山东省非常规水资源利用现状及途径分析

刘德东 ，石 飞 ，刘廷廷 ，张 娟

（1.山东省水利勘测设计院，250013，济南；2.山东黄河水利勘测设计院，250011，济南）

山东省水资源总量308.1亿m3，其中地表水资源总量205.1亿m3，地下水资源总量168.9亿m3，地表地下水资源重复量65.9亿m3。山东省是资源性缺水省份，全省人均水资源占有量仅为315 m3，不足全国的1/6，仅为世界的1/24，属于人均占有量小于列当地供水工程和外调水工程的情况下，到2030水平年，平、枯、特枯水年仍然分别缺水3.3亿m3、14.2亿m3和24.4亿m3，缺水率分别为1.2%、4.7%和8.2%，平、枯水年仍然存在不同程度的缺水。为全面提升山东省水资源供给保障能力，保障经济、社会、生态环境的健康发展，须走内涵式发展道路，在进一步加大非常规水资源利用方面做好文章。

一、山东省非常规水资源分类及利用现状

非常规水资源又被称为非传统水源、非传统水资源。普遍认为，非常规水资源区别于传统意义上的地表水、地下水等常规水资源，其特点是经过一定处理后可以加以利用，可以在一定程度上替代常规水资源。结合山东省实际情况，非常规水资源主要包括再生水、雨水、洪水、微咸水、矿井水、采煤塌陷区水、海水、空中水等8种。500 m3的严重缺水地区，当地水资源总量仅占全国的1%左右，但耕地、人口和经济总量却分别占全国的6%、7%和9%。随着山东省人口增长，经济社会进一步发展，水资源承载压力将越来越大。根据山东省水资源供需分析成果，在充分考虑节水水平提高、部分非常规水资源利用、规划新建系

1.再生水

再生水指污水经过适当处理后，达到一定的水质标准，能够满足某种使用要求，在一定范围内可进行重复使用的水。再生水是稳定的二次水源，它不仅可以替代大量的优质水，增加可利用水资源量，还能从源头就地截留和消减水污染负荷，有效改善城市水生态环境。

再生水资源量与地区废水排放水量直接相关，理论上如全部废水得到有效处理，并达到再生水利用标准，再生水资源量等于废水排放总量。本研究中，再生水资源量采用废水排放总量进行评估。根据山东省环境统计资料，2015—2017年全省废水排放量分别为 55.0亿 t、50.8亿 t、50亿t，本次研究中全省再生水资源量采用近年排放量最大值55.0亿t。

截至2015年年底，山东省共建成城市污水处理厂301座，形成污水处理能力1 310万t/d，全省城市污水处理厂共处理城市污水39.5亿t。根据《2015年山东省水资源公报》，2015年全省再生水利用量为7.14亿m3，约占污水处理总量的18%，占再生水资源量的13%。

2.雨水

雨水利用方面，针对山东省所处地理位置和气象水文特征，全省山区建设了大量水池水窖等小型集雨工程。另外，2015年以来，以海绵城市建设为契机，全省在新城区建设和老旧城区改造过程中，积极推行低影响开发模式，建设雨水收集利用设施。根据《2015年山东省水资源公报》，2015年山东省雨水利用量为0.46亿m3。根据现状及规划发展情况，按照全省城市建设面积的5%、其他面积的1%面上多年平均降水量计算，雨水资源量为12亿m3，现状雨水利用率约4%。

3.洪水

洪水是由暴雨、急骤融冰化雪等自然因素引起的河湖水量迅速增加或水位迅猛上涨的水流现象。洪水具有资源和风险双重属性，在合理控制洪水风险的情况下，洪水具有很大开发利用价值。

洪水资源量可通过近年流域出口实际出境和入海水量减去不可控大洪水量、河道内生态需水量分析计算。经统计，自1980年以来山东省年均出境和入海水量87.6亿m3，不可控大洪水量按照河流5年一遇以上洪水流量统计扣除，生态水量根据Tennant法分析计算，得出山东省现状洪水资源量为48.2亿m3。

洪水资源利用方面，2014年山东省编制了《山东省雨洪资源利用总体规划》和《山东省雨洪资源利用一期工程实施方案（2014—2016年）》。 其中，《山东省雨洪资源利用总体规划》提出实施洪水资源开发的6大区域，分别是沂沭河流域、南四湖流域、大汶河流域、徒骇马颊流域、潍弥白浪地区和胶东半岛地区，规划实施大中型水库增容、新建山丘区水库等8大类工程，匡算总投资645.74亿元，分两期实施。《山东省雨洪资源利用一期工程实施方案（2014—2016年）》规划实施岸堤水库等18座大中型水库增容，新建龙潭湾水库等8座山丘区水库，新建雾蓿洼水库等25座平原水库，新建乳山河水库等2座地下水库，实施沂沭河洪水调配东线等3项雨洪资源调配工程，新建河湾等10处河道拦蓄工程，匡算总投资229.48亿元。目前工程基本完成,合计新增兴利库容10.57亿m3，新增供水量约6.0亿m3，发挥了重要的洪水资源利用效益。现状一般年份洪水资源利用率约12%。

