张俊杰

(河北沧州市水务局,河北 沧州 061000)

微咸水、咸水综合开发利用探讨

张俊杰

(河北沧州市水务局,河北 沧州 061000)

沧州市水资源严重匮乏,为维持居民生活及工农业生产发展的需求,不得不大量超采深层地下水,由此引发了地下水位连年下降、地下水漏斗扩展、地面沉降等一系列生态环境问题。沧州由于特殊的水文地质条件,区域内分布大量的微咸水、咸水。针对上述现状提出了开发利用微咸水、咸水非传统水资源,节约淡水资源,确保水资源的可持续利用。

非传统水资源;微咸水;咸水;水资源可持续利用

1 概述

沧州市地处河北省的东南部,黑龙港流域下游,是全国水资源严重匮乏的地市之一。由于特殊的地理位置和水文条件,造成土地盐碱,浅层水苦咸,深层水含氟量高等问题,沧州一直为缺水、苦咸水、高氟水所困扰。全市多年平均水资源量为 12.6亿 m3,人均水资源 192m3,亩均 108m3,为全省平均值的 50%,全国平均值的 8%和 6%,人均水资源比世界水资源最紧缺的以色列还少 50%。目前全市每年缺水近 10亿 m3,水资源短缺一直是制约我市经济社会发展的瓶颈。2007年省政府提出建设滨海经济强省,沧州作为增长极,随着经济的快速发展及渤海新区的建设,水的供需矛盾日益加剧。据测算,实施各种节水措施,挖潜节水潜力后,按50%保证率 2010年沧州市用水量达到 24亿 m3,可供水量为13.5亿 m3,相应缺水量为 10.5亿 m3,缺水率为 44%,属严重缺水,依靠节水远不能满足日益增长的工农业生产及城镇生活用水的需求。为维持人民生活及工农业的发展要求,不得不大量超采深层地下水,引发了地下水降落漏斗、地面沉降、地裂缝等环境地质问题。沧州市淡水资源匮乏,但分布着大量的微咸水、咸水,其分布面积占全市总面积的 60%以上,是我市最大的非传统水资源,水资源量为 10.6亿 m3,且一般埋深较浅,便于开发。开发利用非传统水资源 -微咸水、咸水,将缓解沧州市水资源短缺的严峻形势,确保水资源的可持续利用。

2 水资源开发利用现状

沧州市的水资源主要包括当地淡水、非传统水资源和外调水。水资源总量系指区域内降雨形成的地表水和地下水量之和。据《沧州市水资源调查评价及对策》的成果,1956～1999年系列多年平均降雨量为 557.6 mm,地表水资源量为6.1亿 m3,多年平均地下水资源量为 6.8 167亿 m3,重复计算量为 0.2 747亿 m3,全市水资源总量多年平均为 12.64亿m3。地表水由于多年的干旱很难形成径流,有河皆污,有水皆污;浅层地下水大部分区域水质超标,不适合饮用,且供水保证率低,目前除西部几个县市外,其他区域主要用于农灌和城镇工业用水,由于沧州市水资源严重短缺,超采深层地下水成为主要水源。深层地下水由于补给、径流、排泄条件较差,不能持续开发利用,只能做为后备水源,因此我市水资源短缺问题日益严重。

3 水资源短缺引发的生态环境问题

沧州市由于水资源严重匮乏,为了满足工农业发展需要,长期大量超采深层地下水,引发了地下水位连年下降、地下水漏斗扩展、地面沉降、地裂缝、咸淡水界面下移等一系列严重的生态环境和地质问题。

3.1 地下水埋深逐年增加

沧州市 1991年浅层地下水埋深为 3.66 m,其中肃宁埋深最大为 13.5 m,海兴县最小为 2.11m,至 2003年浅层地下水平均埋深为 7.33m,全市浅层地下水埋深年均年下降速率为 0.31 m。其中肃宁埋深最大为 24.5m,海兴埋深最小为 2.42m。水位下降速率最快的为肃宁县,达 0.92 m/年。海兴浅层地下水多为咸水,开发利用程度低,所以水位下降缓慢。

