董廣福,張?jiān)?吳希龍

(1.山東省寧陽縣水務(wù)局,山東寧陽 271400;2.山東省泰安市水利和漁業(yè)局,山東泰安 271026)

1 引言

地下水是維持人類生產(chǎn)、生活的基礎(chǔ)性自然資源,又是環(huán)境構(gòu)成的基本要素。寧陽縣磁窯工業(yè)區(qū)近 30年來,主要靠超采地下水來支撐各行業(yè)的用水需求,今后隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展,對水資源的需求量與日倶,加之受區(qū)域水資源條件、生態(tài)環(huán)境等因素限制,未來水資源的供需矛盾將愈加突出。因此,研究磁窯工業(yè)區(qū)地下水開發(fā)利用中存在的問題,制訂保護(hù)措施,對磁窯工業(yè)區(qū)地下水科學(xué)合理開發(fā)利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 地下水開采現(xiàn)狀

2.1 水文地質(zhì)條件

磁窯地下水水源地分布在罡城、蔣集的北部及磁窯鎮(zhèn)大部,東莊、華豐鎮(zhèn)的磁萊鐵路一帶以及鶴山西部,面積 209.4 km2。主要巖性為寒武奧陶系隱伏灰?guī)r,巖層走向東西,傾北,南部與前震旦系的花崗片麻巖不整合接觸。構(gòu)造、裂隙發(fā)育,巖石受水的長期溶蝕作用,普具“喀斯特”巖溶現(xiàn)象,極易接受地表水的補(bǔ)給,由于構(gòu)造的切割,多產(chǎn)生地下水富水構(gòu)造,該區(qū)地下水主要的補(bǔ)給來源是大氣降水及地表水體的補(bǔ)給、山前側(cè)滲補(bǔ)給。由于地下水補(bǔ)給來源較充分,因而成井條件較好,單井出水量大于 50m3/h。

2.2 地下水水位動態(tài)

地下水動態(tài)是地下水含水系統(tǒng)中地下水接受補(bǔ)給與排泄在地下水水位上的綜合反映。為了掌握地下水動態(tài)變化規(guī)律,用長系列測井資料研究預(yù)測區(qū)域地下水動態(tài)。

對水文部門設(shè)立的磁窯 S-86號井、S-87號井 2001～2009年月平均水位資料進(jìn)行分析,兩眼觀測井均為深層巖溶水觀測井,井深 130 m左右。從 2001年 ～2009年月平均地下水位看,觀測井最高水位均出現(xiàn)在 2005年 9月份,最低水位出現(xiàn)在 2003年 6、7月份,從 2002年開始,水位開始明顯下降,2003年底水位開始回升,至 2005年達(dá)到最高值。根據(jù)降雨資料,該區(qū)域多年平均降雨 799.5 mm,而 2002年平均降雨量僅為 390.5 mm,2003、2004、2005年平均降雨量分別達(dá)到 1043.7mm、866.7mm、1 081.2mm,這說明地下水位與降雨關(guān)系密切,枯水年份由于過量開采地下水,使地下水水位迅速下降,豐水年份,隨著降雨量的增加,用水量減少,地下水位開始迅速回升,平水年份,地下水位一般在一定范圍內(nèi)波動。

年內(nèi)地下水位隨降水、開采等因素影響的變化上升或下降。1～3月份,氣溫較低,降水、開采少,此時地下水位是一年內(nèi)相對穩(wěn)定時期。4～6月隨氣溫升高,降水量較少,灌溉用水量增加,地下水位呈下降趨勢,直到雨季開始前,水位達(dá)到最低值。7～9月因受到汛期降水影響,地下水位一般以上升為主,10月份以后,地下水位又呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢。從S-86、S-87號井 2001～2009年月平均水位過程線對比圖(圖 1)上可以看出,兩眼井水位過程線非常相似,說明地下巖溶裂隙發(fā)育,互通條件、徑流條件非常好。

圖1 S-86與S-87號井 2001-2009年水位過程線對比圖

2.3 地下水開采現(xiàn)狀

磁窯工業(yè)區(qū)位于寧陽縣東部,區(qū)內(nèi)的農(nóng)藥、化工企業(yè) 80年代初具規(guī)模,90年代以后不斷發(fā)展壯大,同時工業(yè)生產(chǎn)用水不斷增加。造成工農(nóng)業(yè)用水矛盾不斷加劇。磁窯工業(yè)區(qū)地處巖溶山丘區(qū),該區(qū)南部是石灰?guī)r山丘區(qū),東部為第三系泥巖丘陵,西部為變質(zhì)巖丘陵,北部是大汶河,地下水流向由南向北。75年以前區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)灌溉用水,大部分是人工開采大口井,單井涌水量都在 100 m3/h以上。75年以后開始打深井,80年深井已發(fā)展到 30余眼,由于工業(yè)生產(chǎn)用水的不斷大量增加使開采區(qū)的地下水位大幅度下降,80年代初區(qū)內(nèi)的地下水位埋深為 5～6m,到 2010年區(qū)內(nèi)的地下水位最大埋深已達(dá) 49.56m,單井涌水量也有開采初期的大于 100m3/h減少到現(xiàn)在的 60m3/h。根據(jù)現(xiàn)狀(2010年)調(diào)查,磁窯工業(yè)區(qū)現(xiàn)有深井 83眼,當(dāng)?shù)赜盟饕寝r(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活等,多年平均開采量 4 258萬 m3,水源地多年平均可開采量 3 392萬m3,開采系數(shù)為 1.26,地下水超采嚴(yán)重,地下水開采調(diào)查見表 1。

