趙建美

（太原市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院,山西 太原 030000）

地下水是水資源的重要組成部分,是關(guān)系經(jīng)濟(jì)社會(huì)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源,是生態(tài)環(huán)境的控制性要素。近年來(lái),地下水超采問題引起了社會(huì)和政府層面的廣泛關(guān)注,國(guó)務(wù)院先后出臺(tái)了一系列法規(guī)和文件指導(dǎo)地下水合理開發(fā)利用。為治理地下水超采,許多地區(qū)進(jìn)行了積極探索,包括水源置換、調(diào)整種植結(jié)構(gòu)或者開展節(jié)水型社會(huì)建設(shè)等[1-3]。本文分析懷仁市北部地下水超采情況,并結(jié)合當(dāng)?shù)厮Y源稟賦和水利調(diào)度工程,提出水源置換綜合治理對(duì)策。

1 超采區(qū)概況

1.1 超采區(qū)分布

懷仁市位于山西省北部、桑干河上游,“朔州市懷仁中型孔隙淺層地下水超采區(qū)”就位于懷仁市境內(nèi),分布于懷仁市城以西,北起北信莊、南至北辛村、西起盆地邊界、東至懷仁城東,超采區(qū)面積111 km2,其中嚴(yán)重超采區(qū)面積86 km2,超采區(qū)地下水可開采量為1484 萬(wàn)m3/a，多年平均開采量2787 萬(wàn)m3/a，超采量1303 萬(wàn)m3/a,開采系數(shù)1.88,懷仁縣地下水超采區(qū)分布范圍,見表1。由于該區(qū)大量開發(fā)地下水,區(qū)內(nèi)地下水位自1980年起持續(xù)下降,年平均下降幅度在0.5 m~1.0 m 之間,北窯長(zhǎng)觀孔最大年降深1.2 m。懷仁市超采區(qū)范圍,見圖1。

圖1 水量平衡圖

表1 懷仁市地下水超采區(qū)分布范圍

1.2 區(qū)域地下水超采量

1.2.1 工業(yè)用水

超采區(qū)內(nèi)工業(yè)用水涉及大同市焦煤礦有限責(zé)任公司、山西集華興業(yè)煤炭有限公司、懷仁市宏豐建材有限公司、大同煤礦集團(tuán)朔州礦業(yè)公司南窯出口煤站、懷仁市南窯聯(lián)合洗煤有限公司、山西中聯(lián)煤業(yè)有限公司、山西玉龍煤炭運(yùn)銷有限公司、大同煤礦集團(tuán)朔州礦業(yè)公司懷仁南窯煤炭聯(lián)合集運(yùn)站、懷仁市凱勝德煤業(yè)有限公司、懷仁市祿升煤炭銷售有限公司、懷仁市裝卸搬運(yùn)公司、懷仁市成興法煤有限責(zé)任公司及等12 家廠礦企業(yè),水井16 眼,現(xiàn)狀年用水量約77.21 萬(wàn)m3/a,見表2。

表2 超采區(qū)工業(yè)企業(yè)取水井

1.2.2 農(nóng)業(yè)用水

區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水涉及灌溉范圍包括懷仁市云中鎮(zhèn)的北七里寨、南窯、北窯及于家園4 個(gè)村莊,8760 畝農(nóng)田,43 眼水井。目前主要種植作物全部為玉米,現(xiàn)狀主要水源為機(jī)井,超采地下水量為138.7 萬(wàn)m3,各村莊農(nóng)用機(jī)井?dāng)?shù)量統(tǒng)計(jì),見表3。

表3 超采區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉取水井

2 超采治理措施

目前,針對(duì)地下水超采治理,核心是推進(jìn)“增源、減荷、強(qiáng)管”。增源,即采取系列工程措施改造區(qū)域下墊面,拓展涵養(yǎng)水源,實(shí)施相應(yīng)的水利工程調(diào)度。減荷,即開展工業(yè)節(jié)水、農(nóng)業(yè)灌區(qū)節(jié)水改造,調(diào)整種植結(jié)構(gòu)等減少水資源的消耗。

山西省確立充分利用黃河水及應(yīng)急水源工程、山西大水網(wǎng)和市縣小水網(wǎng)工程配置的地表水、外調(diào)水、再生水等水源,實(shí)施原水直供、水源置換、關(guān)井壓采,節(jié)約和保護(hù)地下水,保證城鄉(xiāng)生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境用水的地下水超采治理思路?；诖?懷仁市受益于“引黃入晉”北干線工程,具備了水源置換的前提條件,因此,提出了“水源置換+封井壓采”的治理對(duì)策。

