灵石县非常规水源开发利用初探

2018-02-01张宝琴

山西水土保持科技 2018年3期

张宝琴

（灵石县水务局）

灵石县矿藏资源丰富，产业结构以煤炭、化工、电力等行业为主。由于水资源短缺，随着县域城镇化、工业化进程的加快，水资源供需矛盾日趋突出。科学合理地开发利用当地的废污水、矿坑水、城市雨水径流等非常规水源，不仅有利于改善生态环境，而且可缓解水资源供求矛盾，促进县域经济持续发展。

1 非常规水源开发利用现状及分析

1.1 矿坑水

煤和水是在同一地质体中共生的。在天然状态下，地下水通常由大气降水和地表水入渗补给，在特定的地质构造条件下，以打井取水或泉水自流方式排泄，从而实现“三水”转化。由于长期采煤影响，地下井巷系统及采空区容易诱发煤层顶板岩体开裂或位移，从而破坏煤系地层的储水构造，导致上覆地下水疏干，矿区内井水枯竭和泉水断流，造成工农业生产和居民生活用水困难。

灵石县属煤炭生产大县，据调查统计，煤炭资源整合后保留有45座煤矿，2017年原煤产量1 252万t，年矿坑涌水量达890万m3，吨煤涌水量0.711 m3/t；矿坑水年利用量为178万m3，仅占年矿坑涌水量的20%，绝大部分矿坑水存蓄于废弃井巷。

矿坑水经处理后回用方式，可分为直接回用和间接回用两种。直接回用是指按照一定的水质标准要求，将矿坑水经输水设施等直接运送到井下工作面，进行防尘利用；间接回用则是将处理后的矿坑水，利用抽水、引水等设施，回用于冲洗公厕、洗车、浇洒道路、绿化、农田灌溉、补充城市河流及湖泊。

1.2 废污水

据调查统计，2017年灵石县城有居民约10万人，年需水量380万m3，废污水的收集处理量达320万m3。县城现有日处理能力1万m3污水处理厂1座，污水处理工艺为A2/O活性污泥处理，年处理率100%。目前，污水处理厂进行综合处理后的中水，全部供启光电厂发电使用。

污水处理后的再生水，作为城市的一种非常规水源进行利用，可促进有限水资源的良性循环，从而减少城市日常生活、生产对短缺自然水源的依赖。城市污水处理再利用与跨流域调水相比，在技术、经济方面不仅具有一定的优势，还具有巨大的社会效益和生态效益。

1.3 城市雨水径流

天然降水是水文循环的一个重要环节，也是地表与地下水资源的主要补给来源。随着人口增长和城市化进程加快，市域的不透水面积逐年增加，过去的天然地面，大部分被沥青马路、水泥地等不透水铺装所取代，城市原有水循环系统平衡遭到破坏，从而导致城市雨水自然蓄渗作用明显下降，部分地势较低区域暴雨时积水严重发生内涝，加大了城市发生水害的机会。城市雨水径流中可能携带部分生活、建筑垃圾及灰尘等，含有大量的有机物、重金属、油污等，如若直接进入城市排水系统，不仅会污染河流，同时也将大大增加城市污水处理量。

过去城市雨水规划的传统思路为“快排”，目的是为“避害”，忽视了城市雨水的资源化、环境化利用。北京以建筑与小区为主，推广雨水控制与利用，减轻城市内涝，实现了雨水资源化管理，成为全国城市雨水利用先行者。

城市雨水资源化，其潜力计算可分为三个层次：一是理论潜力，二是可实现潜力，三是现实潜力。

理论潜力可简单地认为是区域的降水量，即W=1 000 PA（W为区域理论潜力，m3；P为降雨量，mm；A为区域总面积，km2）。灵石县城规划面积13.68 km2，已建成面积约5 km2，多年平均降水量500 mm，目前雨水资源化理论潜力约为250万m3/a。

可实现潜力参照联合国粮农组织（FAO）提出的有效降水概念，可定义为：在一定的自然和技术经济条件下，通过现有的方式和技术，使雨水资源中可以开发利用的最大量。城市雨水资源化可实现潜力，与降雨量及降雨强度存在相关关系。研究表明，在次降雨量大于20 mm，且平均雨强大于0.04 mm/min的情况下，才有可能收集。灵石县城属半干旱半湿润大陆性季风气候区，降雨量多集中在6-9月，约占全年总降雨量的70%。为简化计算，笔者将县城雨水资源理论潜力的70%作为雨水资源可实现潜力，即目前灵石县城雨水资源可实现潜力约为175万m3/a。

现实潜力指的是在目前的利用方式和技术水平下，已经实现的雨水资源利用量。目前，灵石县城未建设专门的雨水供排管网，城市排水完全处于雨污混排状态，城市绿地占比较少，雨水滞蓄、渗透作用不明显，雨水资源利用率不足10%。

2 非常规水源利用和治理

2.1 统一规划，建设完善管网系统

灵石县城道路、房屋排水管网在建设过程中，未预留非常规水供排管线线路，致使其建设成本增加，敷设难度加大，敷设范围受限。建议有关部门对城市整体规划内容进行调整，将非常规水源供排管网建设列入城市整体规划，为非常规水源利用提供必要条件。

2.2 合理集蓄雨水径流，改善城市生态环境

雨水资源的综合开发和利用，应纳入城市规划和建设体系中。北京市的雨水利用技术与效果，为全国提供了典范，我们应该认真学习与参考借鉴。当前，我国雨水规划利用理念正从“低影响开发”到“海绵城市”变革，科学合理利用城市雨水径流，具有提高城市防洪滞洪、增加可利用水资源量、补充已亏空的地下水资源、减少污水入河频率与污水入河量等功能，势在必行。

2.3 制定优惠政策，增加中水用量

城市废污水和煤矿矿坑水是一种水量、水质稳定可靠的潜在水资源，如不加以净化，随意排放，不仅造成水资源浪费，而且会造成严重的污染。城市废污水和煤矿矿坑水需经净化处理后方可利用，如此必然导致中水成本增加。因此，税收、财政、金融等相关部门应给予一定的政策优惠，吸引社会更多用户使用中水，走可持续的水资源开发利用之路。

2.4 加强矿区水资源研究，推广应用注浆堵水新技术

加强对采煤矿区地下水运行、变化及“三水”转化规律的研究与探索，综合利用矿区地下水，是水资源开发和水文地质工作的一项新课题。目前，注浆堵水办法，在国内外均有成功的先例及经验。各地的实践证明，这是一种行之有效的治水新方法。注浆堵水是应用具有一定压力和浓度的浆液（如黏土泥浆、水泥浆、化学浆等），以钻孔方式注入一定深度的煤炭开采破坏影响带，扩散、凝固后形成地下帷幕（阻水层），从而达到保护上覆地下水的目的。这种方法不仅可以有效保护地下水资源，而且可以大大减少矿坑排水工程建设投资。注浆堵水方法比较适宜于灵石县的煤炭开采深度浅、且又处在规模较大地下含水系统的矿区应用。

2.5 综合利用矿坑水，防治水资源污染

目前，灵石县的矿坑水年利用率仅20%，利用率很低。其原因：一是矿坑水水质差，利用价值低；二是工业结构比例失调，只注重原煤采掘，而忽视煤炭深加工及综合利用；三是矿井布局较分散，矿坑水难以集中合理使用。矿坑水综合利用的基本思路：一是以流域为单元集中利用，由水量定规模，就近建设洗煤厂和焦化厂，提高矿坑水复用率；二是利用水质较好的矿坑水，就近解决煤矿职工和农村生活用水，同时适度发展农田灌溉。