古冶區(qū)工業(yè)用水替代水源分析與規(guī)劃

胥戰(zhàn)海

(古冶區(qū)河道管護(hù)站，河北古冶 063100)

古冶區(qū)隸屬唐山市區(qū)，位于京津冀經(jīng)濟(jì)圈腹地的唐山市區(qū)東部，是唐山市煤炭的主要產(chǎn)區(qū)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)相對(duì)發(fā)達(dá)。古冶區(qū)總面積248.53km2，總?cè)丝?5.76萬(wàn)。

古冶區(qū)是唐山市三大地下水嚴(yán)重超采區(qū)之一，地下水一直是古冶區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活用水的主要水源。由于地下水的嚴(yán)重超采，古冶區(qū)早在20世紀(jì)80年代就形成了第四系淺層水水位下降漏斗［1］，漏斗區(qū)面積達(dá)175.7km2。

為了緩解日益嚴(yán)峻的地下水超采形式，古冶區(qū)認(rèn)真貫徹落實(shí)中央、省、市有關(guān)地下水壓采的文件精神，制定了工業(yè)自備井關(guān)停整治方案，對(duì)轄區(qū)內(nèi)的工業(yè)自備井限期強(qiáng)制關(guān)閉，從而減少地下水開(kāi)采，涵養(yǎng)地下水源。如何根據(jù)古冶區(qū)現(xiàn)有可利用的水資源條件，確定工業(yè)企業(yè)關(guān)閉自備井后的生產(chǎn)替代水源，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)水源由開(kāi)采地下水轉(zhuǎn)向利用替代水源的安全過(guò)渡，已成為事關(guān)古冶區(qū)經(jīng)濟(jì)能否平穩(wěn)、持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)非常重要而緊迫的任務(wù)。

1 古冶區(qū)工業(yè)用水現(xiàn)狀

古冶區(qū)工業(yè)用水基本由地下水自備井供給。據(jù)統(tǒng)計(jì)，古冶區(qū)目前共有工業(yè)企業(yè)80余家，主要分布在古冶區(qū)的兩個(gè)工業(yè)區(qū)，即古冶區(qū)資源枯竭城區(qū)轉(zhuǎn)型接續(xù)產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)和古冶區(qū)南部能源綜合利用與循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園區(qū)。古冶區(qū)2013年主要工業(yè)企業(yè)用水情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 古冶區(qū)2013年主要工業(yè)企業(yè)用水情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2 古冶區(qū)工業(yè)用水替代水源分析

2.1 替代水源確定

古冶區(qū)無(wú)外調(diào)水源，地表水資源量又很少，非常規(guī)水源的利用成為解決古冶區(qū)工業(yè)用水替代水源問(wèn)題的根本途徑。通過(guò)對(duì)古冶區(qū)現(xiàn)有非常規(guī)水源進(jìn)行的深入調(diào)查分析，古冶區(qū)可利用的非常規(guī)水源主要是煤礦礦井疏干水和污水處理廠中水。古冶區(qū)地表水資源量雖少，但仍有河道徑流資源可以利用，通過(guò)在河道上修建攔蓄工程設(shè)施，也可積蓄一部分水量。因此，古冶區(qū)壓采地下水后的工業(yè)用水替代水源主要考慮煤礦礦井疏干水、污水處理廠中水和河道徑流三部分。

2.1.1 煤礦礦井疏干水

煤礦礦井疏干水是指在采煤過(guò)程中人為破壞了含水層中地下水原有的賦存狀態(tài)，使地下水沿著裂隙滲入井下采掘空間形成的，也是地下水資源的一部分［2］。礦井疏干水水量穩(wěn)定，污染程度輕，處理工藝簡(jiǎn)單，處理成本低，是一種較理想的工業(yè)用水替代水源。古冶區(qū)內(nèi)煤礦較多，有趙各莊礦、廣信公司(原唐家莊礦)、林西礦、范各莊礦、呂家坨礦五大煤礦，礦井疏干水雖為古冶區(qū)的一種獨(dú)特的非常規(guī)水源，但實(shí)際利用量較少，長(zhǎng)期以來(lái)，在煤礦開(kāi)采過(guò)程中大量礦井疏干水被作為廢水直接排放，造成了地下水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)狀古冶區(qū)各煤礦2013年礦井疏干水量及其利用情況見(jiàn)表2。

