微咸水、咸水綜合開發利用探討

張俊杰

(河北滄州市水務局,河北 滄州 061000)

微咸水、咸水綜合開發利用探討

張俊杰

(河北滄州市水務局,河北 滄州 061000)

滄州市水資源嚴重匱乏,為維持居民生活及工農業生產發展的需求,不得不大量超采深層地下水,由此引發了地下水位連年下降、地下水漏斗擴展、地面沉降等一系列生態環境問題。滄州由于特殊的水文地質條件,區域內分布大量的微咸水、咸水。針對上述現狀提出了開發利用微咸水、咸水非傳統水資源,節約淡水資源,確保水資源的可持續利用。

非傳統水資源;微咸水;咸水;水資源可持續利用

1 概述

滄州市地處河北省的東南部,黑龍港流域下游,是全國水資源嚴重匱乏的地市之一。由于特殊的地理位置和水文條件,造成土地鹽堿,淺層水苦咸,深層水含氟量高等問題,滄州一直為缺水、苦咸水、高氟水所困擾。全市多年平均水資源量為 12.6億 m3,人均水資源 192m3,畝均 108m3,為全省平均值的 50%,全國平均值的 8%和 6%,人均水資源比世界水資源最緊缺的以色列還少 50%。目前全市每年缺水近 10億 m3,水資源短缺一直是制約我市經濟社會發展的瓶頸。2007年省政府提出建設濱海經濟強省,滄州作為增長極,隨著經濟的快速發展及渤海新區的建設,水的供需矛盾日益加劇。據測算,實施各種節水措施,挖潛節水潛力后,按50%保證率 2010年滄州市用水量達到 24億 m3,可供水量為13.5億 m3,相應缺水量為 10.5億 m3,缺水率為 44%,屬嚴重缺水,依靠節水遠不能滿足日益增長的工農業生產及城鎮生活用水的需求。為維持人民生活及工農業的發展要求,不得不大量超采深層地下水,引發了地下水降落漏斗、地面沉降、地裂縫等環境地質問題。滄州市淡水資源匱乏,但分布著大量的微咸水、咸水,其分布面積占全市總面積的 60%以上,是我市最大的非傳統水資源,水資源量為 10.6億 m3,且一般埋深較淺,便于開發。開發利用非傳統水資源 -微咸水、咸水,將緩解滄州市水資源短缺的嚴峻形勢,確保水資源的可持續利用。

2 水資源開發利用現狀

滄州市的水資源主要包括當地淡水、非傳統水資源和外調水。水資源總量系指區域內降雨形成的地表水和地下水量之和。據《滄州市水資源調查評價及對策》的成果,1956～1999年系列多年平均降雨量為 557.6 mm,地表水資源量為6.1億 m3,多年平均地下水資源量為 6.8 167億 m3,重復計算量為 0.2 747億 m3,全市水資源總量多年平均為 12.64億m3。地表水由于多年的干旱很難形成徑流,有河皆污,有水皆污;淺層地下水大部分區域水質超標,不適合飲用,且供水保證率低,目前除西部幾個縣市外,其他區域主要用于農灌和城鎮工業用水,由于滄州市水資源嚴重短缺,超采深層地下水成為主要水源。深層地下水由于補給、徑流、排泄條件較差,不能持續開發利用,只能做為后備水源,因此我市水資源短缺問題日益嚴重。

3 水資源短缺引發的生態環境問題

滄州市由于水資源嚴重匱乏,為了滿足工農業發展需要,長期大量超采深層地下水,引發了地下水位連年下降、地下水漏斗擴展、地面沉降、地裂縫、咸淡水界面下移等一系列嚴重的生態環境和地質問題。

3.1 地下水埋深逐年增加

滄州市 1991年淺層地下水埋深為 3.66 m,其中肅寧埋深最大為 13.5 m,海興縣最小為 2.11m,至 2003年淺層地下水平均埋深為 7.33m,全市淺層地下水埋深年均年下降速率為 0.31 m。其中肅寧埋深最大為 24.5m,海興埋深最小為 2.42m。水位下降速率最快的為肅寧縣,達 0.92 m/年。海興淺層地下水多為咸水,開發利用程度低,所以水位下降緩慢。

