沧州地区深层地下水资源保护对策研究

刘兰芳,孙炳华,康 丽

(1.河北省沧州市水利科学研究所,河北 沧州 061000;2.河北省水利水电勘测设计研究院,河北 天津 300250)

沧州市是华北乃至全国最缺水的地区之一,属深层地下水严重超采区,水资源短缺已成为制约经济社会发展的瓶颈。多年来,靠大量超采深层地下水来维持国民经济的发展和人民生活的基本需求,造成地下水位持续下降,由此引发了地面沉降、水环境恶化等一系列地质环境问题。因此,解决水资源危机,加强地下水管理与保护已刻不容缓。

1 深层地下水资源利用现状

沧州市的深层地下水是指埋藏深度(地面以下)250～350m,含水层以中砂、细砂为主的第Ⅲ含水组和埋藏深度350～550m的第Ⅳ含水组,第Ⅲ、Ⅳ含水组是沧州市深层淡水的主要含水层和开采层。

沧州市深层地下水的开发利用始于上个世纪六十年代中、末期,至今已有 40余年的历史。

据资料显示,沧州市深层地下水多年(1989-2006)平均开采量为 7.74亿 m3,多年平均超采量为 4.82亿 m3,多年平均开采系数为 1.65,远远大于开采系数小于 1.0的目标。

2 深层地下水超采引发的生态环境问题

由于长期超采地下水,造成地下水位持续下降,已引发了地面沉降、水环境恶化等一系列地质环境问题。诸如:

2.1 形成了 1.4万 km2的地下水“漏斗群”

由上个世纪七十年代末期形成的沧州市市区“地下水漏斗”,因地下水的连年超采使地下水漏斗面积不断扩大,以 -50m埋深等值线为例,1975年 -50 m埋深等值线所包围的面积为 76 km2,南北长约为9km,东西宽约为16km;2005年漏斗区 -50m埋深等值线所包围的面积已达到6862 km2,占全市面积的 49%。漏斗区面积 30年内增加了6786 km2,平均年增长速度为 242 km2。

从漏斗东西方向的剖面图可以清晰的看出,漏斗区在纵向和横向的发展趋势迅速。如今漏斗形态已发生了变化,和其它漏斗连成了一片,从单一漏斗发展成复合漏斗,并已形成了 1.4万 km2罕见的地下水位降落“漏斗群”。

2.2 地面沉降

由于长期超采地下水,地下水位持续下降,第Ⅲ、Ⅳ含水组与上覆地层原始平衡状态被打破,孔隙水承压力减小,在上覆地层压力不变的情况下,孔隙水承压力减少部分转嫁给岩土颗粒骨架,使其压力增大,导致土体压密而地面下沉。

据测定沧州市区 1970年地面累计沉降量为 9mm,1990年累计沉降量1 131 mm,2005年累计沉降量已达2 236mm(图 1),平均每年下降速率为 100.4mm。

图1 沧州市城区沉降中心累计沉降量图

地面大幅度沉降同时也引发来了一系列社会、地质生态环境问题:其主要有城区内涝积水严重,水利工程防洪能力降低、测量标志数据造成失真;对楼房、铁路、公路、桥梁、管线等地面、地下建(构)筑物的安全造成的危害。

2.3 咸淡水界面下移

由于深层地下水的严重超采引起咸淡水界面明显下移。据沧县典型区研究资料显示,咸淡水界面平均下移18m,最小下移 10m,最大下移 50m。深层地下水环境恶化。

2.4 河道行洪能力降低

由于地下水的超采,地下水位持续下降,致使土壤含水层因弹性释水后产生收缩,继而引发了大面积的地面下沉。而这种地面下沉在平面上不均匀,因此一方面使局部河段堤顶高程随地面下沉而降低,另一方面不均匀沉降又会产生提防裂缝,严重影响了河道原有的设计行洪输水能力。

2.5 机井报废加快,提水成本增加

地下水位埋深的逐年降低,造成提水机具因扬程不足不断更新,单井单位涌水量减少,水井取水运行费用增加,机井报废速率加快,提水成本费增高。

综上所述,扼制地下水环境恶化,迫在眉键。

3 地下水保护对策初探

3.1 建设适宜沧州区域水资源优化配置的河系水网

以南水北调配套工程和引黄工程规划为默契,修正沧州区域河系水网规划,严格组织实施,建设符合沧州区域水资源优化配置的河系水网。通过已有和新建调蓄工程,并利用管道、引渠将之相互连通,提高蓄水、供水能力。按照本地水、外来客水和非常规水“三水”并用的原则,统筹分配、优化调度使用水资源。通过引、调、蓄水利工程及配套的供水工程建设,构建和完善水资源优化配置的河系水网,为宝贵的外调水资源引的进,留的住,用的上提供平台,为 “三水”的调控提供工程保障,达到保护、涵养地下水的目的。

