1. 引言
2019年北京市水资源总量24.56亿m3，按北京市年末常住人口为2153.9万 [1] 计算，市人均水资源量约为114 m3，不到国际人均1000 m3的缺水下限的六分之一。水少人多的基本水情，极其紧缺的水资源现状，是北京发展的阻碍。
通州区作为首都副中心，其水资源利用情况也应得到重视。王红瑞等 [2] 建立了水权分析模型，认为通州区用水呈上升趋势，高晓龙等 [3] 分析了通州区节水型社会的建设处于较低水平，张秀捷 [4] 展开了北运河通州城区段污水排放研究。随着数据的不断更新，早期研究已明显滞后于城市发展，近五年来缺乏有关首都副中心水资源承载力的系统性研究。
为了给通州区的建设和水务管理提供理论依据和数据支撑，助力首都副中心的规划与发展，同时也为其他城市提供一定的指导和借鉴，本文研究了北京市通州区的水资源利用现状，并结合污水处理厂的排水情况及水体污染治理情况，提出改进措施和建议。
2. 通州区水资源现状及成因分析
2.1. 水资源的构成
北京市通州区的水资源主要由本地区降雨量和上游入境水量组成。
降雨量：通州区多年平均降雨总量为5.08亿m3，形成地表径流0.73亿m3，地下水2.45亿m3，行政区域内的地下水年平均可利用量为1.96亿m3。通过比较首都各行政区近三年及多年平均降水量，发现通州区近年来的降水量，在北京市的行政分区中处于中等水平。20世纪70年代，通州区年平均降水量为582 mm，2000~2010年的年平均降水量为477 mm [5]。年降水主要集中在夏季，春秋季次之，冬季最少。随着年份的推进，降水量呈下降趋势。21世纪以来，通州区旱重于涝，降水量除个别年份较高以外，其余年份均处于多年平均值以下。
入境水量：通州地处永定河与潮白河的交汇处，冲击平原地势较低，河流汇聚，多年平均入境水量为8.15亿m3，多年平均出境水量为4.21亿m3。
2.2. 存在的问题及成因分析
通州区早期未能充分利用降雨带来的水资源，这与其地理位置、水资源储备能力，有着紧密关系。通州区降水量年际变化大，现有的水利设施对水资源的调蓄能力有限，降雨集中在夏季，高温天气也加速了雨水蒸发。以北运河为界，水质较差，地表水资源短缺，水量长期供不应求，不足部分早年间一直依靠地下水填补，致使通州区地下水开采超标 [6] [7]。据长期居住于此的市民反映，二十世纪通州区就已经开采地下水。多年以来，平均水位埋深下降到了5 m左右，地下水开采严重超标。近年来虽然采取了生态补水等措施，但深层含水层水位变化不明显 [8]。由于部分居民早期缺乏对水资源重要性的认识，较低的水价又加剧了人们随意用水的习惯，长期以来，通州区的水资源受到了极大程度的浪费。此外，随着降水时间的减少，通州区的夏季降水量也在减少 [9]。通州区的水资源整体开发未能进行合理规划，早期的盲目性，又使水资源储备及利用能力，与城市的规模和发展速度不匹配。工业用水重复率低、废水排放量大等原因，也进一步加剧了水资源的供需失衡。
3. 通州区给水情况
3.1. 饮用水供水质量
2018年起，通州区以《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)和《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)为评价依据 [10] [11]，对水质进行按季度监测。其中，生活饮用水包括饮用水水源、自来水厂出厂水和城市末梢水。通州水务局的数据显示2020年第四季度城市饮用水水源地监测点的水质检测结果全部达标，在采集的6件自来水厂出厂水和33件城市末梢水水样监测中，同样水质全部合格。查阅往期的数据发现，在过去两年里，通州区的饮用水水源、自来水厂出厂水以及城市末梢水的水质达标率均为100%。由此判断通州区的饮用水供水质量有一定保障。
3.2. 水厂的资源调度与分配
随着首都副中心建设的不断开展，通州区的水资源需求量正在逐年增长。2015年起，甘棠水厂、广渠路东延输水管线先后建成，四路水源供通州，区域整体供水能力得到提升。新建成的通州水厂全部接纳南水，已成为第五路水源，用水需求进一步保障。水厂出水水质符合国家生活饮用水的标准。浊度等指标可以降低到0.1个单位，远低于国标对出厂水质1个单位的要求。五路水源每天带来了约22万m3的饮用水，也就意味着通州区基本已无缺水之虞。
4. 通州区排水情况
4.1. 污水处理厂排水情况
2015年通州区某社区业主反映，自家住房距某污水处理厂约150米，入夏以来每天都能闻到臭味，并感到胸闷气短。据负责人表示，该区的生活污水由此污水处理厂集中处理，处理后的中水会供给到居民家循环使用。取样检测该污水处理厂包括水体、大气在内的指标，结果显示达到了北京市的地方排放标准。2016年，该污水处理厂升级改造后，承担了通州区约85%的污水处理任务，服务人口近70万，出水水质达到了《城镇污水处理厂水污染物排放标准》 [12] 的B标准，污水异味现象已经消失。
