冶金矿山水资源综合利用规划方法研究

□ 刘坤坤 程继军

一、引言

目前，我国针对矿山企业水资源利用的政策相对宽松，企业用水疏于管理，更没有全面深入的矿山水资源综合利用规划，不但造成水资源流失及水环境污染，更不利于缓解矿区水资源的短缺。因此，冶金矿山水资源的综合利用，尤其是对多个邻近矿区之间水资源的综合利用，具有非常重要的意义。矿山水资源规划的开展代表了国家近期环境管理的最新要求，已逐步成为支持铁矿资源开发规划的重要专项规划，有利于相应规划环评的审查和审批工作。其不仅是企业节水和一定范围内统筹用水的必要措施，而且通过水资源综合利用和规划区域内水资源的统筹调配，最大限度地保障用水安全、节约用水成本、减少排污费用和环境影响损失，也是进一步促进水资源节约和提高企业效益的技术手段。本文对矿山企业的水资源利用规划体系及方法进行探讨分析，旨在为今后水资源规划技术应用于矿山规划与生产实践提供参考。

二、矿山水资源规划方法研究

1.矿山水资源规划技术路线

矿山水资源综合利用的规划，应在全面摸清矿山所在区域水资源动态变化的基础上，合理预测用水需求，贯彻清洁生产、循环经济和节能减排思想，考虑各环节水的重复利用、梯次利用和分质供水，科学确定水资源配置方案及水源和供水工程建设布局，制定水资源保护及综合利用的对策与措施。除了对各部分水资源的量化核算外，尤其要重视对各部分用水调配的平衡计算，并采取相应工程措施使对各部分用水统筹调配，通过水量平衡和系统节水技术实现节水目标和综合效益的提高。矿山水资源综合利用规划技术路线如图1所示。

图1 矿山水资源规划技术路线

由图1可知，依据相关法律法规、技术标准、规程规范及企业（项目）规划报告等，结合矿山水资源利用现状及实际情况确定规划目标及规划范围是第一个控制环节；开展矿山水资源综合利用规划、进行水资源供需平衡分析是第二个控制环节，其中进行矿山及所在区域的需水预测和供给水量预测是要点；进行水资源优化配置方案为第三个控制环节，其中在生成配置方案过程中进行的水资源优化配置模型建立、各环节用水量配置、退水方案、配置效果、区域水资源承载力、给排水系统和污染源及控制措施等是要点；最后，控制节点为进行水资源配置工程、管理规划、规划实施效益分析和措施安排。

2.矿山水资源规划控制环节与要点

（1）规划目标及范围的确定

矿山水资源规划的总体目标是矿山水资源达到高效综合利用，即根据矿山的具体情况，在充分保障各矿山用水（量）、保证用水水质达标（质）及不对周边地表和地下造成较大危害影响的前提下，依据水量平衡，依托工程措施，通过梯级、循环利用水资源，合理配置矿山各部门用水，协调处理好矿区内部及矿区间水资源时空分布（时间：雨季、非雨季，工程不同时间段；空间：生产各工序环节及各矿区之间）的不均衡性，从而使矿山水资源利用在量上能达到最大的节水效果，减少新水取用量，满足当地水资源承载力。

规划范围一般由项目本身决定，将所涉及的所有厂区纳入规划。规划水平年与企业项目规划的水平年保持一致。

（2）矿山水资源供需平衡分析

第一，需水预测。影响需水预测结果的因素很多，在不同的经济社会发展情景、产业结构及不同节水水平下，水资源需求量将会有很大差异，可按照“基本方案”和“推荐方案”分别进行矿山及当地需水量的预测。其中，在较低节水水平的情景下估算规划水平年的用水量，为“基本方案”；在此基础上，参照当地“十三五”规划中确定的各类用水效率和节水目标，在更高节水水平上拟定的方案为“推荐方案”。此外，为分析年内不同时期矿山水资源的调配，可分别计算年内不同时期的需水量。各矿区工业生产需水包括选矿用水及其他工业生产用水，各项需水预测具体如下：选矿需水量根据吨用水量（处理每吨原矿所需水资源量和规划年原矿处理量）计算，其他工业用水量（工业场地消防、防尘和刷车等）根据现状水平估算；生活需水量（场地职工食堂、淋浴、洗衣房和锅炉取暖等）参考所在省地方标准采用定额法估算；生态用水（采场道路浇洒、除尘洒水及矿区治理绿化等）采用定额法估算。其中仅选矿用水在各方案下不同，推荐方案由于技术管理改进，用水量有所削减。

