慶安縣地下水壓采實(shí)踐與探討

李 瑩，王立權(quán)，單 博，孫芳欣

(1.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，哈爾濱 150080； 2.黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱 150080)

1 概 述

1.1 研究背景

近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)地下水的用水需求不斷增加，導(dǎo)致地下水位大面積持續(xù)下降，部分含水層已被疏干或枯竭，地下水源遭到很大程度的破壞[1-4]。 因此，需對(duì)地下水超載的縣市進(jìn)行地下水壓采，減少地下水的開(kāi)發(fā)利用量。唐世南[5]等從增強(qiáng)地下水涵養(yǎng)保護(hù)能力、合理利用能力、戰(zhàn)略儲(chǔ)備能力和監(jiān)控管理能力等方面，提出地下水管理與保護(hù)對(duì)策建議。于麗麗[6]等提出“把水資源作為最大的剛性約束”，落實(shí)“一減、一增”綜合治理思路，因地制宜治理地下水超采問(wèn)題，以及強(qiáng)化地下水監(jiān)管，建立地下水超采治理長(zhǎng)效機(jī)制的建議。

1.2 區(qū)域概況

慶安縣位于黑龍江省中部，小興安嶺山脈西南麓，松嫩平原和小興安嶺余脈的交匯地帶，是綏化市管轄的最東邊縣份。慶安縣中部為呼蘭河沖積平原，它與南部山區(qū)相接的過(guò)渡帶為溝壑縱橫的丘陵區(qū)。與北部山區(qū)相連的過(guò)渡帶為漫川漫崗地帶。農(nóng)區(qū)平均海拔高程在 200 m左右。由南北向中間逐漸降低形成高低相間侵蝕山地、侵蝕堆積臺(tái)地、堆積河谷平原3種地貌類型。慶安縣的氣候特征為春季少雨多風(fēng)，夏季高溫多雨，秋季易早霜，冬季寒冷。慶安縣地下水補(bǔ)給主要是大氣降水為主。河谷平原區(qū)的補(bǔ)給除大氣降水外，還接受臺(tái)地地下水徑流補(bǔ)給、河灘地地下水補(bǔ)給；除上述補(bǔ)給外，在豐水期也接受地表水補(bǔ)給。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究涉及到的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于對(duì)慶安縣實(shí)地考察、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研收集的資料、2015-2020年《綏化市水資源公報(bào)》、《黑龍江省水資源綜合規(guī)劃地下水資源評(píng)價(jià)報(bào)告》以及2015-2020年《綏化市統(tǒng)計(jì)年鑒》等資料。

2 水資源開(kāi)發(fā)利用

2.1 地下水動(dòng)態(tài)特征

影響地下水動(dòng)態(tài)因素有氣象因素、人為因素和水文因素等。由于影響因素是多方面的，所以地下水動(dòng)態(tài)特征也是復(fù)雜的。慶安縣地下水動(dòng)態(tài)主要是以大氣降水為補(bǔ)給源，以蒸發(fā)、開(kāi)采為主要的排泄途徑；其次是區(qū)外的側(cè)向補(bǔ)給、灌溉入滲補(bǔ)給及地表水的側(cè)向補(bǔ)給。根據(jù)慶安縣的實(shí)際情況，選取慶安縣發(fā)展鄉(xiāng)遠(yuǎn)大村十道崗?fù)妥鳛榇砭^測(cè)其近15年的地下水動(dòng)態(tài)，繪制地下水年末埋深動(dòng)態(tài)過(guò)程線，見(jiàn)圖1。

圖1 慶安縣發(fā)展鄉(xiāng)遠(yuǎn)大村十道崗?fù)偷叵滤昴┞裆顒?dòng)態(tài)過(guò)程線

通過(guò)圖1可以看出，2005-2019年地下水埋深的發(fā)展趨勢(shì)是先下降、后上升、再下降、再上升。地下水資源具有明顯的豐枯變化規(guī)律。每年 3-5 月份為枯水期，降水量會(huì)減少；8-10月份為豐水期，降水量會(huì)增加。降水量的多少直接影響地下水資源量。

