古冶区工业用水替代水源分析与规划

胥战海

(古冶区河道管护站，河北古冶 063100)

古冶区隶属唐山市区，位于京津冀经济圈腹地的唐山市区东部，是唐山市煤炭的主要产区，经济社会相对发达。古冶区总面积248.53km2，总人口35.76万。

古冶区是唐山市三大地下水严重超采区之一，地下水一直是古冶区工农业生产及生活用水的主要水源。由于地下水的严重超采，古冶区早在20世纪80年代就形成了第四系浅层水水位下降漏斗［1］，漏斗区面积达175.7km2。

为了缓解日益严峻的地下水超采形式，古冶区认真贯彻落实中央、省、市有关地下水压采的文件精神，制定了工业自备井关停整治方案，对辖区内的工业自备井限期强制关闭，从而减少地下水开采，涵养地下水源。如何根据古冶区现有可利用的水资源条件，确定工业企业关闭自备井后的生产替代水源，并实现工业生产水源由开采地下水转向利用替代水源的安全过渡，已成为事关古冶区经济能否平稳、持续发展的一项非常重要而紧迫的任务。

1 古冶区工业用水现状

古冶区工业用水基本由地下水自备井供给。据统计，古冶区目前共有工业企业80余家，主要分布在古冶区的两个工业区，即古冶区资源枯竭城区转型接续产业聚集区和古冶区南部能源综合利用与循环经济工业园区。古冶区2013年主要工业企业用水情况调查统计结果见表1。

表1 古冶区2013年主要工业企业用水情况调查统计结果

2 古冶区工业用水替代水源分析

2.1 替代水源确定

古冶区无外调水源，地表水资源量又很少，非常规水源的利用成为解决古冶区工业用水替代水源问题的根本途径。通过对古冶区现有非常规水源进行的深入调查分析，古冶区可利用的非常规水源主要是煤矿矿井疏干水和污水处理厂中水。古冶区地表水资源量虽少，但仍有河道径流资源可以利用，通过在河道上修建拦蓄工程设施，也可积蓄一部分水量。因此，古冶区压采地下水后的工业用水替代水源主要考虑煤矿矿井疏干水、污水处理厂中水和河道径流三部分。

2.1.1 煤矿矿井疏干水

煤矿矿井疏干水是指在采煤过程中人为破坏了含水层中地下水原有的赋存状态，使地下水沿着裂隙渗入井下采掘空间形成的，也是地下水资源的一部分［2］。矿井疏干水水量稳定，污染程度轻，处理工艺简单，处理成本低，是一种较理想的工业用水替代水源。古冶区内煤矿较多，有赵各庄矿、广信公司(原唐家庄矿)、林西矿、范各庄矿、吕家坨矿五大煤矿，矿井疏干水虽为古冶区的一种独特的非常规水源，但实际利用量较少，长期以来，在煤矿开采过程中大量矿井疏干水被作为废水直接排放，造成了地下水资源的严重浪费。据不完全统计，现状古冶区各煤矿2013年矿井疏干水量及其利用情况见表2。

矿井疏干水源是300m以下的深层地下水，具有污染小、水质好的特点［3］。2013年古冶区各煤矿矿井疏干水利用量为2389万m3，利用率为53%，仍有大量矿井疏干水未得到有效利用，开发潜力很大。因此，煤矿矿井疏干水可考虑作为古冶区工业用水的主要替代水源。

表2 古冶区各煤矿 2013年矿井疏干水量及利用情况

2.1.2 污水处理厂中水

古冶区现有两座污水处理厂，分别是宏源污水处理厂和林西污水处理厂。宏源污水处理厂位于唐家庄东南，一期工程已于2004年11月建成，二期工程3万t再生水深度处理项目正处于规划设计阶段，一旦二期工程实施，其污水处理标准可达到一级A标准。林西污水处理厂位于林西南郊，于2012年7月建成，其污水处理标准为一级A标准。古冶区污水处理厂情况见表3。

表3 古冶区污水处理厂情况

由于市政污水管网工程不完善，目前，两座污水处理厂均未达到设计处理规模。据调查，宏源污水处理厂投产后始终未对城区内污水进行收集和处理，主要自沙河河道内取水。林西污水处理厂刚建成投产，目前仅有东部污水主干管线，年供中水约300万m3。

古冶区正在加快推进市政污水管网工程建设，预计2—3年内，两座污水处理厂基本都能达到满负荷运行。根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)，一级A标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求［4］，古冶区两座污水处理厂出水均满足要求。因此，宏源污水处理厂和林西污水处理厂的中水可以作为工业用水的重要替代水源。

