浙江省地下水资源人工调蓄研究

于淑娟

(浙江水利水电专科学校 ,浙江 杭州 310018)

0 引 言

地下水是水资源的重要组成部分,浙江省地下水资源数量约占水资源总量的1/8,是重要的供水水源,有的地区甚至成为唯一的供水水源,对国民经济发展起着重要作用.科学合理开发利用和保护地下水资源,实施地下水资源人工调蓄,建立地下水资源储备系统,是保障经济、社会可持续发展和浙江未来水安全的一项重要措施.

1 地下水人工调蓄的历史

1.1 地下水储存与调蓄的发展历程

利用地下储存空间来储存水资源并非是一个新概念,早在19世纪人们就有地下储存水的行为.地下储存水资源技术的发展历程,大体上可以划分为3个阶段[1].

(1)无意识阶段(19世纪末期)

1860年巴基斯坦开始修建印度河流域巨大的灌溉系统,大量地表水经灌溉网渠渗入地下.据1965年估计,每年可从灌溉渠渗入地下的水有170亿m3,而天然补给只有80亿m3.埃及的阿斯旺大坝建成后,每年有若干亿立方米水从水库下渗大西部沙漠中地下砂岩含水层中,形成了撒哈拉沙漠最大的地下储水区.

(2)主动调蓄阶段(19世纪末到20世纪60年代)

美国1889年就开始进行地下人工补给的研究与实践,但这项研究被引起足够重视是在20世纪30年代.纽约东部的长岛地区为了满足空调系统的需要,大量开采低温地下水,致使区域地下水降至海平面以下,导致水资源枯竭和海水入侵,引起政府关注并与1933年通过一项决议,要求空调用水为目的的抽取地下水的同时,必须通过注水或渗透对地下水进行补给,并在30年代得到推广.与此同时,加利福尼亚州于1951年开始研究在滨海地区进行人工补给阻止海水入侵问题.到1955年,加州每天的地下水人工补给量达到1.42万m3,占美国人工补给总量的一半.

(3)调蓄发展阶段(20世纪70年代)

20世纪60年代后期 ,地下水人工补给引起了更为广泛的关注,世界各地在长期的地下水人工补给实践中,拓展了其服务领域和功能,使得地下水人工补给不再仅仅在地下水超采区进行,而是逐渐将地下水人工补给、地下储水和地下水的开发利用有机会结合了起来,发展了利用含水层进行水资源人工调蓄的方法,即在丰水或用水量少的时期,将多余的地表水体(包括处理达标的废水)采用地下人工补给技术引入地下,储存在含水层中,等到枯水季节或用水高峰期时再开采出来,同时腾空了地下含水层,为下一次人工补给创造了条件.这样便形成了一种以含水层为主体的水资源人工调蓄系统,这种调蓄系统含义和技术已超出了地下人工补给技术.

1.2 国内外地下水人工调蓄

国外采用的地下水调蓄人工补给模式可概括为两类：一类为利用渗水池、坑塘、沟渠或稍加整理的天然河道等地面设施,使水渗人地下.这类模式适用于冲积扇和冲积平原由松散沉积物组成的潜水含水层,特别是古河道地带,一般它们与上游水库联合运行,效果更好.另一类是通过管井、大口井、辐射井和廊道等输水设施,补给地下水.这类模式占地少,且可向深部承压含水层注水,但投资高、设备复杂、注入水须预处理,泥沙混浊度必须小于0.1%.

我国利用人工补给技术是在20世纪50年,上海一些工厂采用废弃深井回灌的方法增加附近深井的出水量.1963年,上海广泛开展人工补给地下水的实验研究,有效控制地面沉降.20世纪70年代中期,在我国的黄淮海平原开展大规模地下水人工调蓄的调查评价工作,1970年山东省恒台县第一个无坝地下水库引渗工程开始修建,拦引河道弃水补给地下水.20世纪80年代以来,先后开展了“华北平原水资源地下调蓄措施研究”和“浅层地下水人工回灌综合技术实验研究”,积累了一定的资料和成果.1990年以来,山东先后在龙口、烟台、青岛兴建大、中型有坝地下水库进行调蓄,对解决当地水资源短缺起到显著作用.

