山区典型乡镇水资源开发利用问题破解

邢国章，董殿伟，孙少游，董子建（北京市地质工程勘察院，北京100195）

山区典型乡镇水资源开发利用问题破解

邢国章，董殿伟，孙少游，董子建
（北京市地质工程勘察院，北京100195）

我国北方地区天然水资源缺乏，多数乡镇行政区域未开展过专门的水资源评价工作，水资源开发利用规划性差，制约社会经济发展。北京门头沟区潭柘寺镇水资源供应主要依靠地下水，存在水资源短缺、利用效率低、开发利用理念和设施落后等问题，具备北方城镇水资源分布和开发利用的典型性。在最严格的水资源管理制度的形势下，本文以潭柘寺镇为例，开展了水资源调查、评价和需水预测工作，该镇可利用水资源量80×104m3，2015年的需水量310×104m3，水资源严重短缺。针对水资源开发利用存在问题和缺水问题，文章提出了外调水源、再生水利用、内部挖潜的策略，为城镇发展规划提供了依据，为乡镇区域落实最严格水资源管理制度提供了参考。

水资源调查；水资源评价；供需平衡分析

0　引言

水是人类社会赖以生存和发展的不可代替的自然资源，是区域人口、经济、社会发展的重要保障（何晓光等，2001；徐良方等，2002）。为加强水资源管理，解决水资源水环境问题，实现经济社会的可持续发展，2012年国务院颁布了《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，要求实施最严格的水资源管理制度。受整体发展水平限制，我国一般乡镇区域水资源评价工作未开展或研究程度低，不利于水资源最严格管理制度的实施，难以满足新型城镇化发展形势的要求，尤其是水资源短缺地区更为突出。水资源最严格管理制度的实施需要查清水资源的基本情况和开发利用问题，提出对策解决水资源的瓶颈问题和水环境问题。

北京市人均水资源量不足300m3，属于北方严重缺水城市（北京市地质矿产勘查开发局等，1998），位于北京山区的乡镇受自然条件限制，其缺水程度更加严峻，水资源不足严重制约了当地经济社会的发展和人居条件的改善，急需解决水资源缺乏和水环境问题。潭柘寺镇位于北京西山门头沟山区，主要依赖地下水进行供水，水资源紧缺与社会经济快速增长矛盾突出，具备北方地区水资源分布和开发利用的典型性（门宝辉等，2003）。本文通过资料收集，在水资源开发利用调查的基础上，对地下水资源进行了计算评价，开展了潭柘寺镇需水预测和可供水能力分析。研究显示，该镇水资源严重匮乏，需进一步实施外调水、雨洪利用、再生水利用等措施，解决缺水问题。

1　研究区概况

潭柘寺镇位于北京市门头沟区东南部，毗邻本市丰台区与房山区，全镇总面积81km2。潭柘寺镇辖12个村，人口11744人，辖区林木覆盖率达到79.5%，气温适中，环境优美，是北京市西部重要的生态旅游名镇。镇域为低山丘陵地貌，四面环山，形成以潭柘镇—阳坡元村一线为轴线的南北向“U”形谷谷地，地势西高东低、北高南低，区域河流为间歇性的刺猬河，由于地表松散沉积物颗粒粗、岩溶裂隙发育，大气降水和地表水入渗能力强，沟谷地表水多呈无水状态。

镇域处于北京太行山山前地带，构造处于九龙山复向斜南翼、谷积山背斜北翼，属单斜构造，基岩裸露，发育有青白口系、寒武系、奥陶系碳酸盐岩及石炭、二叠、三叠系碎屑岩，中东部的 “U”形谷中沉积少量第四系松散沉积物，见图1。第四系厚度一般不超过40m，仅个别地段可达60m，其孔隙水与岩溶水交替强烈；天然状态下，该含水岩组为透水不含水，每年降水通过该层补给岩溶水，仅在个别时间岩溶水可补给孔隙水。石炭系、二迭系碎屑岩裂隙发育不均，仅局部含水透水。区内西部、西南碳酸盐岩地层裂隙、溶隙发育、分布面积广、厚度大，谷地中部岩溶径流区地下水富水性可达1000m3/d；谷地边缘地带北、东、东南地带地层薄，富水性极不均一，不能形成具有统一水面、常年连续的地下径流。