2.2 慶安縣地下水資源量

2.2.1 平原區(qū)地下水補(bǔ)給量

平原區(qū)地下水總補(bǔ)給量是由4部分組成，分別為地表水體滲入、大氣降水、山前側(cè)向徑流及越流補(bǔ)給等流入含水層的水量。見(jiàn)表1。

表1 平原區(qū)多年平均地下水補(bǔ)給量表

經(jīng)計(jì)算，慶安縣平原區(qū)地下水資源量為24 599.81×104m3。

2.2.2 地下水可開(kāi)采量

地下水可開(kāi)采量的計(jì)算采用可開(kāi)采系數(shù)法，計(jì)算公式為：

Q可開(kāi)=ρ·Q總補(bǔ)

式中：Q可開(kāi)為地下水可開(kāi)采量，104m3；ρ為可開(kāi)采系數(shù)，本文取值為0.827；Q總補(bǔ)為地下水總補(bǔ)給量，104m3。

經(jīng)計(jì)算，慶安縣平原區(qū)多年平均地下水可開(kāi)采量21 877.56×104m3，占多年平均地下水總補(bǔ)給量26 440.34×104m3的82.7%。見(jiàn)表2。

表2 平原區(qū)多年平均地下水可開(kāi)采量表

2.2.3 山丘區(qū)地下水資源量

慶安縣山丘區(qū)地下水主要是由山丘區(qū)基巖裂隙水資源、山前側(cè)向流出量、開(kāi)采消耗量和潛水蒸發(fā)量河川基流量等4項(xiàng)組成。慶安縣山丘區(qū)地下水資源量見(jiàn)表3。

表3 慶安縣山丘區(qū)多年平均地下水資源量表

2.2.4 地下水資源總量

Q資=Pr山+Q平資-Q側(cè)補(bǔ)-Q基補(bǔ)

式中：Q資為多年平均地下水資源總量；Pr山為山丘區(qū)多年平均降水入滲補(bǔ)給量；Q平資為平原區(qū)多年平均地下水資源量；Q側(cè)補(bǔ)為平原區(qū)多年平均山前側(cè)向補(bǔ)給量。

見(jiàn)表4。

表4 地下水資源總量表

通過(guò)對(duì)慶安縣地下水資源總量的計(jì)算與分析，慶安縣地下水總量為5.97×108m3，但實(shí)際可開(kāi)采量是2.19×108m3。隨著全球變暖，地下水可開(kāi)采量也會(huì)受到諸多影響。所以，若想實(shí)現(xiàn)慶安縣的水資源可持續(xù)利用與發(fā)展，需對(duì)地下水用水結(jié)構(gòu)及用量進(jìn)行分析，從而對(duì)地下水進(jìn)行壓采。

2.3 地下水開(kāi)采量及用水結(jié)構(gòu)

近4年(2016-2019年)，慶安縣區(qū)域內(nèi)地下水年平均實(shí)際開(kāi)采量29 795.81×104m3，全部為淺層地下水。近5年平均用水量中，農(nóng)田灌溉占總用水量的92.21%，林牧漁畜占3.32%，工業(yè)占0.43%，城鎮(zhèn)公共占0.35%，居民生活占3.61%，生態(tài)環(huán)境占0.08%。開(kāi)采量及用水結(jié)構(gòu)見(jiàn)表5。