深层地下水(第三含水组)1991年平均埋深为 36.63m,2003年深层水平均埋深为 53.23 m,12年下降幅度为16.6m,水位下降速率为 1.38 m/a,总体呈连年下降趋势。地下水位的逐年下降,造成井提水泵的扬程不断加大,机井单井出水量在减少,运行费用大幅度增加,机井报废速度加快,提水成本增加,井越打越深,东部沿海县市深机井已达500～800 m,打井费用、浇地成本比 20世纪 80年代相比增加了 5～10倍。

3.2 地下水降落漏斗不断扩展

浅层地下水漏斗情况:沧州区域浅层地下水底板埋深自西向东为 50～110m,属咸淡水交错分布区。浅层地下水主要受降雨入渗补给及农业灌溉开采的影响,由于近年降雨量偏小,造成了补充地下水的主要水量来源少,加上农业灌溉用水连年增加,过度开采地下水,这连个原因造成我市浅层地下水埋深逐年增大,形成了以肃宁、盐山和孟村为中心的两个浅层地下水漏斗区。

深层地下水漏斗情况:第Ⅲ含水组是本区深层水开采的主要开采层,其含沙量相对较厚,富水性强,属淡水区,所以被列为主要开采层。由于工农业用水量逐年增加,开采量增大,长期强采、超采,造成采补失衡,致使地下水位连续大幅度下降,形成了以沧州市区、青县城关为中心的工业开采降落漏斗。根据多年的观测资料,沧州漏斗的发展情况是 1975年漏斗中心埋深为 50.28 m,至今漏斗中心最大埋深已达100m,20多年增加 50m。1970～1999年埋深等水位线的面积从 0 km2达 5 904 km2,每年增加 196.8 km2。

3.3 地面沉降

由于沧州市地下水位的大幅下降引发了沧州市大幅度的地面沉降,沧州是我国 4个地面沉降超过 2 m的城市之一。沉降中心累计沉降量已达 2 236 mm,沉降速率72.1mm/a,形成了沧州市区、黄骅、河间、任丘 4个沉降区。地面的大幅度沉降给沧州带来了一系列的社会和环境危害,其主要危害有:城区内涝积水严重、水利工程各河道的防洪能力大大降低,洪涝灾害加剧、测量水准点发生了变动、风暴潮危害进一步加重等。

3.4 地裂缝发生频繁

沧州是我国地裂缝较为发育的地区之一,近几年地裂缝频繁发生,主要出现在任丘、肃宁、河间、献县一带,且呈快速发展趋势。地裂缝的发生给人民生命财产造成了危害,造成建筑物设施及民房开裂、沿线农田毁坏、不均匀沉陷造成地下管线交通工程的破坏,降低了城镇土地使用价值等。

3.5 咸淡水界面下移

由于深层水的严重超采引起咸淡水界面明显下移。根据典型研究资料显示,沧县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的面积占总面积的 31%。

4 微咸水、咸水的利用

沧州市浅层微咸水、咸水分布广泛,全市总面积14 056 km2,咸水区面积 8 563km2,水资源量为 10.5 989亿 m3,可开采量7.4 303亿 m3。矿化度 2～3 g/L的微咸水分布面积4 563 km2,占总面积的 32%,水资源量 5.6 754亿 m3,可开采量 4.0 388亿 m3;矿化度 3～5 g/L的咸水分布面积 2 085 km2,占总面积的 15%,水资源量 2.587亿 m3,可开采量1.761亿 m3;矿化度大于 5 g/L的咸水分布面积 1 915 km2,占总面积的 14%,水资源量 2.336亿 m3,可开采量 1.6 305亿 m3。因此开发非传统水资源,科学利用微咸水、咸水,通过咸淡轮灌、咸淡混灌、咸水淡化等措施,扩大微咸水及咸水的利用范围,增加利用量,可以增辟可利用的水资源,缓解我市水资源短缺的局面,确保水资源的可持续利用。我市微咸水、咸水用于农田灌溉、农村人畜饮水、工业及城镇居民生活等几个方面都有成功的经验。