图1　潭柘寺镇地下水资源评价分区Fig.1 The partition on Groundwater Resources Assessment in Tanzhesi town

2　水资源开发利用及问题

2.1水资源开发利用

受山区地形和地质条件限制，潭柘寺镇地表水近10年基本呈干涸状态，仅在雨季出现短时径流，地表水资源严重匮乏，潭柘寺镇用水几乎全部来源于基岩地下水。据调查，全镇生活供水基岩井共有16眼，井深300～700m，单井出水量3～30m3/h，水位埋深一般都大于120m。受地质勘探程度低、地下水位下降、成井工艺差等影响，2000年后区内6眼水井报废，其他水井出水量出现不同程度的下降，严重影响到区域供水安全。

据开采量调查结果，潭柘寺镇2009年全年用水量为84.0×104m3，各业用水情况见图2。潭柘寺镇用水量绝大部分用于生活，只有很少一部分用于农业，用水总量与人口数呈正相关关系（图3），鲁家滩村人口众多用水量最大，王坡村人口最少用水量也相对最小，各村人均用水90～150L/p·d。

图2　潭柘寺镇用水比例图Fig.2 Water Usage pie on Various industry in Tanzhesi town

图3　潭柘寺镇各村人口和用水量关系图Fig.3 The village population and water use related diagrams in Tanzhesi town

2.2存在问题

调查数据显示，潭柘寺镇水资源开发利用存在如下问题：

（1）水资源紧缺，供水保证率低。潭柘寺镇目前生活、农业用水全部依赖当地基岩地下水，由于近10年的连续干旱，大部分农业只能放弃灌溉，依靠自然降雨；基岩水补给缺乏，地下水位迅速下降，出现水井干涸，部分村庄的生活用水只能采取限时供应的方式，水资源严重紧缺，不利于旅游度假、宜居养生的两大战略发展。

（2）供水基础设施不全，缺乏污水处理及再生水利用设施。镇内16眼水井中4眼水井由于成井工艺低，出浑水，致使开泵排放大量混浊弃水，待水质还清才能供给生活、饮用，严重浪费水资源；镇内多数村庄缺乏污水收集处理和再生水利用设施，污水直排，威胁地下水水质安全。

（3）节水制度不健全。镇内农民节水意识不强；用水计量设施没有落实到户；管网有跑冒滴漏现象；镇内仍有企业自备井，无法做到统一管理。

潭柘寺镇水资源开发利用问题不同程度的浪费了水资源，加剧了水资源匮乏的局面。

3　水资源计算与评价

由于受地形、地质条件限制，潭柘寺镇沟谷地表水多为季节性水流，仅王坡村的截流塘坝可蓄水灌溉，蓄水能力达到1×104m3，每年用于附近果树灌溉用水量约1×104m3，除此外其它地表水难以收集利用；松散沉积物颗粒大，透水不含水，该镇绝大部分用水均来自于基岩地下水，因此，对潭柘寺镇基岩地下水进行了水资源计算。

根据基岩地表岩性，计算划分为5个分区（图1），考虑到近些年该区水资源开采程度变化不大，计算时降水年限为1990—2009年，其余各量均为现状年（2009年）。

3.1补给量计算

工作区的地下水补给主要包括大气降水补给、河道渗漏补给、侧向径流等。

（1）大气降水入渗补给量

依据大气降水入渗补给公式计算，见公式（1）。

式中：Q降为降水入渗补给量（万m3/a），P为降水量（mm，取门头沟气象站1991—2010年平均降水量），F为计算面积（m2），α为入渗系数。

大气降水入渗系数依据相关研究报告确定（陈志宏，1998；冯炳兴，1981），其中奥陶系灰岩出露区按0.35，寒武系灰岩出露区按0.25，侏罗系和青白口系砂页岩出露区按0.10，第四系下伏灰岩区按0.20，区内地下水接受降水入渗补给量为1017.9万m3/a。