2.1.3 河道径流

古冶区境内主要河流有石榴河、沙河。

石榴河系陡河的一条支流，发源于古冶区北部的王辇庄乡抹轴峪村，流经古冶区、开平区，于开平区越河镇西王盼庄村汇入陡河，全长35.8km，流域面积185km2，其中古冶区境内河长 20.0km，流域面积90.85km2。

沙河是唐山市五大河流之一，是一条直流入海的天然河道，发源于迁安市蔡园镇郝树店村北大石岭沟，流经滦县、古冶区和丰南区，于丰南区黑沿子村与黑沿子排干交汇后汇入渤海，全长155.27km，流域面积1192km2，其中古冶区境内河长 27.5km，流域面积94.5km2。

沙河、石榴河均属季节性河流，径流量年际变化较大，年内分配不均，多集中在6—9月，占全年径流总量的85%以上。目前，古冶区境内沙河、石榴河水量仅一小部分用于农业灌溉，其余大部分仍以径流形式流向下游。

经计算，古冶区沙河、石榴河95%保证率径流量为908万m3。古冶区沙河、石榴河径流量计算成果汇总见表4。

表4 古冶区沙河、石榴河径流量计算成果

2.2 可供水量预测

综合以上分析，古冶区工业用水替代水源可供水量为4700万m3/a，见表5。

表5 古冶区工业替代水源可供水量

2.3 需水量预测

根据前文所述，古冶区2013年主要工业企业用水总量为4243万m3/a。中国工程院《中国可持续发展水资源战略研究》成果表明:为确保社会、经济和环境的协调发展，工业取水量的年增长率不应超过1.2%［5］。据此增长率计算，古冶区到2020年主要工业企业用水规模将达到4613万m3。

2.4 供需平衡分析

根据古冶区工业用水替代水源可供水量和主要工业企业需水量分别进行预测，到2020年主要工业企业需水量为4613万m3，工业用水替代水源可供水量为4700万m3，工业用水能够得到可靠保障。

3 古冶区工业用水替代水源规划

3.1 修建净水设施

为满足工业企业用水水质要求，需要修建净水设施，对煤矿矿井疏干水和河道径流进行简单净化处理。煤矿矿井疏干水中含有煤粉［2］等悬浮物，河道径流中也含有少量泥沙，通过采取物理方法对矿井疏干水和河道径流进行清污分流和净化处理，完全能够满足工业用水水质要求。

3.2 修建输水管道工程

为实现工业用水水源由开采地下水向利用替代水源的转换，在替代水源地和用水企业之间还需修建输水工程。通过修建输水管道，将煤矿矿井疏干水、污水处理厂中水和水库蓄水输送到各主要工业企业。

3.3 修建水库蓄水工程

虽然古冶区沙河在95%保证率下有833万m3的河道径流量，但由于拦蓄工程设施较少，对沙河径流的开发利用程度很低，利用量极少。如不修建拦蓄工程设施，河道径流资源很难得到有效利用。

开滦范各庄矿东北侧有一采煤塌陷坑，紧邻沙河，占地面积2400亩。目前该塌陷坑主要存蓄范各庄矿的矿井疏干水，现状水面面积1250亩。为充分利用沙河径流资源，可对该塌陷坑进行改造，建成一座小型水库，蓄水面积1600亩，设计库容400万m3。水库建成后可通过汛期拦蓄沙河雨洪资源，蓄丰补枯，年可供工业用水700万m3。

4 结语

通过深入分析古冶区非常规水及河道径流的水资源开发利用潜力，确定古冶区压采地下水后工业用水替代水源主要是煤矿矿井疏干水、污水处理厂中水及河道径流利用量。通过新建水库蓄水工程和管道输水工程，年可新增矿井疏干水、中水及河道径流供水能力4700万m3，基本满足古冶区主要工业企业的生产用水需求。

通过替代水源规划的实施，基本实现了古冶区工业供水水源结构的优化调整和供水水源的合理配置，达到了非常规水资源化、河道水资源化以及为企业的水源置换提供供水安全保障的预期目标。

［1］王欣宝，王昕州，赵雄英.唐山市环境地质调查评价［C］∥海岸带地质环境与城市发展论文集:北京.2005:154-162.

［2］王天平，解建仓，张建龙，等.基于突变理论的西王寨矿区矿井疏干水开发利用风险评价［J］.西安理工大学学报，2010，26(4):417-423.

［3］刘文利，李太山，赵风琴，等.唐山市矿井疏干水的资源化利用［J］.环境科学与管理，2007，32(2):142-144.

［4］GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准［S］.北京:中国环境科学出版社，2002.

［5］陆长福，郑卫北，焦镇霞.河北省工业发展及水资源分析［J］.河北科技大学学报(社会科学版)，2002，2(3):8-11.