河南省商丘市中深层微咸水资源化分析

冯　斌，冯亿年，方忆刚，郭新体，王　路

(1.中国地质大学(北京)水资源环境学院，北京 100083；2.河南省地质矿产勘查开发局第四地质矿产调查院，河南 商丘 47600)

河南省商丘市中深层微咸水资源化分析

冯斌1，2，冯亿年2，方忆刚2，郭新体2，王路2

(1.中国地质大学(北京)水资源环境学院，北京 100083；2.河南省地质矿产勘查开发局第四地质矿产调查院，河南 商丘 47600)

摘要：根据商丘市水资源、供水现状及中深层微咸水资源的赋存规律、水质特征等，分析了中深层微咸水资源化的必要性和可行性，对微咸水资源化的直接利用、淡化饮用和混合淡化利用等实施方式进行论述，并对其负面效应进行了分析，微咸水资源化有助于中深层可采资源量1.47×108m3/a变废为宝，有利于缓解商丘市供水紧张局面及改善地质环境。

关键词：商丘市；微咸水；资源化

商丘市地处河南省最东部，属黄河冲积平原东南部，地表水属淮河流域，入境水量极少，而地下水中等丰富。由于大气降水、工农业及生活污染、原生水质、开采方式等因素影响，区内地表水可利用资源量匮乏、浅层地下水资源量潜力基本平衡，深层地下水作为主要取水层段属消耗型开采且超采严重，漏斗面积不断扩大，而中深层地下水由于水质较差，目前基本未开发利用，商丘市水资源局势十分严峻。

1中深层微咸水资源化的必要性

商丘市水资源总量22.84×108m3，人均水资源量303.6m3，分别不足河南省和全国的2/3、1/8，远低于国际公认的人均500m3的极度缺水标准。[1]受地域条件限制和工农业及生活污染，商丘市地表水入境水量极少，各河污染十分严重，水质均劣于五类，地下水是主要供水资源，浅层地下水是农业灌溉的主要水源，

城镇居民、企业等饮水以深层地下水为主，深层地下水水位埋深由20世纪70年代的3m下降到目前的60～75m，漏斗中心水位埋深超过80m，水位年平均下降速率约2m(图1)，补给缓慢，水位降落漏斗面积不断扩大，属消耗型强力开采[2-4]。目前商丘市第四水厂引黄工程日供水量约7.5×104m3，剩余城区供水及柘城、虞城等县城供水均以深层地下水为水源，部分供水厂目前采用深层地下水与浅层地下水“分别建井、混合供水”的模式，存在污染、与农业争水、引发地面沉陷等环境地质问题，不宜增大开采及长期超采。因此，中深层微咸水的开发利用是缓解商丘市供水矛盾较好的途径，并通过与引黄水联合调控以减少地下水的开采[5]。

中深层微咸水的开发利用不仅可以减少浅层及深层地下水开采，降低中深层微咸水与深层地下水的水头差，减缓中深层水对深层水越流补给造成的水质恶化，而且能够促进中深层地下水的循环，改善中深层微咸水水质，有利于保障农业用水及环境地质问题。因此，中深层微咸水资源化对本区供水及地质环境是具有显著作用的。

2中深层微咸水资源化的可行性

2.1中深层微咸水水文地质概况

商丘地区地势平坦、视野开阔，第四系厚度400～450m，中深层地下水主要赋存于第四系更新统(Qp)中下部，埋藏深度70～350m，含水层多呈透镜体状，层位较不稳定，岩性以粉砂、粉细砂为主，可见6～8层，累计厚度20～60m，单位涌水量3.0m3/h·m左右，富水性中等，导水系数285.25m2/d，渗透系数10.57m/d，释水系数0.026，水质较差[6-8]。

中深层水因埋藏较深不能直接得到大气降水补给，补给以上游侧向径流及浅层地下水局部越流补给为主；径流方向自西北向东南，径流缓慢，排泄以向下游侧向径流为主；目前没有单独开采，多年来水位埋深基本保持4～7m。

