淮北平原地下水资源开发利用及保护研究

赵 晖 陈小凤

(1.中国水利学会,北京 100053;2.安徽省水利水资源重点实验室,安徽 蚌埠 233000)

淮北地区地处安徽省北部,东接江苏省,南临淮河,西与河南省毗邻,北与山东省接壤,包括阜阳、宿州、淮北、淮南、蚌埠、亳州 6个市27个县(市郊区),总面积约占全省的1/3。该地区以全省约20%的水资源量,支撑全省约50%的耕地和约 43%人口的用水需求,是安徽省水资源较为缺乏和开发利用程度最高的地区之一。地下水资源是该地区城乡生活和工农业生产的主要供水水源,其数量和质量对生活、生产、生态用水具有举足轻重的作用。研究地下水资源开发利用策略及保护方案,对于地下水资源的科学管理及保障淮北地区经济社会可持续发展具有重要的现实意义。

1 开发利用现状评价

1.1 地下水资源评价

淮北平原地区浅层地下水资源量为 65.19亿m3,地下水资源量模数为17.8万 m3/km2。在平原区多年平均地下水总补给量中,降水入渗补给量占总补给量的91.1%,而地表水灌溉入渗补给量、井灌回归补给量、地表水体渗漏补给量分别仅占5.8%、0.8%、2.3%;在平原区多年平均地下水总排泄量中,潜水蒸发量、实际开采量、河道排泄量分别占总排泄量的57.8%、18.3%、23.9%。淮北地区浅层地下水资源量西部地区略多于东部地区,但地区分布差异不大。

淮北地区岩溶裂隙水资源量为 3.17亿 m3,折合86.9m3/d,主要集中在东北部地区,降雨入渗补给量、越流补给量、侧向补给量分别占水资源量的32.4%、55.0%、12.6%。

淮北地区中深层、深层孔隙水资源量为9.99～14.41亿 m3,平均为12.20亿 m3,主要分布在中西部地区,越流补给量、弹性释放量、侧向补给量分别约占水资源量的 84.1%、15.3%、0.6%。

淮北地区大面积分布着Ⅱ、Ⅲ级浅层地下水,局部地区为Ⅳ级,主要超标因子为 COD、总硬度、溶解性总固体、NO2-;岩溶裂隙水多为质量较好的Ⅰ级水,但位于人口密集区的淮北市区的部分岩溶裂隙水水质仅为Ⅳ级,主要超标因子为总硬度、pH值、COD、NO3-、NO2-、NH4+;中深层孔隙水多为Ⅲ级水,局部地区为Ⅱ、Ⅳ级水,主要超标因子除原生的Fe、Mn、F-外 ,主要为 COD、NH4+。

1.2 开发利用现状

根据调查分析,淮北地区现有浅层地下水生产井16.7万眼,其中配套机井10.3万眼,供水能力占地下水现状供水能力的81.4%;深层地下水生产井0.09万眼,均为配套机井,供水能力占地下水现状供水能力的18.6%。

淮北地区供水总量为55.3亿 m3,其中地下水供水量占总供水量的52.2%。在地下水供水量中,浅层淡水(包括岩溶裂隙水)占83.7%,深层承压水占16.3%。1980～2006年,总供水量年增长率为 4.08%,地下水总开采量年增长率为 4.32%,其中浅层淡水(包括岩溶裂隙水)、深层承压水的开采量年增长率分别为 4.53%、3.37%。

淮北地区地下水用水量为28.9亿 m3,其中城镇生活用水、农村生活用水、工业用水、农田灌溉用水、林牧渔用水分别占7.8%、22.4%、27.6%、38.9%、3.3%。

2 开发利用程度分析

地下水资源的开发利用程度通常用地下水开采率来表示,即地下水实际开采量占地下水资源量的百分比,主要用于反映和评价区域内地下水资源量的控制利用情况。

淮北地区中深层、深层孔隙水仅作为区域应急储备水源,故不考虑一般年份的开发利用情况。

2.1 浅层地下水

淮北平原地区浅层地下水资源量为 65.19亿m3,现状开发利用量为23.12亿 m3,浅层地下水开采率为 35.47%。在各市级行政区中,阜阳市的浅层地下水开采率最高,为 48.86%,宿州次之,为42.59%,蚌埠市最低,仅为 8.93%(表1)。

