沧州市地下水超采现状及对策分析

张可义

(河北省沧州水文水资源勘测局,河北沧州 061000)

沧州市位于华北东部平原,东临渤海,全市国土面积14 056 km2。总人口 680万人,耕地 78.1万 hm2。全市多年平均水资源总量为 12.07亿 m3,人均水资源 178m3[1],为全国人均占有量的 7.7%,远远小于国际公认的维持一个地区经济社会发展所必需的 1 000 m3的临界值,,属于人均占有量小于 500 m3的严重缺水地区。亩均水资源量 108 m3,也仅为全国的 6%。沧州市当地水资源量不足,人均、亩均水资源量偏低。

1 沧州市地下水超采现状

沧州市无地表水可用,每年引黄河水 0.5亿 m3左右,蓄入大浪淀水库,供沧州市区和黄骅市区生活用水和部分工业用水。其余县市的工农业生产和居民生活用水全部开采地下水,随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,需水量越来越大,造成地下水多年来一直处于超采状态,已形成多处地下水降落漏斗。根据沧州市地下水观测资料分析,沧州市浅层地下水降落漏斗主要分布在全淡水区。沧州市浅层地下水降落漏斗区共两个,一个分布在沧州市西部的肃宁、河间、任丘、献县一带;另一个漏斗区分布在沧州市的东南部的南皮、盐山、孟村一带。深层地下水降落漏斗主要分布在沧州市区、沧县、黄骅、青县一带。由于长期掠夺性开采和地下水的补给严重不足,以上各个漏斗已全部发展成为常年性漏斗。

(1)肃宁、河间浅层漏斗区：为农业开采型漏斗,开采深度 80 m,分布于河间西部、任丘南部、献县西部、肃宁全境,向西扩展到保定、衡水境内。漏斗中心位于肃宁县垣城南,该漏斗 1983年形成,到 1990年漏斗面积达 986.4 km2,中心漏斗最大水位埋深 15.60m,2000年漏斗面积 2 979 km2,漏斗中心的肃宁县垣城南最大水位埋深为 27.89m,2008年漏斗面积 4 222 km2,漏斗中心水位埋深 29.80m。

(2)南皮、孟村、盐山交界处浅区漏斗区：为农业型开采型漏斗,开采深度 80m,分布于盐山西部、孟村南部、南皮东部,向南扩展到山东境内。漏斗中心位于南皮的潞灌。该漏斗于 1985年形成,到 1990年漏斗面积达 120 km2,中心漏斗最大水位埋深 7.34 m。2000年漏斗面积 870 m2,中心漏斗最大水位埋深 12.73m。2008年漏斗面积 783 km2,漏斗中心位于南皮潞灌,最大水位埋深为 14.89m。

(3)沧州市深层地下水漏斗：为城市工业、生活和农业开采混合型漏斗,开采深度 250m～550m,主要集中在沧州市区、沧县、黄骅、青县一带。漏斗于 1969年形成,到 1973年漏斗中心水位埋深为 68m,1980年达 72m,1995年达 87m,2001年漏斗中心的沧州市区 641场水位埋深 91 m,埋深大于 80 m的封闭面积 687 km2,埋深大于 70m的封闭面积 1 481 km2,埋深大于 60m封闭面积为 4 670 km2。2008年大于 80m的封闭面积为 269 km2;埋深大于 70 m的封闭面积为 1 804 km2,埋深大于 60m的封闭面积为 5 225 km2,漏斗中心的沧县东关水位埋深为 92m。

2 地下水超采引起的环境地质问题

2.1 地面沉降

地面沉降是漏斗区主要的环境地质问题之一,因其范围广,沉降速率小,不易察觉而被忽视。根据国家地震局第一地形形变监测中心地面沉降监测资料,自 60年末期沧州市开始出现地面下降,沉降面积和沉降速率逐渐增大[2]。