表5 地下水開(kāi)采量及用水結(jié)構(gòu)表

通過(guò)表5慶安縣地下水用量及用水結(jié)構(gòu)分析，慶安縣農(nóng)業(yè)灌溉用水量最多，生態(tài)環(huán)境用水最少。根據(jù)水利部下發(fā)的通知，慶安縣用水總量控制指標(biāo)為2020年用水總量5.8×108m3，其中地下水用水量2×108m3；2030 年用水總量5.98×108m3，其中地下水用水量2.12×108m3；2025年用水總量控制目標(biāo)依據(jù)2030年用水總量控制目標(biāo)。由于2025年要達(dá)到2030年的地下水開(kāi)發(fā)利用控制指標(biāo)，所以2025年地下水開(kāi)發(fā)利用控制指標(biāo)是依據(jù)2030年地下水開(kāi)發(fā)利用控制指標(biāo)制定的。按照現(xiàn)有的用水結(jié)構(gòu)與用水量,對(duì)規(guī)劃水平年2025年的需水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。見(jiàn)表6。

表6 規(guī)劃水平年2025年需水預(yù)測(cè) /104 m3

根據(jù)可開(kāi)采量、地下水控制指標(biāo)和需水預(yù)測(cè)成果進(jìn)行供需平衡。見(jiàn)表7。

表7 規(guī)劃水平年供需平衡分析表 /104 m3

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有資料數(shù)據(jù)的分析以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研考察，慶安縣目前存在以下問(wèn)題：

1) 慶安縣地下水開(kāi)發(fā)利用程度超過(guò)地下水資源的承載能力。

2) 地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)覆蓋面小、布局不合理。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，特別是水田面積大幅度增加，地下水開(kāi)采量逐年增加。

3) 慶安縣現(xiàn)有地表水灌溉面積較少、灌溉水利用系數(shù)低、灌溉設(shè)備不先進(jìn)、已有的灌區(qū)工程年久失修老化等問(wèn)題使灌溉損耗率較高。

針對(duì)上述問(wèn)題，需對(duì)慶安縣的地下水進(jìn)行壓采，合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展利用。

3 地下水壓采

3.1 工業(yè)節(jié)水

慶安縣現(xiàn)狀年工業(yè)用水重復(fù)利用率為40%。慶安縣工業(yè)用水重復(fù)利用率偏低，所以工業(yè)節(jié)水的側(cè)重點(diǎn)為提高工業(yè)用水重復(fù)利用率，具有一定的挖掘潛力。

考慮到慶安縣工業(yè)產(chǎn)業(yè)性質(zhì)和現(xiàn)狀用水水平，規(guī)劃水平年工業(yè)用水重復(fù)率確定為80%。單位工業(yè)增加值用水量將從6.12 m3/萬(wàn)元降至1.71 m3/萬(wàn)元。計(jì)算公式為：

Wg=Z0×Q1×(1-ηt)×(ηt-η0)+W0×(L0-Lt)

工業(yè)節(jié)水潛力的計(jì)算考慮采取工業(yè)節(jié)水措施條件下的節(jié)水，見(jiàn)表 8。

表8 工業(yè)節(jié)水潛力指標(biāo)分析

經(jīng)計(jì)算，如果慶安縣工業(yè)用水重復(fù)利用率提高至80%，規(guī)劃水平年供水管網(wǎng)綜合漏失率降至10%，則可以節(jié)省96.79×104m3水量。

3.2 城鎮(zhèn)居民綜合生活節(jié)水

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，水資源供需矛盾突出，所以在不影響居民正常生活的前提下，城鎮(zhèn)生活用水的節(jié)水關(guān)鍵是節(jié)水器具使用和輸水管網(wǎng)漏損率。計(jì)算公式為：

Wg=W0-W0×(1-L0)/(1-Lt)+R×JZ×365/1 000×(Pt-P0)

城鎮(zhèn)生活節(jié)水潛力指標(biāo)分析見(jiàn)表 9。

表9 城鎮(zhèn)生活節(jié)水潛力指標(biāo)分析

隨著城鎮(zhèn)節(jié)水器具普及率的提高，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)輸水管網(wǎng)的管理，可節(jié)約水量 224.38×104m3。