新型冠状病毒肺炎疫情期间，该污水处理厂根据出水微生物水平，调整出水次氯酸钠的投加量，以保证各污水处理单元的高效运转。对水质，尤其是余氯、大肠杆菌等指标进行监控。同时，增强对污泥的消毒处理，阻断病毒通过污泥再次回归自然环境的可能性。
该污水处理厂在2020年第一季度，总进水量超1360万吨，日均处理水量达到14.9万吨。经过处理的再生水，可以用于河道补水、市政灌溉、电厂冷却等。
4.2. 主要污水处理工艺
露天的深池曝气会产生大量臭气，对污水厂周边影响较大。通州区新建成的该污水处理厂采用了全地埋式，并设置臭气收集净化系统。其污水处理工艺为：多级(三级) AO + 二沉池 + 高效沉淀池 + 膜滤池 + 紫外线消毒处理工艺 [13]。作为新兴的高效污水处理工艺，多级AO工艺能提升对NH3-N的去除效果 [14]。生化池划分为三级六段，缺氧段进行反硝化脱氮，好氧段进行硝化作用，降解BOD和COD。相较于单一进水，分段进水各段的污泥负荷基本相同，进水污染物浓度变化对系统的冲击降低，从而使得系统运行更加稳定。
5. 通州区水体污染与治理现状
5.1. 水质及污染物排放情况
截止至2018年底，通州区55个水质监测断面中，满足IV类水质要求的断面有4个，满足V类水质要求的断面有3个，其余均不达标。9个国控市控断面中，只有3个断面达到了规定年限的V类水质标准，2个断面未达到规定达标年限为2020年的IV类水标准，1个断面未达到规定达标年限为2020年的V类水标准。2020年通州区均值水质有3个断面达到IV类，3个断面达到V类，1个断面仍为劣V类。虽然通州区的水环境治理在推进，但水质达标状况不容乐观。
通州区2018年的废水排放总量为20,685.36万吨，COD排放20,404.68吨、氨氮排放1694.17吨、总磷排放234.69吨 [15]。其中，工业源和农业种植面源占比较小，大部分地区以城镇生活源为主要污染来源。潮白河、凤河、港沟河和凤港减河流域，禽养殖业的污染排放对COD和总磷贡献较大，是这四个子流域的主要贡献来源。城镇生活源分别占COD、氨氮和总磷污染物排放总量的48.88%、65.16%和45.39%，是这三类水体污染物的主要组成部分，城市径流次之，农村生活源占比最小。畜禽养殖业在COD和总磷污染物当中占比较大，分别占到了23.37%和32.93%。
5.2. 水体环境的主要问题
通州区水质污染问题较为严重，上游地区污染超标，部分入境断面的水质为劣V类，重要的干支流水质超标。具体流域如萧太后河、凉水河等，水质达标的任务还很艰巨。城镇生活污水在污染物排放总量的占比大，城市径流存在面源污染，这对水体环境质量影响较大。部分地区的畜禽养殖业污染严重，从而影响了潮白河、港沟河、凤河等流域水质。此外，对水体氨氮排放的污染治理仍需进一步加强。
6. 建议措施与未来发展方向
6.1. 建立节水型社会，增强用水定额管理
以水定地、以水定人、以水定产，是城市发展的要求。建议对通州区的用水总量加以控制，提升行业用水效率，增强用水限额管理，并通过百姓喜闻乐见的方式宣传以增强节水意识，建立节水型社会并实现其精细化和科学化管理。
6.2. 研发水处理技术和再生水利用设施，开展雨污合流改造
Bauer等 [16] 提出了工业废水再利用以增加缺水地区水资源。首都副中心在水处理技术和再生水利用方面，还有很大发展空间。建议加强农村水处理建设，开展雨污合流管线改造，参考海绵城市，完善合流溢流污水、初期雨水调蓄设施的建设。
6.3. 推进污泥资源化处置，可考虑园林绿化
随着通州区污水处理厂数量的增加，产生的剩余污泥也在增加。污水中有30%~50%的污染物富集在污泥中，若污染物随着污泥重新回到环境中，将会造成严重的二次污染。研究表明污泥堆肥可大幅提高土壤中有机质的含量，促进植物生长，但剩余污泥中较多的重金属元素会干扰植物的正常生理过程 [17]。因此，对于污泥资源化处理处置还有待探索和加强。
6.4. 建立节水型社会，增强用水定额管理
开展基于数学模型的城市水资源优化研究，具有一定的指导意义和广阔的应用前景。为提高水资源利用效率，Yang等 [18] 进行了污水处理与供水效率的相关性分析。张田媛等 [19] 构建立了清水与再生水协同利用的供水系统优化模型。通过建立数学模型，可以为解决通州区水资源短缺问题、水资源的合理分配与调度，探索出一条新路径。
7. 结语
1) 首都副中心的水量长期供不应求，早期不当操作使地下水开采超标。随着通州区水厂的建设，水资源紧缺的现象正在改善。近两年的水源水质达标率为100%，饮用水供水质量有一定保障。
2) 首都副中心曾经存在污水处理厂附近臭味较大的问题，升级改造为地下式污水处理后，日污水处理量得到提升，臭味现象已消除。
3) 首都副中心存在入境断面水质污染超标的现象，局部地区的畜禽养殖业水体污染严重，影响了潮白河等流域水质，对于水体污染的治理仍需加强。
4) 建议引入水资源模型并提高预测的精度，助力水资源的保护与合理利用。
参考文献