第一届“瞰天杯”案例征集活动优秀作品选登

第一届“瞰天杯”案例征集活动优秀作品选登雯雅婷视频 从谷歌影像看以色列水治理和水资源循环 （该作品获本次案例征集活动优秀奖） 作者：张国平 1.以色列水资源概况 水是人类经济社会发展中不可或缺的战略资源。受气候条件和地理位置的影响，地

从谷歌影像看以色列水治理和水资源循环

（该作品获本次案例征集活动优秀奖）

作者：张国平

1.以色列水资源概况

水是人类经济社会发展中不可或缺的战略资源。受气候条件和地理位置的影响，地处地中海东岸的以色列水资源十分匮乏，自然淡水资源奇缺。一方面，以色列全国年降水量少且不稳定，超半数国土年降水不足180 毫米，年降水量变化也超过70% 。另一方面，以色列淡水资源分布不均，采集难度大。常规淡水资源主要分布在该国北部的加利利海、地中海沿海地下蓄水层和内陆山区地下蓄水层。根据世界银行数据，以色列人均水资源为276 立方米/ 年，约为世界人均水资源红线的一半。

图 1 以色列地理位置

面对水资源十分有限的情况，以色列充分利用自身技术优势，走出了一条闻名全球的水资源发展道路。以色列政府奉行水资源开源节流政策，从供给侧和需求侧调配水资源。在供给侧，政府开展了北水南调工程并兴建了大量海水淡化工厂和污水处理厂。以色列建国之初就开始在北部加利利海及其支流上修建水利工程，将北部的淡水向南输送。自2001 年起，以色列在地中海沿海地带逐步兴建了五个年产能百万立方米级的海水淡化工厂（ 阿什克伦、帕勒马希姆、哈代拉、索里克、阿什杜德）。五个工厂年产能约5.85 亿立方米，可供应以色列全国城市用水量的85%，占国家总用水量的40% 。以色列还建设了大量污水处理厂，污水回收率高居世界第一，净化水满足了相当部分的饮用水、居民生活用水及农业用水需求。在需求侧，以色列除了大量开挖人工隧道、管道用于走水外，建立的农业社区基布兹和莫沙夫均呈圆形分布，极大程度的减少了水运输的距离。另外，以色列还采用了圆形喷灌和多边形滴灌的模式实现了农作物的精准灌溉。

2.以色列北水南调工程

（1）以色列北水南调工程概述

以色列北水南调工程，亦称以色列国家输水工程，是以色列中南部的用水命脉。该工程源起以色列东北部的加利利海。加利利海的湖水首先进入总长三十余公里的明渠，然后经过消毒灭菌池后进入管道。在抵达首都特拉维夫东北以后，主干管道分为东西两支分别向南延伸，最终抵达南部的内格夫沙漠。北水南调管网总长度超过 300 公里，且在沿途不断吸纳地表水和地下水源，并与各地区供水管网相连，最终形成了覆盖整个以色列的水利系统。

图 2 加利利海及北水南调工程示意图

（2）以色列北水南调工程中水坝的影像判读

雅莫科水库是北水南调工程中最大的地面设施，但规模相对于他国大型水库规模仍相差甚远。全坝只有单一坝体，为拱坝，凸边面向上游，两端紧贴崖壁，能将水体复合传递给两岸的挡水建筑，是经济安全兼顾的水坝。

