河北省海水淡化水源地選劃評價指標和選劃體系研究

朱琴，左麗明，崔成，單科

(1.河北省地礦局水文工程地質勘查院 石家莊 050021；2.石家莊市職業技術學院 石家莊 050000；3.國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所 天津 300192)

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河北省海水淡化水源地選劃評價指標和選劃體系研究

朱琴1，左麗明1，崔成2，單科3

(1.河北省地礦局水文工程地質勘查院 石家莊 050021；2.石家莊市職業技術學院 石家莊 050000；3.國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所 天津 300192)

文章基于2016年對河北省沿海海水淡化項目的調查研究,通過對海洋自然環境現狀和海水淡化工藝進行系統綜合分析,建立河北省海水淡化水源地選劃體系。研究發現,海水淡化水源地選劃的評價指標內容可分為3個方面,即水量、水質和經濟性。其中水質指標需根據海水淡化工藝進行相應評價。研究表明，水深和底質類型是進行海水淡化水源地選劃的關鍵因素，水源地的離岸距離直接影響項目建設的資金投入。海水淡化水源地選劃的大致評價步驟為:對土地利用方式和海洋功能區劃進行符合性分析,對水源地離岸距離進行分析,對水深和海洋底質類型進行評價,進行水質分析,最終給出適宜性評價結果。該評價體系可為河北省海水淡化水源地的開發利用提供技術參考。

海水淡化;海洋工程;海水資源；水源地選劃

我國北方沿海地區淡水資源短缺問題嚴重制約經濟社會的發展，形勢相當嚴峻。優化沿海城市(海島)水資源結構迫切要求加大海水利用力度。海水淡化水可用于工業鍋爐除鹽水，在淡水資源緊張、水價偏高的沿海地區也是企業降低生產成本和提高運行效益的有效途徑之一。開展海水淡化水源地選劃體系研究可為海水淡化水源地的開發利用提供技術參考，有利于促進海水淡化技術的發展[1]。

在海水淡化水源地選劃方面已有相關研究。如，黃鵬飛等[2]根據海水淡化工程用海的特點，建立自然-生態環境-社會經濟框架的指標體系，建立模糊綜合評價法的海水淡化用海適宜性評價模型；該評價模型的評價因素較全面，但一些評價指標無法量化，且在實際評價時可操作性不強。劉淑芬等[3]針對海水淡化在用海管理方面需重點關注取水和排水過程對海洋環境的影響進行研究。

1 海水淡化水源地適宜性劃分

海水淡化水源地分為3類：①適宜，即將取水水質經過簡單預處理或不作預處理就能滿足淡化進水要求，取水構筑物建設的經濟性好或難度小；②較適宜，即將取水水質經過一定預處理才能滿足淡化進水要求，取水構筑物建設的經濟性一般或難度中等；③不適宜，即將取水水質經過復雜預處理才能滿足淡化進水要求，取水構筑物建設的經濟性差或難度大。

2 評價指標

為將海水淡化水源地選劃的適宜性分類體現在具體評價指標上，總體來說，需進行3個方面的評價，即水量、水質和經濟性。此外，還需滿足土地利用規劃和海洋功能區劃以及有利于排污和受風浪影響較小等條件。

2.1 水量

建立海水淡化水源地首先必須保證取水水量，為保證取水水量必須滿足一定的取水深度。根據現有取水工程現狀，取水深度需滿足低潮位時水深大于2 m。河北省海水綜合利用取水工程均分布在港池里，水深均大于5 m。特殊情況如天津大疆電廠[4]為保證取水量，將取水口布置在0 m等深線附近，取水口距離岸邊3.5 km，取水量155萬m3/d；這種取水方式費用非常高，適合超大型海水取水工程。

取水規模分為超大型(>10萬 m3/d)、大型(1萬～10萬 m3/d)、中型(1 000～10 000 m3/d)和小型(<1 000 m3/d)，根據取水水深條件確定海水淡化適宜取水規模。一般來說，水深大于2 m的海域適合建設各種規模的海水淡化項目；水深0～2 m海域適合建設小型和中型的海水淡化項目；水深小于0 m海域不適宜建設水源地。如采用遠距離取水方式，水深大于0 m就可建設水源地，但為保證取水水量需建設相應儲水工程，投資巨大，因此遠距離取水建設水源地的適宜性為中。

根據河北省水深條件，近岸0～100 m范圍內海域，水深大于2 m的區域均為港池內，可采用岸邊式直接取水方式；水深0～2 m的區域集中在秦皇島近岸海域，主要為砂質岸灘，適合開挖砂層埋管延伸到深水區取水[5]。離岸2 km范圍內海域，水深大于0 m的區域適合建設大型或超大型水源地，集中在秦皇島海域，可開挖砂層埋管延伸到深水區取水。離岸2～5 km范圍內海域，水深大于0 m的區域僅適合建設超大型水源地，工程投入費用過高。