4.1 用于农田灌溉

利用微咸水、咸水灌溉,可分为直接利用、咸淡水混灌和轮灌。河北省水利科学研究所 1980～1989年在我市南皮试区,利用浅层微咸水和咸水灌溉,实行旱涝碱咸综合治理,取得了重要成果,为黑龙港运东地区浅层地下咸水、微咸水的利用改造,增辟水源发展灌溉,提供了配套技术和科学依据。用矿化度 4～6 g/L和 2～3 g/L的咸水、微咸水灌溉,小麦、玉米两茬产量分别为 6 961.5 kg/hm2和 8 355 kg/hm2,比不灌的可增产 1.2～1.6倍;咸淡水轮灌,小麦初期用淡水灌溉,拔节以后用咸水灌溉,小麦单产达 4 549.5 kg/hm2,仅比全用淡水的减产 4.4%;咸淡水混灌,用 4～6 g/L咸水和小于 1 g/L的深层碱性淡水灌溉,小麦、玉米平均产量为 8 355 kg/hm2,比用 4～6 g/L的咸水灌溉的增产 20%,比不灌的增产163%。

我市位于南水北调的供水范围内,南水北调实施后,引江水主要用于城镇居民生活及工业用水,引黄水还于农业,通过咸淡轮灌、混灌用于农田灌溉,可以节约淡水资源。

4.2 用于农村人畜饮水

2001年沧州市在解决农村饮水过程中,成功实施了黄骅市中排村咸水淡化技术,探索出一条有咸水区寻求淡水资源的有效途径。咸水淡化主要利用电渗析脱盐淡化咸水技术及配套设备,可把含盐量 3～5 g/L的咸水,通过淡化工艺脱盐、降氟、净化、变成小于 1 g/L的淡水,达到国家规定的饮用水标准。咸水淡化站每处投资 12万元,可解决 1 000～2 000人的饮水问题。目前已在黄骅、海兴、沧县、东光、吴桥、盐山、孟村、南皮、青县等县市大力推广。使黄骅、海兴等沿海一带农民结束了世世代代吃苦咸水的历史。咸水淡化是解决农村人畜饮水一条投资少、见效快、成本低的路子,减少了深层水开采,节省了淡水资源,咸水淡化设备排出的浓盐水又可用于水产养殖。

4.3 用于工业和城镇居民生活

微咸水、咸水用于工业:我市东部沿海地区为解决水源短缺问题,沧化集团沧井公司 23万 t PVC厂于 1999年投资8 000万元,兴建了由 30眼 120～250m深咸水井组成的咸水水源地,日淡化咸水 1.8万 t。原水平均含盐量 12.596 g/L,产品水含盐量 0.213 g/L,各项指标均达到了设计要求,完全能够满足企业用水需要,为大量集中利用咸水提供了技术与科学依据。

微咸水、咸水用于城镇居民生活:凡有条件利用微咸水和咸水的,不再使用淡水,我市个别小区城镇居民生活用水有成功利用咸水的经验。咸水用于居民生活洗涤、冲厕、洗车等可替代生活用自来水的一半,仅市区每年可少用 750万 m3淡水。咸水还可用于喷洒道路、消防用水、游泳池、喷水池用水及浇灌城市草坪绿地,补充湖塘水体养鱼用水等。

开发利用微咸水、咸水,一是汛前大面积利用浅层微咸水、咸水,能调控地下水埋深,腾出浅层地下库容,有利于雨水入渗,转化为地下水资源,排咸补淡,改善地下水环境;二是地下水位下降,增强了降雨淋洗脱盐作用,有利于改良盐碱地。三是增辟了可利用的水资源,在一定程度上缓解水资源短缺状况,确保我市水资源的可持续利用,保障经济社会的可持续发展。

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1004-1184(2011)01-0044-02

2010-9-16

张俊杰(1966-),女,河北玉田人,高级工程师,主要从事水利工程规划和建设管理工作。