表1 淮北平原地区浅层地下水开采率

在各县级行政区中,浅层地下水开采率大于50%的有阜阳市的界首、临泉、阜南及宿州市的砀山、肖县;开采率在 40%～50%的有亳州市的亳州、利辛,阜阳市的阜阳、太和、颍上,淮北市的淮北城区,宿州市的埇桥区;开采率在 30%～40%的有亳州市的涡阳、蒙城,宿州市的灵壁、泗县。

2.2 岩溶裂隙水

淮北地区岩溶裂隙水资源量为 3.17亿 m3,现状开采量为1.05亿m3,岩溶裂隙水开采率为 33.18%,其中淮北市为74.04%,而宿州市仅为 9.77%。淮北市城区的岩溶裂隙水开采率高达180.7%,说明淮北市城区岩溶裂隙水超采严重。

3 存在的问题

3.1 超采严重

淮北地区地下水资源的开发利用缺乏全区统一规划,取用水集中,严重破坏了该地区岩溶裂隙水、中深层孔隙水的天然平衡。综观全区地下水开发利用现状,截止2006年,淮北地区共有地下水超采区18片,形成的漏斗区面积 6961 km2,最大的降落漏斗深56m。自20世纪 90年代以来,地下水超采量呈上升趋势。这种格局必然造成局部地段降落漏斗不断扩大,袭夺其他地区的补给量,造成下游地区侧向径流补给量的减少,破坏天然水平衡。因此,对该地区地下水资源开发利用实施统一规划、合理布局、统筹安排已迫在眉睫。

3.2 开采量逐年衰竭

过量开采地下水,必然导致其水位下降,当其下降值在允许范围内时,即在合理开采地下水的前提下,一般不会导致不良环境地质问题的发生;如若进行不合理的超采,势必引起水位持续下降,水位降落漏斗不断扩大,进而导致水井出水量减少,浅井干涸,泉水断流等问题的发生。淮北地区集中开采现象严重,即开采层位集中、开采区域集中、开采时间集中,地下水超采现象严重,致使水位持续下降,单井涌水量明显减少,部分深井出现吊泵现象。

3.3 生态环境日趋恶化

地下水过量开采,表面上是引起地下水位的持续下降,造成开采井出水量锐减,本质上则是破坏了地下水及其赋存介质间固有的生成 -赋存 -运动之间的平衡关系。地下水在寻求新的平衡过程中,必然对原有的生态环境产生一系列的影响,从而造成地面沉降、塌陷等现象。

3.4 污染严重

地下水污染是较为严重的环境水文地质问题,在城镇地区主要由工业三废及生活垃圾所引起,农村地区主要受农药、化肥和污灌水污染,主要超标物质为氟化物、硫酸盐含量过高。另外,在含水层层数较多的地区,绝大部分生产井均是由缺乏专业知识与专业技术的打井队伍施工,故多个含水层混合成井现象相当严重,往往造成多个含水层之间发生或加剧其水力联系,从而形成多个含水层同时发生水质恶化的现象。

4 开发利用策略及保护方案

4.1 开发利用策略

地下水资源的开发利用,必须实行科学规划、合理布局、有效利用。加大地下水资源的勘查力度,充分开发利用地下水资源潜力,合理开发和有效利用地下水资源。应高度重视对地下水资源的保护,减少浪费、防治污染、加强管理,以地下水资源的合理开发利用来支持淮北地区经济社会的可持续发展。

(1)地表水与地下水统一规划、联合调蓄、综合利用。按照地表水和地下水综合利用的思路,重新修订和完善淮北地区水资源开发利用规划。以实现水资源的可持续利用为目标,以保持生态环境的良性循环为前提,制定地表水和地下水联合调配、上下游兼顾、综合利用的方案,同时,修建地下水库,进行地下水人工调蓄,达到以丰补歉,最大限度地利用地下水资源。