20世纪90年代,浙江部分地区由于地下水开发过度,导致地面沉降.为了进一步遏制地面沉降,浙江嘉兴、宁波等地对地下水采取“从严控制、限量开采、推行回灌”的原则,在地面沉降较严重、含水层厚度大、岩层颗粒粗、渗透力强的区域,选择成井时间晚,管壁坚固的停用深井实施回灌.1994年宁波用水大户和丰布厂、万信纱厂、人丰布厂等地下水大户利用深井进行回灌.“十一五”期间嘉兴新建人工回灌井18口,虽然浙江省地下水回灌主要为控制地面沉降,但上述实践为浙江省开展地下水人工调蓄与水资源储备体系的建立提供技术支撑.

2 浙江实施地下水资源人工调蓄的可行性分析

2.1 地质条件

浙江省地势总体由西南向东北倾斜,呈阶梯状下降,有低山丘陵区、南沿海丘陵平原及岛屿区等多样地质结构,浙江地下水主要赋存以松散岩类孔隙水(孔隙水)为主.

(1)河谷冲积、洪冲层孔隙潜水(河谷潜水)广泛分布于钱塘江等主要河流山间洼地及中下游河谷地带.主要含水层由全新统冲积砂砾石组成,常以河漫滩展布,渗透性良好,地下水补给性好.其次为全新统洪冲积含粘性土砂砾石或上更新统冲积砂砾石含水层,渗透性较弱.上述含水层均呈连续分布,全省总面积约6 638 km2.

(2)滨海河口平原孔隙潜水(潜水)广布于自杭嘉湖至平阳、苍南沿海平原浅部细颗粒地层中,总面积约18 169 km2.含水层分为冲湖相、湖沼相粘性土和冲海相粉质粘土、粉细砂两类.冲海相含水层主要分布于各大河流河口地区,钱塘江下游富阳、杭州、萧山、直至上虞和慈溪分布最广.

(3)沿海平原孔隙承压水(承压水)分布于浙北平原和浙东、浙南各沿海平原.含水层(组)由各地质历史时期的冲积砂砾石、砂组成,并呈带状“古河道”分布.约以象山港为界,其北的钱塘江、苕溪、曹娥江和甬江等古河道均向北汇入古长江水系,其南的椒江、瓯江、飞云江等古河道向南东汇流,向海域延伸,构成广阔的承压水系统.含水层组具多层结构,上部为海相淤泥质粘性土覆盖,含水层(组)间由较稳定的相对隔水的粘性土相隔离.

此外,分布于浙西钱塘江区和浙西北苕溪山区,呈北东向断续出露于开化—昌化、常山—建德—富阳—杭州、桐庐—临安—余杭、江山—常山、诸暨—绍兴的复向斜内的岩溶为地下水赋存提供良好地质条件.

2.2 技术条件

地下水人工调蓄技术主要是采取地下水人工补给(Artificial Recharge,AR)和含水层储存和回采(Aquifer Storage and Recovery,ASR).地下人工补给技术就是采用一定工程技术措施,将符合规定水质标准的地表水或潜水,直接注入或渗入某特定含水层的活动.含水层储存和回采是指在丰水季节将水通过注水井储存到合适的含水层中,当需要的时候,在通过该井将水抽去出来以供使用.具体的技术方法有：水井补给法、雨水渗透槽补给法、地下灌水管渗透补给法、田间渗透补给法、沟渠塘入渗补给法、深浅井联合补给法[2].

2.3 管理技术

地下水库管理包括地下水库的日常运行管理与调度.日常运行管理主要是建立一支高效的管理队伍,建立一套完善的规章制度.如地下水库的隶属、管理权限;地下水库的组织管理机构;地下水资源水权问题;库区内地下水的开发与管理;库区范围内地表水、地下水、水质、水量的监测、管理与调度;库区范围内水资源工程建设;库区范围内与水有关的生态环境问题监测.

日常调度原则：(1)基于地下水库调蓄能力(储水能力、纳水能力及开采能力)以及地面可用补给水源的总量;(2)以实现地下水库的多年调节为主;(3)有利于地下水库工程效益的发挥;(4)有利于库区水资源的合理配置、高效利用和管理;(5)有利于地下水库区社会、经济的可持续发展;(6)有利于生态环境的改善和可持续发展[1].