图3 雅莫科水库早年泄洪影像

图4 雅莫科水库谷歌影像

3.以色列污水处理系统

（1）污水处理厂概述

污水处理厂是将污染源排出的污水转化为达标水源的人工强化处理场所。污水处理厂位置的选择与城市布局密切相关，大体应符合以下原则：

①厂址应位于给水水源下游，且要在夏季主风向的下风向；应同城镇保持一定距离，但又不宜太远。

②厂址应尽可能与处理后出水的主要去向（如灌溉农田）或受纳水体靠近。

③最好充分利用地形，选择有适当坡度的地区，以满足污水处理构筑物和设备高程布置的需要，节省能源和动力。

现行的污水处理工艺分为三级：

①一级处理：物理处理，即通过机械处理，如栅格、沉淀等方式，去除污水中所含的石块、泥沙或油脂等污浊物。

②二级处理：生物化学处理，通过播撒生物化学药剂使污水中的污染物转化和降解为污泥。

③三级处理：污水的深度处理，包括水中营养物的去除和通过加氯等方式进行消毒。

④其他处理：包括水体除臭、软化、过滤等，视处理后水体的用途不同而不同。

图 5 典型污水处理厂布局示例

典型的污水处理厂包括如下的设施：

①沉淀池、过滤池：多为长方形或方形，中有隔墙以提高沉淀或过滤效率。

②消毒池：消毒池多为圆形，上有廊桥用于投放消毒试剂，廊桥连接一侧的消毒剂加料房或塔。

③清水池：外形不定，但多为矩形或圆形；有时为避免再次污染，清水池建筑在房屋中随管道直接流走。

④办公用房：用于污水处理后的化验、监测以及日常办公。

（2）以色列污水处理厂影像判读

①阿什克伦污水处理厂

图 6 阿什克伦污水处理厂卫星影像

阿什克伦污水处理厂位于阿什克伦市东北角，主要处理生活污水和生产污水。该污水处理厂的水泵将污水从管道中抽取到地面后，按照“沉淀-过滤 -消毒” 的顺序将污水转化为可供农产种植的洁净水，就近通过管道在周围农田中进行作物灌溉。

②阿什杜德污水处理厂

图 7 阿什杜德污水处理厂卫星影像

阿什杜德处理厂主要负责阿什杜德北部大型炼油厂的工业废水处理和排放。由影像可见这是一个新型污水处理厂，其改用环形沉淀池使带有各种重金属的污水与相匹配的细菌生物载体充分接触，从而更加有效地处理污水。“生物质载体”是以色列污水处理的独有技术，可以按照污水类型不同配置带有不同细菌和生物制剂的载体，从而减少污水沉淀时间、提高污水处理效率。所以采用“生物质载体”的污水处理厂规模比较小，不需要大型的消毒池和沉淀池，通过沉淀池后的污水经过处理车间处理，短时间内就可以通过管道排放到地中海。

4.以色列海水淡化系统

（1）海水淡化工厂概况

海水淡化就是利用海水脱盐生产淡水，是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。海水淡化厂主要有两类，其中早期工厂常使用蒸汽法淡化海水，耗能高、产品贵，新建工厂则使用反渗透法，通过向海水加压逼迫其通过半透膜来达到淡化海水的目的，能耗低、效率高、产品廉价，收到广泛好评。

海水淡化作为高技术含量的工作，其工厂选址往往满足以下三点要求：

①沿海分布且距离市区有一定距离。

②水电联产，即海水淡化厂和发电厂联合生产。对于海水淡化厂，淡化成本取决于电力成本，靠近电厂意味着能够充分利用发电时的蒸汽和更加低廉的电价；对于发电厂来说，含盐量低的软水能够保证工业锅炉的稳定供水且对于化工锅炉更加友善。

图 8 水电联产的海水淡化工厂

③海水淡化厂常距离污水处理厂或化工制品厂不远。这是因为海水淡化后的含盐重水中含有丰富的金属离子，这些废水不能直接排放到海中，却是提取化学制剂的良好材料。

目前，一般的海水淡化包括以下步骤：

①预处理过程：简单沉淀过滤过程。通过过滤器系统，在栅格中将鱼类、藻类筛除出去。预处理流程并不固定，对于不同的海水水质选择不同项目、不同程度的初步过滤是十分必要的。就以色列的地中海海水状态来说，直接使用砂石过滤是最经济简单的方法。

②脱盐过程：就是海水通过蒸馏或者反渗透的方式转化为淡水的过程，是整个淡化流程的核心。

海水淡化工厂主要由两部分组成：

①预处理区域：对海水进行沉淀、过滤的区域，往往是露天的，在遥感影像上呈现出纹理特征。

②膜件车间：利用半透膜的原理，在膜海水一侧加压，逼迫海水脱盐的地方。膜件车间往往设置在室内，但也有设置在室外的。设置在室外时也呈现出纹理特征。

图 9 海水淡化工厂中的膜件车间

（2）以色列海水淡化工厂影像判读

①海德拉海水淡化工业区

图 10 海德拉海水淡化工业区内景

（a）总览影像

（b）火力发电厂区域影像

（c）海水淡化厂和污水处理厂区域影像

图 11 海德拉海水淡化工业区影像

该工业区位于中北部城市海德拉的西北临海位置，包含火力发电厂、海水淡化厂和污水处理厂，曾是世界上最大的海水淡化工业区，在2010年时年生产量已经达到1.27亿吨之巨。其中，火力发电厂形式特殊。以色列是沙漠国家，境内煤炭资源匮乏，发电用煤需从外国进口。为了提高煤炭卸载效率，海德拉火力发电站专门建造了一个伸向大海的皮带走廊， 将煤船上的煤炭直接运输到陆地。

