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        太原市微咸水現(xiàn)狀及開發(fā)利用措施研究

        2014-12-25 02:07:04尤龍鳳
        山西水利科技 2014年2期
        關(guān)鍵詞:小店區(qū)清徐縣咸水

        尤龍鳳

        (太原市水利科學(xué)研究所 山西太原030002)

        太原市作為山西省的省會(huì)城市,是山西省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、交通、信息的中心,隨著其人口的不斷增加和國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,對(duì)水資源的需求也與日俱增。然而,太原市的水資源狀況卻令人堪憂。水資源總量5.338億m3(太原市第二次水資源評(píng)價(jià)成果),人均水資源量172m3,僅為全國人均量的1/12,全省人均量的1/2,處于聯(lián)合國確定的極度缺水狀態(tài)。為緩解太原市的水資源緊缺狀況,將太原市分布較廣的劣質(zhì)水源——微咸水,充分、合理、有效地開發(fā)利用起來,應(yīng)成為太原市水利科技工作者的研究方向,并把微咸水的開發(fā)再利用作為彌補(bǔ)太原市水資源緊缺的有效途徑之一。

        1 微咸水利用現(xiàn)狀

        1.1 微咸水分布區(qū)域

        一般來講,凡是地表土壤存在鹽漬化現(xiàn)象的地區(qū),其地下水,甚至由地表徑流匯集的坑塘、洼淀積水大都是咸水、微咸水[1]。微咸水的最主要特征是水質(zhì)含鹽量高,礦化度高。通常將礦化度為1~3g/L的含鹽水稱為微咸水。

        根據(jù)太原市地下水水化學(xué)類型及分布規(guī)律結(jié)合微咸水特征分析,太原市微咸水主要分布在太原市的盆地區(qū),其中小店區(qū)和清徐縣河?xùn)|地區(qū)分布較多,具體分布范圍包括清徐縣的清源鎮(zhèn)、孟封鎮(zhèn)、徐溝鎮(zhèn)、王答鄉(xiāng)、集義鄉(xiāng)、柳杜鄉(xiāng)、西谷鄉(xiāng)、東于鎮(zhèn)等,小店區(qū)的小店鎮(zhèn)、北格鎮(zhèn)、西溫莊鄉(xiāng)、劉家堡等。這些地區(qū)的地下水水化學(xué)類型多為HCO3·CL-Na型水,礦化度多在1g/L或大于1g/L。

        由于太原市微咸水資源的勘查開發(fā)尚處于初勘階段,因此對(duì)微咸水僅調(diào)查了其在太原市的分布區(qū)域。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),太原市尤其是太原市盆地區(qū)絕大多數(shù)地區(qū)都在不同程度的直接或間接利用微咸水,或飲用或灌溉等。

        1.2 飲用微咸水現(xiàn)狀

        太原市大部分水井都是淺層水,因特殊的地理環(huán)境所致,大部分村莊飲用水的總硬度普遍超標(biāo),即使是城市供水,也由于水處理設(shè)施、成本、工藝等諸多原因,水硬度也不能夠全部達(dá)標(biāo),全市中清徐縣、小店區(qū)、晉源區(qū)、萬柏林區(qū)、尖草坪區(qū)、陽曲縣、古交市等存在大部分飲用微咸水情況。如晉源區(qū)晉源鎮(zhèn)晉陽堡飲用水總硬度1500 mg/L,古城營飲用水總硬度1270 mg/L,高家堡飲用水總硬度1670 mg/L。

        總體來講,太原市沿汾河兩岸及支流區(qū)域地勢較低的地方飲用微咸水較多,且這些地勢較低的地方有絕大部分土地存在不同程度的鹽堿化現(xiàn)象。如小店區(qū)劉家堡鄉(xiāng)西草寨及劉家堡鄉(xiāng)洛陽村一帶,以及清徐縣徐溝鎮(zhèn)高花一帶,集義鄉(xiāng)中遼西、東遼西一帶、晉源區(qū)晉祠鎮(zhèn)新莊營、張村一帶等,陽曲縣黃寨鎮(zhèn)、泥屯鎮(zhèn),古交市岔兒鄉(xiāng)、邢家社鄉(xiāng)等。

        據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì),太原市2011年飲用微咸水人口為10.526萬人,其中盆地區(qū)飲用微咸水人口為9.497萬人,占全市飲用微咸水人口的90.23%,主要分布在清徐縣、小店區(qū)、晉源區(qū)、杏花嶺區(qū)。太原市盆地區(qū)農(nóng)村飲用微咸水情況詳見表1。

