宁阳县磁窑地下水源地开采状况及保护措施

董广福,张元坤,吴希龙

(1.山东省宁阳县水务局,山东宁阳 271400;2.山东省泰安市水利和渔业局,山东泰安 271026)

1 引言

地下水是维持人类生产、生活的基础性自然资源,又是环境构成的基本要素。宁阳县磁窑工业区近 30年来,主要靠超采地下水来支撑各行业的用水需求,今后随着经济社会的快速发展,对水资源的需求量与日倶,加之受区域水资源条件、生态环境等因素限制,未来水资源的供需矛盾将愈加突出。因此,研究磁窑工业区地下水开发利用中存在的问题,制订保护措施,对磁窑工业区地下水科学合理开发利用具有重要的现实意义。

2 地下水开采现状

2.1 水文地质条件

磁窑地下水水源地分布在罡城、蒋集的北部及磁窑镇大部,东庄、华丰镇的磁莱铁路一带以及鹤山西部,面积 209.4 km2。主要岩性为寒武奥陶系隐伏灰岩,岩层走向东西,倾北,南部与前震旦系的花岗片麻岩不整合接触。构造、裂隙发育,岩石受水的长期溶蚀作用,普具“喀斯特”岩溶现象,极易接受地表水的补给,由于构造的切割,多产生地下水富水构造,该区地下水主要的补给来源是大气降水及地表水体的补给、山前侧渗补给。由于地下水补给来源较充分,因而成井条件较好,单井出水量大于 50m3/h。

2.2 地下水水位动态

地下水动态是地下水含水系统中地下水接受补给与排泄在地下水水位上的综合反映。为了掌握地下水动态变化规律,用长系列测井资料研究预测区域地下水动态。

对水文部门设立的磁窑 S-86号井、S-87号井 2001～2009年月平均水位资料进行分析,两眼观测井均为深层岩溶水观测井,井深 130 m左右。从 2001年 ～2009年月平均地下水位看,观测井最高水位均出现在 2005年 9月份,最低水位出现在 2003年 6、7月份,从 2002年开始,水位开始明显下降,2003年底水位开始回升,至 2005年达到最高值。根据降雨资料,该区域多年平均降雨 799.5 mm,而 2002年平均降雨量仅为 390.5 mm,2003、2004、2005年平均降雨量分别达到 1043.7mm、866.7mm、1 081.2mm,这说明地下水位与降雨关系密切,枯水年份由于过量开采地下水,使地下水水位迅速下降,丰水年份,随着降雨量的增加,用水量减少,地下水位开始迅速回升,平水年份,地下水位一般在一定范围内波动。

年内地下水位随降水、开采等因素影响的变化上升或下降。1～3月份,气温较低,降水、开采少,此时地下水位是一年内相对稳定时期。4～6月随气温升高,降水量较少,灌溉用水量增加,地下水位呈下降趋势,直到雨季开始前,水位达到最低值。7～9月因受到汛期降水影响,地下水位一般以上升为主,10月份以后,地下水位又呈现缓慢下降的趋势。从S-86、S-87号井 2001～2009年月平均水位过程线对比图(图 1)上可以看出,两眼井水位过程线非常相似,说明地下岩溶裂隙发育,互通条件、径流条件非常好。

