流域水资源可持续利用途径探讨

单福元


　　一、水资源短缺成为制约丹河流域社会经济发展的主要瓶颈

　　丹河在我市境内河长128.6km，流域面积为2965km2，占全市国土面积的31.5%。包括城区、高平市的全部，以及泽州县和陵川县的大部。流域内人口占全市总人口的百分之六十以上；经济总量占全市的百分之七十左右；耕地136万亩，占全市的48%。

　　丹河流域水资源总量为35003万m3/a，可利用总量为20897万m3/a，据《晋城市节水型社会建设规划》到2020年丹河流域的最小需水量预测为36262万m3/a。可见流域总需水量远大于总可利用量，水资源明显短缺。况且，丹河流域的水资源主要为地下水资源，已经出现了开采过度问题，可持续利用难度很大。丹河流域地层分灰岩地层和煤系地层两部分。灰岩地层为漏水地层，煤系地层由于近年来的采煤塌陷大部分煤系地层也变为漏水地层，故目前丹河流域90%以上的地层为漏水地层，地表产水量越来越少，且很难利用。地下水构成流域供水的主要框架，占现有供水量的80%左右。可见地下水是流域的主要可利用水资源，地表水大部分以转化为地下水的形式被利用。因此在20897万m3/a的可利用量中，地下水资源为16373万m3/a，占总可利用量的78.4%，而地表水资源为4524万m3/a，占总量的21.6%。在16373万m3/a的可利用地下水中，岩溶水14128万m3/a占86.2%。可见岩溶地下水是支撑流域社会经济发展的主要水源。随着近几年经济社会的快速发展，需水量越来越大，开采强度也越来越大。

　　流域的高平、城区、泽州盆地已经发生了岩溶地下水区域水位下降等地下水过度开采带来的环境地质问题。故不得不叫停了流域岩溶水的开采。水资源短缺已经成为严重制约丹河流域社会经济可持续发展的主要瓶颈，科学开发利用丹河流域水资源是推动该流域社会经济科学发展的重大课题。

　　二、丹河水资源可持续利用的途径

　　据市水资办统计，到2007年丹河流域岩溶水的总开采量为7155万m3/a，只占可开采量的51%。为什么实际利用量仅达评价量的51%，就产生了超采问题？如何确保流域水资源的可持续利用以支撑流域社会经济的可持续发展？为此，我们深入广泛地调查了丹河流域的自然地理和水文地质条件及其水资源开发利用的历史和现状，认为流域水资源可持续利用的途径如下：

　　1、开发利用寒武水。丹河流域岩溶水可利用量占流域可利用水资源总量的67.6%。

　　所谓岩溶水就是指富存和移运在可溶岩石（即石灰岩）中的水。丹河流域的岩溶水分为中奥陶岩溶水和中寒武岩溶水，统称岩溶水。中奥水和中寒武水应为互相联系又相对独立的两层水。中奥水的补给区，在高平、泽州的东部和陵川的西部，中寒武水的补给区在陵川的东部和泽州县的东南部；中奥水的排泄区在台北泉、白洋泉和郭壁泉一带，泉水总量为1.8m3/s，中寒武水的排泄区在泽州县的郭峪至三姑泉一带，多年平均泉水总量为3.9m3/s；两层水的径流区基本相同，都是沿太行山背斜西翼，由东向西流入由高平至市区的南北向断陷汇水盆地后，受晋获断裂带的阻水，再转而沿盆地向南流向郭壁泉和三姑泉。我们对中奥水和中寒武水进行分层可利用量的评价后，得出中奥水的可利用量为6600万m3/a，中寒武水的可利用总量为8000万m3/a。

　　目前，大量开发利用的是中奥水，中寒武水尚未开发利用。现在开发利用的7155万m2/a的岩溶水全部是中奥水，已超出其可利用6600万m2/a总量的1.08倍，已超采。而前述的岩溶水可利用资源总量指的是中奥水和中寒武水的总和，这就是为什么岩溶水开发利用只达可利用总量的51%，就出现超采现象的原因。因此，要充分开发利用岩溶水就必须开发利用中寒武水。

