季曉云，陳亞楠，周春煦

(1.南通市水利局，江蘇 南通 226000；2.江蘇省地質(zhì)環(huán)境勘查院，江蘇 南京 211102；3.江蘇航運職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 南通 226000)

0 引言

水資源是人類賴以生存和進行生存活動的基本要素，是自然資源的重要組成部分。隨著社會的不斷發(fā)展，開展再生水、集蓄雨水、微咸水等非常規(guī)水源利用對于緩解水資源短缺、提高水資源利用效率、促進水資源節(jié)約保護等都具有重要的意義。微咸水的開發(fā)利用也越來越受到重視。

微咸水利用在以色列、美國、意大利等國家已有很長時間，國外在微咸水資源化方面已積累了大量的成功經(jīng)驗。國內(nèi)從20世紀60、70年代就開始進行微咸水利用方面的研究，利用微咸水發(fā)展種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等均取得了成功，相關(guān)技術(shù)也日益成熟。中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)田灌溉研究所劉春成[1]等研究了微咸水與再生水混灌對作物生理特性的影響；寧夏大學土木與水利工程學院徐天淵[2]通過實地布設(shè)微型蒸滲儀模擬研究了低(2.5 L)、中(3.7 L)、高(5.0 L)微咸水灌溉量對0%、20%、40%、60%、80%、100%砂土混合比的土壤水鹽運移規(guī)律及動態(tài)分布；江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院李進[3]等對連云港地區(qū)地下咸水水化學特征及成因進行了分析。

南通地處中國華東地區(qū)、江蘇東南部，東抵黃海、南瀕長江，總面積8 001 km2。南通屬濕潤的亞熱帶季風氣候，多年平均降水量1 059.6 mm，多年平均徑流量25.6億 m3。南通市地下水開采始于70年代，當時主要開采第Ⅰ及第Ⅲ承壓水。本文通過對南通市淺層微咸水賦存條件及開發(fā)利用的調(diào)查，分析評價淺層微咸水開發(fā)利用現(xiàn)狀，為南通市淺層微咸水的科學利用提供重要的依據(jù)。

1 南通市微咸水開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.1 微咸水賦存條件

南通地區(qū)第四紀松散沉積物發(fā)育，分布范圍廣，厚度達300～400 m，由西向東逐漸增大，垂向上多層砂層相互疊置，構(gòu)成錯縱復雜的含水層系統(tǒng)。根據(jù)含水層埋藏深度、沉積年代將其分為淺層水和第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ、第Ⅳ承壓水五個含水層。第Ⅰ承壓含水層地下水賦存于地表30～70 m以下，厚度一般40～60 m，局部大于60 m。第Ⅰ承壓水因補給來源充分，且屬季節(jié)性開采，年均水位基本無變化。南通市區(qū)水位埋深在4.0 m左右。

第Ⅰ承壓水含水層富水性較好，單井涌水量2 000～5 000 m3/d，導水系數(shù)一般小于100 m2/d，但局部地段可達100～1 000 m2/d。承壓水頭埋深1.0～3.0 m。水質(zhì)較復雜，受海水及后期地表水的補給淡化所影響，具有明顯的分帶性：角斜鎮(zhèn)(海安)-掘港鎮(zhèn)(如東)-涂鎮(zhèn)(通州)-包場鎮(zhèn)(海門)-匯龍鎮(zhèn)(啟東)一線以東地區(qū)水質(zhì)較差，地下水礦化度大于10 g/L，屬C1-Na型咸水，不能飲用。此線以西受后期淡化影響，地下水礦化度為1.0～3.0 g/L，屬HCO3·C1-Na型微咸水。沿江地區(qū)(除啟東沿江段外)礦化度小于1.0 g/L屬淡水，水質(zhì)類型為HCO3-Na型水。

