秦同春

（1.河北滄州平原區(qū)地下水與地面沉降國家野外科學觀測研究站,河北 滄州 061000；2.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院,北京 100081）

受氣候環(huán)境和地理因素影響，以色列是世界上天然淡水資源最貧乏的國家之一[1]。以色列通過領先全球的精密水利技術以及充滿各種智慧創(chuàng)新的節(jié)水科技，有效解決了本國水資源短缺困境，甚至向鄰國及周邊地區(qū)供給水資源[1-3]。豐富的水資源供給使以色列成為世界上首個沙漠面積衰減的國家，成為世界主要農(nóng)產(chǎn)品出口大國之一[4]。其農(nóng)產(chǎn)品不僅自給自足，甚至遠銷歐洲，被贊譽為歐洲國家的“冬季廚房”“果園”“菜籃子”等。

我國是世界上主要的干旱國家之一，干旱、半干旱和半濕潤易旱區(qū)的總面積約4.93×106km2，占全國總面積的一半以上[5-6]。以色列如何走出缺水困境有借鑒意義，其“沙漠奇跡”值得我們認真思考。

本文從地理氣候概況、水資源分類以及水資源危機應對措施等方面，系統(tǒng)介紹了以色列從缺水之國變?yōu)樗畯妵慕?jīng)驗，為我國水資源高效利用與管理提供借鑒，也為今后我國與以色列開展水資源方面相關合作及學術研究提供資料。

1 自然地理和氣候

以色列位于亞州西部，地處亞、非、歐三大洲的結(jié)合處，是地中海東南海岸一個狹長的半干旱國家，南北長約470 km，東西最寬處約135 km。沿海是地勢較低的狹長平原，東部是山地和高原。北靠黎巴嫩，東臨敘利亞和約旦，西南與埃及接壤，西海岸線與地中海相連，最南端的埃拉特灣（Gulf of Eilat）與紅海相連。根據(jù)世界銀行2020年發(fā)布的數(shù)據(jù)，以色列國土面積為21 640 km2，耕地約占國土面積的20%，沙漠占國土面積的60%。

受地中海東岸亞熱帶濕熱氣候、亞熱帶沙漠氣候（撒哈拉沙漠和阿拉伯沙漠）的共同影響，以色列夏季漫長炎熱且少雨，冬季短暫涼爽并多雨[7]。根據(jù)世界數(shù)據(jù)網(wǎng)及全球經(jīng)濟指標數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)布的數(shù)據(jù)，以色列1999—2019年歷年的年內(nèi)氣溫變化范圍為10～30 °C，部分年份的最高溫度高于30 °C、最低溫度低于10 °C。當年12月至次年2月是最冷的月份，白天氣溫在5 ～10 °C 范圍內(nèi)波動，夜間氣溫通常低于5 °C；7—9月溫度最高，白天氣溫在35 ～40 °C 范圍內(nèi)波動，夜間氣溫平均為20 °C（圖1 和圖2）。以色列降水以降雨為主，戈蘭高地（Golan Heights）和耶路撒冷（Jerusalem）等地勢較高地區(qū)可能出現(xiàn)極少降雪。1999—2019年降水量變化范圍為0～100 mm，部分年份的降水量會超過100 mm，約70%的降水集中在當年11月至次年3月，5—10月幾乎無雨（圖1 和圖2）。

圖1 以色列1999—2019年年間降雨與溫度變化Fig.1 Precipitation and temperature of Israel from 1999 to 2019

圖2 以色列1999—2019年多年月均降雨與溫度變化Fig.2 Average monthly precipitation and temperature of Israel from 1999 to 2019

以色列年內(nèi)降水空間分布因緯度以及與地中海的距離變化呈現(xiàn)較大的空間差異性：南部內(nèi)蓋夫沙漠（Negev Desert）占據(jù)近60%的國土面積，年均降水量不足100 mm，干旱年份甚至低于30 mm；北部丘陵和山地降水充沛，年均降水量超過600 mm；沿地中海的幾個城市，如海法（Haifa）、內(nèi)塔亞（Netanya）、特拉維夫—雅法（Tel Aviv—Yafo）等，年均降水量在400～600 mm 之間[8-9]。以色列全國降水量分布情況見圖3。

