“这座繁华兴盛的都会同时具备世界级的基础建设、遍及全岛的完整运输系统、充满蓬勃朝气的商业环境、活力四射的居住空间以及深受四大族群影响的富饶文化……”
——这是新加坡外事局网站上对本国的描绘
新加坡，这处热带岛屿、花园城市的魅力与活力，离不开水的滋养与洗礼。可你也许不知，这里缺少天然湖泊与河流，且没有地下水，仅二十年前，其50%的供水尚依赖进口淡水，但如今它已成功开辟了四大水源（即四大国家水龙头），并计划逐步实现水的自给自足，这是怎样一个传奇的故事呢？
01
关于新加坡
坐落在东南亚中心、扼守马六甲海峡南口的城邦岛国新加坡，因其重要的地理位置，一直以来在世界贸易中扮演着重要角色（图1）。它位于连接印度洋和太平洋海上通道的关键位置，是欧、非向东航行到东南亚、东亚及大洋洲最短航线的必经之路，同时是东南亚的物产集散地与货物转运站。自19世纪初被英国占为殖民地，新加坡先后受治于英国、日本、英国、马来西亚，直至1965年独立。然而无论由谁统领，水的问题始终困扰着新加坡的管理者，水更曾一度威胁其地区安全。
新加坡由新加坡岛和62个小岛组成，总面积约718km²，其中约20%来自填海造陆。新加坡岛地势低平（图1）：西部和中部为丘陵，东部及沿海为平原，全岛平均海拔15米，地理最高点武吉知马海拔仅163米。典型的热带雨林气候道出了这里全年高温多雨的特点。
图1 新加坡位置、地形示意图
（作者绘）
高度城市化的新加坡被划分为五个大区（图2）：中部，东部，东北部，北部和西部。中部为传统的商业区，东部主打休闲娱乐，东北部是新兴的住宅区，北部以自然保护区著称，西部则是唯一的重工业区（主要产业为电子和石油化工）。2017年新加坡总人口达到561万（人口密度7815人/km²），城市化率为100%；GDP达到3239亿美元。
图2 新加坡总体规划图
来源：www.ura.gov.sg
02
极度缺水的新加坡
新加坡的地理位置和地形决定了这里注定少水的局面。首先，新加坡没有地下水。及至今日，新加坡尚未探测到地下水资源，这是由于海岛地域狭小，地下水层受海水影响严重。其次，地表水资源非常有限。新加坡是热带雨林气候，全年高温多雨，多年平均降雨量高达2400mm（北京585mm，广州1800mm），降雨相对集中于11月至次年1月。然而平坦的地势、有限的地域使这里难以形成长河和大河（图3），更缺少天然湖泊，因而降水难以存蓄、地表水资源十分有限。据估算，新加坡本地淡水资源总量约6亿m³，全部为地表水，人均水资源量仅110m³，比同为极度缺水城市（人均水资源量低于500m³）的北京（2017年 人均水资源量137m³）还要少。此外，与其他众多人口稠密地区相似，新加坡也曾面临严重的水污染问题，使本来有限的水资源更加稀缺。
图3 新加坡水系示意图
（最长的加冷河仅长10km）
图片来源：
http://www.landezine.com/index.php/2012/06/kallang-river-at-bishan-ang-mo-kio-park-by-atelier-dreiseitl/
资源的稀缺性是一个相对概念，产自供需的不平衡。随着人口增加和区域发展，新加坡对水的需求日益激增，早已远远超过本地水资源的承载能力。以人口这一要素为例，过去30年间，新加坡的人口数量翻了一倍，达到561万，人口密度逾7815人/km²（这一数字超过香港7040人/km²，低于北京市城六区8755人/km²）。据新加坡公用事业局（新加坡的水管理部门）估计，目前（约2016~2017年水平）新加坡日需水量约195万m³，其中居民家庭生活用水约占45%；而到2060年，预计总需水量将翻倍，主要增长来自非居民家庭生活用水（将占总需水70%）。
03
新加坡的坎坷开源之路
为了满足与当地水资源量不匹配的需水和支撑社会经济的持续发展，自1959年自治至1965年独立及至今日，新加坡始终把水作为政府工作的重中之重，并投入大量资金进行基础设施建设和技术研发。20世纪60年代初，新加坡与马来西亚签署协议从柔佛州进口淡水资源，大规模的跨境调水有效解决了当时的缺水问题，更重要的是，使新加坡获得了充足的时间去开发其他水源。经过几代人的长远规划和长期投入，新加坡确立了“收集每一滴雨水、无限循环利用、淡化海水”的水资源开发利用总体策略，形成了四大国家水龙头——收集本地雨水、跨境调水（进口淡水）、新生水、淡化海水，并计划在2061年与马来西亚的供水协议到期之前实现水的自给自足（图4、5）。