1.2 各地開發(fā)利用情況

南通地區(qū)微咸水賦存于第Ⅰ承壓含水層中，水質(zhì)較差，不宜直接飲用，九十年代以來，隨著工業(yè)企業(yè)的迅速發(fā)展，紡織、加工業(yè)等多取用該層水作為空調(diào)降溫用水或其他形式的工業(yè)企業(yè)冷卻用水。進入21世紀，隨著地下水源熱泵系統(tǒng)的迅速發(fā)展，取用微咸水作為建構(gòu)筑物制冷供暖的冷熱源，由于其利用形式高效節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，越來越受到鼓勵和推崇。根據(jù)《南通市地下水資源評價》(2008)，南通市第Ⅰ承壓含水層地下水可采量為 3 494.1×104m3/a，各地可開采量見表1。

表1 南通市地下水開采量一覽表 104 m3/a

選取典型年份2011、2014、2016、2019、2020年，分別統(tǒng)計各地的開采量，不難看出開采總量占可開采量基本在10%～16%內(nèi)，可開采量空間較大。另外開采量主要集中在南通市主城區(qū)，分別占當年實際開采量的69.2%、75.4%、83.8%、81.4%和75.2%。

1.3 開發(fā)利用形式

1.3.1 工業(yè)降溫及清洗利用

1)噴淋、霧化等形式工業(yè)車間降溫使用

目前南通市開發(fā)利用微咸水用于降溫的多為紡織行業(yè)，取用微咸水常年恒溫約19℃的特征，地下水經(jīng)噴管噴成霧狀后，由風機送入車間空調(diào)管道內(nèi)循環(huán)，以達到吸熱降溫的目的，水分在降溫過程中蒸發(fā)消耗。

2)工業(yè)清洗用水

該類項目對清洗水水質(zhì)要求不高，且年取水規(guī)模較大，取用微咸水即可滿足項目需求。

3)冬灌夏用形式的工業(yè)車間夏季降溫

目前南通的冬灌夏用井取水深度為100 m，該項目主要是在冬季氣溫較低(1-4月份)時取水經(jīng)凈化后灌入含水層內(nèi)，夏季氣溫較高時(6-9月)，抽取地下水，經(jīng)噴管噴成霧狀后，由風機送入車間管道內(nèi)循環(huán)，以達到吸熱降溫的目的。此類項目取用水作為降溫用水，需水量較大，但整個用水過程中僅水溫發(fā)生了變化，水質(zhì)無變化，水量除自然蒸發(fā)損耗外，其變化也不大。且取用地表水灌入后取出用于降溫較之直接取用微咸水“結(jié)垢少，腐蝕小”。利用了微咸水儲存的空間，而未取用地下水資源量，屬高效環(huán)保的新型開發(fā)利用方式。車間降溫、清洗用水和冬灌夏用都在不同程度上提高了微咸水資源的開發(fā)利用效率，充分發(fā)揮了水資源在經(jīng)濟社會發(fā)展中的作用，促進了工業(yè)企業(yè)的發(fā)展。

1.3.2 地下水源熱泵形式利用

南通夏季氣候炎熱冬季潮濕寒冷，供冷和供暖大致相當，冷暖負荷基本相同；第Ⅰ承壓含水層地下水含水層厚度大，富水性好，涌水量大，資源量很大，且埋藏深度比較淺，特別適合推廣地下水源熱泵技術(shù)，從而充分開發(fā)利用微咸水資源，同時發(fā)揮地下蓄能的作用。使用地下水源熱泵的企業(yè)主要集中在南通市區(qū)，2019年取水150.57萬 m3/a，2020年取水120.53萬 m3/a。從表2中不難看出，微咸水的利用一般以工業(yè)降溫和清洗為主，2020年占開采總量的76.76%。

