赵建美

（太原市水利勘测设计院,山西 太原 030000）

地下水是水资源的重要组成部分,是关系经济社会长远发展的重要战略资源,是生态环境的控制性要素。近年来,地下水超采问题引起了社会和政府层面的广泛关注,国务院先后出台了一系列法规和文件指导地下水合理开发利用。为治理地下水超采,许多地区进行了积极探索,包括水源置换、调整种植结构或者开展节水型社会建设等[1-3]。本文分析怀仁市北部地下水超采情况,并结合当地水资源禀赋和水利调度工程,提出水源置换综合治理对策。

1 超采区概况

1.1 超采区分布

怀仁市位于山西省北部、桑干河上游,“朔州市怀仁中型孔隙浅层地下水超采区”就位于怀仁市境内,分布于怀仁市城以西,北起北信庄、南至北辛村、西起盆地边界、东至怀仁城东,超采区面积111 km2,其中严重超采区面积86 km2,超采区地下水可开采量为1484 万m3/a，多年平均开采量2787 万m3/a，超采量1303 万m3/a,开采系数1.88,怀仁县地下水超采区分布范围,见表1。由于该区大量开发地下水,区内地下水位自1980年起持续下降,年平均下降幅度在0.5 m~1.0 m 之间,北窑长观孔最大年降深1.2 m。怀仁市超采区范围,见图1。

图1 水量平衡图

表1 怀仁市地下水超采区分布范围

1.2 区域地下水超采量

1.2.1 工业用水

超采区内工业用水涉及大同市焦煤矿有限责任公司、山西集华兴业煤炭有限公司、怀仁市宏丰建材有限公司、大同煤矿集团朔州矿业公司南窑出口煤站、怀仁市南窑联合洗煤有限公司、山西中联煤业有限公司、山西玉龙煤炭运销有限公司、大同煤矿集团朔州矿业公司怀仁南窑煤炭联合集运站、怀仁市凯胜德煤业有限公司、怀仁市禄升煤炭销售有限公司、怀仁市装卸搬运公司、怀仁市成兴法煤有限责任公司及等12 家厂矿企业,水井16 眼,现状年用水量约77.21 万m3/a,见表2。

表2 超采区工业企业取水井

1.2.2 农业用水

区域农业灌溉用水涉及灌溉范围包括怀仁市云中镇的北七里寨、南窑、北窑及于家园4 个村庄,8760 亩农田,43 眼水井。目前主要种植作物全部为玉米,现状主要水源为机井,超采地下水量为138.7 万m3,各村庄农用机井数量统计,见表3。

表3 超采区农业灌溉取水井

2 超采治理措施

目前,针对地下水超采治理,核心是推进“增源、减荷、强管”。增源,即采取系列工程措施改造区域下垫面,拓展涵养水源,实施相应的水利工程调度。减荷,即开展工业节水、农业灌区节水改造,调整种植结构等减少水资源的消耗。

山西省确立充分利用黄河水及应急水源工程、山西大水网和市县小水网工程配置的地表水、外调水、再生水等水源,实施原水直供、水源置换、关井压采,节约和保护地下水,保证城乡生活、农业生产、工业生产和生态环境用水的地下水超采治理思路。基于此,怀仁市受益于“引黄入晋”北干线工程,具备了水源置换的前提条件,因此,提出了“水源置换+封井压采”的治理对策。

万家寨引黄北干线已于2011年通水,为该区域水源置换创造了有利条件。治理区域结合现有引黄工程,拟采取水源置换工程压采地下水量,涵养和恢复区域地下水。主要措施是利用引黄地表水置换超采区地下水,为项目区工、农业用水提供水源。区域拟封闭59 眼水井（其中工业用水井16 眼、农业用水井43 眼）,工业用水取用经过北七里寨水厂处理过的清水,农业灌溉用水取用引黄原水。

2.1 配水规模

本次水源置换工程工、农业近期总需水量为235.50 万m3,总设计流量为0.51 m3/s,关井压采总水量为230.27 万m3；工、农业远期总需水量为345.97 万m3,总设计流量为0.58 m3/s,关井压采总水量为340.74 万m3。其中：工业近期需水量为93.15 万m3,设计流量为0.07 m3/s,关井压采水量为91.57 万m3；工业远期需水量为203.62 万m3,设计流量为0.14 m3/s,关井压采水量为202.04 万m3；农业灌溉需水量为142.35 万m3,设计流量为0.44 m3/s,关井压采水量为138.7 万m3。所需水量小于引黄工程配置给怀仁市水量3826 万m3,因此水量满足要求。

