高东东,吴 勇,尹 恒,古广华
(1.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学),四川 成都 610059;2.四川省德阳市节约用水办公室,四川 德阳 618000)
德阳市城市规划区地下水资源现状及保护对策探讨
高东东1,吴 勇1,尹 恒1,古广华2
(1.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学),四川 成都 610059;2.四川省德阳市节约用水办公室,四川 德阳 618000)
通过实地调查及德阳市水文地质、环境地质、工程地质勘察资料的对比研究,较全面的分析了德阳市城市规划区地下水资源的质量现状、保护现状及存在的问题,并对德阳市城市规划区地下水资源保护对策进行了探讨,以期达到控制地下水开采,保护地下水环境,改善生态环境,保障城乡供水安全,促进德阳市经济社会发展的目的。
地下水资源现状;保护对策;德阳市城市规划区
德阳市是全国330个缺水城市之一,也是四川省唯一一个主要靠地下水支撑全市经济社会发展的城市。建市以来,德阳市的地下水的开发利用有效地促进了国民经济的发展,为社会进步和人民生活水平的提高做出了巨大的贡献。但是,由于地下水开发方式的不合理,缺乏统一的规划、管理和保护,许多地方地下水位持续下降,产生降落漏斗,城市废污水入渗,导致部分地区地下水污染严重。因此,加强对水资源的保护,控制地下水的开采,实施地下水保护行动,对德阳市经济社会发展,生态环境改善,保障城乡供水安全,具有十分重要意义。
德阳市属四川盆地亚热带湿润季风气候区,气候温和,降水充沛。多年平均气温 16.1℃。一月最冷,平均气温5℃,极端最低气温 -6.7℃(1975年 12月 15日)。七月最热,平均气温25.7℃,极端最高气温36.5℃(1972年8月21日)。多年平均降水量 896.94 mm,最高年 1 388.7 mm(1961年),最低年531.8 mm(1986年)。降水量季节分布不均,多春旱夏涝秋淋;多年平均蒸发量1 035.31 mm,最高年 1 165.8 mm(1987 年),最低年 933.5 mm(1982 年);多年平均径流深430.1 mm。近13年的年平均降雨情况见图1。
图1 1996-2008年降水量柱状图
区内河流主要为沱江上游绵远河,由北向南流经城区中部研究区,境内河段长16.5 km,属宽浅型复式河床,游荡性河流。河床宽200~400 m。比降2‰左右,最大流量2 235 m3/s(1943),常年洪水流量600 m3/s左右,一般流量40~45 m3/s,枯季流量仅5 m3/s。西南边界为沱江支流石亭江,区内河段长 12.5 km,最大流量 450 m3/s,枯季流量 2.6 m3/s。
德阳市地下水开采主要分为集中型常年性开采、分散型常年开采和分散型季节性开采三大类。前两者主要分布于城区及近郊工矿企业集中区。从图2中可以看出近年来德阳市需水部门中,生活用量水呈缓慢上升趋势,工业用水量呈缓慢下降趋势,农灌用水基本保持稳定。近年来人民生活越发丰富,需水量自然上升;工业需水利用率的不断提高节约了大量的水资源;而农灌用水利用系数提高不明显,因此农灌用水基本保持稳定。
图2 1996~2006年德阳市各需水部门用水量趋势
德阳市城市规划区内地下水开采尚缺乏有效地统一管理,开采井布局大多不合理,长期过量和超强度开采使地下水位持续下降,在部分地带形成多个漏斗。
1993年,成都水文队利用Nemerow综合污染指数法对区内地下水进行质量评价,其地下水环境质量图反映本区局部地带已不同程度地受到了污染,受污染面积为总面积的10.5%,其中严重污染区为0.9%,出现在射洪氮肥厂(现美丰化工厂)和德阳市农药厂附近,重污染区为0.2%,出现在德阳氮肥厂附近,中污染区位0.7%,轻污染区位8.7%。总之,区内地下水污染属于点状污染,未受污染区仍占89.5%[2]。1997年的调查结果表明本区地下水质量 46.6%为良好-较好,5.7%为极差,47.7%为较差。地下水综合评价分值主要受单项含量浓度控制,部分地段地下水综合质量差,主要因为个别组分如铁锰和“三氮”等超标量大所致,前者主要因原生沉积环境所致,后者主要受德阳氮肥厂、射洪氮肥厂含“三氮”和“三废”排放污染[3]。