图4 新加坡四大水龙头发展时间轴
（蓝色对应收集本地雨水，红色对应跨境调水，紫色对应新生水，绿色对应淡化海水）
作者绘
图5 新加坡现状及规划水资源供需平衡分析图
（2060年数据为每种水源的生产能力；作者绘）
3.1收集本地雨水
新加坡有丰富的降水，将雨水收集起来并利用，即为一项最基础的水源。独立之初，本地雨水的收集利用面临两大难题：其一是缺少湖泊等水体存蓄雨水，其二是河流普遍污染严重。针对缺乏天然湖泊的问题，新加坡新建和扩建了多个蓄水池，从独立之前只有本岛上3个蓄水池至2011年全国已建成17个蓄水池，收集着降落在国土三分之二面积之上的降雨。针对污染问题，新加坡采取了一系列强有力的措施清洁河流和流域，包括转移安置沿岸居民、拆除违建、强制关闭污染严重的养殖场和工厂。以新加坡河与加冷河为例，为清理这两个流域共转移安置了4.6万人，关闭了610家养猪场和500家养鸭场。
新加坡还采取了一系列配套措施来保障雨水收集利用的效率和水质。首先，严格限制集水区内的开发建设。最初的3个蓄水池所在区域（即今中央自然保护区）被划为严格保护的集水区（图6），在这个区域内不允许进行任何开发建设；其他集水区为非严格保护的集水区，允许开发建设，但仅限于住宅及无污染工业。其次，全面实现了雨污分流。再次，构建了完整的雨水收集系统。排水渠、输水渠道和天然河道等错落交织，形成了8000km长的河网。此外，在2006年，新加坡启动了Active, Beautiful, Clean Waters（ABC水计划）项目，类似我们的“海绵城市”建设或西方国家提倡的“低影响开发”，旨在将水资源管理与城市环境更好地融合，通过打造雨水花园、生态调节池等，净化和存蓄雨水，同时使居民可以更亲近水。
图6 蓄水池及受保护的集水区示意图
（改编自：新加坡公用事业局网站）
新加坡现有17个蓄水池收集着国土三分之二面积之上的降水，总生产能力能够满足30%的需水，这其中不乏富有创新性和挑战性的集供水、防洪、娱乐于一体的滨海蓄水池（图6）。新加坡计划未来将集水区进一步扩展到覆盖国土面积的90%。
3.2跨境调水（进口淡水）
水是一种自然资源，从资源充足的地方调取或购买，是最容易想到的策略，可能也是最便捷的权宜之计。20世纪60年代初，新加坡自治邦政府与马来西亚先后签署两份协议从柔佛州进口淡水资源（图7）。第一份协议签署于1961年，已于2011年到期且未续签。这份协议规定新加坡拥有完整和专有的权利，可以每天从埔莱蓄水池、地不佬河及士古来河无限量地抽水，但需将取水量12%的处理后的水返给柔佛州。第二份协议于1962年签署，有效期至2061年，约定新加坡每天可从柔佛河取水110万m³，同时将取水量2%的处理后的水返给柔佛州。
图7 第二个供水协议示意图
来源：
https://infographics.channelnewsasia.com/interactive/waterissue/index.html
2000年之前，本地雨水的收集利用和进口淡水一直是新加坡的主要水源，直到本世纪初，进口淡水供水占比仍高达50%。但受政治、价格、气候变化（气候变化将导致柔佛河向新加坡可供水量减少）等诸多因素的影响，新加坡决定第二份供水协议到期后将不再续签，做出如此决策的信心来自于再生水和海水淡化的技术突破，而反过来这项决策也成为新加坡发展再生水和海水淡化的直接动力和压力。
3.3再生水的升级版——新生水
早在1966年新加坡就在裕廊建造了第一座再生水厂，以二次处理乌鲁班兰污水厂排出的中水来供工业使用。随后的七八十年代，再生水被推广用于公寓冲厕，然而由于水质较低，运行期间造成了高昂的管道维修和更换费用，该计划最终于1990年以失败告终。直到九十年代末，再生水的生产技术才又有了新的突破。
新加坡开创了四步工艺法生产高品质的再生水（图8）：（1）传统处理工艺，使废水经处理后达到全球公认的适合排放河流的标准；（2）微滤（超滤），除去水中悬浮物、胶体粒子、致病细菌、病毒、原生动物包囊等；（3）反渗透，过滤去除水中溶解盐和有机物；（4）紫外线杀菌及酸碱平衡，进一步确保所有残留微生物的活性被破坏，并还原酸碱平衡。经过如上四步工艺生产出的再生水，水质超级纯净，通过了15万项科学检测，达到所有国际饮用水标准和准则，可谓是再生水的终极版，因而被命名为NEWater（中文译为新生水）。