綜合工業(yè)、城鎮(zhèn)生活節(jié)水總量，慶安縣至 2025 年的節(jié)水潛力為321.18×104m3。

3.3 農(nóng)業(yè)節(jié)水

3.3.1 發(fā)展節(jié)水灌溉

提高灌溉用水水平。通過(guò)加大推廣節(jié)水灌溉技術(shù)及田間配套建設(shè)的力度，提高灌溉水有效利用率，降低畝均灌溉用水量[4]，從而減少地下水開(kāi)采量，到 2025 年全部采用水田控制灌溉技術(shù)。

3.3.2 減少農(nóng)業(yè)灌溉配水面積

慶安縣地下水用水以水田灌溉為主，約占總用水量的95.6%，其中地下水21 830.8×104m3，占水田灌溉的 91.21%。長(zhǎng)期以往，將會(huì)引發(fā)一系生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。因此，地下水壓采農(nóng)業(yè)方面主要以水田灌溉為主。

3.4 減少污水排放

慶安縣地下水化學(xué)類型以重碳酸-鈣鈉型水為主，多數(shù)屬弱酸性水。地下水鐵錳含量普遍偏高。地下水水溫偏低，如果直接對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉，會(huì)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響；鐵含量過(guò)高對(duì)水稻的生產(chǎn)也會(huì)產(chǎn)生一定的危害，所以灌溉前要對(duì)地下水進(jìn)行明渠晾曬和對(duì)水進(jìn)行曝氣處理[3]。這個(gè)過(guò)程中會(huì)伴隨著水資源的蒸發(fā)，損耗較大。所以應(yīng)減少污水的排放，從工業(yè)、居民生活、農(nóng)業(yè)等方面采取措施。建設(shè)污水處理廠，引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備對(duì)污水進(jìn)行處理。

4 結(jié)論與展望

選取慶安縣發(fā)展鄉(xiāng)遠(yuǎn)大村十道崗?fù)妥鳛榇砭L制地下水年末埋深動(dòng)態(tài)過(guò)程線，地下水埋深的發(fā)展趨勢(shì)是先下降、后上升、再下降、再上升。地下水資源具有明顯的豐枯變化。降雨量的多少直接影響地下水資源。統(tǒng)計(jì)資料顯示，慶安縣地下水的開(kāi)采量超過(guò)國(guó)家對(duì)地方縣的標(biāo)準(zhǔn)，需對(duì)其進(jìn)行地下水壓采。根據(jù)開(kāi)采量、地下水控制指標(biāo)和需水預(yù)測(cè)成果進(jìn)行供需平衡，從而制定未來(lái)幾年的節(jié)水指標(biāo)，主要從工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)生活、污水排放等方面進(jìn)行節(jié)水潛力計(jì)算。針對(duì)不同行業(yè)采取措施的節(jié)水措施也不同。工業(yè)方面主要是提高工業(yè)用水重復(fù)利用率，降低供水管網(wǎng)漏失率，使萬(wàn)元工業(yè)增加值取用水量逐年減少，從而減少地下水的開(kāi)發(fā)利用；城鎮(zhèn)生活方面主要是從節(jié)水器具使用以及減少輸水管網(wǎng)漏損率等減少地下水的開(kāi)發(fā)利用；農(nóng)業(yè)方面主要是從發(fā)展節(jié)水灌溉、調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等減少地下水的開(kāi)發(fā)利用；減少污水排放方面主要是采取引進(jìn)先進(jìn)污水處理設(shè)備、建設(shè)污水處理廠等，并通過(guò)對(duì)慶安縣用水結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整、用水方式進(jìn)行改進(jìn)等方式，減少地下水開(kāi)發(fā)利用量，實(shí)現(xiàn)采補(bǔ)平衡。在不影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展的條件下，增加地下水資源的儲(chǔ)備量。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也不斷更新與發(fā)展，節(jié)水的側(cè)重點(diǎn)會(huì)有所不同，所采取的措施也會(huì)有所不同。因此，今后可以根據(jù)時(shí)代的發(fā)展，采取合理的措施，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展。