圖3 以色列降水量分布圖Fig.3 Distribution of precipitation in Israel

2 主要水資源

以色列的水資源包括常規(guī)水資源（天然水資源）和非常規(guī)水資源（人工再生水資源）兩大類。常規(guī)水資源指天然地表水資源和地下水資源，約80%位于該國北部（圖4）。近年的總水資源供給量約為24×108m3，其中常規(guī)水資源量每年變化不大，約為17.8×108m3，地下水資源約占11×108m3，地表水資源量約占6.8×108m3[10-11]。

圖4 以色列水資源分布圖Fig.4 Distribution of water resources in Israel

在常規(guī)水資源中，天然地表水資源水域面積不足國土面積的1%，境內(nèi)的非季節(jié)性河流有約旦河（Jordan River）、基雄河（Kishon River）、雅孔河（Yarkon River）以及雅莫科河（Yarmouk River），湖泊有加利利湖（Sea of Galilee）和死海。死海為咸水湖，含鹽量在25%～35%左右，不可直接飲用。

地下水資源主要有兩大地下含水層：沿海含水層和山區(qū)含水層（圖4）[11]。此外在內(nèi)蓋夫沙漠和阿拉瓦河谷（Arava Valley）也零星分布著一些規(guī)模較小的含水層。沿海含水層沿地中海沿岸分布，直接接受天然降水、河流補給和人類生活產(chǎn)生的水源補給。由于工廠排污、垃圾露天堆置、農(nóng)田灌溉等人類活動，以及過度開采導致的海水入侵，沿海含水層水質(zhì)較差。沿海含水層的年度可持續(xù)開采量約為3.6×108～4.2×108m3，為控制水質(zhì)，近幾年政府已逐步關閉部分沿海抽水井。山區(qū)含水層從北部的里雄雅科夫（Zichron Yaakov）一直延伸到南部貝爾謝巴（Be’er Sheva），長約130 km，寬約35 km，總面積近6 000 km2。該含水層主要接受以色列北部和西岸地區(qū)的降水補給，水質(zhì)優(yōu)于沿海海水層水質(zhì)。該含水層的年度可持續(xù)開采量約為3.5×108m3，但以色列和巴勒斯坦每年的總開采量約為6.8×108～7.4×108m3，遠超年度可持續(xù)開采量，加之近年來降水減少，含水層面臨水量枯竭和退化的危險[11]。

非常規(guī)水資源則包括回收水再利用和海水及苦咸水淡化后產(chǎn)生的人工再生淡水資源。非常規(guī)水資源供給量逐年遞增，綜合以色列水資源部門和世界銀行的數(shù)據(jù)，非常規(guī)水資源的供給量從建國初期幾乎為0 增長至2014年的14.5×108m3，如今已經(jīng)逐步接近常規(guī)水資源的供給量。非常規(guī)水資源主要通過新技術實現(xiàn)，具體介紹見文章第4 節(jié)。

3 水資源利用結(jié)構(gòu)

以色列的水資源利用主要集中在四個方面：農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、居民生活用水以及出口一部分水資源給約旦和巴勒斯坦，其中農(nóng)業(yè)用水是以色列水資源消耗的主要部分，占比超過一半[12]。根據(jù)以色列水務局和巴勒斯坦中央統(tǒng)計局發(fā)布的統(tǒng)計報告，2016年以色列全國總用水量約為23.5×108m3，其中農(nóng)業(yè)用水量為12.8×108m3，居民生活用水量為8.09×108m3，工業(yè)用水量為1.24×108m3，向約旦和巴勒斯坦權(quán)力機構(gòu)供給的水量為1.31×108m3[12-13]。

4 依靠科技創(chuàng)新解決水資源危機

4.1 節(jié)水灌溉技術

以色列政府對節(jié)水灌溉技術研發(fā)、節(jié)水設備研制和推廣使用給予大力扶持，制定了一系列優(yōu)惠政策和措施，促進節(jié)水農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展。節(jié)水灌溉技術從簡單的噴灌，逐步發(fā)展到現(xiàn)在的全部由計算機自動控制的水肥一體的滴灌和微噴灌系統(tǒng)。該系統(tǒng)由太陽能供能，受計算機控制，利用特制的塑料管道灌水系統(tǒng)密封輸水，可根據(jù)作物的生長狀況及水、肥狀況自動進行灌水和施肥，既節(jié)省了人力，又高效管理農(nóng)田，農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)都有較大幅度的提高，經(jīng)濟效益顯著提高。