地面沉降主要是超量开采承压水而引起地下水位大幅度下降,部分含水层处于疏干状态,造成含水层的孔隙压缩,骨架变形,导致沧州区域内地面大范围发生沉降。沧州市是河北省乃至全国地面沉降较严重的地区[3]。1970年沧州市地面沉降量为 9 mm,1980年累计沉降量达了 272mm,沉降速率为 26mm/年,1986年累计沉降量为 744 mm,沉降速率为 79mm/年,沉降量大于 106mm的面积为 9 400 km2,占全市总面积的 67%,沉降量大于 600 mm的面积为 2000 km2,占总面积的 14%。1990年累计沉降量 1 131mm,沉降速率为 97mm/年,2000年累计沉降量 2 130 mm,沉降速率为100mm/年,2004年实测沧州市地面沉降量最深处已超2 300mm。其中沉降量超过 2 000 mm的范围已达 60多 km2,主要集中在市区四环以内。

2.2 咸淡水界下移

咸淡水界面下移是指咸水区的上部咸水体底界面向下移动,对埋藏在下部的深层水造成威胁。造成咸淡水底界面下移的原因是,由于深层淡水含水层和咸水体之间的水位差,使上部咸水向深层含水层渗透造成的。通过对沧州市2 000余眼的深井调查资料对比分析得知,咸淡水界面下移一般为 10m左右,最大下移深度超过 30[4],如果持续超采,最终会使深层淡水咸化。

2.3 水利工程损坏

1)机井报废

由于地下水水位持续下降,造成机井单井出水量减少,甚至无水可抽直至机井报废。70年代以来,农用机井经历了离心泵更换成 30～50 m扬程的深井泵或潜水泵,后又改配60～80m继而 90m～120m扬程潜水泵,沧州市全年因水位下降报废的机井数量每年在 500眼左右,形成了“机井越打越深,水泵功率越来越大,出水量越来越小”的恶性循环。

2)水利工程输水能力和防洪标准降低

沧州市南运河北陈屯闸段 1995年沉降量达 528 mm,1998年沉降量达 700 mm,2000年引黄入津输水中,在输水量未达到河道设计流量时,在北陈闸附近及其它地段大面积滩地被淹,被迫在上游提闸放水。沧州市区南运河原设计标准为 120m3/s,现只能通过 70 m3/s,降低 42%。

2.4 城市建筑物损坏,管道变形断裂

黄骅市区范围内水准点 1958年到 1989年相差 40 cm,造成 1985年以前的水准点全部停止使用。国家投巨资在沧州境内建有大量水准点、三角点等测量设施,由于地面沉降导致大面积的水准点失效。沧州市化肥厂建筑初期的 14眼自备井房及地上配套管网变形已更换多次,地下水管网出现多次断裂事故,损失惨重。

3 解决区域水资源供需矛盾的对策

3.1 落实污水处理厂的建设,充分利用再生水资源

通过水资源配置,利用经济手段、行政手段加快污水处理厂的建设。在城区建设大规模的集中的污水处理厂,充分利用污水资源,利用经济手段和行政手段对污水处理厂的建设予以支持。确保再生水有明确的用户,保证污水处理厂良性发展。改造现有用水管网,饮用水和清洁水应采用不同水源,提高再生水源的利用率。

3.2 发展节水农业,改善用水结构

沧州市农业用水一直占总用水量的 70%左右,比重较大,农业用水主要开采地下水,因此发展农业节水对水资源合理配置有着重要作用。要根据当地自然、水资源、农业生产和社会经济特点,以节水、高效为目标,对灌区实施“两改一提高”及改革灌区管理体制,改造灌区设施和技术,提高灌溉用水的有效利用率。重点放在现有大型灌区渠道防渗、建筑物的维修、更新和田间工程配套技术改造上。其次是田地制宜加快发展节水灌溉工程。在节水增效示范项目和节水增产重点县的建设中,分别推广发展管道输水、渠道防渗、喷灌、微灌、改进沟田主灌、膜上灌等工程节水措施,努力缓解水资源供需矛盾。三是加强用水定额管理,推广节水灌溉制度。在加强工程管理的同时,制定各种主要作物的用水定额,根据定额确定灌溉水量,实行控制。积极研究和推广节水灌溉制度,把有限的水量集中用于农作物的关键期,以扩大灌溉面积。重点推广用水计量设备,做到水渠计量控制,四是平田整地开展田间改造工程。地面灌溉是目前采用最多的一种灌水方式,预计今后相当长的一段时间内,仍将占主导地位。据分析,地面灌溉用水损失中,田间部分损失占到 35%左右[5],说明田间节水潜力很大。造成田间用水量损失的原因是畦地过大,地块大平小不平,致使灌水不均匀,渗漏严重。实施田间工程改造投资小、效益大,节水增产效果良好。五是大力推广节水技术。农业节水技术措施包括抗旱节水品种、地膜覆盖、秸秆覆盖、少耕免耕、节水增产栽培、农业结构调整等,都具有投资小节水增产效果显著,技术成熟等特点。