2006年的综合评价结果表明,区内枯期地下水质量良好的样本数占42.86%,质量较差的样本数占 50.0%,质量极差样本数占7.14%;丰期地下水质量良好的样本数占28.57%,质量较差的样本数占64.29%,质量极差的样本数占7.14%[5]。本次调查区内地下水质量 46.7%为良好,33.3%为较差,20%为极差。总体而言,德阳市平原区地下水综合质量呈缓慢下降趋势(图3)。
德阳市是四川省唯一靠抽取地下水解决工业生产与人们生活用水的重工业城市,由于城市建设和社会经济的快速发展,日益增长的用水需求同水资源短缺、水污染加剧、水环境恶化之间的矛盾日益突出。鉴于以上情况,地下水资源保护势在必行,近年来德阳市行政综合管理、水资源保护措施初显成效,对于地下水超采区也提出相应的治理保护措施。德阳市各部门已经采取和规划了相应的工程措施(表2)与非工程措施。
图3 1997年、2006年、2009年丰期德阳市城市规划区地下水质量对比
表2 德阳市已采取的保护地下水资源措施
为保护德阳市地下水资源采取的非工程措施主要为相应的制度保障。德阳市有关部门也制定和下发了多个文件、通知等。主要有:
加快对沱江干流水污染综合整治,提出“旌湖水三年变样五年变清”的目标的《关于实施绵远河污染综合整治方案的决定》(德府发[1999]01号);
德府函[2002]107号文《关于有计划有步骤关闭自备水的通知》;
市水利局向省水利厅以德水[2002]72号文呈报的《关于对德阳市区实行限制开采地下水的请示》;
省水利厅的川水发[2003]19号文《关于加强我省地下水超采区水资源管理工作的通知》;
省水利厅水资源[2003]118号文《关于加强地下水超采区水资源管理工作的意见》等。
这些文件、制度的制定为进行地下水资源保护行动提供了有力的保障。
降雨是本地地表径流的主要来源,虽然比较丰沛,但由于降雨时空分布及年际变化差异较大,年内径流量大多集中在7、8、9三个月,占全年径流的70%以上,一年内其它时期降水较少,具典型的季节差异特征。
德阳市城区范围内,一方面洪水危害严重,另一方面水资源贫乏。农业用水主要靠都江堰人民渠引水解决,城区工业和生活用水几乎全靠抽取地下水供给。近年来城市规模发展迅速,德阳市城区水资源严重不足的问题已成为城市社会、经济、文化发展,以及人民生活水平提高的一个制约因素。
2006年德阳市规划区境内共2个主要开采降落漏斗,分别为北郊水厂-东电三生活区一带的地下水降落漏斗和耐火材料厂降落漏斗[5]。北郊水厂漏斗影响范围已向西扩至通工厂一带。丰水期在耐火材料厂与05年同期都呈现有较小的降落漏斗,枯期并未监测到降落漏斗,丰期监测面积为0.3 km2。据分析观测得的监测值更大程度上是正在抽水时的动水位。总体上看区内地下水位仍是动态平衡的。
2003年丰期二重厂-工农村降落漏斗为3.75 km2,由于德阳市近些年采取了一些列的增加水量措施,2006年并未监测到具体面积,但是并不代表降落漏斗的消失,因为含水层经弹性释放水后一般很难恢复,只能说明降落漏斗在逐渐减小和消失。
在孝感水厂周围也发现了降落漏斗,据当地居民反映,近些年家中自备水井常有抽不上水的情况,水位埋深和井深都从以前的12~13 m增加到了17~18 m。本次调查估计的面积约为1~3 km2,但是由于孝感水厂在四川省地质环境监测站的监测区外,孝感水厂周围的水位的动态变化详细情况缺乏资料。孝感水厂投产后,北郊水厂取水量有所减小,但加剧了孝感水厂降落漏斗的形成。