3 实施地下水资源储备的建议

3.1 转变观念,加快地下水资源储备系统规划工作

在充分发挥现有地表水储备系统作用的同时,加紧进行地下水资源储备系统规划,用10～20年时间建立满足中长期水资源需求的地表与地下多层次储备系统.把地下深层水作为长期战略资源进行储备,浅层地下水和地下水回灌作为中期水资源储备.应全面系统地进行全省范围的地下水资源计算评价,确定可采资源量,研究固体废弃物的堆砌、填埋对地下水质的影响,同时实施地下水战略储备.山区主要以涵养保护为主,切实保护好地下水补给源头的水环境质量,并采取有效措施增加补给.平原区主要以有效恢复地下水的量与质为主,通过开采控制、联合调蓄、污水资源化等措施,在保障城市供水水源安全的同时,实施战略储备.城市围绕水源供给保障、地下水污染预防控制、地下水资源储备、地面沉降有效遏制、湿地重建等诸多问题,通过调整开采布局,控制开采量,实施地下水与地表水联合调蓄等人工干预,使地下水切实得到逐步蓄养.

3.2 建立地下水资源储备协调机构

地下水资源储备是一项跨行业、综合性很强的系统工程,它需要各方面专家的共同努力.按现行水资源管理体制,地下水归国土资源部门管,地表水归水利部门管,多部门的水行政管理不利于地表水和地下水的统一管理和水资源储备.从资源管理和未来发展的角度来看,水资源储备包含水资源分配、使用和储备.因此,在规划水资源储备区域范围内,无论是水资源储备模式的选择,还是储备规模的确定,都需要有一个高层协调机构,建议成立一个综合性水资源储备协调机构.

3.3 完善水资源储备政策法规体系

在政策方面,严格控制地下水开采,落实地下水取水定额;对超采、乱采地下水应加大执法力度;对采取地下水人工回灌技术工程财政应给于补贴.鼓励、引导各级政府根据当地具体的水资源状况及社会经济条件进行地下水资源储备与调蓄,如对中心广场、大型小区增设集雨的设施;对污水要进行资源化处理后回灌到地下,以此实现以水资源的可持续开发利用,支持经济可持续发展的战略目标.

3.4 发展地下水资源储备的科技保障体系

地下水资源储备科技保障体系的建立,应该以构筑与水资源优化配置相适应的工程技术体系.近期要加强以下几个方面工作：(1)加紧地质勘探工作,在温瑞、温黄平原、金衢盆地、杭嘉湖平原寻找适宜地下水库地址;(2)加强地质信息收集与地下水水位、水质的监控;(3)在城市中修建小型水利工程,收集雨水、洪水,并回灌到地下储存;(4)加强地表排污工程建设.

3.5 建立以政府投入为主的资金保障机制

地下水资源储备主要是依靠政府推动与实施,同时,可以通过市场化运作、引入商业保险等方式来控制储备成本、防范风险.建立以公共财政投入为主的资金保障机制,对长期储备所需资金主要由中央与地方政府承担,中期储备主要由地方政府承担,国家应给予一定的补助支持.

4 结 语

浙江省地下水赋存主要以松散岩类孔隙水(孔隙水)为主,丰富的降水和地表径流为地下水的形成、富集和人工蓄水提供了有利地质条件,国内外的实践为浙江省人工蓄水提供技术和管理条件.因此,转变观念,制定地下水资源储备战略是保障浙江水资源安全的重要举措.

[1] 李砚阁.地下水库建设研究[M].北京：中国环境科学出版,2007：125-146.

[2] 费宇红,崔广柏.地下水人工调蓄研究进展与问题[J].水文,2006(8)：10-13.

[3] 张光辉.南水北调中线石家庄受水区地下水修复潜力及水位变化[J].地质通报,2007(5)：583-589.

[4] 陈克森.山东省集雨增补地下水与水资源可持续利用探讨[J].水文,2003(2)：28-31.

[5] 邱卫东.控制地下水开采总量鼓励人工回灌[J].能源工程,1997(3)：10-11.