通过发展农业节水,使农业水量在用水总量中所占比例降低 10%左右,从而达到调整用水结构的目的。

3.3 提倡开发利用非传统水资源

沧州市水资源量 12.07亿 m3,可利用量为 10亿 m3,正常年用水量为 15亿 m3,缺水 5亿 m3,因此,利用非传统水资源,补缺淡水资源的不足非常重要。

1)海水利用

沧州市东临渤海,海岸线长度为 95.3 km2,海水利用地理位置条件优越。近期国家将海水利用已列入《中国节水技术政策大纲》,要积极推进海水直接利用、海水淡化和输配技术经验,加快发展低成本海水淡化技术,推进咸水电渗仪处理技术和反渗处理技术,主要用于城市杂用水,生活杂用水和部分生活饮用水等。

2)浅层咸水利用

沧州市咸水面积 8 563 km2,占总面积的 61%,资源量为10.6亿 m3,可采量 7.4亿 m3。其中微咸水(2～3g/L)面积4 563 km2,占总面积 32%,可采量 4.0亿 m3。 2008年全市年利用浅层微咸水仅为 0.04亿 m3,仅占微咸水可采量的1%,比重非常小,开发潜力很大。势必要认真吸取国外咸水利用经验,使其利用工业、农业、渔业环境等各个方面,大力发展微咸水利用,以减少淡水资源量。

3.4 搞好流域调水工作

疏通渠道,搞好引江引黄工程,努力增加可利用的水资源。外流域调水是缓解沧州市严重缺水,减少因超采地下水引起的环境地质问题的战略措施;要全面搞好南水北调工程和建设管理工作,搞好外来水的合理调配;优化配置和高效利用工作。

3.5 充分利用雨洪资源

沧州市地处平原区,且各河道多年经流量极少;因此如果能够有效的利用雨洪资源可部分缓解水资源压力。要充分集蓄雨洪资源,通过河道、坑塘、洼淀等蓄积雨洪资源,使雨水入渗回灌地下;修建透水路面、边道、增大降雨入渗;改高草坪为低草坪,滞蓄雨洪资源。实行雨污分流,使雨水经流排入河道、湖塘,增加淡水,净化水体,增加对地下水回补,淡化地下水质[6]。

3.6 推进节水型社会建设

城市生活、工业、绿化等用水按照节水型标准进行节水技术改造,提高节水率。工业节水主要通过发展低耗水行业,提高新水的重复利用率,关停高耗水、高污染企业。加强建设项目水资源论证和取水许可管理制度,全面推行水平测试等措施。降低万元产值用水量,达到发展工业节水目的。要推广节水型龙头、节水型便器、节水型淋浴设施,鼓励研究生产新型节水器具。推广中水利用,实现水资源的循环利用。

[1]河北省沧州水文水资源勘测局,等.沧州市水资源评价[R]2007.

[2]邢忠信,李和学,张熟,等.沧州市地面沉降及防治对策研究[J].地质调查与研究,2004,27(3)：157～163.

[3]王欣宝,王艳,王昕洲,河北平原过量开采地下水引起的环境地质问题及对策研究[J],水利学与工程技术 2006.2.

[4]韩占成,韩彦霞,沧州市地下水环境地质问题与防治措施[J],地下水 2006.3.

[5]李乃文,齐兴云,聊城市水安全问题的研究与对策[J],地下水2009.4.

[6]水利部水资源司,南京水利科学研究院,21世纪初期中国地下水资源开发利用[M],北京：中国水利水电出版社 2004.