图1 S-86与S-87号井 2001-2009年水位过程线对比图

2.3 地下水开采现状

磁窑工业区位于宁阳县东部,区内的农药、化工企业 80年代初具规模,90年代以后不断发展壮大,同时工业生产用水不断增加。造成工农业用水矛盾不断加剧。磁窑工业区地处岩溶山丘区,该区南部是石灰岩山丘区,东部为第三系泥岩丘陵,西部为变质岩丘陵,北部是大汶河,地下水流向由南向北。75年以前区内的农业灌溉用水,大部分是人工开采大口井,单井涌水量都在 100 m3/h以上。75年以后开始打深井,80年深井已发展到 30余眼,由于工业生产用水的不断大量增加使开采区的地下水位大幅度下降,80年代初区内的地下水位埋深为 5～6m,到 2010年区内的地下水位最大埋深已达 49.56m,单井涌水量也有开采初期的大于 100m3/h减少到现在的 60m3/h。根据现状(2010年)调查,磁窑工业区现有深井 83眼,当地用水主要是农业、工业、生活等,多年平均开采量 4 258万 m3,水源地多年平均可开采量 3 392万m3,开采系数为 1.26,地下水超采严重,地下水开采调查见表 1。

表1 地下水开采调查成果表

3 地下水过度开采造成的水环境问题

3.1 区域地下水位下降,漏斗区面积不断扩展

八十年代以来,磁窑工业区由于对地下水缺乏统一规划、统一管理,高强度不合理的开采地下水,改变了区域地下水天然流场。经济社会的快速发展,对水的需求日益增加,无节制地长期过量开采出现了水井分布不均、局部地区超采,造成地下水位区域性下降。据地下水观测资料分析,磁窑工业区地下水位自 1984年以来,每年以 0.25m的速度下降。如磁窑 S-86观测井,2010年 4月 1日比 1984年同期下降 26.97m。地下水位的大幅度下降,形成了许多漏斗区。据调查,目前磁窑漏斗区面积达 122.11 km2,自 1984以以来,漏斗区面积每年以 4.5%速度扩展。

3.2 地面沉降

地面沉降是指在自然或人为超强度开采地下水造成地表土体压缩而出现的大面积的降低的现象。地面沉降通常产生在大陆沉积物比较发育的地区,向城市供水的水源地,工农业生产供水集中,大量开采地下水使地下水压力降低,松散沉积物被压缩,即地下水与沉积物的压力失调,从而产生了地面沉降。地面沉降具有成生缓慢、持续时间长、影响范围广、成因机制复杂和防止难度大的特点。而目前区域地面沉降的最主要原因是对地下水的长期超强度的开采,使含水层和相邻非含水层中空隙水压力减少,土的有效应力增大,产生压缩沉降。因此,加强城市地下水资源管理,是遏制城市地面沉降的有效途径。据测定,磁窑工业区已陆续发现具有不同程度的区域性地面沉降 4处,最大累计沉降量246mm,最大沉降速度 0.45m/a。

3.3 浅层地下水水质恶化

近年来,由于工业及城市生活废水大量不合理的排放,加之污水治理设施建设滞后,使浅层地下水遭到不同程度的污染。同时由于过量开采地下水,致使地下水动力场和水化学场发生改变,地下水某些物理化学组分如微生物含量增加,引起水质恶化。特别是由于长期过量开采地下水,致使部分地区地下水位常年低于河水位,河水(包括河床潜流)由对地下水的季节性补给变成常年补给。而污染严重的地表水直接补给地下水,又加剧了浅层地下水水质的恶化。目前磁窑工业区的浅层地下水已普遍受到污染。如宁阳磁窑农药厂生产和生活污水下渗造成该区域地下水质发生变化,部分水井已发现大量有毒元素,已不能饮用。

3.4 地下水资源衰竭

在地下水开发过程中,当单井的抽水量大于其出水能力、整个井场的开采量超过水源地可能的补给保证时,开采区的动水位将大幅度下降。这种过量开采的初期将会出现少数水井的吊泵及枯井(超过设计降深),最终将导致整个水源地疏干,造成地下水资源衰竭。目前磁窑沿汶河平原地区部分机井深度已由初期的 10m左右,降至现在的 20～25 m。部分岩溶山区的机井深度由过去的 100m左右增加到 200 m以上。地下水位的大幅度下降,使取水单位不得不另打新井或采取其它措施。原来作为主要抽水设备的离心泵已全部淘汰改为深井泵或潜水泵。