（2）河道渗漏补给量

该区无境外地表水流入，且王坡村塘坝位于砂页岩分布区，塘坝蓄水量较小，因此忽略河道渗漏补给量。

（3）侧向径流量

区域基岩地下水由西南流向东北，接受西南方向的地下水侧向径流补给，水力坡度在0.005～0.022。采用公式（2）计算侧向径流补给量。

Q流入= K·M·B·I·365·10-4·sinα （2）

式中：Q流入为地下水的侧向流入量（104m3/a），K为渗透系数（m/d），M为计算含水层厚度（m），I为水力坡度，B过水断面长度（m），α为地下水流向与计算断面间角度。经计算，侧向补给量为293.4×104m3/a。

3.2排泄量计算

地下水排泄的主要方式是人工开采、泉水泄流和侧向径流等。

经统计，潭柘寺镇现状年年开采地下水量为84.0×104m3。

据调查，由于连年干旱，潭柘寺镇域内泉水大都已经断流，只有在王坡村的截流塘坝岸边有泉眼，出水量约1.0m3/h，则年出水量约为0.88×104m3。

依据公式（2）计算出潭柘寺镇东部平均侧向排泄量约为1440.6×104m3/a。

3.3地下水资源可采量

对计算结果统计，潭柘寺镇域基岩地下水接受的总补给量为1311.30×104m3/a，总排泄量为1525.48×104m3/a，补排差为-214.18×104m3/a，地下水呈负均衡状态，主要是降水计算时段内存在7年连续枯水年，降水补给偏小造成。但区内地下水水位自1975年以来变化不大，只是近年来受降水量偏少影响，水位稍有下降。说明区内地下水整体处于采补平衡状态。

地下水资源具有多年调节性，地下水可采资源量确定应当以多年平均资料为依据，但是潭柘寺镇缺乏长期地下水动态监测、地下水开采、降水监测等资料，因此，其基岩地下水可采资源量通过均衡计算确定。具体方法为将降水系列计算年限扩展为1975—2010年、开采量为现状开采量，进行均衡计算，根据均衡计算结果确定。经计算，在采用多年降水量（520mm）、现状开采量（84×104m3）情况下，潭柘寺镇地下水略呈负均衡，考虑到现状地下水超采的情况，将现状开采量确定为潭柘寺镇地下水开采资源量，即潭柘寺镇地下水可采资源量为80×104m3。

4　需水预测

《门头沟区新城规划》（2005—2020年）《北京市门头沟区潭柘寺镇镇域总体规划镇区控制性详细规划》，潭柘寺镇发展以休闲旅游为主，辅以特色养殖和观光采摘，2015年规划人口达到3.5万人，2015年游客可达93.3万人次。根据其规划目标对2015年镇需水情况进行预测，经计算降水保证率50%水平年下，2015年潭柘镇需水310.7×104m3，见表1。

表1　潭柘寺镇需水预测结果Tab.1 Water demand forecasts in Tanzhesi town

5　水资源开发利用问题对策与措施

潭柘寺镇水资源调查及评价结果显示，受自然条件限制，该镇水资源紧缺，2015年该镇将缺水达230×104m3，为确保城镇发展，须采取合理的对策和措施，解决水资源开发利用问题和缺水问题。依据我国对该方面问题研究的状况结合潭柘寺镇的水文、地质、水资源利用现状，提出如下对策（庞鹏沙等，2004；郝仲勇等，2000；孙振华等，2013）：

（1）发展污水处理设施，推广利用再生水。污水资源化是普遍认为解决水资源短缺的重要手段和途径，有利于减少排污总量。在城镇人口增加、用水量加大的情况下，潭柘寺镇应当发展污水处理设施，增加污水处理能力，一方面改善水环境，一方面将处理后再生水用于居民生活和绿地灌溉，增加供水能力弥补供水缺口。经计算2015年潭柘寺镇城镇生活污水处理后可提供约100×104m3再生水，将再生水用于农业苗圃、绿地灌溉和居民冲厕。