礦井疏干水源是300m以下的深層地下水，具有污染小、水質(zhì)好的特點(diǎn)［3］。2013年古冶區(qū)各煤礦礦井疏干水利用量為2389萬(wàn)m3，利用率為53%，仍有大量礦井疏干水未得到有效利用，開(kāi)發(fā)潛力很大。因此，煤礦礦井疏干水可考慮作為古冶區(qū)工業(yè)用水的主要替代水源。

表2 古冶區(qū)各煤礦 2013年礦井疏干水量及利用情況

2.1.2 污水處理廠中水

古冶區(qū)現(xiàn)有兩座污水處理廠，分別是宏源污水處理廠和林西污水處理廠。宏源污水處理廠位于唐家莊東南，一期工程已于2004年11月建成，二期工程3萬(wàn)t再生水深度處理項(xiàng)目正處于規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，一旦二期工程實(shí)施，其污水處理標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。林西污水處理廠位于林西南郊，于2012年7月建成，其污水處理標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。古冶區(qū)污水處理廠情況見(jiàn)表3。

表3 古冶區(qū)污水處理廠情況

由于市政污水管網(wǎng)工程不完善，目前，兩座污水處理廠均未達(dá)到設(shè)計(jì)處理規(guī)模。據(jù)調(diào)查，宏源污水處理廠投產(chǎn)后始終未對(duì)城區(qū)內(nèi)污水進(jìn)行收集和處理，主要自沙河河道內(nèi)取水。林西污水處理廠剛建成投產(chǎn)，目前僅有東部污水主干管線，年供中水約300萬(wàn)m3。

古冶區(qū)正在加快推進(jìn)市政污水管網(wǎng)工程建設(shè)，預(yù)計(jì)2—3年內(nèi)，兩座污水處理廠基本都能達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)，一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)是城鎮(zhèn)污水處理廠出水作為回用水的基本要求［4］，古冶區(qū)兩座污水處理廠出水均滿足要求。因此，宏源污水處理廠和林西污水處理廠的中水可以作為工業(yè)用水的重要替代水源。

2.1.3 河道徑流

古冶區(qū)境內(nèi)主要河流有石榴河、沙河。

石榴河系陡河的一條支流，發(fā)源于古冶區(qū)北部的王輦莊鄉(xiāng)抹軸峪村，流經(jīng)古冶區(qū)、開(kāi)平區(qū)，于開(kāi)平區(qū)越河鎮(zhèn)西王盼莊村匯入陡河，全長(zhǎng)35.8km，流域面積185km2，其中古冶區(qū)境內(nèi)河長(zhǎng) 20.0km，流域面積90.85km2。

沙河是唐山市五大河流之一，是一條直流入海的天然河道，發(fā)源于遷安市蔡園鎮(zhèn)郝樹(shù)店村北大石嶺溝，流經(jīng)灤縣、古冶區(qū)和豐南區(qū)，于豐南區(qū)黑沿子村與黑沿子排干交匯后匯入渤海，全長(zhǎng)155.27km，流域面積1192km2，其中古冶區(qū)境內(nèi)河長(zhǎng) 27.5km，流域面積94.5km2。

沙河、石榴河均屬季節(jié)性河流，徑流量年際變化較大，年內(nèi)分配不均，多集中在6—9月，占全年徑流總量的85%以上。目前，古冶區(qū)境內(nèi)沙河、石榴河水量?jī)H一小部分用于農(nóng)業(yè)灌溉，其余大部分仍以徑流形式流向下游。

經(jīng)計(jì)算，古冶區(qū)沙河、石榴河95%保證率徑流量為908萬(wàn)m3。古冶區(qū)沙河、石榴河徑流量計(jì)算成果匯總見(jiàn)表4。

表4 古冶區(qū)沙河、石榴河徑流量計(jì)算成果

2.2 可供水量預(yù)測(cè)

綜合以上分析，古冶區(qū)工業(yè)用水替代水源可供水量為4700萬(wàn)m3/a，見(jiàn)表5。

表5 古冶區(qū)工業(yè)替代水源可供水量

2.3 需水量預(yù)測(cè)