3.2 开发利用非常规水 扩大供水量

3.2.1 咸水微咸水利用

沧州市微咸水量为 5.76亿 m3,主要用于农业灌溉、水产养殖及淡化后的生产、生活等,重点利用是农田灌溉。利用咸水、微咸水进行农田灌溉,首先应大力推广和普及咸淡水混浇技术和利用管道一体化技术,将淡水和咸水按一定比例混合后进行农田灌溉。据试验匡算,发展咸淡混浇后,可节约淡水开采量 1∕ 4～1∕ 3。据统计目前沧州市咸淡水混浇灌溉面积 28万亩,年可减少深层地下水开采量约 0.1～1.2亿 m3,若沧州市的微咸水量的 50%被开采利用,就可节约淡水 2.83亿 m3。

3.2.2 再生水利用

再生水是指把污水处理净化达到《生活杂用水水质标准》后,用于农田灌溉、工业辅助生产、城市景观、市政绿化以及建筑和生活杂用等的水。目前,我市仅使用中水一项,全市年可节约深层地下水近 0.1亿 m3。

3.2.3 海水利用

沧州市濒临渤海,近年来,我们积极转变水资源利用观念,开始向大海要水。目前,河北国华沧东发电有限公司一期发电机组可日产淡水 3.25万 m3。其正在筹建的二期和三期发电机组也将全部使用海水,工程全部建成后,该厂能达到日产淡水 20万 m3的能力,将成为全国最大的海水发电厂。此外,沧州正在筹建的华润渤海新区热电机组用水也将全部为海水,可日产淡水 3万 m3,并且处理后的剩余咸水将排入附近的盐场,实现资源的循环利用,零排放,无污染。

3.2.4 雨洪资源利用

通过科学合理规划,加快坑塘、水库蓄水设施建设,新建或修建各类节制闸涵,清淤疏浚河渠;并建设区域水系网络调控工程,结合沧州境内漳卫南运河、子牙河、大清河三大行洪水系的设计和现状情况,在适度承担风险的前提下,详细制定三大河系洪水的调蓄利用方案,将雨洪资源科学调控,达到既可减轻河道泄洪压力、节约抗洪抢险费用,又能缩短蓄滞洪区滞洪时间,减少损失,还可使宝贵的雨洪资源得到充分利用的目的。

3.3 推进农村集中供水建设 实现外调水与地下水顺利切换

农村实行集中供水,既可解决农村饮水不安全问题,又容易实现水源切换,减少对深层地下水的开采。按照我市农村饮水不安全村的地理位置分布,南水北调实现通水后,依托已建工程,利用地表水解决人饮问题,基本实现供水全覆盖,完成水源切换。

3.4 利用先进的节水技术实现水资源高效利用

3.4.1 农业节水

农业节水的主要措施是工程节水和作物节水,同时与农艺节水、生物节水、管理节水及科学的耕作制度相结合。采取工程措施进行节水灌溉,提高灌溉水的利用系数。推广耐旱及耐盐碱等优良作物品种是我市今后农业节水的主要途径。

3.4.2 居民生活节水

随着居民生活水平的不断提高,用水量也会越来越大,努力提高民众节水意识是节水的重要措施。一方面要大力推广节水器具和节水设备,鼓励居民家庭更换节水器具。另一方面要降低输水管网的漏失率。此外,城市建设积极实行双管道分质供水、排水,实现优水优用。

3.5 采用非工程措施向政策和管理要水

3.5.1 建立健全总量控制和定额管理制度

分别制定工业、农业、生活、环境用水总量和定额的“双控”指标以及供用水计划。工业用水制定用水总量、综合万元增加值取水量及主要产品的用水定额等指标;农业用水制定用水总量、综合灌溉用水定额及主要作物的灌溉定额等指标;生活用水制定城乡居民生活用水总量及用水定额等指标。

3.5.2 严格落实取水许可和水资源论证制度

在全市境内,严格控制地下水开采总量,加强取水监管,坚决制止无序开采。对沧州市范围内的建设项目,必须严格执行取水水资源论证和取水许可制度。实施“三同时,四到位”制度,确保水资源有序高效利用。

3.5.3 提高水价促进水源切换

提高自备井水价(水资源费)是促进水源转换的重要措施。争取在南水北调通水前地下水价(包括水资源费)不低或略低于引江水价。同时按照供水不同用途,制定不同水价标准,超定额用水部分按阶梯式水价累进加价。

3.5.4 制定非常规水利用优惠政策

开发利用微咸水、咸水、海水、雨水、再生水等非常规水是弥补沧州淡水缺乏、控制地下水开采量的重要途径,是宝贵的替代水源。政府应制定相关优惠政策,鼓励开发利用非常规水,对建设项目采用非常规水作为供水水源的,应优先审批和支持;对利用非常规水进行农田灌溉、养殖、种植的,应给予大力支持和资金补贴。

4 结语

沧州市是最严重的资源性缺水地区,地下水超采已造成了严重的环境恶化,针对当前的地下水超采现状和日益脆弱的水环境,应进一步加强对沧州地下水的保护,有效遏制水环境日益恶化趋势,改善和修当地水环境,促进人与自然和谐,加快经济社会健康、持续科学的发展。

[1]河北省沧州市水务局 河北省沧州市地下水保护行动试点研究报告,2009.12.

[2]胡荣花,王婧雅,等 .浅议沧州地表水环境综合修复技术及应用[J].地下水,2009.

[3]河北省沧州市水利局.沧州市水资源调查评价及对策,2004.04.