（2）利用外调水源，解决缺水问题。潭柘寺镇北部碎屑岩相对隔水；中东部松散层覆盖在岩溶裂隙含水岩组之上，厚度较薄，含水岩组为透水不含水，碎屑岩和第四系松散层不具备供水意义，中部岩溶水地下水径流以垂向快速入渗为主，水井出水能力10m3/h，南部寒武系、奥陶系碳酸盐岩含水岩组厚度薄，水力梯度大，富水不均匀，水位动态变化悬殊，常不能形成统一水面的常年连续性地下径流，因此，整个区域不具备建设集中水源地的可能，因此，为解决缺水问题，确保社会经济发展，需外调水源，可根据门头沟和南水北调规划，由门头沟城子水厂调水供水。实施再生水利用后，潭柘寺镇130×104m3供水缺口可由外调水解决。

（3）内部挖潜，提高水井施工工艺，加强节水管理。可在潭柘寺镇南部地区施工较深水井，对岩溶水进行详细勘查，查明构造和地形有利地段的富水情况，提供分散供水水源；对区内水井进行更新或洗井，加强用水节水管理，大力发展喷灌、微灌技术，水表入户，进一步缓解供水紧张局面，并有利于水资源总量控制。

6　结论

水资源条件和开发利用情况的调查以及水资源评价工作开展，为潭柘寺镇实施最严格水资源管理制度提供了依据。由于位于北京西山山区，自然条件差，潭柘寺镇水资源紧缺，用水绝大部分依靠地下水，地下水可采资源量84×104m3，2015年水平年镇缺水达230×104m3，供需平衡严重不均，可通过再生水利用、外调水及加强节水的途径解决水资源开发利用问题，确保城镇发展。

［1］何晓光，钟茂初. 水资源对经济社会发展的影响［J］. 山西财经大学学报，2001，24（5）：39～44.

［2］徐良方，冯国章，刘俊民. 区域水资源可持续利用及其评价指标体系研究［J］. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2002，30（2）：119.

［3］北京市地质矿产勘查开发局，北京市水文地质工程地质大队. 北京地下水［M］. 北京：中国大地出版社，2008：1～2.

［4］门宝辉，赵燮京，梁川. 我国北方地区水资源可持续利用状况评价［J］. 南水北调与水利科技，2003，1（4）：24～25.

［5］陈志宏，刘士城，王进卫，等. 北京市第三水厂改扩建工程供水水文地质勘察报告［R］. 北京市水文地质工程地质大队，1998.

［6］冯炳兴，周启顺，田树润，等. 北京西山能源基地供水水文地质勘察报告［R］. 北京市水文地质工程地质大队，1981.

［7］庞鹏沙，董仁杰. 浅议中国水资源现状与对策［J］.水利科技与经济，2004，10（5）：267.

［8］郝仲勇，刘洪禄. 北京市水资源短缺及对策浅析［J］.北京水利，2000，25（5）：17～18。

［9］孙振华，程明博，张轶洋. 北京市水资源形势与对策［J］. 北京水务，2013，28（4）：10～11。

Analysis of the Issue of Water Resources Development and Utilization in a Typical Mountainous Town

XING Guozhang， DONG Dianwei， SUN Shaoyou， DONG Zijian
（Beijing Institute of Geological & Prospecting Engineering， Beijing 100048）

Due to the lacking water resource in North China， water resource assessments have not been carried out in most regions and towns. The shortage in development and utilization planning of water resource has been a threat to social and economic development. In Tanzhesi Town of Mentougou District in Beijing， watersupplying resource mainly depends on underground water. There are the problems of insufficient water resource，low utilization， backward idea of development and utilization and facilities， which are the typical case of water resource distribution， development and utilization in the towns of North China. In the situation of the most strict water resource administration， as an example of Tanzhesi Town， this paper carries out the work of water resource investigation， assessment and demands forecasting. According to the survey， the available water resource is 80×104m3， which is seriously insufficient for the demand of 310×104m3in 2015. Towards the problems existing and shortage in water resource development and utilization， this paper puts forward the strategy of foreign water mobilization， recycling water utilization and tapping local potentialities， which can provide basis of town development planning and reference of the implement of the most strict water resource administration.

Water resources survey； Water resources assessment； Demand-supply balance analysis

P641

A

1007-1903（2016）01-0094-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.01.019

邢国章（1979- ），男，硕士，高级工程师，主要从事水资源评价、地下水环境、地下水调蓄等研究；E-mail：xgz0914@sina.com