4.微咸水

微咸水亦称苦咸水，是相对于高卤水、海水等咸水提出的概念，指矿化度在2～5 g/L的含盐水，在我国北方滨海平原和内陆盆地广泛存在。山东省微咸水资源量约5.9亿m3，根据《2015年山东省水资源公报》，2015年山东省微咸水利用量为0.58亿m3，现状利用率约10%。

5.矿井水

矿井水也称矿坑水，由伴随矿产开采而产生的地表渗透水、岩溶水、地下含水层的疏放水以及生产、防尘用水等组成。我国的大型煤矿基地及其他矿产资源丰富地区有大量的矿井水。

根据《山东省煤田矿坑水资源化综合利用区划》，山东省煤田矿坑水涌水总量为76.39万m3/d（2.788亿m3/a），矿坑水产出量较大，但是综合利用量仅为 23.70 万 m3/d （0.865 亿m3/a），仅占涌水总量的31%，其利用率处于较低水平，矿坑水外排量达到52.69万m3/d（1.923 亿 m3/a）。

6.采煤塌陷区水

煤炭开采后往往会出现大面积的塌陷地，其中在沿湖、沿河及平原低洼等地区的塌陷地大多形成了较大范围的自然水面，失去了农业复耕条件，可通过各种措施开发为人工湿地和地下水库，成为可利用的水源地。

据统计，山东全省实有采煤塌陷区面积 101.09万亩（1亩=1/15 hm2，下同），其中有40.34万亩绝产区。采煤塌陷区以济宁、泰安、枣庄、菏泽4个市较为严重，尤其是菏泽市未来将成为采煤塌陷地重灾区。对此，2015年山东省出台《山东省采煤塌陷区综合治理工作方案》，明确实行农业复垦、生态复垦和产业复垦3类模式进行分类治理。其中，轻度塌陷区主要采用农业复垦；中度塌陷区通过挖鱼池筑台田，形成上粮下鱼生产格局；重度塌陷区采取生态治理，通过围湖造岸、植树种草、建设生态湿地和平原水库等方式恢复生态，使其发挥综合效益；对面积较大，轻、中、重各类型都包含的复合型塌陷区，采取产业治理，综合运用上述治理方法，发展种植、养殖、农产品加工、光伏发电以及旅游观光等适宜产业。

目前山东省采煤塌陷区对水的利用刚刚起步。典型示范工程为济宁市借助南水北调东线一期截污导流项目，利用3号井采煤塌陷区建设的人工湿地（平原水库）工程，该工程承接济宁市区部分中水和当地雨洪水，向邹城工业园区、里彦电厂、济三电厂和东郊热电厂等单位供水。工程占地面积8 797亩，全部为采煤塌陷区，总库容1 300万m3，规划供水量1 635万m3/a，同时还承接周边电厂的退水净化处理，实现当地水资源的循环利用。目前工程已承担济三电厂供水与退水年水量480万m3，其他供水工程亦将相继开工建设。

采煤塌陷区水资源利用重点以重度塌陷区且极易形成水面面积的沿湖、沿河和平原涝洼地区为主。据调查，这种塌陷区面积目前山东省已有约40万亩，随着煤炭不断开采，预计2030年将达到60万亩。根据济宁市采煤塌陷区水资源利用示范项目相关数据测算，全省采煤塌陷区水资源总量约4.00亿m3。

7.海水

丰富的海水为海水淡化和直接利用提供了稳定可靠的水源。我国沿海城市较为发达，工业用水需水量大，在工业用水中，60%以上是与产品不直接接触、对水质要求相对较低的冷却用水，可以用海水进行替代。加快海水淡化产业发展已经成为山东省解决沿海地区淡水资源短缺、保持经济社会可持续发展的重要途径。

据统计，目前山东省海水淡化能力约为20万t/d。根据《2015年山东省水资源公报》，2015年山东省年利用淡化海水0.06亿m3，直接利用海水40.88 亿 m3。

8.空中水

空中水指天空中形成降水的含水云团中的水分，可通过实施人工降水增加降水量，缓解农田干旱，增加地表蓄水量。根据山东省人工影响天气办公室资料，截至目前，山东省17个市、114个县（市、区）开展了人工增雨防雹工作，拥有 “三七”高炮394门、火箭发射装置361部、高山碘化银发生器81个；山东省和青岛市人工影响天气办公室租用飞机在春秋两季开展增雨作业。山东省形成了地面催化、高炮、火箭、飞机人工增雨立体网络体系。

