(1.北京市門頭溝區科學技術委員會；2.北京市門頭溝區科技開發實驗基地)
水，生命的創造者，千百年來演繹著智慧的奇跡。它有益於萬物而不爭，靜靜地孕育著世界上所有的生命。然而，隨著世界人口的急劇膨脹、工農業的快速發展和城市化進程的加快，在短短5000年的人類文明史中，水危機日益突出。據有關調查，占世界人口40%的世界上有80個國家嚴重缺水。
在對未來城市形態——生態城市的研究中，我們從物種、資源、運行方式以及人、城市與自然的關系等八個方面賦予了生態城市不同層次的內涵，並進行了深入的研究。本文將在生態城市建設理論體系的基礎上，探討生態城市水資源管理模式。
壹、生態城市水資源功能評價標準
人類活動對水資源最大的影響就是由於使用或流失而逐漸減少。作者等人的《生態城市建設理論的系統思考(二)》對生態城市的概念闡述如下:從城市功能的角度，生態城市應使其資源消耗曲線運行在區域的生態供給能力(生態供給能力)和生態削減能力(生態削減能力)之下。城市作為壹個劃定的生態斑塊，具有基本恒定的生態供給能力和生態修復能力，因此生態城市的壹個重要理念就是協調資源供給、修復能力和人類活動消耗之間的關系。作為孕育生命的主要資源，水在特定區域遵循相同的資源消耗標準。從供給角度看，除了生態供給，隨著科學技術的快速發展，人工大跨度水資源配置已有成熟技術(如中國的南水北調、美國加州的南水北調)，但在大規模人工自然資源配置過程中，生態、經濟、社會等方面都遇到了問題，需要人類進壹步考慮。從減量化的角度來看，人工減量化在城市汙水處理中發揮了巨大的作用，但在壹定的歷史時期內，人工減量化(資源化)能力會趨於相對恒定。因此，在水資源可利用的範圍內，水的自然還原能力和人工還原能力決定了城市水資源可持續發展的增長極限。
在生態城市研究中，利用目標區域的水資源利用情況來評價城市的孕育生命功能，同時作為生態城市水資源開發、利用和管理的指導。評估原則如下:
設變量m為目標城市的水資源需求，目標城市域半徑為r。
半徑為r的區域中的供應是M0。
域1:半徑為d的域減去半徑為r的域，其中的量為m1，d = 2r。
定義域2:半徑為2D的定義域減去半徑為D的定義域，其中量為M2，半徑為4R。
以此類推，就是壹個域n，其中數量為Mn，半徑為2nR，如圖1。
那麽，這個指標的取值範圍是0 ~ 1。
Sw用於衡量目標城市賦予生命功能的強弱，即水資源利用的可持續程度。如果Sw=1表示該區域該功能保存完好，如果Sw=0表示該區域該功能基本喪失。
圖1生命鏈域的合適標準
二、水資源利用的分類
(壹)水在人類活動中的四大基本功能
(1)構成生命。以人類為例，最柔軟的部分——血液含有約80%的水分，最堅硬的部分——牙齒含有約10%的水分，智慧的源泉——大腦含有約85%的水分...如果人體失水到10% ~ 20%，就會危及生命，所以水是生命的基本元素。
(2)保證生存。人們每天通過飲水或飲料、進食、體內蛋白質、脂肪和碳水化合物的代謝來攝取水分，以保證他們的生存。不同年齡的正常人每日需水量見表1。“壹粒入土，萬粒歸倉”是水給人類最珍貴的禮物。水是水生生物的空氣，維持著各種動植物的生存，豐富著食物鏈的網絡，為人類培育養分和能量供應。水克服重力將養分輸送到樹梢，促進植物光合作用，固定碳，凈化大氣。水為確保人類生存創造了各種條件。
表1不同年齡正常人每日需水量
(3)維持生命。人的生命也是如此離不開開水的參與，幹凈渾濁，拿出來吸進去，把壹切都洗幹凈。據統計，沖廁所、洗漱、淋浴的用水量約為每人每月3 ~ 4.5立方米。水經過各種過程，最終形成產品和服務，是人類生活所需要的。