2.2 水質

水質的優劣關系到海水淡化預處理方式的選擇，涉及淡化成本。水質越好，水體中泥沙含量越低，預處理越簡單。在我國部分水質條件較好的海域，海水淡化取水不需預處理或僅需簡單處理即可直接進行淡化。

低溫多效蒸餾法和反滲透法是目前應用最廣泛的海水淡化工藝，二者對水質的要求不同。低溫多效蒸餾法海水淡化影響取水的主要指標為水體中的懸沙含量，水體中懸沙的預處理工藝相對簡單，預處理方式一般分為簡單和較復雜2種，因此將取水水質條件劃分為好和中；反滲透法海水淡化對水質要求較高[6]，預處理方式可分為簡單、較復雜和復雜3種，一般不適宜水質條件較差的情況，因此將取水水質條件劃分為好、中和差。

2.3 經濟性

經濟性主要體現在2個方面，即海水淡化預處理方式和取水距離。海水淡化預處理方式根據水質確定，水質越好，預處理費用越低，經濟性越好。取水距離根據取水位置確定，取水離岸距離越近，經濟性越好；遠岸取水投入費用較高，適合大型或超大型海水淡化項目，處理水質成本占總投資比例相對較低；根據取水口離岸距離，100～2 000 m的區域為超大型或大型水源地的較適宜區，2 000～5 000 m為超大型水源地的較適宜區。

3 海水淡化水源地選劃的水質指標

3.1 低溫多效蒸餾法海水淡化

低溫多效蒸餾法海水淡化對海水水質的要求較低，淡化系統進水要求如表1所示。可以看出，除懸浮物含量指標外，其他指標限值較高，一般情況下的海水水質均能滿足要求，因此重點分析的指標為懸浮物含量。

表1 低溫多效蒸餾法海水淡化進水要求

續表

根據對滄州國華電廠的調研，影響水體中懸浮物含量的主要物質為泥沙含量。由于地處淺灘，灘面細顆粒粉沙質淤泥在風浪的作用下極易被掀揚懸浮，隨漲潮進入港池，有較大風浪時海水中泥沙和懸浮物含量較高，歷史上附近海域含沙量曾達到2～4 kg/m3、平日為0.2～0.4 kg/m3。懸浮物的去除工藝相對簡單，滄州國華電廠采用的預處理設備處理效果良好，海水淡化系統運行良好。因此，本研究將滿足表1指標要求的海水水質劃定為好，不滿足要求的劃定為中。

3.2 反滲透法海水淡化

反滲透法海水淡化的進水要求如表2所示。可以看出，對進水要求較高，其中濁度、污染指數SDI、錳含量是影響進水要求的主要指標。根據河北省近岸海水水質現狀，均不能滿足淡化系統直接進水要求。

表2 反滲透法海水淡化進水要求

近年來，超(微)濾膜作為海水預處理的有效措施之一，已得到越來越多的青睞。反滲透超(微)濾裝置海水淡化進水要求如表3所示。

大量實驗已經證明，超(微)濾裝置能夠為海水提供最適宜的預處理。美國、荷蘭、比利時、德國、西班牙、納米比亞、新加坡和科威特都有較好業績。我國的王灘電廠、玉環電廠和樂清電廠都采用超(微)濾裝置作為海水預處理方法，這些系統在設計前都經過嚴謹的現場工業性實驗，實際運行效果也證明系統設計的正確性和合理性；其中王灘電廠直接采用超濾進行海水預處理，經過3年多的運行實踐，證明是可行的[7]。

表3 反滲透超(微)濾裝置海水淡化進水要求

注：超(微)濾裝置濁度的具體進水要求應參照廠商的設計導則。

由于反滲透法海水淡化對進水要求較高，大唐國際電廠海水淡化只需用超濾法對進水進行簡單預處理就能滿足要求，而滄州國華電廠在建廠前對黃驊港港池內水質進行調查后發現，滄州海水水質較差，不適合采用反滲透海水淡化而采用低溫多效蒸餾法海水淡化。因此，本研究以滄州海水水質為參考，將劣于滄州海水水質的劃定為水質差，將滿足超濾條件的劃定為水質好，將中間情況劃定為水質中。

4 河北省海水淡化水源地選劃體系

綜上所述，為使海水淡化水源地選劃更加切實可行、突出重點和科學合理，建立選劃體系(圖1)。

圖1 海水淡化水源地選劃體系

①對評價區的土地利用規劃和海洋功能區劃進行符合性分析，在滿足條件的基礎上進行下一步分析。②分析離岸距離，在近岸水深滿足0 m(理論最低潮面下)以上時采用近岸取水，當近岸100 m范圍內水深不能滿足大于0 m時才考慮遠岸取水，遠岸取水投入較近岸高，因此取水適宜性劃定為較適宜。③對近岸取水的水深和海洋底質的類型條件進行評價，評價出海水淡化的適宜取水規模，取水深度滿足最低潮時大于2 m時適宜各種取水規模，0～2 m時適宜中型和小型項目。④對近岸取水進行水質評價，其中低溫多效蒸餾法海水淡化可將水質劃分為好和中，而反滲透法海水淡化可分為好、中和差。最終得出海水淡化水源地適宜性評價結果。