国内外试验表明，通过人工增雨作业，目前可增加降水约10%～20%。空中增雨量按照人工增雨影响面积、影响基准降水量、增雨率的乘积计算，空中水资源量按照空中增雨量乘以地表径流系数计算。人工增雨影响面积方面，通常每门高炮控制影响面积约50 km2，火箭发射装置控制影响面积约100 km2，碘化银发生器控制影响面积约50 km2，飞机作业1架次影响面积约8 000 km2，具体影响面积与作业量和碘化银催化剂在云层中的扩散条件有关。根据山东省人工增雨设施的布局分布，估算地面作业装备合计最大控制影响面积约6万km2。山东省年均降水量为680.5 mm，考虑作业时段主要在春秋季，影响基准降水量按多年平均降水量的30%分析，增雨率按20%计算，全省年均增雨量为24.5亿m3；地表径流系数取全省平均数0.19，则全省空中水资源量为4.65亿m3。根据文献，山东多年平均地面和飞机增雨量合计约为13.06亿m3，将增雨量乘以径流系数和地表水可利用系数作为现状空中水利用量，估算山东空中水现状利用量为1.29亿m3，约占空中水资源量的28%。

经初步统计，山东省现状再生水、雨水、洪水、微咸水、矿井水、采煤塌陷区水、海水淡化、空中水等8种非常规水利用总量约16.45亿m3，其中再生水利用量最多，占总利用量的43%。除海水外，山东省非常规水资源总量约132.54亿m3，现状利用率约12%，非常规水资源开发利用前景广阔。山东省非常规水资源现状利用情况见表1。

表1 山东省非常规水资源现状利用情况表

二、非常规水资源利用途径

1.再生水

由于各地进水水质情况、出水水质要求等不同，目前再生水的处理工艺组合各不相同。根据处理模块组成的不同，主要有两大类：①污水处理厂→再生水厂→再生水管道→用户；②污水处理厂→人工湿地→用户。再生水主要用于城市景观、市政杂用、部分工业，具有替代淡水、增加供水、减少排污的作用。

2.雨水

雨水的利用可分为城市和农村雨水资源的利用。其中，城市主要采取绿地下切、建设渗井渗沟、透水路面、集蓄水设施等增加雨水的下渗或集蓄，农村采取的雨水利用措施包括坑塘、水池、水窖等小型蓄水工程集蓄雨水，用于灌溉等。

3.洪水

洪水资源的利用主要通过水库、拦河闸坝、引调水工程、蓄滞洪区、湿地等，发挥蓄、调、渗的作用，将洪水转变为可利用的水资源。

4.微咸水

多年来,我国在微咸水利用方面开展了广泛研究、探讨和推广,其利用方式概括起来主要包括微咸水灌溉、微咸水淡化、微咸水养殖以及其他工业冷却循环利用。

5.矿井水

矿井水资源化主要根据水质、水量、水温及周边经济社会发展状况，经处理（包括沉淀、深度过滤、混凝、氧化、生物降解等）因地制宜加以利用。利用途径主要包括：井下生产用水(如喷淋、灌浆、降温、消防等)、地面日常用水(如降尘、洗浴、绿化、清洁等)、洗煤厂用水、火电厂冷凝补充用水、水生种植养殖、农田林地灌溉、城镇工业供水、水源热泵（利用水源热泵提取热量后，可以应用于井口防冻、职工浴池、建筑物采暖及制冷、恒温养殖种植）、生态蓄水 （塌陷区蓄存、建设湿地）等9项利用方式。

6.采煤塌陷区水

采煤塌陷区水的利用可参考济宁市利用3号井采煤塌陷区建设人工湿地（平原水库）的做法，利用采煤塌陷区承接部分中水和当地雨洪水，经人工湿地净化向工业园区、电厂等供水。

7.海水

海水的利用可以分为海水淡化、海水直接利用、海水化学资源综合利用、海水稻种植等4个方面。

8.空中水

空中水的利用通过人工增雨实现。主要是利用自然云的微物理不稳定性，在适当的云雨条件下，选择适当的时机和部位，针对不同的云，采用相应的人工催化技术方法，给水汽或小水滴以“促进力”，使其有能力去吸引另外一些水汽或者小水滴，从而聚成大水滴或者冰晶和雪晶，改变云滴谱分布的均匀性，以利于重力碰并过程的进行，达到增加降水的目的。

三、结论及建议

山东省在水资源供需形势十分严峻的情况下，目前仍有大量的非常规水资源没有得到有效利用，进一步加强非常规水资源的开发利用是实现山东水安全战略的必然选择，也是统筹解决山东水问题的必行之路。建议进一步加大非常规水资源开发利用政策扶持力度，编制非常规水资源利用规划，将非常规水源纳入水资源统一配置。同时，加强非常规水资源利用基础理论与关键技术研究，加大非常规水利用的舆论宣传力度，鼓励全社会共同参与非常规水资源利用工作。