数理化神奇巧解：水资源、水环境、水生态
“学好数理化，走遍天下都不怕”过时了吗？
关于怎样看待“学好数理化，走遍天下都不怕”的讨论很是热烈，
其中有两种典型的声音形成鲜明碰撞：
一种观点认为，这句话产生于20世纪七八十年代我国科技人才匮乏之时，是历史的产物；而当前我国理工科人才培养规模庞大，这句话已经不能适应强调全面、多元、个性发展的教育趋势。
另一种观点认为，“学好数理化，走遍天下都不怕”的提法并未过时。因为以数理化为代表的基础学科，不仅对于培养学生的逻辑思维、分析能力具有重要意义，而且是一个国家创新能力的重要保障。
在科技创新能力越来越成为综合国力竞争决定性因素的背景下，有必要重新认识、理解并拓展“学好数理化，走遍天下都不怕”的含义，因为只有重视数理等基础学科，才能在全球科技竞争中赢得主动。
“学好数理化”有了新的生命和新的理解。
1、基本概念
水资源：
是指可利用或有可能被利用的水源，这个水源应具有足够的数量和合适的质量，并满足某一地方在一段时间内具体利用的需求。
地球上目前和近期人类可直接或间接利用的水，是自然资源的一个重要组成部分。
天然水资源包括河川径流、地下水、积雪和冰川、湖泊水、沼泽水、海水。
按水质划分为淡水和咸水。随着科学技术的发展，被人类所利用的水增多，例如海水淡化，人工催化降水，南极大陆冰的利用等。
由于气候条件变化，各种水资源的时空分布不均，天然水资源量不等于可利用水量，往往采用修筑水库和地下水库来调蓄水源，或采用回收和处理的办法利用工业和生活污水，扩大水资源的利用。
与其他自然资源不同，水资源是可再生的资源，可以重复多次使用；并出现年内和年际量的变化，具有一定的周期和规律；储存形式和运动过程受自然地理因素和人类活动所影响。
水环境：
是指自然界中水的形成、分布和转化所处空间的环境。
是指围绕人群空间及可直接或间接影响人类生活和发展的水体，其正常功能的各种自然因素和有关的社会因素的总体。
也有的指相对稳定的、以陆地为边界的天然水域所处空间的环境。
在地球表面，水体面积约占地球表面积的71%。水是由海洋水和陆地水二部分组成，分别与总水量的97.28%和2.72%。
地表水环境包括河流、湖泊、水库、海洋、池塘、沼泽、冰川等，地下水环境包括泉水、浅层地下水、深层地下水等。
水生态：
是指环境水因子对生物的影响和生物对各种水分条件的适应。
生命起源于水中，水又是一切生物的重要组分。
生物体不断地与环境进行水分交换，环境中水的质（盐度）和量是决定生物分布、种的组成和数量，以及生活方式的重要因素。
2、神奇巧解
数学问题的水资源：
水资源是“源”，是配置，数学方法分析计算。
水资源合理配置是指在一个特定流域或区域内，以有效、公平和可持续的原则，对有限的、不同形式的水资源，通过工程与非工程措施在各用水户之间进行的科学分配。水资源优化配置是实现水资源合理开发利用的基础，是水资源可持续利用的根本保证。
物理问题的水环境：
水环境是“表”，是治理，物理方法分析计算。
水环境治理，人类社会赖以生存和发展的重要场所，也是受人类干扰和破坏最严重的领域。
水环境的污染和破坏已成为当今世界主要的环境问题之一。
化学问题的水生态：
水生态是“基”，是修复，化学方法分析计算。
生态修复是一项理论复杂、因素众多、操作困难的工作，既要因地制宜，又要符合科学，更要讲究实效。
修复水生态系统，创造水边和水中生物多样性环境。
3、“三水”协同共治
清华大学环境学院教授胡洪营提出：
区域水循环利用可以实现水资源、水环境和水生态“三水”协同共治，生态环境效益和经济效益显著，值得大力推进。
我国北方严重缺水，水体生态基流缺乏；南方水质型缺水问题突出，水体污染严重。
补水是水环境治理的关键措施之一，但北方和南方都普遍缺少清洁可用的补水水源。城镇污水具有“就地可取、水量稳定、水质可控”的特点，已成为公认的城市第二水源。