在選劃過程中需稍加分析其他附屬因素，如排水條件、排污情況、風浪侵蝕、沖淤環境、環境影響和災害風險[8]等。如，對于寒冷地區，可在取水口建設防冰設施[9]；將取水構筑物盡量建在海灣內風浪較小的地方，合理選擇利用天然地形，防止海潮襲擊；將取水構筑物建在堅硬的原土層和基巖上，增加構筑物的穩定性等[10]。對于地下取水，重點評價岸灘砂層的厚度和滲透性。

5 結語

本研究在系統分析海水淡化取水工程案例和河北省自然資源條件的基礎上建立評價體系，綜合考慮海水淡化水源地建設的水量、水質和經濟性等評價指標，海水淡化水源地評價體系符合實際需要且可操作性強。為保證水量，取水深度是必須調查的指標；為保證水質，調查重點是水體中的泥沙含量，而這與海洋沉積物的底質類型密切相關。因此，水深和底質類型是進行海水淡化水源地選劃的關鍵因素。除此之外，水源地的離岸距離直接影響項目建設的資金投入，離岸越遠項目花費越多。綜合各種因素，將海水淡化水源地選劃結果劃分為適宜、較適宜和不適宜。海水淡化水源地選劃的大致評價步驟為，對土地利用方式和海洋功能區劃進行符合性分析，對水源地的離岸距離進行分析，評價水深和海洋底質類型，并對近岸海水進行水質分析，最終給出海水淡化水源地適宜性評價結果。該評價體系可為河北省海水淡化水源地的開發利用提供技術參考。

[1] 國家海洋局.海水利用專項規劃[Z].2005.

[2] 黃鵬飛,楊志宏,王銳浩,等.海水淡化工程用海適宜性評價指標體系與模型構建研究[J].環境科學與管理,2015,40(1):180-183.

[3] 劉淑芬,岳奇,徐偉.海水淡化產業的用海管理研究[J].海洋開發與管理,2012,29(9):34-38.

[4] 孫波,孫林云,于海淼,等.天津北疆電廠海水資源開發利用及取水工程關鍵技術[J].海洋經濟,2011,1(4):29-34.

[5] 王印忠,丁建波,李雪，等.不同海岸類型中海水取水構筑物適用形式探討[J].中國給水排水,2015,31(20):30-34.

[6] 中華人民共和國國家發改委.火力發電廠水工設計規范DL/T5339-2006[S].2006.

[7] 初慶偉,李思吉,陶禎燕,等.大唐王灘電廠海水淡化系統兩年運行經驗[C]//2008亞洲海水淡化與水再利用會議論文集.杭州：水處理技術，2008.

[8] 張拂坤,鄒川玲,劉淑靜.大型海水淡化工程風暴潮災害風險評價體系研究[J].自然災害學報,2015,24(4):212-218.

[9] 劉詩華,侯樹強.寒區核電廠取水口防冰設施設計研究[J].人民黃河,2015,37(5):112-115.

[10] 王生輝,潘獻輝,趙河立,等.海水淡化的取水工程及設計要點[J].中國給水排水,2009,25(6):198-101.

Evaluation Index and Selection System of Seawater Desalination Site Selection in Hebei Province

ZHU Qin1，ZUO Liming1，CUI Cheng2，SHAN Ke3

(1.Hebei Province Hydrogeology Survey Institute,Shijiazhuang 050021,China；2.Shijiazhuang Vocational Technology Institute，Shijiazhuang 050000,China；3.The Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization，SOA，Tianjin 300192，China)

In order to establish the seawater desalination system in Hebei Province,a survey of coastal desalination projects was conducted in 2016,establishing a seawater desalination system based on the comprehensive analysis of marine natural environment and seawater desalination technology in Hebei Province.It was found that the evaluation indexes of seawater desalination can be divided into three aspects:economy,water quality and water quantity.Among them,water quality indicators need to be evaluated according to desalination process.The results showed that the water depth and the type of sediment are the key factors in the selection of water resource of seawater desalination.The offshore distance of the water source directly affects the capital investment of the project construction.General evaluation of desalination water source selection includes the following steps:compliance analysis on land use and marine function zoning;analysis on the distance to offshore water;evaluation of the water depth and ocean bottom sediment types;analysis on water quality;and the desalination water suitability assessment.The evaluation system could provide technical reference for the development and utilization of seawater desalination in water sources of Hebei Province.

Seawater desalination，Oceanographic engineering，Seawater resources,Selection of water resources

2016-12-26；

2017-05-31

河北省科技計劃項目“河北省沿海海水淡化水源地選劃關鍵技術研究”(16273102D).

朱琴，工程師，碩士，研究方向為海洋地質，電子信箱：zhuqin1005@126.com

P74

A

1005-9857(2017)06-0066-05