第二，供水预测。矿山水资源的供给可按照“优先使用矿坑水、矿井水及污废水复用水，若不足再取用外部水源”的用水原则，优先考虑非常规水供水，在其供不应求的情况下再考虑取用地表和地下水供水，因此要准确预测各项非常规水资源，包括矿坑（井）水量、尾矿回水量、废污水处理回用量和选矿内部循环水量（以下简称内环水）。同样，不同技术、管理水平下，供水量有所不同，可在不同方案下，预测全年及年内不同时期的供给量。各项非常规水资源预测如下：

——露天采场总涌水量为地下涌水量和降雨径流量之和，地下采场坑内涌水量由大气降水经过塌陷区渗入坑内的水量和地下水涌水量组成；据该矿山实际情况，采场矿坑（井）水除暴雨期排放外，其余都可用于采场生产和生态用水，或者送入选矿厂供给选矿使用。

——各尾矿库的可回用水量依据尾矿库水平衡估算（其输入输出端如图2所示），考虑到矿山实际情况及坝下渗水对于下游地面天然植被生长、河流补给等生态环境有重要的意义，在基本方案下2015年坝下渗水回用率控制在60%左右，远期尾矿库回水量减少，因此考虑适当多取用坝下渗水。

图2 尾矿库水量输入输出端

——生产和生活废污水处理回用量根据产生量估算（处理率要求达100%，且按实际情况进行回用，不区分各方案下废污水回用量的差别）。

——选矿内环水量的预测通过与现状原矿处理量类比估算。

——规划预测的非常规水可供给量并非最大可供给量，也非最小可供给量，而是在兼顾实际且较合理的情况下的最大可供给量（例如尾矿坝下渗水），因此实际供给量可略大于也可小于预测量。

第三，供需水平衡分析。矿山水资源供需平衡可基于不同方案进行分析，其中根据不同节水目标分为基本方案及推荐方案。在了解各矿区各部门在不同时期用水富裕或短缺的情况下，进行可调配水量分析，从而进一步进行水资源时空调配情景下的供需水平衡分析，为水资源配置奠定基础。为逐步把矿山可用水量的潜力挖掘出来，并使水资源在时间、空间两方面能得到合理配置，采用层层递进的方法进行多次供需平衡分析。一次和二次水资源供需平衡分析是分别基于各规划年基本方案和推荐方案（不考虑水资源时空调配）下的平衡分析，可以看出各矿区用水量时空（雨季、非雨季）分布及缺水量，可通过该缺口考虑矿区间的调水方案，即为后续三、四次平衡分析奠定基础。三次和四次平衡分析要考虑水资源的时空调配，即将非常规水资源较丰富的矿区水输送到缺水矿区，缓解部分矿区非常规水资源不足的问题（要兼顾距离、位置等实际情况，即有可操作性），年内用水考虑时间调配。分析结果使得水资源在空间分布上较一次、二次供需平衡更均衡，新水取用量最大限度减少，从而为水资源配置方案的确定及工程实施步骤的安排提供依据。具体思路如图3所示。

图3 矿山水资源供需平衡分析框架

需要注意的是，由于生活需水必须取用新水，因此在对非常规水可供给量进行供需平衡分析时，不考虑生活需水量，将其作为缺水量看待。此外，考虑到各矿区部分选矿工艺必须取用新水，部分矿区虽非常规水可供给量大于需水量，但也必须取用新水，多余的非常规水应选择合适的退水方案进行矿区间的调配或排放进入河流等。此外，可通过“开源”途径——雨水收集——增加矿区非常规水量，从而更大程度地减少新水取用量。

（3）矿山水资源配置方案分析

根据水资源供需平衡分析结果，确定不同的水资源配置方案，配置模型系统包括：综合考虑矿山所属水系、供给水源、矿区地理位置及所在行政区，划分配置单元；确定矿山需水部门；确定矿山供水水源类别及各类别水源的供水能力；确定配水原则及配水顺序；采用多水源、多工程、多传输系统的方式，使系统中各水源、水量在各处的利用情况及来去关系得到客观、清晰的描述。

配置方案形成后，需对不同的配置方案进行效果及目标可达性分析，并提出对应的水污染源控制措施，最重要的是要进行区域水资源承载力分析等。

（4）矿山水资源配置工程和管理规划

矿山水资源利用的4个主要环节分别为：采场矿坑（井）水资源利用、选矿水资源循环利用、废污水综合利用及尾矿库水资源利用。其中，尾矿库贮水资源化利用途径是现阶段技术水平下矿山水资源利用工作的重点内容，主要包括坝下渗水、排渗系统余水及退役期尾矿库蓄水资源利用。为达到上述目标，需要相应的配套工程和管理支撑体系。