图8 新生水的生产流程
（来源：新加坡公用事业局，作者译）
新生水目前主要用于工业和空调冷却，少量间接供给生活用水。因其超高的纯净度，新生水能够直接满足超洁净用水要求的生产（如晶圆制造业、电力发动及冷却等）。随着新生水生产能力的扩大和生产成本的下降，大部分工业用户都改用了新生水。在降水相对较少的季节，少量新生水（约1%）被输送至蓄水池，与原水混合后供给居民生活。这种间接供给生活用水的方式，一方面可以给新生水补充微量矿物质、进一步提高其安全性，另一方面更易于被公众接受。
新生水的大规模生产和推广使用，还离不开两项投资巨大的配套工程：一是全覆盖的污水管网，二是深层隧道排污系统。一期深层隧道排污系统已于2008年完工，总投资36.5亿新元，干线总长48km，直径3.3~6.5m，埋深约50m，另有支线60km；二期预计2025年完工，含40km干线和60km支线。深层隧道排污系统将主要污水管网、排污口和污水处理厂连接起来，有效扩大了污水系统的容量，并能够节省约50%的污水处理设施（如泵站和小型污水处理厂）用地。至2017年，新加坡已有五座新生水厂建成和投产（图9），总生产能力达78万m³/天，相当于需水的40%。计划到2060年，新生水供水比例达到55%。
图9 新生水厂和深层隧道排污系统示意图
（作者绘）
3.4淡化海水
新加坡四面被大海包围，向海问水是新加坡从上世纪70年代就坚持的信念。直至本世纪初，膜技术的成熟才使海水淡化足够可靠和经济可行。至2018年，新加坡已有3座海水淡化厂建成投产（图10），总生产能力达59万m³/天，相当于需水的30%。另有两座规划和在建海水淡化厂（图10），一座位于滨海堤坝以东，另一座位于裕廊岛，规划生产能力均为13.6万m³/天，预计2020年完工。值得一提的是，这座滨海东海水淡化厂将是世界首座双模式海水淡化厂，即既可淡化海水也可处理原水，将根据季节和天气决定从大海或蓄水池中取水进行处理。计划到2060年，淡化海水的供水比例达到30%。
图10 海水淡化厂分布示意图
（作者绘）
04
新加坡的矢志节水历程
对于任何一个缺水的地区，一味的开源都不是长效的解决办法，必须同时对需水进行管控。新加坡一路摸索、采取了诸多措施以提高用水效率、鼓励节约用水和降低需求，其中有些效果良好，也有些收效甚微，具体包括以下几个方面：
①减少管网漏损。新加坡已实现自来水的全覆盖，并长期致力于输水管网和配水管线的翻修和监测，目前漏损率仅4.6%，是世界上最低的地区之一。
②用水效率标签计划。为推广节水型产品、提高用水效率，新加坡公用事业局对生活中用水设备的耗水情况进行评级，给居民的购买决策提供参考。2006年该项目开展初期，制造商和供应商自愿参加，项目效果并不明显，因为基本只有节水型产品才被送来参评。2009年公用事业局将用水设备分为两类——需强制或自愿参加节水评级，并将结果全部公开：
https://app.pub.gov.sg/wels/Pages/ListOfProducts.aspx。
③制定合理水价。继二十年水价保持不变之后，新加坡从2017年分两期将水价上调并调整了水价结构。调整后的水价由基础水价、水资源保护税和污水处理费三部分构成。基础水价反映的是水的生产和供应成本；水资源保护税按基础水价的百分比计算，反映的是寻找替代水源的代价；污水处理费产生于后续的污水处理和污水系统管理。以居民家庭生活用水为例，调整后每月40m³以内的价格为新币2.74元/m³，超出40m³后为新币3.69元/m³。
④节水宣传和教育。为提高居民的节水意识，新加坡开展了一系列不同主题、不同形式的宣传教育活动和倡议，比如1971年起每年一次、持续了十余年的“水是宝贵的”运动，80年代“让我们不要浪费宝贵的水资源”运动，90年代“聪明地用水”、“关闭水龙头”等倡议，2003年“高效用水家庭计划”等等。通常，在这些活动进行中人们都有很高的积极性，而活动结束不久，节约用水可能就又被抛诸脑后。但新加坡始终在坚持，并将节水教育引入学校，使节约用水成为居民从小培养的日常习惯。
05
以“新”为鉴