2.2中深层微咸水水质特征

中深层微咸水水化学类型以HCO3·Cl·SO4-Na及SO4·Cl-Na型水为主，矿化度1700～3500mg/L(矿化度一般在1700～2500mg/L之间)，总硬度(以CaCO3计)300～1090mg/L，依据《饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，矿化度、氯离子、硫酸根离子及总硬度等因子超标，口感咸及苦涩。根据中深层微咸水的水质因子含量，本区中深层地下水为陆相沉积的不连续盐渍土的淋滤溶解作用形成的，受古河道变迁、积水洼地及古气候等因素影响成斑块状不连续分布[6-7]。

根据原商丘地区酒精厂5号供水井(井深255m)水质资料，中深层地下水水质为中性、极硬、耗氧量中等的微咸水，属锅垢很多的、具有硬沉淀物、起泡的腐蚀性水(表1)。与深层地下水水质“中性～弱碱性、极软～软、很低～低耗量的淡水，属锅垢很少～较多的、具有硬沉淀物、起泡的非腐蚀性水”[3]比较，中深微咸水不适宜作为工业锅炉用水，在作为饮用水时硬度高且口感微咸苦涩，长期饮用对人体健康有不利影响。

表1　中深层微咸水水质评价表

2.3中深层微咸水动态及资源量

中深层微咸水多年来未被大量开发，水位相对稳定，20世纪70、80年代基本未开采，水位埋深3～5m；80年代末及90年代因城区部分单位、工厂开采，水位埋深6～10m，漏斗中心水位可达17m；由于受中深层微咸水水质较差影响，商丘市生活饮用及工业用水多改为深层地下水及浅层地下水，所以90年代中后期中深层微咸水基本不再开采，水位逐步得到恢复，2011年底水位埋深5～7m。多年来，中深层微咸水水位动态特征呈平缓“向斜”形态(图1)，因此中深层微咸水的水位和资源量基本保持稳定。

商丘市中深层微咸水可采资源量1.47×108m3/a，即每日可采资源量为40.27×104m3，由于中深层微咸水勘查工作少，其资源量还有待通过相关勘查进一步查明验证[9]。

3中深层微咸水资源化的实施方式

根据商丘地区的区位特点、水资源赋存特征，中深层微咸水资源化的实施方式可分为三种形式。

1)微咸水的直接利用。商丘地区微咸水矿化度一般小于3g/L，因此在农业灌溉、微咸水养殖、冷却用水等方面可以直接利用，而在进行农业灌溉时要避开农作物的幼苗期，对于矿化度小于3g/L特别是小于2g/L的中深层微咸水可采用直接灌溉及咸淡轮灌方式进行开发利用，以确保农作物产量及土壤环境[10-12]。

2)微咸水淡化饮用。根据企业、城镇及个体需水规模和水质要求选择咸水处理设备，对微咸水淡化处理后再饮用，缓解商丘深层地下水强力开采局势和农村饮水安全问题，并为解决商丘集中供水的地下水水源的水质氟含量超标寻求有效途径。

3)混合淡化利用。混合淡化是通过中深层微咸水与低矿化水按一定比例进行混合后再利用。在利用微咸水进行农业灌溉时，对于矿化度大于3g/L的微咸水应采用混灌和混灌、淡水轮灌方式进行，混灌时根据两种水的矿化度调整比例，混合后矿化度以小于2g/L为宜[11-12]；对于城镇集中供水，可根据微咸水与深层地下水或黄河水水质指标等按比例进行混合(表2)，根据表2可知：中深层水与深层水按1∶6、中深层水与黄河水按1∶3.5混合比例进行时可满足GB5749-2006集中式供水方式水质限值；中深层水与深层水、中深层水与黄河水按1∶2.5混合比例进行时可满足GB5749-2006分散式及小型集中供水方式水质限质值；中深层水与深层水按1∶3混合比例进行时可满足农村饮水安全工程二级水水质限值。

