淮北平原地下水資源開發(fā)利用及保護研究

趙 暉 陳小鳳

(1.中國水利學會,北京 100053;2.安徽省水利水資源重點實驗室,安徽 蚌埠 233000)

淮北地區(qū)地處安徽省北部,東接江蘇省,南臨淮河,西與河南省毗鄰,北與山東省接壤,包括阜陽、宿州、淮北、淮南、蚌埠、亳州 6個市27個縣(市郊區(qū)),總面積約占全省的1/3。該地區(qū)以全省約20%的水資源量,支撐全省約50%的耕地和約 43%人口的用水需求,是安徽省水資源較為缺乏和開發(fā)利用程度最高的地區(qū)之一。地下水資源是該地區(qū)城鄉(xiāng)生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要供水水源,其數(shù)量和質量對生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水具有舉足輕重的作用。研究地下水資源開發(fā)利用策略及保護方案,對于地下水資源的科學管理及保障淮北地區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

1 開發(fā)利用現(xiàn)狀評價

1.1 地下水資源評價

淮北平原地區(qū)淺層地下水資源量為 65.19億m3,地下水資源量模數(shù)為17.8萬 m3/km2。在平原區(qū)多年平均地下水總補給量中,降水入滲補給量占總補給量的91.1%,而地表水灌溉入滲補給量、井灌回歸補給量、地表水體滲漏補給量分別僅占5.8%、0.8%、2.3%;在平原區(qū)多年平均地下水總排泄量中,潛水蒸發(fā)量、實際開采量、河道排泄量分別占總排泄量的57.8%、18.3%、23.9%。淮北地區(qū)淺層地下水資源量西部地區(qū)略多于東部地區(qū),但地區(qū)分布差異不大。

淮北地區(qū)巖溶裂隙水資源量為 3.17億 m3,折合86.9m3/d,主要集中在東北部地區(qū),降雨入滲補給量、越流補給量、側向補給量分別占水資源量的32.4%、55.0%、12.6%。

淮北地區(qū)中深層、深層孔隙水資源量為9.99～14.41億 m3,平均為12.20億 m3,主要分布在中西部地區(qū),越流補給量、彈性釋放量、側向補給量分別約占水資源量的 84.1%、15.3%、0.6%。

淮北地區(qū)大面積分布著Ⅱ、Ⅲ級淺層地下水,局部地區(qū)為Ⅳ級,主要超標因子為 COD、總硬度、溶解性總固體、NO2-;巖溶裂隙水多為質量較好的Ⅰ級水,但位于人口密集區(qū)的淮北市區(qū)的部分巖溶裂隙水水質僅為Ⅳ級,主要超標因子為總硬度、pH值、COD、NO3-、NO2-、NH4+;中深層孔隙水多為Ⅲ級水,局部地區(qū)為Ⅱ、Ⅳ級水,主要超標因子除原生的Fe、Mn、F-外 ,主要為 COD、NH4+。

1.2 開發(fā)利用現(xiàn)狀

根據(jù)調查分析,淮北地區(qū)現(xiàn)有淺層地下水生產(chǎn)井16.7萬眼,其中配套機井10.3萬眼,供水能力占地下水現(xiàn)狀供水能力的81.4%;深層地下水生產(chǎn)井0.09萬眼,均為配套機井,供水能力占地下水現(xiàn)狀供水能力的18.6%。

淮北地區(qū)供水總量為55.3億 m3,其中地下水供水量占總供水量的52.2%。在地下水供水量中,淺層淡水(包括巖溶裂隙水)占83.7%,深層承壓水占16.3%。1980～2006年,總供水量年增長率為 4.08%,地下水總開采量年增長率為 4.32%,其中淺層淡水(包括巖溶裂隙水)、深層承壓水的開采量年增長率分別為 4.53%、3.37%。

淮北地區(qū)地下水用水量為28.9億 m3,其中城鎮(zhèn)生活用水、農(nóng)村生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)田灌溉用水、林牧漁用水分別占7.8%、22.4%、27.6%、38.9%、3.3%。

2 開發(fā)利用程度分析

地下水資源的開發(fā)利用程度通常用地下水開采率來表示,即地下水實際開采量占地下水資源量的百分比,主要用于反映和評價區(qū)域內地下水資源量的控制利用情況。

淮北地區(qū)中深層、深層孔隙水僅作為區(qū)域應急儲備水源,故不考慮一般年份的開發(fā)利用情況。

2.1 淺層地下水

淮北平原地區(qū)淺層地下水資源量為 65.19億m3,現(xiàn)狀開發(fā)利用量為23.12億 m3,淺層地下水開采率為 35.47%。在各市級行政區(qū)中,阜陽市的淺層地下水開采率最高,為 48.86%,宿州次之,為42.59%,蚌埠市最低,僅為 8.93%(表1)。