2007年,德阳市工业用水重复利用率为69%,较2005年的59%提高了10%,而广州、济南及北京市工业用水循环率已超过90%,成都、青岛、沈阳、上海也达到了 80%左右,相比之下,德阳市工业用水循环利用率在国内处于下游水平,略高于全国平均水平。2007年德阳市万元GDP用水量为438 m3,较2005年的 533.8 m3降低了 18%,但还远高于四川省平均水平286 m3/万元;2007年,德阳市万元工业增加值取水量为260 m3,较2005年降低了11%,略高于全省231 m3/万元的平均水平,远高于全国平均水平168 m3/万元和一些先进城市水平(北京:38 m3/万元,天津:24 m3/万元)。德阳市万元 GDP用水量是发达国家的4~6倍[7]。
农业灌溉仍然是德阳市用水大户,2005年用水量占全市用水量的60%以上,用水管理粗放,输水用水浪费严重,灌溉水利用率仅43%左右,较先进国家低30个百分点。2007年德阳市的灌溉水利用系数为46%,比2005年提高了3%,德阳市亩灌溉水量低于国内平均水平,灌溉水利用系数达到了国内平均水平[7]。
2005年德阳市城镇人均生活用水量为142 L/人·天,高于四川省平均水平,与国内经济发达地区的生活用水水平相比较低。德阳市供水跑、冒、滴、漏现象严重,节水器具普及率为26%,与全省及全国经济较发达地区的水平存在较大差距。
德阳市污染源排放量较大,但德阳市污水处理设施建设较落后,2007年,德阳市的污水处理率为48%,较2005年的35%提高了15%,污水回用率为10%,但污水处理率仍低于四川省54.16%的平均水平,更低于全国60%的平均水平。而且汶川地震给德阳市的污水处理设施造成了一定的破坏[6],污水处理能力也受到相应的影响。
总体上,德阳市平原区地下水综合质量呈缓慢下降趋势,从水化学类型看,2006年地下水以重碳酸钙镁型为主,占监测样本总数的78.57%;次为重碳酸硫酸钙镁型、重碳酸钙型、重碳酸硫酸钙型水,分别占监测样本总数的 10.71%、7.14% 、3.57%[5]。
据本次调查成果,水化学类型按照舒卡列夫分类方法可以分为 HCO3·SO4- Ca、HCO3·SO4- Na·Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg、HCO3- Ca·Mg、SO4- Ca五种类型,其中 SO4型水占到80%,可以看出SO4型水增加,水质较上一监测阶段呈下降趋势。
地表水水体方面,本次调查区内的绵远河和石亭江都是全市工业废水和生活污水的主要纳污水体,绵远河、石亭江等主要河流污染状况都比较严重,基本上达到中度以上污染。2007年德阳市地表水水质监测结果显示:市控断面中,绵远河连山断面总磷及氨氮超标,黄许大桥总磷超标;石亭江市控断面普遍超标,超标物主要为石油类、总磷;两者尚无有毒有害及重金属污染,每条河流下游污染高于上游,城市河段比乡镇河段污染严重,经济发达地区较经济相对落后地区污染突出。据本次调查结果,行业中化工类污水排放量占到了47.7%,污染物种类中 COD占到了90%以上[7]。
德阳市尚未形成真正有效的水资源管理体系,地表水与地下水、城镇与农村、供水与排污、治污,甚至回用等各个环节,仍由各相关部门分割管理,部门之间的关系尚未完全理顺,给德阳市水资源的统一调度、管理、治理带了不便。应建立地表水与地下水、城乡水务一体化的管理机制,方可确保各规划目标任务的全面实施。
现存各取水单位在开发利用地下水中存在超采、浪费等现象,德阳市缺少相应的奖惩措施。如:提高超采区地下水水资源费征收标准,严格用水定额管理,实行计划指标考核加强计量工作,用水实行计量收费和超定额、超计划累进加价制度,促进节约用水。对开发节水新技术、推广节水新工艺、新设施的给予技术支持和政策鼓励等。
1996-2000年阶段内,由于原布设的部分大口井、民井、机井和泉逐年废弃和干涸,监测点由1996年的46个监测点(其中包括5个国家级监测点和北郊水厂的6个降落漏斗监测点)减少到2000年的36个监测点,较1996年减少了10个监测点[4]。