為防止滴灌和微噴灌系統(tǒng)給植物提供的水源快速滲透流失和蒸發(fā)，以色列研發(fā)了新型“土壤”，在節(jié)水灌溉技術中扮演著重要角色。這種土壤主要由1 000 °C高溫下形成的多孔石組成，并混合一定比例的營養(yǎng)物質(zhì)。摻入細碎多孔石的混合土與傳統(tǒng)土壤相比，有更好的通風和保水保濕效果。

節(jié)水灌溉技術使以色列在農(nóng)業(yè)用水總量基本保持不變的情況下，農(nóng)田灌溉面積從1960年的13.5×108m2增加到目前的22×108m2，而每公頃的用水量從1960年的8 700 m3減少到現(xiàn)在的5 250 m3，水肥利用率提高到了80%～90%，節(jié)水90%，節(jié)能50%，平均增產(chǎn)30%，各項指標均排在世界前列。

此外，節(jié)水灌溉技術還帶動了周邊技術發(fā)展，諸如溫室技術、育種技術等，促進了以色列節(jié)水灌溉、溫室、育種一體化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展。

4.2 微咸水灌溉技術

微咸水的比重介于1.005 和1.010 之間，比淡水咸，但咸度不如海水，對大多數(shù)植物生長不利。以色列南部為沙漠地區(qū)，幾乎沒有淡水資源，但地下卻埋藏著豐富的微咸水資源。以色列最大綠色組織“猶太國家基金”（Keren Kayemeth LeIsrael-Jewish National Fund，KKL-JNF）對微咸水種植進行研究，提出兩種微咸水種植方案：一是培育直接在微咸水中生長的植物，另一是用微咸水與淡水混合灌溉。KKL-JNF 指導當?shù)剞r(nóng)民嘗試在沙漠地區(qū)進行微咸水種植。經(jīng)過長期試驗，兩種方案均獲得成功。在第一種方案中，專家培育出耐鹽橄欖樹，適宜略高濃度的咸水澆灌。在第二種方案中，專家嘗試出不同作物的最優(yōu)微咸水和淡水混合比例，比如櫻桃番茄用6∶4 的微咸、淡水混合水澆灌后，產(chǎn)量增產(chǎn)最高，且經(jīng)過微咸水澆灌的櫻桃番茄更美味，抗氧化成分也更高。

目前，以色列農(nóng)業(yè)灌溉所用微咸水量已超過農(nóng)業(yè)用水總量的10%。開發(fā)利用微咸水不僅為以色列開辟了“新水源”，也為其壯大沙漠農(nóng)業(yè)奠定了基礎。

4.3 污水回收技術

以色列要求各企業(yè)首先對廢水進行第一級處理，然后排入城市污水收集系統(tǒng)，與城市污水匯集后進行第二級處理。第二級處理后的污水水質(zhì)可達到飲用標準，將二級處理水與收集的降水一起儲存入人工水庫，再輸送至缺水地區(qū)。盡管人工水庫內(nèi)儲存水的水質(zhì)達飲用標準，但是為了控制風險，這些水主要用于農(nóng)作物灌溉，禁止流入居民飲用水系統(tǒng)?；厥账乃畠r為飲用水水價的1/5，在有些地區(qū)甚至免費供應給農(nóng)民使用。1997年，以色列廢水（包括工業(yè)廢水和城市污水）的收集率已達90%，處理率達80%，利用率約50%，約有2.5×108m3的回收水用于農(nóng)業(yè)灌溉，約占農(nóng)業(yè)用水總量的20%。污水回收技術將部分農(nóng)業(yè)用水配額轉(zhuǎn)給工業(yè)生產(chǎn)，促進了工業(yè)發(fā)展。

目前，以色列污水處理率達100%，水循環(huán)利用率達80%，是世界水循環(huán)利用最領先的國家。

4.4 海水和微咸水淡化技術

早在20世紀70年代，以色列政府便在埃拉特修建了第一家以微咸水淡化為主的工廠[14]。以色列目前已經(jīng)有6 家大型海水和微咸水淡化廠（表1）。根據(jù)以色列財政部數(shù)據(jù)，目前以色列每年總的海水淡化年產(chǎn)量為8×108～10×108m3。以色列于2020年在索瑞克（Sorek）開建第7 座海水淡化廠，預計2023年完工，年產(chǎn)量預計為2×108m3，每立方米的淡水生產(chǎn)成本預計將降為1.82 謝克爾，約合0.52 美元，屆時海水淡化廠將為以色列提供超過85%的飲用水，占居民用水和市政用水量近20%。

表1 以色列現(xiàn)有海水和微咸水淡化廠Table 1 Desalination plants of seawater and slight-saltwater in Israel