表1 淮北平原地區(qū)淺層地下水開采率

在各縣級行政區(qū)中,淺層地下水開采率大于50%的有阜陽市的界首、臨泉、阜南及宿州市的碭山、肖縣;開采率在 40%～50%的有亳州市的亳州、利辛,阜陽市的阜陽、太和、潁上,淮北市的淮北城區(qū),宿州市的埇橋區(qū);開采率在 30%～40%的有亳州市的渦陽、蒙城,宿州市的靈壁、泗縣。

2.2 巖溶裂隙水

淮北地區(qū)巖溶裂隙水資源量為 3.17億 m3,現(xiàn)狀開采量為1.05億m3,巖溶裂隙水開采率為 33.18%,其中淮北市為74.04%,而宿州市僅為 9.77%。淮北市城區(qū)的巖溶裂隙水開采率高達180.7%,說明淮北市城區(qū)巖溶裂隙水超采嚴重。

3 存在的問題

3.1 超采嚴重

淮北地區(qū)地下水資源的開發(fā)利用缺乏全區(qū)統(tǒng)一規(guī)劃,取用水集中,嚴重破壞了該地區(qū)巖溶裂隙水、中深層孔隙水的天然平衡。綜觀全區(qū)地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀,截止2006年,淮北地區(qū)共有地下水超采區(qū)18片,形成的漏斗區(qū)面積 6961 km2,最大的降落漏斗深56m。自20世紀 90年代以來,地下水超采量呈上升趨勢。這種格局必然造成局部地段降落漏斗不斷擴大,襲奪其他地區(qū)的補給量,造成下游地區(qū)側向徑流補給量的減少,破壞天然水平衡。因此,對該地區(qū)地下水資源開發(fā)利用實施統(tǒng)一規(guī)劃、合理布局、統(tǒng)籌安排已迫在眉睫。

3.2 開采量逐年衰竭

過量開采地下水,必然導致其水位下降,當其下降值在允許范圍內時,即在合理開采地下水的前提下,一般不會導致不良環(huán)境地質問題的發(fā)生;如若進行不合理的超采,勢必引起水位持續(xù)下降,水位降落漏斗不斷擴大,進而導致水井出水量減少,淺井干涸,泉水斷流等問題的發(fā)生。淮北地區(qū)集中開采現(xiàn)象嚴重,即開采層位集中、開采區(qū)域集中、開采時間集中,地下水超采現(xiàn)象嚴重,致使水位持續(xù)下降,單井涌水量明顯減少,部分深井出現(xiàn)吊泵現(xiàn)象。

3.3 生態(tài)環(huán)境日趨惡化

地下水過量開采,表面上是引起地下水位的持續(xù)下降,造成開采井出水量銳減,本質上則是破壞了地下水及其賦存介質間固有的生成 -賦存 -運動之間的平衡關系。地下水在尋求新的平衡過程中,必然對原有的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一系列的影響,從而造成地面沉降、塌陷等現(xiàn)象。

3.4 污染嚴重

地下水污染是較為嚴重的環(huán)境水文地質問題,在城鎮(zhèn)地區(qū)主要由工業(yè)三廢及生活垃圾所引起,農(nóng)村地區(qū)主要受農(nóng)藥、化肥和污灌水污染,主要超標物質為氟化物、硫酸鹽含量過高。另外,在含水層層數(shù)較多的地區(qū),絕大部分生產(chǎn)井均是由缺乏專業(yè)知識與專業(yè)技術的打井隊伍施工,故多個含水層混合成井現(xiàn)象相當嚴重,往往造成多個含水層之間發(fā)生或加劇其水力聯(lián)系,從而形成多個含水層同時發(fā)生水質惡化的現(xiàn)象。

4 開發(fā)利用策略及保護方案

4.1 開發(fā)利用策略

地下水資源的開發(fā)利用,必須實行科學規(guī)劃、合理布局、有效利用。加大地下水資源的勘查力度,充分開發(fā)利用地下水資源潛力,合理開發(fā)和有效利用地下水資源。應高度重視對地下水資源的保護,減少浪費、防治污染、加強管理,以地下水資源的合理開發(fā)利用來支持淮北地區(qū)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

(1)地表水與地下水統(tǒng)一規(guī)劃、聯(lián)合調蓄、綜合利用。按照地表水和地下水綜合利用的思路,重新修訂和完善淮北地區(qū)水資源開發(fā)利用規(guī)劃。以實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用為目標,以保持生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)為前提,制定地表水和地下水聯(lián)合調配、上下游兼顧、綜合利用的方案,同時,修建地下水庫,進行地下水人工調蓄,達到以豐補歉,最大限度地利用地下水資源。