至06年年底,区内共有监测网点27个(其中,地下水水位监测点20个、地下水温监测点17个、水质监测点14个,地表水水位水温监测点3个),主要布设于绵远河以西的 I、II级阶地,绵远河以东的监测网点分布相对较少,仅为5个。较2005年,地下水水位监测点减少2个(D4347-1、D4142),水质监测点调整 1个(D4248-4丰期样调整为D4248 - 1)[5]。
据本次调查显示,孝感水厂附近已形成降落漏斗,而具体形成时间、漏斗规模均没有相应的监测数据,该区漏斗的发展速度及地下水流态变化急需进行监测控制。
针对德阳市地下水资源的现状,地下水保护行动应按照“全面实施、突出重点、注重实效”的总体原则,严格遵守和执行国家颁布的《水法》、《环境保护法》和地方上一系列有关法律、法规。以法治水、管水、用水,提高全社会的环境保护意识,水资源忧患意识;实行预防为主、防治并举。采用分区保护与功能区保护相结合的方法,提出合理的保护目标,以达到治理、保护水资源的根本目的。开展德阳市城市规划区地下水保护工作,可从以下方面着手:
5.1.1 雨洪利用
德阳市主要靠开采地下水供应区内生产生活用水,常年开采地下水必然导致一些列的问题。德阳市降雨虽然比较丰沛,但由于降雨时空分布及年际变化差异较大,因此可在沱江上游修建水库或拦河坝在雨季收集雨洪水,输入下游进行处理后利用,可减少地下水的开采量。在城镇区可收集雨水就近回灌地下,减少雨季溢流污水改善水体环境,同时采用雨水及污水分流系统措施,可以减轻污水厂负荷,提高城市污水厂的处理效果。
收集雨季降雨径流,简单处理用于冲厕、冲车、绿化等;利用透水地面、生态池(坑、井)等拦蓄汛期雨洪加以利用,减少暴雨径流,回补地下水,实现地表水和地下水联合调配,以丰补歉,把补源和防洪相结合,寓资源利用于灾害防范之中,协调人与自然的关系,兴利除害。这些在国内外都有丰富的经验与成熟的技术。
5.1.2 水土保持与生态环境建设工程
可利用收集的雨洪水或水库蓄水等向德阳市城区河段补充环境用水,改善德阳市城区的水质和生态环境。
5.1.3 引水补源工程
可从都江堰引水,通过输水管道入孝感水厂,经处理后再利用。需要注意的问题是:配套工程(如:排污管道的设置)的实施和工程对周边生态环境的影响。
5.1.4 节约用水
城市工业节水:针对德阳市工业用水重复利用率低这一问题,按照国家建设节水型社会的要求,加强产业结构调整,严格控制发展高耗水、高耗能的产业。加大改造的设备及推广节水新工艺、新技术的力度,降低单位产值的耗水量,提高工业用水重复率。特别是化工、机械制造、水泥建材和食品加工是规划重点发展行业,所占比例较大,且节水潜力相对较大,提高这4个行业的工业用水效率对控制工业用水量至关重要。
城市生活节水:推广住宅和公共节水便器、淋浴器,进行市区输配水网改造,减少用水环节跑、冒、滴、漏现象,采取多种措施改变目前城市公共用水浪费现象。最后还要提高居民节水意识。
农灌用水方面:农业灌溉仍然是用水大户,2005年用水量占全市用水量的60%以上,但是利用率仅35%左右。可从以下方面提高利用率:第一,农灌输水进行渠道防渗,这将比不防渗土渠节水2/3;第二,要大力推广地下管道浇灌、喷灌、滴灌、微灌、渗灌技术,以提高用水效率;第三,要搞好水土保持,以减少河道径流,减少入河泥沙,把水土涵养、生态建设与现代农业基础设施建设统一起来。
5.1.5 城市规划区自备井的限采和禁采
地下水过量开采已造成部分区域地下水位下降,出现了漏斗,地下水质出现了不同程度的污染。对城市规划区自来水管网覆盖范围内的所有自备井进行认真检查清理,除生产工艺和特殊需要必须保留外,全部予以封闭。
5.1.6 地下水回灌工程
为减小甚至消除地下水开采的降落漏斗,除加以严格控制开采地下水和相应采取有效措施外,还可对地下水漏斗区采取引用地表水水回灌措施,以达到恢复原地下水状态。另外,地下回灌工程会产生各种效益,诸如供水、水质、洪水控制等。地下水回灌工程国内外已有多项实践与研究,此工程耗费较大,考虑到实际情况,德阳市可在某典型地段进行一试验性工程。
5.2.1 水污染治理工程