深層地下水(第三含水組)1991年平均埋深為 36.63m,2003年深層水平均埋深為 53.23 m,12年下降幅度為16.6m,水位下降速率為 1.38 m/a,總體呈連年下降趨勢。地下水位的逐年下降,造成井提水泵的揚程不斷加大,機井單井出水量在減少,運行費用大幅度增加,機井報廢速度加快,提水成本增加,井越打越深,東部沿海縣市深機井已達500～800 m,打井費用、澆地成本比 20世紀 80年代相比增加了 5～10倍。

3.2 地下水降落漏斗不斷擴展

淺層地下水漏斗情況:滄州區域淺層地下水底板埋深自西向東為 50～110m,屬咸淡水交錯分布區。淺層地下水主要受降雨入滲補給及農業灌溉開采的影響,由于近年降雨量偏小,造成了補充地下水的主要水量來源少,加上農業灌溉用水連年增加,過度開采地下水,這連個原因造成我市淺層地下水埋深逐年增大,形成了以肅寧、鹽山和孟村為中心的兩個淺層地下水漏斗區。

深層地下水漏斗情況:第Ⅲ含水組是本區深層水開采的主要開采層,其含沙量相對較厚,富水性強,屬淡水區,所以被列為主要開采層。由于工農業用水量逐年增加,開采量增大,長期強采、超采,造成采補失衡,致使地下水位連續大幅度下降,形成了以滄州市區、青縣城關為中心的工業開采降落漏斗。根據多年的觀測資料,滄州漏斗的發展情況是 1975年漏斗中心埋深為 50.28 m,至今漏斗中心最大埋深已達100m,20多年增加 50m。1970～1999年埋深等水位線的面積從 0 km2達 5 904 km2,每年增加 196.8 km2。

3.3 地面沉降

由于滄州市地下水位的大幅下降引發了滄州市大幅度的地面沉降,滄州是我國 4個地面沉降超過 2 m的城市之一。沉降中心累計沉降量已達 2 236 mm,沉降速率72.1mm/a,形成了滄州市區、黃驊、河間、任丘 4個沉降區。地面的大幅度沉降給滄州帶來了一系列的社會和環境危害,其主要危害有:城區內澇積水嚴重、水利工程各河道的防洪能力大大降低,洪澇災害加劇、測量水準點發生了變動、風暴潮危害進一步加重等。

3.4 地裂縫發生頻繁

滄州是我國地裂縫較為發育的地區之一,近幾年地裂縫頻繁發生,主要出現在任丘、肅寧、河間、獻縣一帶,且呈快速發展趨勢。地裂縫的發生給人民生命財產造成了危害,造成建筑物設施及民房開裂、沿線農田毀壞、不均勻沉陷造成地下管線交通工程的破壞,降低了城鎮土地使用價值等。

3.5 咸淡水界面下移

由于深層水的嚴重超采引起咸淡水界面明顯下移。根據典型研究資料顯示,滄縣咸淡水界面平均下移 18m,最小下移 10m,最大下移 50m,下降幅度大于 20m的面積占總面積的 31%。

4 微咸水、咸水的利用

滄州市淺層微咸水、咸水分布廣泛,全市總面積14 056 km2,咸水區面積 8 563km2,水資源量為 10.5 989億 m3,可開采量7.4 303億 m3。礦化度 2～3 g/L的微咸水分布面積4 563 km2,占總面積的 32%,水資源量 5.6 754億 m3,可開采量 4.0 388億 m3;礦化度 3～5 g/L的咸水分布面積 2 085 km2,占總面積的 15%,水資源量 2.587億 m3,可開采量1.761億 m3;礦化度大于 5 g/L的咸水分布面積 1 915 km2,占總面積的 14%,水資源量 2.336億 m3,可開采量 1.6 305億 m3。因此開發非傳統水資源,科學利用微咸水、咸水,通過咸淡輪灌、咸淡混灌、咸水淡化等措施,擴大微咸水及咸水的利用范圍,增加利用量,可以增辟可利用的水資源,緩解我市水資源短缺的局面,確保水資源的可持續利用。我市微咸水、咸水用于農田灌溉、農村人畜飲水、工業及城鎮居民生活等幾個方面都有成功的經驗。