        表1 太原市盆地區(qū)農(nóng)村飲用微咸水情況表

        1.3 微咸水農(nóng)業(yè)灌溉現(xiàn)狀

        太原市有效灌溉面積4.86萬hm2,2011年實(shí)灌面積4.8萬hm2,其中盆地區(qū)4.43萬hm2,而清徐縣、小店區(qū)為3.47萬hm2,占全市實(shí)灌面積的72.22%。因此,太原市農(nóng)業(yè)灌溉面積多集中在清徐縣、小店區(qū),尤其是水澆地面積更加集中。灌溉水量和水質(zhì)的保障直接關(guān)系著當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全及農(nóng)民的收入。

        經(jīng)調(diào)查,目前,機(jī)井灌溉是清徐縣和小店區(qū)水澆地的主要供水水源。2011年太原市地下水平均年開采量31911.63萬m3,其中太原市盆地區(qū)開采量為28954.02萬m3。開采井以200 m以下的水井占絕大多數(shù),據(jù)統(tǒng)計(jì),約占65%,其供水量達(dá)20742.6萬m3,盆地區(qū)供水量高達(dá)18820.1萬m3。根據(jù)調(diào)查保守估算,微咸水的灌溉水量約占盆地區(qū)200 m以下水井供水量的55%左右,其供水量約為10351萬m3。

        現(xiàn)有灌溉井大多含鹽較高,不適于進(jìn)行蔬菜灌溉,大多只能進(jìn)行大田澆灌,因此,在很大程度上影響了農(nóng)業(yè)的種植結(jié)構(gòu)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)清徐縣西谷鄉(xiāng)西谷村,現(xiàn)有水井6眼,1眼為吃水井,其余5眼為灌溉用井,由于水質(zhì)為微咸水,灌溉效率差,灌溉蔬菜后,出現(xiàn)蔬菜不長或生長受影響等,農(nóng)民放棄種植蔬菜和其他經(jīng)濟(jì)作物,每年只種植小麥和玉米。周邊受影響的鄉(xiāng)鎮(zhèn)村莊也大多因現(xiàn)有水井的水質(zhì)影響,種植結(jié)構(gòu)一直沒有調(diào)整。

        2 微咸水直接利用危害分析

        2.1 微咸水直接飲用的危害

        微咸水由于其鹽分含量偏高,若長期飲用,會(huì)直接導(dǎo)致血液黏稠,加重心臟、腎臟負(fù)擔(dān),造成高血壓、腎臟炎、心腦血管等高發(fā)病,同時(shí)也可造成人體胃腸功能的紊亂,免疫力低下等。

        2.2 微咸水直接灌溉的危害

        1)導(dǎo)致土壤鹽漬化、鹽堿化:直接利用咸水進(jìn)行灌溉雖然方便,但存在著潛在的危害。微咸水中含有一定的鹽分,將其直接用于農(nóng)業(yè)灌溉,使得地表土壤中鹽分增多,加之地表的蒸發(fā)使鹽分含量上升,日積月累,土壤中的含鹽量越來越多,導(dǎo)致土壤板結(jié),即土壤的鹽漬化、鹽堿化[2],即破壞了土體結(jié)構(gòu),使得土地肥力下降,也不利于作物吸收養(yǎng)分。

        2)影響作物吸收養(yǎng)分,阻礙作物生長:咸水直接用于農(nóng)業(yè)灌溉可使作物在生長期的鹽分輸入超出作物本身所能容納的鹽分,即超出其耐鹽性,從而形成鹽害。鹽害對(duì)作物的生長發(fā)育是極不利的,具體表現(xiàn)在以下兩方面:①影響作物對(duì)水分的吸收。當(dāng)土壤中可溶性鹽過量時(shí),土壤溶液濃度會(huì)增高,使得土壤中水分減少,作物吸水困難,當(dāng)土壤溶液濃度超過作物體內(nèi)濃度時(shí),會(huì)把作物體內(nèi)水分置換出來,造成作物干旱甚至死亡;②影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收。土壤中的過量鹽分會(huì)影響土壤中各種微生物的活動(dòng),從而使土壤養(yǎng)分不能有效轉(zhuǎn)化供給作物吸收利用,因此使作物生長期營養(yǎng)不良,導(dǎo)致發(fā)育不正?;蚴巧L失去平衡等而降低作物的產(chǎn)量[2]。

