改革開放以來，中國工業得到快速發展，但“大量生產、大量消費、大量廢棄”的粗放發展模式以犧牲環境和浪費資源換取眼前利益的短視行為，使環境質量遭受了空前的重創：沙漠化面積174萬平方公里，90%以上天然草原退化、生物多樣性減少，水土流失面積356平方公里，流經城市的河段普遍受到污染，水源、空氣、土壤等污染日益惡化，水質性缺水呈現惡化趨勢，對生態系統、食品安全、人類健康構成嚴重威脅。
水資源面臨的挑戰
據統計，每年農村約有3.6億人喝不上符合標準的飲用水，水資源正成為一種寶貴的戰略資源，上升為攸關國家經濟社會可持續發展和長治久安的重大戰略問題。水資源短缺面臨的挑戰是嚴峻的，主要表現為：
水資源嚴重短缺
中國的水資源基本狀況是人多水少、水資源時空分布不均勻，南多北少，沿海多內地少，山地多平原少，耕地面積占全國64.6%的長江以北地區僅為20%，近31%的國土是干旱區（年降雨量在250mm以下），生產力布局和水土資源不相匹配，供需矛盾尖銳，缺口很大。
水資源污染嚴重
由于改革開放初期只注重發展速度、忽視環境影響的粗放型發展模式，使水資源遭受嚴重污染：流經城市河段普遍受到污染，三江（遼河、海河、淮河）和三湖（太湖、滇池和巢湖）均受到嚴重污染，藍藻時常暴發；在七大水系100個國控省界斷面中，Ⅰ-Ⅲ類、Ⅳ-Ⅴ類和劣Ⅴ類水質斷面比例分別為36%、40%和24%。此外，城市地下水約有64%遭受嚴重污染，33%的城市地下水為輕度污染。
水資源的重復循環利用率偏低
工業生產用水效率低，導致成本偏高，產值效益不佳，單方水的GDP產出為世界平均水平的1/3。全國大多數城市工業用水浪費嚴重，平均重復利用率只有30-40%，2009年全國城市生活污水集中處理率平均為63.42%，無法與先進國家相比。
水資源的宣傳和管理不到位
長期以來，水資源短缺現狀的宣傳教育力度不夠，科學有效使用水資源的引導和督察不到位，工農業和生活用水管理處于缺失狀態，民眾節水意識淡薄，各行各業用水浪費現象普遍存在。例如2010年總需水量為7300億噸，可供水量僅有6200億-6300億噸，缺水量1000億噸，城市缺水總量為60億噸。
解決措施全面保護和審慎開采地下水
20世紀70-80年代的地下水開采量分別為572億噸/年和748億噸/年，20世紀末達到1058億噸，之后維持在1000億噸以上，每年以25億噸的速度增加。全國657個城市中有400多個以地下水作為飲用水源，北方地區65%的生活用水，50%的工業用水和33%的農業灌溉用水均來自地下水。
北京、天津、河北、河南、山東、山西、陜西、甘肅和新疆等許多地區地下水均處于超采狀態。2008年已形成大小不等的地下水降落漏斗222個，主要分布在華北和華東地區，而在華北平原形成的地下漏斗約為3萬-5萬平方公里，已成為世界區域性最大的漏斗分布區。
在118個大中城市中64%的地下水屬于較重度污染，33%的屬于輕度污染。地下水已不同程度遭受有機和無機有毒有害物的污染，并呈現由點向面、由淺到深、由城市到農村不斷擴展的趨勢，北方污染程度比南方嚴重。因此，增加地下水開采無法從根本上解決水資源短缺的難題。
加大海水直接利用工作力度
英、法、荷、意等國在火力發電、核電、冶金以及石油化工等行業的脫硫、回注采油、制冰和印染等方面，以及生活方面的沖廁、沖灰、洗滌、和消防等方面直接利用海水代替淡水。2010年世界海水直接利用量近6000億噸，淡水資源節約效果顯著。
