3/平方公里.年。
城市还有一部分绿地上没有被转化,还保留了农田的基本性质,我们只须认为是统计中把这部分特殊的“农田”“误”统计为城市面积并把其用水“误”作为城市用水了,此“误”不影响计算结果。
工业和生活蒸发耗水远远小于同样面积的农田腾发(80年代以来的工业与城市扩张,都是围绕着原有城市展开的,所占用的农田几乎全部是灌溉条件最好,耗水量最大的农田);城市面积的扩大,意味着蒸发耗水的减少。同时,城市天然降水是形成地表、地下、土壤水源的重要来源,起着增加水源总量的重要作用;城市面积越扩张,水源就越丰富。
以往认为工业与城市扩张、用水增加造成干旱的结论是不经推敲的。
附文二注释:
[01]国家发改委>>>《电力行业节水工作取得进展》http://www.sdpc.gov.cn/zjgx/t20061116_93679.htm
[02]《基于高压电场的降低蒸发水水耗的方法》,宁康红、侯铁信、舒乃秋、郑凌蔚,《电力建设》2003年05期,参见http://www.ilib.cn/Abstract.aspx?A=dljs200305020
[03]《电力行业节水工作取得进展》,国家发展和改革委员会,参见http://www.sdpc.gov.cn/zjgx/t20061116_93679.htm
[04]《造纸产业发展政策》,国家发展和改革委员会,参见http://www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbgg/2007gonggao/W020071101607983780920.pdf
[05]《控制ET是海河流域水资源可持续利用的保障》,《海河水利》2007年01期,参见http://www.cws.net.cn/zt/06haixia/lw/3.doc
[06]北京市人民政府网站>>>首都之窗>>>北京风貌,参见http://www.beijing.gov.cn/rwbj/bjgm/bjfm/t648265.htm
[07]《北京城市总体规划》第三章 城市规模 第19条 城镇建设用地规模《城镇人口人均建设用地105平方米》,按此标准推算,北京市2005年的城市面积为1350平方公里(包括中心城、新城、组团城)http://www.cityup.org/case/general/200709/2549.html
[08]中国水利网>>>《北京工业用水总量五年下降53.9%》http://www.chinawater.com.cn/newscenter/cmss/t20060219_170970.htm
[09]《21世纪我国粮食安全保障与灌溉需水预测》,廖永松(中国水利水电科学研究院水利所助理研究员)、黄季煜(中国科学院中国农业政策研究中心研究员),《中国水利》2004年1期,36-38页,http://www.cqvip.com/qk/90820X/200401/9008776.html
[10]任伯帜:《城市雨水作为中水原水在中水工程中的应用》,http://www.eedu.org.cn/Article/es/envir/envirtech/waterinfo/200608/9536_2.html