德阳市污染源排放量较大,全市污水处理率低于四川省平均水平,更低于全国平均水平。应该对德阳市现有的排污管网进行改造,使之构成较为完善的排污系统,做到雨水与污水分流;可在八角井镇、天元镇企业众多地带建设污水处理厂,通过改造后的排污管道将德阳城区污水引入水处理厂,处理达标后再排入沱江。
5.2.2 城乡水环境综合治理
不能只对市区水环境进行保护与治理,应加强对城市外围渠、河、沟等水系进行综合治理;在农村,可开展沼气恢复与重建工程,对受损沼气池进行修复,提高农村沼气化普及率;加强对农村养殖场污染防治,确保水环境质量和人群健康安全不受畜禽养殖影响。最终达到乡村(城乡结合部)水环境综合治理的目的。
5.2.3 污水回用
建立污水回用系统,污水回用既可以有效地节约和利用有限的和宝贵的淡水资源,又可以减少污水或废水的排放量,减轻水环境的污染,还可以缓解城市排水管道的超负荷现象,具有明显的社会效益、环境效益和经济效益,可将废水或污水经二级处理和深度处理后回用于生产系统或生活杂用。
据本次调查及德阳市环保局资料分析显示,2008年市辖区工业废水排放总量为1 414.5×104m3,可对市区污水处理厂进行改扩建,对处理后的污水进行再利用,减少污水排放量。德阳市可以将污水回用于以下几个方面:一是使用污水处理厂的中水作为景观补充用水;二是作为园林绿化用水;三是作为城市道路冲刷用水;四是作为清洗车辆用水。
5.2.4 控制污染途径
(1)包气带连续渗入:对于市区,合理管理工厂和居民污水排放渠道,及时修补受损排污管道,对于市区周围尤其是农村的废水(废液)坑、污水池、续污洼地、化粪池、排污沟渠、废弃鱼塘等进行规划治理。
(2)包气带断续渗入:及时处理堆放在地表的工业废物及城市垃圾,对农村饲养场统一管理,对于污灌农田、施用的农药制定合理的标准;另外要严格控制大气污染。
(3)地表水侧向渗入:确保企事业单位的污水达标排放,控制地下水开采量,减小降落漏斗;对市区周边居民生活用水排放进行管理和控制。
要解决好水资源的优化配置和高效利用,不只是单纯的技术问题,主要是管理体制。长期以来,多龙管水,直接影响水资源的合理配置和高效利用,主要是机构的体制和职能部门的分工不合理形成的。地表水和地下水,供水与排水,开发与保护,排污与治污,水利与水电、水运和水产,上游与下游,城市与周边,等等,长期以来,管理体制上的分割是水资源合理开发、科学配置、优化调度、高效利用、有效保护的最大障碍。从国内外城市发展的经验看,实行水务一体化管理,这是对水资源管理体制改革的必然趋势和发展方向。它体现了水的自然资源属性和经济资源属性的客观要求,有利于水资源供需矛盾有效地缓解,有利于提高水资源的综合经济和社会效益,有利于提高水资源管理的行政效率,有利于节水型社会建立和巩固。
5.4.1 加强领导
地下水保护行动是一项跨区域、跨行业、综合性很强的系统工程,关系到德阳市经济社会发展的大局,必须切实加强领导。市级地下水保护行动计划领导小组要切实履行职责,加强协调、指导、督促和服务,扎实推进各项工作的开展。计划、水利、建设、环保、国土资源、财政等有关部门要密切配合,通力合作,确保各项措施的落实。各县(市)区也要组建相应的机构。加强组织领导,保证各项措施的落实。
5.4.2 多渠道筹措资金
多方面筹集资金,要保证项目顺利实施,各级必须做好资金筹措工作。
(1)中央投资:根据国家投资政策,积极做好相关方面工作,争取国家更多的投资。
(2)水资源费的筹资:可考虑从直接征收的水资源费中拿出一定比例,市及县(市)区从征收部分也拿出一部分,用于该项工作。
(3)地方财政适当补贴。
(4)贷款:可主要用于城市污水回用和城市工业节水工程。
(5)自筹:城市节水工程资金主要由企业自筹解决,财政可给予适当补贴。
5.4.3 加强项目管理,严格执行国家基本建设程序规定
为保证行动计划的顺利实施,确保各项目标的实现,必须严格执行国家基本建设程序,按照国家关于项目建设管理的有关规定,规范项目报批程序,切实提高项目管理效率。