表1 地下水開采調(diào)查成果表

3 地下水過度開采造成的水環(huán)境問題

3.1 區(qū)域地下水位下降,漏斗區(qū)面積不斷擴(kuò)展

八十年代以來,磁窯工業(yè)區(qū)由于對地下水缺乏統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理,高強(qiáng)度不合理的開采地下水,改變了區(qū)域地下水天然流場。經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展,對水的需求日益增加,無節(jié)制地長期過量開采出現(xiàn)了水井分布不均、局部地區(qū)超采,造成地下水位區(qū)域性下降。據(jù)地下水觀測資料分析,磁窯工業(yè)區(qū)地下水位自 1984年以來,每年以 0.25m的速度下降。如磁窯 S-86觀測井,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,形成了許多漏斗區(qū)。據(jù)調(diào)查,目前磁窯漏斗區(qū)面積達(dá) 122.11 km2,自 1984以以來,漏斗區(qū)面積每年以 4.5%速度擴(kuò)展。

3.2 地面沉降

地面沉降是指在自然或人為超強(qiáng)度開采地下水造成地表土體壓縮而出現(xiàn)的大面積的降低的現(xiàn)象。地面沉降通常產(chǎn)生在大陸沉積物比較發(fā)育的地區(qū),向城市供水的水源地,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供水集中,大量開采地下水使地下水壓力降低,松散沉積物被壓縮,即地下水與沉積物的壓力失調(diào),從而產(chǎn)生了地面沉降。地面沉降具有成生緩慢、持續(xù)時間長、影響范圍廣、成因機(jī)制復(fù)雜和防止難度大的特點(diǎn)。而目前區(qū)域地面沉降的最主要原因是對地下水的長期超強(qiáng)度的開采,使含水層和相鄰非含水層中空隙水壓力減少,土的有效應(yīng)力增大,產(chǎn)生壓縮沉降。因此,加強(qiáng)城市地下水資源管理,是遏制城市地面沉降的有效途徑。據(jù)測定,磁窯工業(yè)區(qū)已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)具有不同程度的區(qū)域性地面沉降 4處,最大累計(jì)沉降量246mm,最大沉降速度 0.45m/a。

3.3 淺層地下水水質(zhì)惡化

近年來,由于工業(yè)及城市生活廢水大量不合理的排放,加之污水治理設(shè)施建設(shè)滯后,使淺層地下水遭到不同程度的污染。同時由于過量開采地下水,致使地下水動力場和水化學(xué)場發(fā)生改變,地下水某些物理化學(xué)組分如微生物含量增加,引起水質(zhì)惡化。特別是由于長期過量開采地下水,致使部分地區(qū)地下水位常年低于河水位,河水(包括河床潛流)由對地下水的季節(jié)性補(bǔ)給變成常年補(bǔ)給。而污染嚴(yán)重的地表水直接補(bǔ)給地下水,又加劇了淺層地下水水質(zhì)的惡化。目前磁窯工業(yè)區(qū)的淺層地下水已普遍受到污染。如寧陽磁窯農(nóng)藥廠生產(chǎn)和生活污水下滲造成該區(qū)域地下水質(zhì)發(fā)生變化,部分水井已發(fā)現(xiàn)大量有毒元素,已不能飲用。

3.4 地下水資源衰竭

在地下水開發(fā)過程中,當(dāng)單井的抽水量大于其出水能力、整個井場的開采量超過水源地可能的補(bǔ)給保證時,開采區(qū)的動水位將大幅度下降。這種過量開采的初期將會出現(xiàn)少數(shù)水井的吊泵及枯井(超過設(shè)計(jì)降深),最終將導(dǎo)致整個水源地疏干,造成地下水資源衰竭。目前磁窯沿汶河平原地區(qū)部分機(jī)井深度已由初期的 10m左右,降至現(xiàn)在的 20～25 m。部分巖溶山區(qū)的機(jī)井深度由過去的 100m左右增加到 200 m以上。地下水位的大幅度下降,使取水單位不得不另打新井或采取其它措施。原來作為主要抽水設(shè)備的離心泵已全部淘汰改為深井泵或潛水泵。

4 保護(hù)措施

地下水是磁窯工業(yè)區(qū)主要的供水水源,占總供水量的80%以上?？茖W(xué)合理,有效保護(hù)地下水資源,是保證水資源可持續(xù)利用,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要保障。地下水資源不合理開采是造成水環(huán)境問題的主要動因,切實(shí)解決好地下水資源開發(fā)利用與水環(huán)境保護(hù)的問題,是我們面臨的一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)。