(2)調整開采井布局和開采量,控制最優(yōu)地下水位。在地下水超采區(qū)調整井孔布局,壓縮地下水開采量,把地下水位恢復到不產(chǎn)生嚴重環(huán)境地質問題的最佳位置。在有些引地表水的灌區(qū),適當增加地下水的開采量,減少地表水的灌溉量,把地下水位控制在蒸發(fā)臨界深度以下,一般大于2.5～3.0m。

(3)以找水為主的多渠道開源。加大找水力度,發(fā)現(xiàn)和開辟新的地下水水源地;充分利用洪水、雨水、礦坑排水,變廢為寶。

(4)因地制宜、講求實效地開發(fā)利用地下水。在堅持節(jié)約用水的前提下,調整地下水開采布局,鼓勵開發(fā)利用淺層地下水,適當開采巖溶裂隙水,限制開采中深層、深層孔隙水;積極實施含水層修復工程,在山前沖洪積扇及古河道帶修建地下水庫,與地表水聯(lián)合調蓄;在查明地下暗河和巖溶裂隙分布的基礎上,采取截(堵)、蓄、引、提等工程措施,有效利用地下水資源。

4.2 保護方案

淮北地區(qū)地表水資源短缺、地下水資源開發(fā)利用不盡合理,水資源不足,影響了區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展和人民群眾的正常生活。為保障和促進淮北地區(qū)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展,必須保護好、開發(fā)好、利用好地下水資源,實施生態(tài)治理與保護并重、開源與節(jié)流并重、水質水量并重以及逐步實現(xiàn)地下水采補平衡等地下水資源保護方案。

(1)節(jié)約用水。淮北地區(qū)水資源浪費問題極為突出。在城市生活用水方面,該地區(qū)城市管網(wǎng)滲漏損失率超過25%,節(jié)水器具和節(jié)水設施不完善,生活用水浪費率超過5%。工業(yè)節(jié)水潛力很大,淮北地區(qū)一般工業(yè)用水的重復利用率為55%～73%,村及村以下企業(yè)重復利用率為 40%～50%,因此,通過工藝和設備改造,可以大大減少水的消耗,提高重復利用率。在農(nóng)業(yè)用水方面,目前淮北地區(qū)大多保持傳統(tǒng)的灌溉方式,農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)平均僅0.5左右,遠遠低于世界發(fā)達國家 0.8～0.9的水平。要大力發(fā)展地埋低壓硬塑管道、渠系硬化、固定式和半固定式噴灌、微灌以及微機自控等節(jié)水灌溉技術,節(jié)約用水,提高水的利用率。

(2)封停自備井。自20世紀70～80年代大規(guī)模開發(fā)地下水以來,淮北地區(qū)已形成近7000km2的地下水漏斗區(qū)。應對現(xiàn)有的166859眼淺層地下水開采井展開認真調查,及時報廢已淤積的井,并根據(jù)淺層地下水資源可開采量,制定科學合理的布井方案;要逐步壓縮現(xiàn)有的 913眼深層地下水開采井,特別是封停已形成地下水漏斗區(qū)且自來水管網(wǎng)能達到范圍內的自備井,以有效回補地下水,減少深層地下水資源開采量。

(3)建立地下水動態(tài)監(jiān)測與評價系統(tǒng)。目前,淮北地區(qū)淺層觀測井密度約為 350km2/眼,與《地下水監(jiān)測規(guī)范》中所規(guī)定的100km2/眼尚有一定的距離。在井點布局上,淺層井網(wǎng)尚未控制山丘區(qū)的基流量、側向流入量、地表水和地下水的交換水量、地表水體補給量中的河川基流補給,以及淺層地下水的污染范圍和程度。深層地下水監(jiān)測井網(wǎng)雖然布設了一些監(jiān)測井,但由于是分類型、分層次布設,密度都偏低,在井點布局上,井網(wǎng)還不能準確控制漏斗邊界,對超采區(qū)的控制也不很準確。此外,地下水監(jiān)測儀器設備原始落后。因此,建立高標準、高效的地下水監(jiān)測井網(wǎng),是淮北地區(qū)地下水基礎工作的重要內容之一。

5 結 語

淮北地區(qū)地下水資源的開發(fā)利用程度極不均勻,在地下水資源開發(fā)利用中,主要存在著生態(tài)環(huán)境日趨惡化和地下水污染嚴重等問題,建議通過節(jié)約用水、封存自備井、建立地下水動態(tài)監(jiān)測與評價系統(tǒng),以涵養(yǎng)水源、掌握地下水動態(tài),提高對地下水資源的有效利用。實行最嚴格的地下水資源管理制度,對淮北地區(qū)地下水資源的開發(fā)利用進行科學評價和動態(tài)監(jiān)控,是確保地下水資源可持續(xù)供給和支撐淮北地區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

[1]吳季松.現(xiàn)代水資源管理概論[M].北京:中國水利水電出版社,2002.

[2]陳家琦,等.水資源學概論[M].北京:水利水電出版社,1995.