在中國沿海的電力、化工、石化等領域，海水用于直流冷卻和循環冷卻、消防系統用水、海水沖廁等方面。2010年，海水直接利用量550億噸，其中用作冷卻水的占90%左右，其貢獻率為16-24%。到2020年將達到1000億噸，貢獻率將提高至26-37%。直接利用海水，將是解決沿海水資源短缺的主要措施之一。
海水淡化技術有待升級和推廣
中國海水淡化技術已進入加速發展期，主要采用低溫多效和反滲透技術淡化海水。海水淡化項目建成后，淡水能力將達到220萬噸/日。到2020年，海水淡化量將實現250萬-300萬噸/日的目標。目前，海水淡化技術需要解決的技術和應用問題是：
首先，關鍵設備制造及新技術開發有待完善。如用反滲透法時，關鍵部件包括能量回收設備、反滲透膜和高壓泵，分別約占設備總投資的1/3。須將濃水側的高壓加以回收以達到節能降耗的目的，當前的能量回收裝置全靠進口，90%的反滲透膜和大部分高壓泵也依賴進口。
其次，海水濃水的處理技術有待改進和提高。總體來說，濃鹽水處理用關鍵設備已達到國外先進水平，但在高性能反滲透膜、預處理技術、大型高壓泵與能量回收系統等方面還有差距。
提高苦咸水淡化能力
當前，世界各國苦咸水淡化方法，主要有蒸餾法（多效蒸餾、多級閃蒸和壓氣蒸餾）、膜法（反滲透和納濾）和電滲析法（電滲析和頻繁倒極電滲析）等多種。其中膜技術占絕對優勢（反滲透占76%，電滲析占15.6%，多級閃蒸占2%，其他占5%）。目前超過15個國家的100多個科研機關正在從事苦咸水利用與淡化方面的研究工作。
中國苦咸水資源較為豐富，總面積為1.6兆平方公里，具有開采應用價值的微咸和中咸苦咸水資源量為20.05億噸/年，其中微咸苦咸水為14.4億噸/年，中咸苦咸水為5.65億噸/年。以苦咸水淡化技術生產淡水，可作為淡水資源的重要補充。與其他國家的技術運用相比，中國淡化苦咸水的裝機容量較小，自2005年以來維持在2.8萬噸/天，只占世界苦咸水淡化產量（700萬噸/天）的0.4%左右，開發利用潛力很大。
污水資源化是解決缺水的主攻方向
工業廢水排放達標率一直在90%以上，工業用水重復利用率在80%以上，城市生活污水處理率在50%左右。2008年北京市再生水首次超過地表水的新用水量，占總用水量的18.4%，成為一個非常穩定的水源。當前，北京市的中水利用率為30-40%，每年利用中水6億噸，在中國處于領先地位，但離中水利用率的理想值30-50%的目標還有一定的距離。目前，全國城市污水回收利用率為8.5%，與城市用水的需求有相當大的缺口。實現污水治理資源化，提高水重復利用率，是今后長期治理污水的工作重點，是解決水資源短缺的根本出路。
雨水資源化工作亟需重視和加強
大多數城市，主要以江河湖泊等地表水、地下水以及外調水（如南水北調）作為主要水源，對雨水的開發利用不夠重視。雨水是繼中水、海水之后的人類“第三水源”。中國平均年降雨總量為6.2萬億噸，除通過土壤水直接利用于天然生態系統與人工生態系統之外，通過水循環更新的地表水和地下水的多年平均水資源總量為2.8萬億噸（僅次于巴西、俄羅斯、加拿大、美國和印度尼西亞），是一個具開發價值的水資源。
21世紀以來，很多大城市在雨水資源開發利用方面取得了積極成效。如起步最早的北京市，2006年，100個集雨項目共收集雨水200萬噸，分別占全市年均降雨量、年用水總量的萬分之二和萬分之六，并且其成本比自來水低很多，每噸僅約0.1元。無論從環保、解決水資源短缺角度，還是從技術設施和運營成本看，雨水收集和利用作為一種非傳統水源，具有非常好的發展前景。
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