海水淡化工厂因为采用砂石作预处理，所以处理效率较低，海水预处理区域占整个淡化厂面积2/3左右。海德拉海水淡化厂才有的是8英寸半透膜，生产效率相较于16英寸半透膜低，所以海水脱盐厂房显得较为细长。

工业区东北角的污水处理厂并不处理生活用水，而只处理含盐废水。因了解含盐废水中成分，所以对症下药，不需大型沉淀池。该工厂沉淀池被浓缩到室内，缩小了污水处理厂整体规模。

②索莱克海水淡化厂

索莱克海水淡化厂位于以色列中北部城市瑞雄莱里昂附近，主要服务以色列首都特拉维夫并按照“建设-经营-移交”的形式在2014年投入使用。该工厂同样使用反渗透技术，目前年生产能力达到1.5亿吨，供给以色列全国15%的饮用水资源，是世界上最大的也是最高效的海水淡化工厂。水厂使用突破性的技术使水价低于0.5美金/m³，与自来水厂水价接近。

图 12 索莱克海水淡化厂内景

根据现有影像和影像显示，该水厂预处理区域使用24个双介质过滤器系统。系统外为混凝土预制的构件，保证海水在通过砂石过滤的时候温度、湿度可控。在海水经过预处理后进入海水脱盐区域。脱盐区域包含两个车间：西侧的辅助设施车间和东侧的膜件车间。膜件车间使用全球独有的16英寸半透膜，使初始速度四倍于8英寸半透膜。项目最大的亮点在于工厂能源系统并不完全依赖于外界电厂供电，转而设置了能量回收中心。能源回收中心一方面控制抽水泵、半透膜和其他设施的工作马力，另一方面与市政电网完成协调错峰配电。从这里可以看出来，海水淡化工厂建设应根据特定条件量身定制——为保护首都特拉维夫空气环境，设置一个火电发电站是不现实的——而不是以为跟随或简单复制其他电厂的配置和设计。

在海水淡化工厂北部同样设置有污水处理厂。该污水处理厂除设置过滤厂房外最大的亮点在于变常见的大尺寸消毒池为多个小尺寸消毒池。因为水资源在以色列十分有限，消毒池中通常不能投放化学制剂而投放带有特定细菌的特殊生物制剂。生物制剂封装在类似洗衣球的小球中；消毒池中污水随机器搅拌，生物制剂与污水充分接触，使污水消毒降解过程快速完成。

图 13 索莱克海水淡化厂遥感影像

5.以色列农业社区用水系统及影像判读

基布兹和莫沙夫起初都是犹太移民为了生存而应运而生的农业社区，社区架构和管理类似于我国曾经的人民公社。现在，以色列全国有270多个基布兹和莫沙夫，它们分布在各大城市周围郊区，负责农业生产。基布兹和莫沙夫大都成圆形分布，圆心附近是房屋，外部则包围着农田；这样的结构能保证水运输的距离最短，减少水在传输过程中的下渗或蒸发。

图 14 沙漠中的基布兹遥感影像

早期基布兹建立的农田同样呈圆形分布，使用喷灌车进行喷灌，喷灌作业效率极高。这种喷灌方式在我国新疆、内蒙等地也被广泛使用。

图 15 圆形喷灌农田遥感影像

随着技术进步，基布兹又开始采用滴灌这种更加先进的灌溉技术。利用塑料管通水后放到农作物根部，通过管身小孔上渗出的水源来进行灌溉。这样的灌溉技术非常节水，水资源利用率超过95%，十分适合经济作物的灌溉。

图 16 滴灌技术

图 17 多边形滴灌农田遥感影像