4.1 實(shí)行最嚴(yán)格的取水許可制度

認(rèn)真核定城鄉(xiāng)居民和各單位、各行業(yè)的用水定額,結(jié)合取水許可證年審及換發(fā),科學(xué)地對各單位、各行業(yè)的用水計(jì)劃進(jìn)行核定,逐步實(shí)行總量控制與定額管理相結(jié)合的制度;逐步關(guān)閉超采區(qū)內(nèi)自備水源井,減少機(jī)井密度和開采量,嚴(yán)禁再打新井,并逐漸將耗水大的企業(yè)從超采區(qū)內(nèi)外遷;根據(jù)水資源條件,規(guī)劃地下水開采層位、壓縮地下水開采量、合理調(diào)整開采方式和開采井布局,嚴(yán)格按照允許開采量進(jìn)行開采。

4.2 全面推進(jìn)節(jié)約用水工作

節(jié)水型社會建設(shè)是我國社會發(fā)展的戰(zhàn)略之一。結(jié)合貫徹落實(shí)《水法》、《泰安市節(jié)約用水管理辦法》,加大節(jié)水的宣傳力度,重點(diǎn)宣傳節(jié)水的重要意義和有關(guān)節(jié)水的方針、政策和法律法規(guī),切實(shí)增強(qiáng)人們的節(jié)水的意識;大力推行科學(xué)用水,積極研究、推廣和應(yīng)用節(jié)水新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備和新材料。農(nóng)業(yè)要進(jìn)行以減少輸水損失、節(jié)水增產(chǎn)為中心的農(nóng)田灌溉工程改造,因地制宜地推廣渠道防滲噴灌、滴灌和微灌等先進(jìn)技術(shù)。工業(yè)用水以提高重復(fù)利用率為重點(diǎn),以節(jié)水技術(shù)改造為突破口,大力推廣應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)和措施,逐步實(shí)現(xiàn)循環(huán)用水、一水多用。磁窯工業(yè)區(qū) 2015年工業(yè)萬元產(chǎn)值取水量比現(xiàn)狀下降 30%以上,水的重復(fù)利用率達(dá)到80%,工業(yè)取水量平均增長率控制在 1%以內(nèi)。

4.3 實(shí)施地表水替代方案

按照先地表水后地下水的原則,必須從外區(qū)調(diào)地表水是解決磁窯工業(yè)區(qū)地下水超采的根本方法。依據(jù)《寧陽縣水資源綜合規(guī)劃》,計(jì)劃將直解水庫、賢村水庫的地表水引入工業(yè)區(qū),現(xiàn)該工程已進(jìn)入可研階段。該工程實(shí)施后,到 2015年可向工業(yè)區(qū)日供水達(dá) 5萬m3,使工業(yè)區(qū)地下水的開采量將會大幅度銷減,地下水超采的局面將得到根本扭轉(zhuǎn)。

4.4 加強(qiáng)地下水科學(xué)研究和監(jiān)測

加強(qiáng)地下水科學(xué)研究和監(jiān)測工作,搞好開采條件下地下水資源的評價問題研究,制定合理的開發(fā)利用地下水規(guī)劃;建立統(tǒng)一的地下水位、水量和水質(zhì)以及地面塌陷的監(jiān)測網(wǎng)站,及時掌握和預(yù)報地下水的動態(tài)變化;利用大氣水、地表水和地下水相互循環(huán)轉(zhuǎn)化以及地下水運(yùn)動緩慢的特點(diǎn),充分蓄積天然降水,多渠道引蓄洪水,回灌補(bǔ)給地下水,從而達(dá)到涵養(yǎng)水源,有效控制利用水資源的目的;積極開展對巖溶地面塌陷的調(diào)查,及時地預(yù)測地面塌陷的產(chǎn)生,避免因此造成的人員和經(jīng)濟(jì)損失,并開展巖溶地面塌陷的研究,分析巖溶地面塌陷的產(chǎn)生及分布規(guī)律,提出減少和治理巖溶地面塌陷的方式方法,為保護(hù)地下水資源和水環(huán)境提供科學(xué)的依據(jù)。

4.5 加快污水處理,實(shí)現(xiàn)污水資源化

城區(qū)現(xiàn)狀年污水排放量達(dá)到 1 600萬 m3,污水處理率不足 40%,其余都未經(jīng)處理直接排入河道,既污染環(huán)境,又浪費(fèi)了資源。按照南水北調(diào)東線工程對水質(zhì)的要求,規(guī)劃在 2015年前,完成磁窯工業(yè)區(qū)污水處理廠,日處理能力 5萬 m3,預(yù)計(jì)新增污水回用 500萬 m3,污廢水處理率將達(dá)到 80%。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),對于改善當(dāng)?shù)厮h(huán)境,實(shí)現(xiàn)建設(shè)“藍(lán)天、碧水、青山綠色家園”目標(biāo),都具有十分重要的意義。

[1]吳希龍.泰安市水污染現(xiàn)狀及對策,地下水,2002.1.p21

[2]吳希龍.泰安市地下水開發(fā)利用中的水環(huán)境問題及對策,地下水,2005.3.p206

[3]吳希龍.泰安市大汶河流域水環(huán)境污染及防治對策,水資源保護(hù),2004.5.p38