根據(jù)前文所述，古冶區(qū)2013年主要工業(yè)企業(yè)用水總量為4243萬(wàn)m3/a。中國(guó)工程院《中國(guó)可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究》成果表明:為確保社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，工業(yè)取水量的年增長(zhǎng)率不應(yīng)超過(guò)1.2%［5］。據(jù)此增長(zhǎng)率計(jì)算，古冶區(qū)到2020年主要工業(yè)企業(yè)用水規(guī)模將達(dá)到4613萬(wàn)m3。

2.4 供需平衡分析

根據(jù)古冶區(qū)工業(yè)用水替代水源可供水量和主要工業(yè)企業(yè)需水量分別進(jìn)行預(yù)測(cè)，到2020年主要工業(yè)企業(yè)需水量為4613萬(wàn)m3，工業(yè)用水替代水源可供水量為4700萬(wàn)m3，工業(yè)用水能夠得到可靠保障。

3 古冶區(qū)工業(yè)用水替代水源規(guī)劃

3.1 修建凈水設(shè)施

為滿足工業(yè)企業(yè)用水水質(zhì)要求，需要修建凈水設(shè)施，對(duì)煤礦礦井疏干水和河道徑流進(jìn)行簡(jiǎn)單凈化處理。煤礦礦井疏干水中含有煤粉［2］等懸浮物，河道徑流中也含有少量泥沙，通過(guò)采取物理方法對(duì)礦井疏干水和河道徑流進(jìn)行清污分流和凈化處理，完全能夠滿足工業(yè)用水水質(zhì)要求。

3.2 修建輸水管道工程

為實(shí)現(xiàn)工業(yè)用水水源由開(kāi)采地下水向利用替代水源的轉(zhuǎn)換，在替代水源地和用水企業(yè)之間還需修建輸水工程。通過(guò)修建輸水管道，將煤礦礦井疏干水、污水處理廠中水和水庫(kù)蓄水輸送到各主要工業(yè)企業(yè)。

3.3 修建水庫(kù)蓄水工程

雖然古冶區(qū)沙河在95%保證率下有833萬(wàn)m3的河道徑流量，但由于攔蓄工程設(shè)施較少，對(duì)沙河徑流的開(kāi)發(fā)利用程度很低，利用量極少。如不修建攔蓄工程設(shè)施，河道徑流資源很難得到有效利用。

開(kāi)灤范各莊礦東北側(cè)有一采煤塌陷坑，緊鄰沙河，占地面積2400畝。目前該塌陷坑主要存蓄范各莊礦的礦井疏干水，現(xiàn)狀水面面積1250畝。為充分利用沙河徑流資源，可對(duì)該塌陷坑進(jìn)行改造，建成一座小型水庫(kù)，蓄水面積1600畝，設(shè)計(jì)庫(kù)容400萬(wàn)m3。水庫(kù)建成后可通過(guò)汛期攔蓄沙河雨洪資源，蓄豐補(bǔ)枯，年可供工業(yè)用水700萬(wàn)m3。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)深入分析古冶區(qū)非常規(guī)水及河道徑流的水資源開(kāi)發(fā)利用潛力，確定古冶區(qū)壓采地下水后工業(yè)用水替代水源主要是煤礦礦井疏干水、污水處理廠中水及河道徑流利用量。通過(guò)新建水庫(kù)蓄水工程和管道輸水工程，年可新增礦井疏干水、中水及河道徑流供水能力4700萬(wàn)m3，基本滿足古冶區(qū)主要工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)用水需求。

通過(guò)替代水源規(guī)劃的實(shí)施，基本實(shí)現(xiàn)了古冶區(qū)工業(yè)供水水源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整和供水水源的合理配置，達(dá)到了非常規(guī)水資源化、河道水資源化以及為企業(yè)的水源置換提供供水安全保障的預(yù)期目標(biāo)。

［1］王欣寶，王昕州，趙雄英.唐山市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)［C］∥海岸帶地質(zhì)環(huán)境與城市發(fā)展論文集:北京.2005:154-162.

［2］王天平，解建倉(cāng)，張建龍，等.基于突變理論的西王寨礦區(qū)礦井疏干水開(kāi)發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，26(4):417-423.

［3］劉文利，李太山，趙風(fēng)琴，等.唐山市礦井疏干水的資源化利用［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2007，32(2):142-144.

［4］GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［5］陸長(zhǎng)福，鄭衛(wèi)北，焦鎮(zhèn)霞.河北省工業(yè)發(fā)展及水資源分析［J］.河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2002，2(3):8-11.