地下水保护工作关系德阳市的未来发展,建立现代的水资源管理体制,实行水务一体化,理顺水资源管理体制,促进水资源的统一管理可以充分发挥水的资源功能、环境功能和生态功能,推进水务基础设施建设,促进供水、排水、污水处理事业,为实现城市化提供基础设施保障。
2008年5·12汶川特大地震对德阳市经济社会和人民生命及财产造成极大破坏,也造成地形地貌和结构的破坏,对市规划区的地下水流态、水位、水质和水量也有影响。通过对德阳市下水保护现状进行研究,以期达到一个理想目标,即:实现合理开发利用地下水,使超采区的地下水开采得到有效控制,遏制地下水位持续下降趋势;地下水污染地区状况均得到改善,地下水基本达到 III类以上的水质标准;地下水得到合理有效的利用和保护,达到采补平衡;地下水饮用水水源地保护区的水质得到保护;建立比较完善的地下水管理体系和监测监督系统,实现地下水资源的可持续利用。
致谢∶感谢德阳市水务局、德阳市环保局、成都理工大学档案馆等相关工作人员提供资料和帮助。
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[9]陈家琦,王浩.水资源学概论[M].北京:水利水电出版社,1995.
Discusses on Protection Countermeasures of Groundwater resources and Discussions on its Protection Measures in Planning Area of Deyang City
GAO Dong - dong1,WU Yong1,YIN Heng1,GU Guang - hua2
(1.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection(Chengdu University of Technology),Chengdu 610059,Sichuan China;2. Water Conserve Department of Deyang City,Deyang 618000,Sichuan)
The article is based on study on field investigation and comparison of hydrogeology,environmental geology,engineering geology. It more comprehensively analyzes the quality,protection status and problems of groundwater resources in Planning Area of Deyang City so that we can reach the purposes of controlling groundwater exploitation,protecting groundwater environment,improving ecological environment and protection of urban and rural water supply security,developing economic and social in Deyang City.
Status of Groundwater resources;Protection Measures and planning area of Deyang City
TV213.4
B
1004-1184(2012)01-0053-05
2011-05-30
地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室自主研究课题(SKLGP2009Z006);四川省科技支撑计划研究项目(2011SZ0172)。
高东东(1984-),男,河北张家口人,在读博士研究生,主要从事环境水文地质研究。