萬(wàn)家寨引黃北干線已于2011年通水,為該區(qū)域水源置換創(chuàng)造了有利條件。治理區(qū)域結(jié)合現(xiàn)有引黃工程,擬采取水源置換工程壓采地下水量,涵養(yǎng)和恢復(fù)區(qū)域地下水。主要措施是利用引黃地表水置換超采區(qū)地下水,為項(xiàng)目區(qū)工、農(nóng)業(yè)用水提供水源。區(qū)域擬封閉59 眼水井（其中工業(yè)用水井16 眼、農(nóng)業(yè)用水井43 眼）,工業(yè)用水取用經(jīng)過北七里寨水廠處理過的清水,農(nóng)業(yè)灌溉用水取用引黃原水。

2.1 配水規(guī)模

本次水源置換工程工、農(nóng)業(yè)近期總需水量為235.50 萬(wàn)m3,總設(shè)計(jì)流量為0.51 m3/s,關(guān)井壓采總水量為230.27 萬(wàn)m3；工、農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)期總需水量為345.97 萬(wàn)m3,總設(shè)計(jì)流量為0.58 m3/s,關(guān)井壓采總水量為340.74 萬(wàn)m3。其中：工業(yè)近期需水量為93.15 萬(wàn)m3,設(shè)計(jì)流量為0.07 m3/s,關(guān)井壓采水量為91.57 萬(wàn)m3；工業(yè)遠(yuǎn)期需水量為203.62 萬(wàn)m3,設(shè)計(jì)流量為0.14 m3/s,關(guān)井壓采水量為202.04 萬(wàn)m3；農(nóng)業(yè)灌溉需水量為142.35 萬(wàn)m3,設(shè)計(jì)流量為0.44 m3/s,關(guān)井壓采水量為138.7 萬(wàn)m3。所需水量小于引黃工程配置給懷仁市水量3826 萬(wàn)m3,因此水量滿足要求。

2.2 總體布置

工業(yè)供水廠礦企業(yè)共12 家,共關(guān)井壓采16 眼水井。工程利用工業(yè)加壓泵、工業(yè)總干管、工業(yè)分干管將水提至三個(gè)工業(yè)供水點(diǎn)位,分別為1000 m3蓄水池、總干管末端焦煤礦500 m3×2 蓄水池、二分干末端水泥廠100 m3蓄水池接水點(diǎn)。從工業(yè)總干管上分2 條支管分別供山西集華煤炭有限公司（100 m3蓄水池接水點(diǎn)）和北窯村人畜吃水；1000 m3工業(yè)蓄水池利用重力流經(jīng)工業(yè)1 分干管、支管輸水給懷仁中聯(lián)煤業(yè)有限公司、懷仁市凱德勝煤業(yè)有限公司等9 家位置較低的廠礦企業(yè)。管道末端與每個(gè)廠礦內(nèi)的現(xiàn)有水井管道首部連接,每個(gè)連接處均設(shè)置有控制閥井,井內(nèi)安裝控制閥和水表。工業(yè)供水管道總長(zhǎng)度為18.002 km,其中工業(yè)總干管長(zhǎng)度9.017 km,其中4.926 km 采用DN450 承插式涂塑鋼管,其余4.091 km 采用DN400~DN315 PE 管（管道設(shè)計(jì)壓力1.0 MPa/0.8 MPa）；工業(yè)分干管2 條,總長(zhǎng)度6.467 km,采用DN250~DN32 PE 管,管道設(shè)計(jì)壓力0.8 MPa/1.0 MPa；工業(yè)支管13 條,總長(zhǎng)度2.518 km,采用DN250~DN32 PE,管道設(shè)計(jì)壓力0.8 MPa/1.0 MPa。工業(yè)供水線路上根據(jù)相關(guān)規(guī)范及實(shí)際地形情況設(shè)置有71 座附屬建筑物,包括控制閥井7 座、檢修閥井2 座、減壓閥井2 座、流量計(jì)井3 座、排氣閥井31 座、排水閥井13 座、末端控制閥及水表井13 座等。