4 保护措施

地下水是磁窑工业区主要的供水水源,占总供水量的80%以上。科学合理,有效保护地下水资源,是保证水资源可持续利用,实现经济社会可持续发展的重要保障。地下水资源不合理开采是造成水环境问题的主要动因,切实解决好地下水资源开发利用与水环境保护的问题,是我们面临的一项长期而艰巨的任务。

4.1 实行最严格的取水许可制度

认真核定城乡居民和各单位、各行业的用水定额,结合取水许可证年审及换发,科学地对各单位、各行业的用水计划进行核定,逐步实行总量控制与定额管理相结合的制度;逐步关闭超采区内自备水源井,减少机井密度和开采量,严禁再打新井,并逐渐将耗水大的企业从超采区内外迁;根据水资源条件,规划地下水开采层位、压缩地下水开采量、合理调整开采方式和开采井布局,严格按照允许开采量进行开采。

4.2 全面推进节约用水工作

节水型社会建设是我国社会发展的战略之一。结合贯彻落实《水法》、《泰安市节约用水管理办法》,加大节水的宣传力度,重点宣传节水的重要意义和有关节水的方针、政策和法律法规,切实增强人们的节水的意识;大力推行科学用水,积极研究、推广和应用节水新技术、新工艺、新设备和新材料。农业要进行以减少输水损失、节水增产为中心的农田灌溉工程改造,因地制宜地推广渠道防渗喷灌、滴灌和微灌等先进技术。工业用水以提高重复利用率为重点,以节水技术改造为突破口,大力推广应用先进的节水技术和措施,逐步实现循环用水、一水多用。磁窑工业区 2015年工业万元产值取水量比现状下降 30%以上,水的重复利用率达到80%,工业取水量平均增长率控制在 1%以内。

4.3 实施地表水替代方案

按照先地表水后地下水的原则,必须从外区调地表水是解决磁窑工业区地下水超采的根本方法。依据《宁阳县水资源综合规划》,计划将直解水库、贤村水库的地表水引入工业区,现该工程已进入可研阶段。该工程实施后,到 2015年可向工业区日供水达 5万m3,使工业区地下水的开采量将会大幅度销减,地下水超采的局面将得到根本扭转。

4.4 加强地下水科学研究和监测

加强地下水科学研究和监测工作,搞好开采条件下地下水资源的评价问题研究,制定合理的开发利用地下水规划;建立统一的地下水位、水量和水质以及地面塌陷的监测网站,及时掌握和预报地下水的动态变化;利用大气水、地表水和地下水相互循环转化以及地下水运动缓慢的特点,充分蓄积天然降水,多渠道引蓄洪水,回灌补给地下水,从而达到涵养水源,有效控制利用水资源的目的;积极开展对岩溶地面塌陷的调查,及时地预测地面塌陷的产生,避免因此造成的人员和经济损失,并开展岩溶地面塌陷的研究,分析岩溶地面塌陷的产生及分布规律,提出减少和治理岩溶地面塌陷的方式方法,为保护地下水资源和水环境提供科学的依据。

4.5 加快污水处理,实现污水资源化

城区现状年污水排放量达到 1 600万 m3,污水处理率不足 40%,其余都未经处理直接排入河道,既污染环境,又浪费了资源。按照南水北调东线工程对水质的要求,规划在 2015年前,完成磁窑工业区污水处理厂,日处理能力 5万 m3,预计新增污水回用 500万 m3,污废水处理率将达到 80%。这一目标的实现,对于改善当地水环境,实现建设“蓝天、碧水、青山绿色家园”目标,都具有十分重要的意义。

[1]吴希龙.泰安市水污染现状及对策,地下水,2002.1.p21

[2]吴希龙.泰安市地下水开发利用中的水环境问题及对策,地下水,2005.3.p206

[3]吴希龙.泰安市大汶河流域水环境污染及防治对策,水资源保护,2004.5.p38