2.2 总体布置

工业供水厂矿企业共12 家,共关井压采16 眼水井。工程利用工业加压泵、工业总干管、工业分干管将水提至三个工业供水点位,分别为1000 m3蓄水池、总干管末端焦煤矿500 m3×2 蓄水池、二分干末端水泥厂100 m3蓄水池接水点。从工业总干管上分2 条支管分别供山西集华煤炭有限公司（100 m3蓄水池接水点）和北窑村人畜吃水；1000 m3工业蓄水池利用重力流经工业1 分干管、支管输水给怀仁中联煤业有限公司、怀仁市凯德胜煤业有限公司等9 家位置较低的厂矿企业。管道末端与每个厂矿内的现有水井管道首部连接,每个连接处均设置有控制阀井,井内安装控制阀和水表。工业供水管道总长度为18.002 km,其中工业总干管长度9.017 km,其中4.926 km 采用DN450 承插式涂塑钢管,其余4.091 km 采用DN400~DN315 PE 管（管道设计压力1.0 MPa/0.8 MPa）；工业分干管2 条,总长度6.467 km,采用DN250~DN32 PE 管,管道设计压力0.8 MPa/1.0 MPa；工业支管13 条,总长度2.518 km,采用DN250~DN32 PE,管道设计压力0.8 MPa/1.0 MPa。工业供水线路上根据相关规范及实际地形情况设置有71 座附属建筑物,包括控制阀井7 座、检修阀井2 座、减压阀井2 座、流量计井3 座、排气阀井31 座、排水阀井13 座、末端控制阀及水表井13 座等。

农业灌溉共关井压采43 眼水井,控制面积8760 亩。工程利用农业加压泵、农业总干管将水提至2000 m3高位蓄水池,再利用重力流经农业分干管、支管输水与每个井点的现有农田灌溉管道首部连接,每个连接处均设置有控制阀井,井内安装控制阀和水表。农业灌溉输水管道总长度为29.274 km,其中农业总干管长度5.761 km,采用DN700 承插式涂塑钢管；农业分干管3 条,总长度13.818 km,均采用PE 管,管径DN630~DN110,管道设计压力0.6 MPa；农业支管38 条,总长度9.695 km,均采用PE 管,管径DN250~DN90,管道设计压力0.6 MPa。输水线路上根据相关规范及实际地形情况设置112 座附属建筑物,包含有控制阀井12 座、检修阀井1 座、减压阀井4 座、流量计井11 座、排气阀井27 座、排水阀井17 座、末端控制阀及水表井40 座等。

2.3 运行补贴

建设项目的年运行费指项目运行初期和正常运行期每年所需支出的全部运行费用。

农业灌溉用水实行政府补贴,即引黄水价为1.95 元/m3,其中政府补贴1.20 元/m3,实付水价按照0.75 元/m3进行计算,农业灌溉用水需106.76 万元。工业供水近期用水量93.15 万m3/a,年抽水耗电量为102.50 万kW・h,电价按当地农业灌溉电价0.5 元/（kW・h）计算,年燃料动力费（电费）为51.23 万元,工业供水远期用水量203.62 万m3/a,年抽水耗电量为224.00 万kW・h,电价按当地农业灌溉电价0.5 元/（kW・h）计算,年燃料动力费（电费）为111.99 万元；本工程农业灌溉和工业供水用水量的年燃料动力费为190.02 万元~250.78 万元。水资源费方面工业为0.50 元/m3，农业不计。工业供水近期用水量93.15 万m3/a,则工业每年水资源费为46.58 万元；工业供水远期用水量203.62 万m3/a,则工业每年水资源费为101.81 万元。

3 结语

针对怀仁市地下水超采问题,采取封停取水井,同时结合引黄工程完成水源置换的综合治理措施,遏制了地下水水位下降趋势,改善了环境地质,重塑区域水资源配置和经济可持续利用格局。

怀仁市基于当地引黄工程的先天优势,按照山西省确立的充分利用黄河水和应急水源工程为依据,结合区域工业用水和农业灌溉用水大规模打井取用地下水的现状,拟定了水源置换+封井压采的治理思路,从水资源供需平衡分析,水源替换可行性、工程总体布置及后期运行水价和政府补贴等方面提出了全过程的治理对策,确保超采区地下水压采措施可行,后期运行可持续,为地下水超采区的治理提供了借鉴思路。

地下水超采治理需要建立全过程治理思路,精准定位区域治理目标和实际水资源禀赋条件,制定适宜的水资源配置方案和治理措施,从而确保治理效果。