        3 微咸水開發(fā)利用措施

        3.1 淡化處理、解決農(nóng)村飲水困難

        微咸水直接飲用對(duì)人體危害較大,必須進(jìn)行淡化處理。微咸水淡化的原理就是使鹽水脫鹽淡化或者經(jīng)處理后達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn),微咸水淡化的方法有許多種,其中主要的方法有蒸餾法、電滲析法和反滲透法,目前微咸水淡化大多采用反滲透法和電滲析法。利用電滲析和反滲透技術(shù),通過淡化工藝進(jìn)行脫鹽、降氟、凈化等,可把含鹽量3~5g/L的微咸水,處理成小于1.0 g/L的淡水,符合國家規(guī)定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)[3]。

        微咸水淡化后用于解決農(nóng)村飲水困難,河北省滄州市就是個(gè)很成功的例子。滄州市為解決其東部地區(qū)的農(nóng)村飲水困難,采取的方法是打2~3眼微咸水淺井,配套安裝一套微咸水淡化處理設(shè)備,包括管道鋪設(shè)、建水池、蓋設(shè)備房等,總投資大概在12萬元左右,即可解決將近1000人的飲水困難,微咸水淡化水成本僅2.12~2.67元/m3,水質(zhì)基本達(dá)到純凈水標(biāo)準(zhǔn),一項(xiàng)工程僅需20天左右的時(shí)間即可完成,每人1年的飲水費(fèi)用約120元左右。該項(xiàng)技術(shù)已在海興、黃驊、吳橋、東光、鹽山、南皮、孟村、滄縣、青縣等縣市大力推廣應(yīng)用,并已作為水利部推廣的項(xiàng)目。到目前為止,滄州市已發(fā)展了151處苦咸水淡化站,解決了約15萬人的飲水困難問題[3]。

        3.2 用于農(nóng)業(yè)灌溉

        3.2.1 咸淡水的輪灌或混灌

        與淡水灌溉不同的是,利用微咸水灌溉時(shí)不僅要滿足作物對(duì)水分的需求,關(guān)鍵的是如何控制鹽分的危害。咸水灌溉技術(shù)涉及到多門學(xué)科,如水、土、作物等等。咸水灌溉對(duì)鹽分危害的控制主要是使土壤中的鹽分累積不超過作物耐鹽度,同時(shí)土壤中增加的鹽分經(jīng)過降雨或是灌溉的淋洗能夠排出土壤外,從而達(dá)到土壤中鹽分的周年或是多年平衡,不會(huì)發(fā)生鹽分的累積而造成鹽害[4]。實(shí)行咸淡水的輪灌或混灌是控制鹽分危害的行之有效的方法。可根據(jù)本地區(qū)的水資源條件,實(shí)行咸淡水資源的聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用,同時(shí)綜合考慮作物本身的耐鹽特性,進(jìn)行咸淡水的輪灌或混灌[5]。

        根據(jù)太原市微咸水分布范圍、地理及水文地質(zhì)特征,微咸水按性質(zhì)分為兩個(gè)區(qū):一是沿汾河、瀟河岸邊帶,此帶地下水位較高,淺層地下水含鹽量也相對(duì)較高。在此區(qū)域以及其它地勢較低地下水位較高地區(qū),灌溉工程措施主要以完善排灌渠建設(shè),減少田面積澇,以增加徑流量的方式使地下水水位下降,降低淺層地下水的含鹽量。同時(shí)引入汾河地表水與現(xiàn)有的微咸水灌溉井進(jìn)行混合灌溉,以降低灌溉水的礦化度,減少灌溉水中的鹽分,從而減輕對(duì)作物及土壤的危害。二是遠(yuǎn)離汾河、瀟河岸邊的沖積區(qū),此區(qū)可采用深層潛水與淺層水混澆的辦法,稀釋水中和土壤中的礦化度,有條件的可引入客水和雨水、洪水與微咸水混澆或間隔澆灌。

        為實(shí)現(xiàn)太原市的蔬菜、糧食等作物的穩(wěn)定高產(chǎn),農(nóng)田灌溉應(yīng)按灌二水淡水,灌一水咸水的咸淡輪灌方式進(jìn)行灌溉,即在作物的低耐鹽階段灌淡水,高耐鹽階段灌咸水。根據(jù)已往的灌溉經(jīng)驗(yàn),太原市農(nóng)田宜采用咸淡輪灌的方式灌溉。微咸水灌溉有兩種模式:一種模式是微咸水與汾河水庫水及當(dāng)?shù)氐Y源相結(jié)合,進(jìn)行咸淡輪灌的井渠雙灌灌區(qū),另一種模式是微咸水與當(dāng)?shù)氐Y源相結(jié)合進(jìn)行咸淡輪灌的井灌區(qū)。