除以上7 家海水和微咸水淡化廠外，以色列還有約30 家小型海水和微咸水淡化廠，多位于內(nèi)蓋夫沙漠和南部紅海沿岸，以淡化沙漠地下微咸水和紅海海水為主，這些小型海水和微咸水淡化廠的年淡水產(chǎn)量約為0.3×108m3。

4.5 收集利用雨水

以色列政府在降水量較大的中部地區(qū)和北部丘陵地區(qū)以及降水量在300 mm 左右的中部內(nèi)陸地區(qū)修建水庫和攔水壩，收集雨水。這部分水庫同時還收集處理后的污水。目前以這種方式每年可收集約1×108m3的雨水，對緩解以色列水資源危機發(fā)揮了一定作用。另一個措施是在中部沿海平原修建攔水壩和引水渠，將雨水人工回灌到沿地中海平原的沿海含水層，以保護地下水源，防止海水入侵。

目前以色列雨水的利用率約為18%（包括收集和回灌地下含水層、作物直接吸收等），雨水的利用潛力還很大，政府正在采取進一步措施來提高雨水的利用率。

4.6 收集空氣水

俄羅斯億萬巨富Mikhael Mirilashvili 投資的以色列科技企業(yè)Watergen 公司成功研發(fā)出一款空氣過濾系統(tǒng)GENius，可以將空氣過濾后，提取其中的水分子轉(zhuǎn)化為干凈的水。每臺GENius 過濾系統(tǒng)內(nèi)部都有一套儲水裝置和水處理系統(tǒng)，制水機先將周圍空氣過濾后吸入機器內(nèi)部，并將溫度降至冷凝點以收集水分。收集的水經(jīng)內(nèi)置水處理系統(tǒng)提純、礦化后，就可以安全飲用。

除GENius 外，以色列理工學院的研究人員也開發(fā)出另一種更為低能耗的獨立“憑空造水”系統(tǒng)H2OLL。H2OLL 系統(tǒng)不同于GENius 系統(tǒng)，它采用了兩個階段的循環(huán)過程：首先利用高濃度鹽溶液吸收空氣中的水分，然后在低于大氣壓的條件下通過冷凝蒸氣分離水分以獲得水，整個過程減少了生產(chǎn)水所需的能量。

5 結(jié)論與思考

以色列天然水資源短缺，人均淡水資源量僅為聯(lián)合國所規(guī)定的1/3 左右。但以色列水資源又很“豐富”，在天然水資源短缺的情況下，政府一方面通過法律手段合理利用水資源，另一方面通過該國科技優(yōu)勢發(fā)展海水淡化、廢水回收利用等再生水資源產(chǎn)業(yè)，擺脫了缺水困境。

我國是全球人均水資源最貧乏的國家之一[5-6]。近年來，我國新疆、甘肅、寧夏、山西、陜西、河北、天津、云南等地區(qū)積極與以色列開展科技合作，引入了滴灌噴灌一體化節(jié)水灌溉、海水淡化等水資源高效利用領域的科技創(chuàng)新技術。但水資源高效利用技術的發(fā)展在我國依然處于起步階段，雖然局部地區(qū)已進行試點推廣取得了一定成效，全國范圍的內(nèi)推廣還有很長的路要走。同時在普及推廣中，常碰到技術投資成本高、自主研發(fā)水平不足、推廣前科普工作不到位、企業(yè)負責人以及農(nóng)民積極性不高等問題。

我國面對與以色列類似的缺水困境，深入研究以色列水資源保護利用措施，因地制宜地借鑒以色列在水資源利用方面的經(jīng)驗，探索出適合我國實際情況的水資源可持續(xù)利用發(fā)展之路，克服在推廣普及時遇到的障礙，對解決我國面臨的水資源短缺問題有很大意義。

編者按：2022年是中以建交30 周年，兩國雙邊合作達到全面發(fā)展的新高度。我國在高效節(jié)水技術方面與以色列開展了系列務實合作，但距離全面推廣節(jié)水技術尚有很長的路要走。本文作者曾在以色列開展過科技外交工作，對以色列的水資源類型、高效節(jié)水技術進行過系統(tǒng)調(diào)研。作者結(jié)合其在該國的工作經(jīng)歷，對以色列的地理氣候情況、水資源類型、水資源危機應對措施等方面進行了整體且系統(tǒng)的介紹，為我國走出缺水困境提供參考，也可為今后兩國水資源方面的相關合作及學術研究提供資料。