区域水循环利用有哪些优势？
据了解，区域水循环利用首先是将城镇污水处理达到排放标准，再经过生态处理设施等进一步净化，水质达到有关用水要求后，就近排入城镇自然水体或回灌地下水，补给生态环境；
之后通过自然储存、净化，作为水资源在一定区域内进行调配，再次用于生产和生活。这种模式也可称为水的区域自然社会循环。
从技术层面上看，与再生水的“管对管”利用和单次直接利用相比，区域水循环利用具有显著优势，主要体现在以下4个方面：
一是水质提升、属性转变。再生水通过自然净化，进一步提高了水质，使再生水转化为具有天然属性的“生态水”，可缓解用户心理障碍，提高公众接受程度。
二是用水统筹、水效提升。再生水首先用于生态补给，之后作为“新水源”再用于生产生活，因此可以同时满足生态、生产和生活用水需求，解决了生态用水与生产生活争水的矛盾，提高了用水效率。
三是生态调蓄、天然输配。天然水体作为再生水的储蓄库（“水银行”）和输配通道，可解决再生水用水的季节性问题，缓解再生水输配管网建设压力。
四是供水开源、水城融合。城镇水体作为“新水源”和供排水系统间的衔接节点，在实现供水多途径开源的同时，可促进城市供排水系统建设和水环境治理间的融合。
“三水”协同治理，拓展第二水源
区域水循环利用的意义显著。
一方面，可以促进污水资源转化和城市水体功能升级。通过达标处理、生态提质、自然调蓄和多元利用，将污水转变为具有资源价值的“正资产”，城镇水体功能拓展为“城市第二水源”。在这种模式下，城市水体作为“新水源”实现了价值提升，有利于增加水资源供给和实现水生态环境长效管理。
另一方面还可促进污水处理厂转型和污水处理产业升级。在区域水循环利用模式下，污水处理厂定位从“治污”向“治污供水双功能”转变，升级为再生水厂。同时，污水处理行业从“静脉”产业升级为“动脉”产业，成为城市供水生命线的重要组成部分。
此外，还有利于促进污水治理转型和污水处理标准升级。污水治理从被动处理达标排放，向主动利用转变，可促进水资源、水环境和水生态“三水”协同治理，水城融合发展。便于破解污水排放标准制定和修订面临的多方面制约，以用定质、以质定管，推动污水处理标准的科学制定、精准制定，推动水环境治理科学施策，实现“一地一水一策”。
需在体制、规范、技术和管理等方面努力
首先，必须建立统筹规划、一体化推进机制。统筹城镇供水设施、排水设施和水环境水生态建设规划，推进一体化建设和一体化运营。实施分质供水，将城镇天然水体作为城市“第二水源”，工业和市政杂用的“第一水源”，规划建设多水源分质供水系统。
同时，应建立全链条、系统化的标准规范体系。构建涵盖污水源头管理、水质目标、水质评价和运营管理等各个环节的标准规范体系。通过标准规范，严格控制工业废水排入城镇污水管网，明确工业废水区域循环利用的负面清单；制定再生水水质分级分类标准、利用效益评价标准和再生水生态环境风险管控指南，确保水循环利用安全。
其次，还需建立全方位、体系化的科技支撑体系。突破区域水循环利用系统规划理论、技术和方法，建立水循环利用系统构建和长效运维技术体系，通过试点示范开展推广应用。开发适合再生水特点的水质指标体系、评价方法和阈值目标确定方法，开展再生水利用生态安全长期跟踪、监测评价研究。
最后，建立全覆盖、持续化的管理监督体系也是推进区域水循环利用发展的重要一环。政府部门联动机制和再生水利用约束机制要进一步加强，完善再生水利用定价机制和激励措施；强化区域水循环利用系统评价、评估和监管，通过多渠道经费投入，保障水循环利用系统持续运营。
（作者为清华大学环境学院教授）
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水梦丹青编辑部