(4)促進生產。生產活動是推動人類社會歷史車輪前進的動力。任何行業都有水的痕跡，水用於原料、去汙、動力、介質或溫度控制，用於各種行業。
水的功能利用分類如圖2所示。
圖2水功能利用分類示意圖
(二)水資源在農業中的利用
植物
水構成植物細胞的主體，壹般植物組織的含水量占鮮重的75% ~ 90%；水是植物新陳代謝的反應物質，也是光合作用的原料。水是植物體內各種生理生化反應和運輸物質的介質；水產生的靜水壓力用於維持植物的固有姿態；水用於植物的蒸騰，維持植物的生態環境。植物的水分代謝是壹個水分吸收、運輸、利用和損失的過程。在整個代謝循環中，90%的水分用於蒸騰作用，約65，438+0%用於光合作用(表2)。
表2種植業單位用水量示例
2.動物
對於動物來說，水主要用於餵養家畜和家禽，保持圈養環境和清潔個體動物(表3)。
表3畜牧業和漁業用水量示例
此外，由於農產品成品在生產、加工、運輸等環節需要間接使用大量的水，本文暫將部分用水量考慮到食品加工、道路運輸等部分，具體產品的實際用水量需要在生態城工業用水量的定量研究中進行分析。
(C)水資源在工業中的使用
在工業生產中，水廣泛應用於溶劑、凈化、洗滌、制冷、分離等制造過程。
1.加工制造業
(1)食品加工制造業分類及主要用水量(表4)。
表4食品加工和制造業耗水實例
(2)紡織行業分類及主要用水量(表5)。
表5紡織工業用水實例
(3)皮革制品分類及主要用水量(表6)。
表6皮革產品耗水量示例
(4)木制品加工分類及主要用水量(表7)。
表7木制品耗水量示例
(5)造紙工業分類及主要用水量(表8)。
表8紙制品耗水量示例
(6)化學原料和化學制品制造業分類及主要用水量(表9)。
表9化學原料和化學品的耗水量示例
(7)醫藥制造業分類及主要用水量(表10)。
表10醫療產品的用水量示例
(8)橡膠制品行業分類及主要用水量(表11)。
表11橡膠制品用水量示例
(9)塑料制品行業分類及主要用水量(表12)。
表12塑料制品用水量示例
(10)非金屬礦物制品的分類和主要用水量(表13)。
表13非金屬礦物制品用水量示例
(11)金屬冶煉及壓延加工業分類及主要用水量(表14)。
表14金屬冶煉和壓延產品用水量示例
(12)機械設備制造業分類及主要用水量(表15)。
表15機械設備制造產品耗水量示例
2.采掘業
采掘業用水量示例見表16。
表16采礦業用水量示例
3.能源供應行業
能源供應行業用水量示例見表17。
表17能源供應行業用水量示例
4.土木工程建築業
土木工程和建築行業用水量示例見表18。
表18土木工程和建築行業用水量示例
(四)水資源在第三產業中的利用
1.生活服務業
生活服務業用水量示例見表19。
表19生活服務業用水量示例
2.公共服務行業
公共服務行業用水量示例見表20。
表20公共服務行業用水實例
3.流通服務業
流通服務業用水量示例見表21。
表21流通服務業用水量示例
三。水在人類生活和生產中的循環過程
地球的水循環是壹個多環節的自然過程，包括蒸發、大氣水分輸送、地表水和地下水循環以及各種形式的儲水。降水、蒸發和徑流是水循環中最重要的三個環節，包括壹系列的生物循環。水在各種循環中孕育生命。人類作為高等智慧生物，把水變成更多的食物和牲畜給人吃，棉花和皮革給人蓋，金屬和石頭給人住。
(壹)水在人類生活中的循環過程
水通過飲料、食物、代謝三種途徑進入人體，被人體利用，再由腎臟以尿液的形式排出，大腸以糞便的形式排出，皮膚以蒸發的形式排出，肺部以呼吸的形式排出，從而維持攝入和排出的平衡，維持生物功能的正常運轉。成人壹天的水平測量如表22所示。皮膚的蒸發和肺部呼出的水分進入空氣，尿液和糞便中的水分構成了壹部分需要處理的生活汙水。在人類生活中，另壹個讓清水變渾濁的過程的輸出端是廚余垃圾和洗滌汙水。