        3.2.2 利用微咸水灌溉應(yīng)重點(diǎn)研究的問題

        (1)重點(diǎn)研究土壤中的鹽分如何進(jìn)行調(diào)控,防止土壤次生鹽漬化現(xiàn)象。在利用微咸水灌溉時(shí),應(yīng)注重如何高效、安全地利用微咸水。為防止因灌溉微咸水而引起土壤次生鹽漬化現(xiàn)象,必須制定適合太原市本區(qū)域的灌溉制度和灌溉方法,提出切實(shí)可行的控制土壤鹽分的方法。

        (2)重點(diǎn)研究土壤中鹽分的運(yùn)移和平衡規(guī)律。利用微咸水灌溉時(shí),為滿足作物的需水要求,灌溉水的定額不能太小,倘若灌水的定額過大,又會(huì)造成土壤鹽分不斷累積,從而引起土壤的次生鹽漬化。因此,有必要對(duì)不同咸水灌溉條件下鹽分離子的轉(zhuǎn)移與平衡規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究從而為確定適宜的咸水灌溉技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

        (3)重點(diǎn)研究土壤鹽分對(duì)作物生理的影響。研究利用不同的微咸水灌溉后土壤中的鹽分離子對(duì)作物的出苗、作物的光合速率、蒸騰速率、根系活力、葉綠素含量及產(chǎn)量等會(huì)產(chǎn)生的影響,將更有助于微咸水灌溉技術(shù)體系的進(jìn)一步形成[6]。

        3.3 其他用途

        微咸水經(jīng)適當(dāng)?shù)牡幚怼艋筮€可用于養(yǎng)殖業(yè)、城市生態(tài)環(huán)境用水、工業(yè)用水、消防用水等。

        4 結(jié)論與建議

        太原市微咸水的充分合理利用,可有效緩解太原市的水資源供需矛盾,同時(shí)也在一定程度上減少了對(duì)深層地下水的開采,可有效抑制太原市地下降落漏斗的進(jìn)一步發(fā)展,緩解由此引起的地面沉降及地下水環(huán)境惡化產(chǎn)生的一系列地質(zhì)環(huán)境問題;促進(jìn)節(jié)水型和環(huán)境友好型社會(huì)的發(fā)展,有效改善太原市的水環(huán)境狀況。

        太原市微咸水資源的勘查開發(fā)尚處于初勘階段,建議下一階段對(duì)微咸水的資源量、利用潛力、開發(fā)利用措施等作進(jìn)一步的深入研究;經(jīng)初步調(diào)查分析,微咸水區(qū)在太原市影響區(qū)較大,尤其以清徐縣、小店區(qū)為主,建議選擇清徐縣和小店區(qū)作為灌溉試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行微咸水灌溉試驗(yàn)的研究;凡是將微咸水作為飲用水源的地區(qū)必須安裝微咸水淡化裝置,確保居民飲水安全;在微咸水開發(fā)利用中,要積極拓寬微咸水的用水市場,從農(nóng)業(yè)灌溉用水推廣到城鄉(xiāng)生產(chǎn)生活用水等,可推行飲用水管線和生產(chǎn)生活用水管線的雙線供水,加大微咸水的開發(fā)利用力度;應(yīng)盡快籌建微咸水淡化示范站,為太原市的微咸水合理有效利用提供技術(shù)支持。

        [1]龍秋波,袁 剛等.邯鄲市東部平原區(qū)微咸水現(xiàn)狀及開發(fā)利用研究[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2010,21(4):126~129.

        [2]張正東.中國農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)體系及其展望[J].節(jié)水灌溉,2000,21(1):41~44.

        [3]張鳳林.滄州市開辟微咸水利用新途徑[J].河北水利水電科技,2003(6):23~25.

        [4]胡榮花,馮聽雨等.充分利用咸水、微咸水改善滄州水環(huán)境[J].地下水,2009,31(5):54~55.

        [5]楊樹青,史海濱等.干旱區(qū)微咸水灌溉對(duì)地下水環(huán)境影響的研究[J].水利學(xué)報(bào),2007,38(5):565~574.

        [6]郭永杰,崔云玲等.國內(nèi)外微咸水利用現(xiàn)狀及利用途徑[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技,2003(8):3~5

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