（5）矿山水资源综合利用规划实施效益与措施安排给出各方案对应的水资源调配近、远期实施工程及投资计划，并分析其实施效益。

三、未来矿山水资源利用技术与政策手段展望

1.水资源利用技术探讨

矿山作为一个地区的用水大户，对区域水资源的利用具有重要的影响，而随着全球水资源量的逐步减少，各部门用水日趋紧张，因此，矿山用水量如能进一步缩减，将大大促进区域水资源利用。

从外部条件来说，可充分利用当地有利条件，考虑利用其他水源，例如雨水、海水淡化及污水处理厂出水等，从而尽量减少新水取用量。很多国家已开展对雨水资源的利用，例如日本、美国、德国等，并取得了很大的成效[1～4]；我国也已初步开展相关研究，《节水型社会建设“十一五”规划》（2007）提出推广雨水集蓄利用技术，建设集雨水窖、水池、水柜、水塘等小型雨水集蓄工程，用于作物浇灌及家庭、公共场所和企业用水。因此，可在矿山建立雨水收集系统，经输水—净水—储存等渠道积蓄，利用厂区地表汇集的降雨径流，为绿化、景观水体、洗涤或选矿工序等提供补给。矿山引进先进雨水利用技术，有利于该技术的推广，更有利于矿山的进一步节水。

从内部条件来说，在第二水源开发尚未完全成熟的大背景下，未来矿山用水仍然要以自给为核心，遵循清洁生产、循环经济和节能减排的思想，采用耗水量较少的工艺，同时采用多级循环增加内环水量，从而较大程度地减少新水取用量。

2.政策手段展望

为加强对水资源的综合利用，只有技术和工程是远远不够的，还需要管理体系的支撑，而我们国家在这方面还有所欠缺。未来矿山水资源的高效利用应得到企业的高度重视，特别应从以下2个方面加强。

（1）政策保障措施

——构建水资源管理组织机构，完善管理体系。构建企业节水管理机构，与地方水政管理部门建立联动机制，并建立一支稳定、素质合格的水资源管理队伍，保障各矿区水资源管理工作的有效开展。通过进行领导执法与决策管理能力强化培训及工作人员业务技术培训，并完善节水管理各类人员录用、考核、晋升与淘汰制度，不断提高矿山水资源管理队伍的素质。在此基础上，形成完善的实时监控、风险防范反馈管理体系。

——健全规章制度，建立奖励机制。使矿山水资源管理有章可循，并设立节水奖励和技改基金，奖励对用水工艺、设备器材进行改造或采用新技术进行用水设施建设的单位。

（2）日常化管理措施

——构建现代化管理体系。根据各需水部门用水要求设立环境监测室，并建立水量、水质预警系统，为各矿区水资源保护提供基础支撑，也为各环节用水提供水质保障依据。同时，各环节完善远传超表系统，通过调节各环节供给量达到合理用水的目的。

——加强科技支撑，厉行节俭。目前，对于矿山节水技术的研究相对薄弱，而选矿工艺需水量大，因此加快矿山节水技术科技项目研究的开展，支撑试验区水资源管理，是亟待解决的问题。同时，要进一步加强节水宣传教育，提高公众节水意识和节水技术、产品的应用。

——加强项目、质量、资金管理。企业应积极立项申请国家和省、市资金，开展节水示范工程，并保证立项、设计、施工等的质量，特别要加强政府投资项目资金管理；实行专款专用，对项目资金使用全过程实施监督管理，严格项目资金竣工决算，规范项目的政绩考评和追踪问效。

四、结束语

系统的冶金矿山水资源综合利用规划内容，包括规划依据及目标的确定、矿山供需水平衡分析、水资源优化配置方案分析、水资源优化配置工程和管理规划分析，以及规划方案实施效益及措施安排等，开展冶金矿山水资源综合利用规划可以使企业更好地达到节水目标，对于推动区域水资源可持续开发利用、避免造成水资源流失和水环境污染、缓解矿区水资源的短缺，具有重要的现实意义。同时，需注意的是要不断完善配套政策和管理制度。此外，需注意分析矿坑/井水对区域水资源的影响，做好水资源论证工作。

未来，矿山水资源利用技术和政策手段仍有进一步发展的空间，将进一步推动矿山水资源的科学管理。○