表2 南通市微咸水開發(fā)利用形式

2 南通市微咸水開發(fā)利用前景分析

南通市微咸水現(xiàn)狀利用率較低，具開采潛力，且市場開發(fā)利用前景較好。資源開發(fā)區(qū)均屬于集中工業(yè)供水區(qū)，面積約為 2 670 km2。水文地質(zhì)條件是含水層厚度較大，如皋、李堡、角斜一帶達80～120 m，向南、向北逐漸變薄，海安一帶為 60～80 m，啟東一帶為 80 m 左右，水質(zhì)較差，礦化度 1.0～5.0 g/L，多屬于 Cl-Na·Ca型水。第Ⅰ承壓水水溫恒定，全年水溫在 18℃～20℃，礦化度小于 5.0 g/L，可直接利用于地下水源熱泵系統(tǒng)冷熱源、鋼鐵、化工、電力等部門的冷卻、空調(diào)用水，是一種環(huán)保型能源。經(jīng)淡化處理后也可用于印染、制堿、橡膠及海產(chǎn)品加工等行業(yè)供水或生活供水。地下水開發(fā)利用規(guī)劃建議是，將其列為可適度擴大開采區(qū)，可按規(guī)劃開采量開采，地下水資源豐富，具有較好的開發(fā)利用前景。

3 微咸水資源化建議

《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標的建議》將創(chuàng)新和推行高質(zhì)量發(fā)展作為主題，提出構(gòu)建新發(fā)展格局。推動新時期非常規(guī)水源開發(fā)利用，要站在更高的視野，從高質(zhì)量城鎮(zhèn)化、綠色轉(zhuǎn)型等宏觀戰(zhàn)略出發(fā)，認識和發(fā)展非常規(guī)水源利用的重要意義。南通市微咸水資源化，筆者認為要做好以下幾點。

3.1 加強微咸水等非常規(guī)水源利用的法律法規(guī)體系建設(shè)

自2002 年《中華人民共和國水法》頒布，一系列法規(guī)、條例出臺，鼓勵使用再生水等非常規(guī)水源。加強微咸水的開采利用，需要在已有法律法規(guī)基礎(chǔ)上，結(jié)合當?shù)貙嶋H，研究制定適應本地區(qū)的管理條例，明確水質(zhì)標準、用途、水價等內(nèi)容，加強微咸水等非常規(guī)水源開發(fā)利用的法律保障。

3.2 開展微咸水開發(fā)利用專項規(guī)劃

目前微咸水開發(fā)利用形式不一、利用量不同、分布不均，為確保資源的合理開發(fā)和高效利用，建議研究制定微咸水開發(fā)利用專項規(guī)劃，確保資源和能源的可持續(xù)開發(fā)利用，保護水資源與淺層地熱資源，避免導致水環(huán)境破壞和地質(zhì)環(huán)境問題。

3.3 加強微咸水資源化配套技術(shù)研究

微咸水資源化需要相關(guān)的技術(shù)作為支撐和保障，要結(jié)合地區(qū)水資源供需情況，對微咸水進行資源評價，綜合分析微咸水利用的利弊得失[4]。地下水源熱泵形式開發(fā)利用微咸水的方式存在換熱過程，地下水在抽取和回灌之間發(fā)生了溫度的變化，溫度發(fā)生變化的水回灌至地下含水層后與地下水和含水層骨架之間熱交換過程尚未做專項研究，且微咸水與含水層中賦存地熱資源量亦未曾做過評價，尤其是在項目運行使用過程中，地下溫度場的變化規(guī)律和冷熱效應對地質(zhì)環(huán)境影響的研究程度較低；長期開發(fā)利用微咸水作為熱(冷)源進行換熱是否為引起熱(冷)堆積也未有專項研究，因此開展南通市淺層微咸水中淺層地熱能資源量的評價和換熱研究對于合理開發(fā)利用微咸水和淺層地熱能資源具有重要的指導意義。

3.4 加大宣傳力度 轉(zhuǎn)變公眾用水觀念

通過電視、網(wǎng)絡、專題講座等多種途徑，加強微咸水等非常規(guī)水源開發(fā)利用知識普及，提升公眾對水資源問題的緊迫感和危機感，加深對非常規(guī)水源利用的認知和認同。

4 結(jié)語

南通市地區(qū)微咸水-咸水現(xiàn)狀利用率較低，且開發(fā)利用前景較好，可資源化潛力可觀。在節(jié)能減排呼聲日益高漲的今天，利用淺層微咸水-咸水作為工廠冷卻或地下水源熱泵系統(tǒng)冷源(熱源)可視作為一種非常重要的新型能源，對于緩解能源供應壓力，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會具有重要意義。