图1　商丘城区地下水水位埋深多年历时曲线

表2　中深层微咸水混合利用比例计算表

注∶“+”分散式及小型集中供水水质限值，“*”农村饮水安全工程二级水水质限值。

微咸水淡化资源化是商丘中深层微咸水变废为宝，缓解深层淡水资源紧张局势的有效途径；减少中深层与深层地下水的水头压力差，减缓深层水质恶化速度，保护地下水环境，节约淡水资源；通过人工开采利用中深层微咸水打破现状平衡，增加中深层微咸水上游的侧向径流补给，促进淡化中深层水。商丘城区开发深层地下水资源量约2510×104m3/a，中深层与深层水保守按1∶8比例混合可减少开采深层水资源量313.75×104m3/a，如果累计柘城、民权、宁陵、虞城等县可减少开采深层水1.43×108m3/a，该量小于中深层微咸水可采资源量，不会造成中深层水水位持续下降及产生地面沉降等环境地质问题[13-14]。

4中深层微咸水资源化的负面效应分析

中深层微咸水资源化利用不当时，对浅层地下水的水质可能产生影响，造成浅层地下水水质恶化，氯离子、硫酸根离子、溶解性总固体、总硬度等因子超标，因此，生活污水、工业废水排放前做好污水处理工作，而作为农业灌溉用水时要加强利用前的浅层地下水原生水质的化验，充分掌握浅层地下水的水质分区范围、含水层岩性及渗透性等，考虑灌溉时段与雨季的时间关系，中深层微咸水与浅层水的混合比例或直接利用量应适当，避免中深层微咸水资源化可能引发的浅层水水质轻度盐渍化的负面效应。另外，加强地下水的监测工作，进一步掌握不同层位地下水的水力联系，尤其是浅层地下水的水质特征及变化，为区内地下水资源的合理开发利用提供指导工作，及时处理中深层微咸水资源化可能引发的负面效应，确保生态环境和地质环境的可持续发展和利用。

5结论与建议

商丘市属于严重缺水城市，除引黄解决水资源不足外，合理开发利用中深层微咸水是必要的、可行的，商丘市中深层微咸水可采资源量1.47×108m3，采用直接利用、淡化饮用、混合淡化等方式变废为宝是可行的，其负面效应是可控的，中深层微咸水资源化对缓解深层淡水消耗型开采、提高农村饮水安全、增加中深层水侧向径流补给促进微咸水淡化，有利于地下水资源的长期保护和开发，中深层微咸水资源化从水量、水质等条件分析都是可靠的，是保障商丘市经济、社会可持续发展的一个有效途径。

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Analysis of the middle-great depth weak mineralized water resources of Shangqiu city in Henan province

FENG Bin1，2，FENG Yi-nian2，FANG Yi-gang2，GUO Xin-ti2，WANG Lu2

(1.School of Water Resource and Environment，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China；2.No.4 Institute of Geological & Mineral Resources Survey of Henan，Shangqiu 476000，China)

Abstract:Based on the water resource，the water supply，the occurrence regularity and the features of the weak mineralized water resources in middle-great depth in ShangQiu city，the necessity、feasibility、implement way and negative effect of recoverable resources of the weak mineralized water resources in middle-great depth was discussed，which will be beneficial to transform the trash into treasure of the estimated recoverable reserves in 1.47×108m3/a，and improve the geological environment to relieve the burden that shortage of the water supply in Shangqiu city.

Key words：Shangqiu city； weak mineralized water； resources

收稿日期：2015-03-20

作者简介：冯斌(1975-)，男，江西临川人，教授级高工，博士研究生，主要从事水工环地质研究。E-mail：13700709276@163.com。

中图分类号：P641.8

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)01-0074-04