表22成人日水平測量
糞肥作為肥料來源和土壤調理劑被用於農業，可以追溯到南宋以前。至少在20世紀80年代初，中國城鄉之間保持著良好的物質流通關系。然而，20世紀80年代後，城市糞便的農業利用日益受阻，已通過固液分離、固體填埋和液體輸入汙水處理廠等方式作為真正的廢棄物處理(圖3)。
圖3水在人類生活中的循環過程
(二)人類生產中的水循環過程
1.農業生產中的水循環過程
種植業中水的循環過程如圖4所示。水產養殖中水的循環過程類似於圖5中的工業生產。
圖4種植業水循環過程
2.工業生產中水的循環過程
工業生產中水的循環過程如圖5所示。
圖5工業生產中水的循環過程
3.服務業水循環過程
服務業中水的循環過程如圖6所示。
圖6服務業中水的循環過程
四。生態城市的水資源管理
在以人類為中心的循環中，水被用來形成各種物質成分，大部分以汙水和廢水的形式回歸自然。生態城的水資源管理將努力尋找壹個有效的切入點，逐步提高生態城水資源利用的可持續程度。
水的自然減量是指汙水進入陸地和水體後，在沒有人為幹擾的情況下，水中的有害物質被植被、動物和微生物等自然生物降解去除的過程。如圖7所示，在時間t2內累積的汙水M2自然減少所需的時間I2被稱為水的自然處理循環。水的自然處理周期與汙水、廢水的積累時間和數量成正比，即T2 = m·t
圖7水的自然處理循環和人工處理循環
人工減水是指通過人工幹預，利用物理、化學、生物等方法將汙水中所含的汙染物分離或轉化為無害物質，從而凈化汙水的過程。如圖7所示，在t1的時間內，人工減少累積汙水量M1所需的時間I1稱為水的人工處理周期。水的人工處理周期不僅與汙水的積累量和時間有關，還與人類汙水處理技術的發展(用K表示)有關，即。
總的來說，T1 < T2，使人工還原周期比自然還原周期短也是為了提高城市汙水和廢水的處理效率。在汙水和廢水的人工處理中，往往伴隨著能量和資金的流動，如圖8所示。
圖8城市汙水和廢水處理循環
廢水形成過程中存在壹個臨界值t0，即廢水累積量為T0時刻的M0。T0時，汙水中的汙染物以物理積累的形式增加，其含量不會對其他物種造成危害；當超過T0時，每種汙染物都會發生各種生化反應，其含量或反應後的物質會嚴重威脅其他物種。我們把T0以內的汙水處理周期稱為無害化處理周期，T0以外的汙水處理周期稱為有害化處理周期。T0是與時間、累積量、溫度、光照和氧含量有關的因子(圖9和圖10)。
圖9無害循環和有害循環
圖10關於生態城水資源的思考
水是生命之源，記錄著人類文明進化的各種信息。自古以來，人類和各種物種世代交替，唯有水是永恒的，循環不息的。隨著人類掠奪的加劇，水記錄了壹個危險的信號，用幹旱、洪水、遺棄來懲罰人類。
動詞 （verb的縮寫）結論
生態城水資源的管理目標應是盡可能實現城市內短距離的水資源供給，在無害期通過自然減量和人工減量實現汙水和廢水的減量，盡可能縮短汙水和廢水處理帶來的能量流和資金流，實現水資源從源頭到處理的可持續過程。
汙水和清水的區別是水分子生成的其他分子的物理化學性質的區別。水的分子結構在不同信息作用下形成的形態，應該是水健康的標誌。這種水的健康程度在壹定意義上影響著人類的生活狀態或者說決定著人類的健康。
參考
[1]王瑞輝，馬，，，茹春，。北京七種園林植物及其典型綠水配置。林業科學，2008，44(10)
[2]任，鄭主編。人類生態學。北京:中國環境科學出版社. 2004