历年《北京市水资源公报》在陈列诸多统计数据与分析之后都会以“人多水少是北京的基本市情水情”作为结语。“人多水少”，这也是新加坡的基本国情水情。虽然两地的规模较为悬殊、发展情势各有异同，人水矛盾却是两地发展中共同面临的挑战。下表给出了两地的基本情况，在此需说明的是，新加坡为城市型国家，将北京城六区与之作比更为匹配，但有些统计数据只有北京全域可得，故此列出新加坡、北京城六区与北京市三列。
表1 新加坡与北京现状基本指标对比1
注：
1本表根据《北京市水资源公报（2017）》《北京市水务统计年鉴2017》等文献及公开资料整理而得，如未特殊标注，均为2017年数据。2019年7月人民币汇率中间价：1美元≈6.89人民币；1新加坡元≈5.02人民币。
2按2019年7月人民币汇率中间价1美元≈6.89人民币折算。
根据表中所列数据，结合上文，对解决北京的人水矛盾，我们也许可以得到些启发：
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多水源联合配置及应对未来风险。因本地水资源有限，新加坡积极开拓新水源，如进口淡水、循环用水、淡化海水和寻找地下水，并最终决定大力发展新生水和淡化海水，因为这两种水源不受气候等因素影响。北京同样致力于开源，目前除本地常规水源之外，外调水与再生水占比接近50%。北京不具有新加坡四面环海的优势，故而外调水对北京的重要性无可替代。考虑到未来气候变化，本地水资源量及水质可能遭受影响，外调水水量和水质亦可能受到不同程度的影响，因此北京仍需积极探寻新的战略储备水源，搭建和实施多水源优化配置。
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污水收集与再生水的利用。新加坡已全面实现污水收集和雨污分流，新生水大量供给工业、少量间接供给生活。北京城六区内仍有部分地区为雨污合流，再生水目前主要用于河湖补给。新加坡的新生水水质标准很高，对北京来说全面推广可能并不适用，但若再生水水质标准制定合理且完全达标、输配水管网等配套设施建设完善且管理到位，北京完全有条件进一步增加再生水的使用量并优化使用结构，如增加冲厕、环卫绿化和工业等方面的用水比例。
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节水是北京应该长期坚持的战略措施。节水永远都有空间，虽然有时出于投入产出比的考虑，有些措施可能并不适用。与新加坡相比，北京的供水管网漏损率仍然较高，居民节水意识尚且不够，总体生产用水效率仍有较大提高空间。新加坡的经验告诉我们，节水需要奖励与惩罚并重，更需要长期坚持、不惧往复。
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长期规划很重要，规划实施更重要。水资源的开发利用与管理的规划包括而不限于以上方方面面，今天的城市与水资源管理者都意识到了长期规划的重要性，但是规划的实施比制定更为重要也往往更加艰难，很多效益可能几十年后才能显现，可持续的水资源系统离不开管理者、专业人员和普通民众长期不懈的坚持和努力。
新加坡国父李光耀曾说“Every policy had to bend to the knees of our water survival”（所有政策的制定都必须把水奉为至高准则）。正是新加坡几代人的长远眼光、长期努力和坚定信念，才把这个曾经靠买水而生的国家，打造成水技术的世界领先者，并有望依托新生水和淡化海水来实现水的自给自足，同时在应对气候变化方面，新加坡也已经走在前列。在理水和兴水的征程上，新加坡的经验值得北京和国内很多城市，结合我们的政治制度和管理体系进行学习借鉴。
校对：黄鹏飞
参考资料：
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[11] 中国气象局气候变化中心. 气候变化对长江流域水资源综合影响分析. http://www.weather.com.cn/index/lssj/05/20127.shtml
[12]《北京市水资源公报（2017）》
[13]《北京市水务统计年鉴2017》
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