農(nóng)業(yè)灌溉共關(guān)井壓采43 眼水井,控制面積8760 畝。工程利用農(nóng)業(yè)加壓泵、農(nóng)業(yè)總干管將水提至2000 m3高位蓄水池,再利用重力流經(jīng)農(nóng)業(yè)分干管、支管輸水與每個(gè)井點(diǎn)的現(xiàn)有農(nóng)田灌溉管道首部連接,每個(gè)連接處均設(shè)置有控制閥井,井內(nèi)安裝控制閥和水表。農(nóng)業(yè)灌溉輸水管道總長(zhǎng)度為29.274 km,其中農(nóng)業(yè)總干管長(zhǎng)度5.761 km,采用DN700 承插式涂塑鋼管；農(nóng)業(yè)分干管3 條,總長(zhǎng)度13.818 km,均采用PE 管,管徑DN630~DN110,管道設(shè)計(jì)壓力0.6 MPa；農(nóng)業(yè)支管38 條,總長(zhǎng)度9.695 km,均采用PE 管,管徑DN250~DN90,管道設(shè)計(jì)壓力0.6 MPa。輸水線路上根據(jù)相關(guān)規(guī)范及實(shí)際地形情況設(shè)置112 座附屬建筑物,包含有控制閥井12 座、檢修閥井1 座、減壓閥井4 座、流量計(jì)井11 座、排氣閥井27 座、排水閥井17 座、末端控制閥及水表井40 座等。

2.3 運(yùn)行補(bǔ)貼

建設(shè)項(xiàng)目的年運(yùn)行費(fèi)指項(xiàng)目運(yùn)行初期和正常運(yùn)行期每年所需支出的全部運(yùn)行費(fèi)用。

農(nóng)業(yè)灌溉用水實(shí)行政府補(bǔ)貼,即引黃水價(jià)為1.95 元/m3,其中政府補(bǔ)貼1.20 元/m3,實(shí)付水價(jià)按照0.75 元/m3進(jìn)行計(jì)算,農(nóng)業(yè)灌溉用水需106.76 萬(wàn)元。工業(yè)供水近期用水量93.15 萬(wàn)m3/a,年抽水耗電量為102.50 萬(wàn)kW?h,電價(jià)按當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉電價(jià)0.5 元/（kW?h）計(jì)算,年燃料動(dòng)力費(fèi)（電費(fèi)）為51.23 萬(wàn)元,工業(yè)供水遠(yuǎn)期用水量203.62 萬(wàn)m3/a,年抽水耗電量為224.00 萬(wàn)kW?h,電價(jià)按當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉電價(jià)0.5 元/（kW?h）計(jì)算,年燃料動(dòng)力費(fèi)（電費(fèi)）為111.99 萬(wàn)元；本工程農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水用水量的年燃料動(dòng)力費(fèi)為190.02 萬(wàn)元~250.78 萬(wàn)元。水資源費(fèi)方面工業(yè)為0.50 元/m3，農(nóng)業(yè)不計(jì)。工業(yè)供水近期用水量93.15 萬(wàn)m3/a,則工業(yè)每年水資源費(fèi)為46.58 萬(wàn)元；工業(yè)供水遠(yuǎn)期用水量203.62 萬(wàn)m3/a,則工業(yè)每年水資源費(fèi)為101.81 萬(wàn)元。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)懷仁市地下水超采問題,采取封停取水井,同時(shí)結(jié)合引黃工程完成水源置換的綜合治理措施,遏制了地下水水位下降趨勢(shì),改善了環(huán)境地質(zhì),重塑區(qū)域水資源配置和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)利用格局。

懷仁市基于當(dāng)?shù)匾S工程的先天優(yōu)勢(shì),按照山西省確立的充分利用黃河水和應(yīng)急水源工程為依據(jù),結(jié)合區(qū)域工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水大規(guī)模打井取用地下水的現(xiàn)狀,擬定了水源置換+封井壓采的治理思路,從水資源供需平衡分析,水源替換可行性、工程總體布置及后期運(yùn)行水價(jià)和政府補(bǔ)貼等方面提出了全過程的治理對(duì)策,確保超采區(qū)地下水壓采措施可行,后期運(yùn)行可持續(xù),為地下水超采區(qū)的治理提供了借鑒思路。

地下水超采治理需要建立全過程治理思路,精準(zhǔn)定位區(qū)域治理目標(biāo)和實(shí)際水資源稟賦條件,制定適宜的水資源配置方案和治理措施,從而確保治理效果。