4.1 用于農田灌溉

利用微咸水、咸水灌溉,可分為直接利用、咸淡水混灌和輪灌。河北省水利科學研究所 1980～1989年在我市南皮試區,利用淺層微咸水和咸水灌溉,實行旱澇堿咸綜合治理,取得了重要成果,為黑龍港運東地區淺層地下咸水、微咸水的利用改造,增辟水源發展灌溉,提供了配套技術和科學依據。用礦化度 4～6 g/L和 2～3 g/L的咸水、微咸水灌溉,小麥、玉米兩茬產量分別為 6 961.5 kg/hm2和 8 355 kg/hm2,比不灌的可增產 1.2～1.6倍;咸淡水輪灌,小麥初期用淡水灌溉,拔節以后用咸水灌溉,小麥單產達 4 549.5 kg/hm2,僅比全用淡水的減產 4.4%;咸淡水混灌,用 4～6 g/L咸水和小于 1 g/L的深層堿性淡水灌溉,小麥、玉米平均產量為 8 355 kg/hm2,比用 4～6 g/L的咸水灌溉的增產 20%,比不灌的增產163%。

我市位于南水北調的供水范圍內,南水北調實施后,引江水主要用于城鎮居民生活及工業用水,引黃水還于農業,通過咸淡輪灌、混灌用于農田灌溉,可以節約淡水資源。

4.2 用于農村人畜飲水

2001年滄州市在解決農村飲水過程中,成功實施了黃驊市中排村咸水淡化技術,探索出一條有咸水區尋求淡水資源的有效途徑。咸水淡化主要利用電滲析脫鹽淡化咸水技術及配套設備,可把含鹽量 3～5 g/L的咸水,通過淡化工藝脫鹽、降氟、凈化、變成小于 1 g/L的淡水,達到國家規定的飲用水標準。咸水淡化站每處投資 12萬元,可解決 1 000～2 000人的飲水問題。目前已在黃驊、海興、滄縣、東光、吳橋、鹽山、孟村、南皮、青縣等縣市大力推廣。使黃驊、海興等沿海一帶農民結束了世世代代吃苦咸水的歷史。咸水淡化是解決農村人畜飲水一條投資少、見效快、成本低的路子,減少了深層水開采,節省了淡水資源,咸水淡化設備排出的濃鹽水又可用于水產養殖。

4.3 用于工業和城鎮居民生活

微咸水、咸水用于工業:我市東部沿海地區為解決水源短缺問題,滄化集團滄井公司 23萬 t PVC廠于 1999年投資8 000萬元,興建了由 30眼 120～250m深咸水井組成的咸水水源地,日淡化咸水 1.8萬 t。原水平均含鹽量 12.596 g/L,產品水含鹽量 0.213 g/L,各項指標均達到了設計要求,完全能夠滿足企業用水需要,為大量集中利用咸水提供了技術與科學依據。

微咸水、咸水用于城鎮居民生活:凡有條件利用微咸水和咸水的,不再使用淡水,我市個別小區城鎮居民生活用水有成功利用咸水的經驗。咸水用于居民生活洗滌、沖廁、洗車等可替代生活用自來水的一半,僅市區每年可少用 750萬 m3淡水。咸水還可用于噴灑道路、消防用水、游泳池、噴水池用水及澆灌城市草坪綠地,補充湖塘水體養魚用水等。

開發利用微咸水、咸水,一是汛前大面積利用淺層微咸水、咸水,能調控地下水埋深,騰出淺層地下庫容,有利于雨水入滲,轉化為地下水資源,排咸補淡,改善地下水環境;二是地下水位下降,增強了降雨淋洗脫鹽作用,有利于改良鹽堿地。三是增辟了可利用的水資源,在一定程度上緩解水資源短缺狀況,確保我市水資源的可持續利用,保障經濟社會的可持續發展。

P641.1

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1004-1184(2011)01-0044-02

2010-9-16

張俊杰(1966-),女,河北玉田人,高級工程師,主要從事水利工程規劃和建設管理工作。