(2)调整开采井布局和开采量,控制最优地下水位。在地下水超采区调整井孔布局,压缩地下水开采量,把地下水位恢复到不产生严重环境地质问题的最佳位置。在有些引地表水的灌区,适当增加地下水的开采量,减少地表水的灌溉量,把地下水位控制在蒸发临界深度以下,一般大于2.5～3.0m。

(3)以找水为主的多渠道开源。加大找水力度,发现和开辟新的地下水水源地;充分利用洪水、雨水、矿坑排水,变废为宝。

(4)因地制宜、讲求实效地开发利用地下水。在坚持节约用水的前提下,调整地下水开采布局,鼓励开发利用浅层地下水,适当开采岩溶裂隙水,限制开采中深层、深层孔隙水;积极实施含水层修复工程,在山前冲洪积扇及古河道带修建地下水库,与地表水联合调蓄;在查明地下暗河和岩溶裂隙分布的基础上,采取截(堵)、蓄、引、提等工程措施,有效利用地下水资源。

4.2 保护方案

淮北地区地表水资源短缺、地下水资源开发利用不尽合理,水资源不足,影响了区域经济的发展和人民群众的正常生活。为保障和促进淮北地区经济社会的可持续发展,必须保护好、开发好、利用好地下水资源,实施生态治理与保护并重、开源与节流并重、水质水量并重以及逐步实现地下水采补平衡等地下水资源保护方案。

(1)节约用水。淮北地区水资源浪费问题极为突出。在城市生活用水方面,该地区城市管网渗漏损失率超过25%,节水器具和节水设施不完善,生活用水浪费率超过5%。工业节水潜力很大,淮北地区一般工业用水的重复利用率为55%～73%,村及村以下企业重复利用率为 40%～50%,因此,通过工艺和设备改造,可以大大减少水的消耗,提高重复利用率。在农业用水方面,目前淮北地区大多保持传统的灌溉方式,农业灌溉水利用系数平均仅0.5左右,远远低于世界发达国家 0.8～0.9的水平。要大力发展地埋低压硬塑管道、渠系硬化、固定式和半固定式喷灌、微灌以及微机自控等节水灌溉技术,节约用水,提高水的利用率。

(2)封停自备井。自20世纪70～80年代大规模开发地下水以来,淮北地区已形成近7000km2的地下水漏斗区。应对现有的166859眼浅层地下水开采井展开认真调查,及时报废已淤积的井,并根据浅层地下水资源可开采量,制定科学合理的布井方案;要逐步压缩现有的 913眼深层地下水开采井,特别是封停已形成地下水漏斗区且自来水管网能达到范围内的自备井,以有效回补地下水,减少深层地下水资源开采量。

(3)建立地下水动态监测与评价系统。目前,淮北地区浅层观测井密度约为 350km2/眼,与《地下水监测规范》中所规定的100km2/眼尚有一定的距离。在井点布局上,浅层井网尚未控制山丘区的基流量、侧向流入量、地表水和地下水的交换水量、地表水体补给量中的河川基流补给,以及浅层地下水的污染范围和程度。深层地下水监测井网虽然布设了一些监测井,但由于是分类型、分层次布设,密度都偏低,在井点布局上,井网还不能准确控制漏斗边界,对超采区的控制也不很准确。此外,地下水监测仪器设备原始落后。因此,建立高标准、高效的地下水监测井网,是淮北地区地下水基础工作的重要内容之一。

5 结 语

淮北地区地下水资源的开发利用程度极不均匀,在地下水资源开发利用中,主要存在着生态环境日趋恶化和地下水污染严重等问题,建议通过节约用水、封存自备井、建立地下水动态监测与评价系统,以涵养水源、掌握地下水动态,提高对地下水资源的有效利用。实行最严格的地下水资源管理制度,对淮北地区地下水资源的开发利用进行科学评价和动态监控,是确保地下水资源可持续供给和支撑淮北地区经济社会可持续发展的重要保证。

[1]吴季松.现代水资源管理概论[M].北京:中国水利水电出版社,2002.

[2]陈家琦,等.水资源学概论[M].北京:水利水电出版社,1995.