　　三姑泉是中寒武水的主要排泄口，多年平均径流总量为1.23亿m2/a，是我市最大的边缘泉。因此，开发利用三姑泉水资源，是丹河流域水资源可持续利用的根本途径。三姑泉泉口已被河南省修建的青天河水库所淹没，已无法在泉口开发利用。因此，中寒武水的开发利用方式不能泉采只能井采。

　　如何开发利用中寒武水，目前因认识上的差别，有两种开发意见，其一是认为中寒武水只富存于郭壁至三姑泉一带，是中奥水在郭壁一带转化而来的，故只能在郭壁以下进行近泉口的开发利用；其二是我们通过本次的调研，认为中寒武水是叠置于中奥水之下的一层水，分布面积大于中奥水。因此，中寒武水的开发利用应与中奥水的开发利用方式一样在整个丹河流域进行，而不应局限于近泉口开发。

　　全流域开发寒武水的好处是：①可扩大开采量，由于两岩溶水的隔水底板，在高平至南村的构造盆地内洼下，在河西—郭峪一线又跷起，形成一个形似地下水库的汇水盆地，其库容约在9亿m3左右，对岩溶地下水起到很好的调节作用，可使流域内岩溶水的开采量大于近泉口开发的开采量。②可降低运行成本，在流域开发比在近泉口开发，提水扬程可减少400m左右，可降低提水成本。③可实现开发与利用的直接对接，缩短开发周期。

　　开发寒武水的当务之急是，急需尽快开展全流域的中寒武水详勘工作，但不可只在近泉口勘探，应在全流域展开，为全流域开发做好前期工作。

　　2、提回郭壁水，以缓解流域中奥水的超采。郭壁水源地，现有可供生活饮用水1500万m3/a，改扩建后生活饮用水可供量为3000万m3/a，而现实供水265万m3/a，充分发挥郭壁的供水能力，是缓解流域水资源短缺最快、最省、最有效的措施，可取得立竿见影的效果。

　　3、回灌涵养中奥水，增加其可采量。在中奥岩溶水补给区，修筑回灌库拦蓄洪水回灌地下水，依据地形地貌和水文地质条件，可在上述地区规划14座回灌库，总有效库容可达3328万m3，可控制积水面积464.7km2，总投资9732万元，可增加中奥水补给量2350万m3/a。同时，在中奥岩溶水补给区的沟沟叉叉修闸谷坊，建水土保持骨干坝，在坡面上植树种草，拦蓄地表水和加大降雨入渗量，建设人工天然混合补给系统。据有关资料，可使降雨入渗系数由0.2提高到0.26。经初步规划，搞好400km2涵养水源的水土保持治理，需投资5940万元，可回灌地下水1450万m3/a。两项共计可增加可采量近3000万m3/a。

　　4、充分利用浅中层水。丹河流域浅中层水的天然资源量为5334m3/a，可采量为2245万m3/a，近年来由于优质岩溶水的大量开发，放弃了对浅中层水的利用，形成闲置浅中层水不用，而竞相开发中奥水的局势。其实浅中层水用来供农业灌溉，工业用水是完全可以的，应加以充分利用。

　　同时，由于采煤塌陷裂缝的影响，使流域内的煤系地层（1300km２左右）的降雨入渗系数大大增加，参照有关资料分析，丹河流域煤系地层的入渗系数至少可达0.14左右，据此估计现浅中层水的天然资源量已增加到10668万m3/a，以0.6的利用系数计，浅中层水的可利用量可达6420万m3/a，这是一笔非常可观的资源。因浅中层水与岩溶水之间有一层稳定的区域隔水底板，阻止了浅中层水向岩溶水的补给，它不会转变为岩溶水，如不加利用就是浪费。利用浅中层水的方式有三种，其一是利用现有的浅中层井供工农业用水，其二是利用采煤排水，其三是利用煤矿采空区蓄积的地下水。据流域煤田区的3#和15#煤层底板等值线图，在煤田区有很多低洼地带，采空后就是天然的地下水库，其库容有的可达百万m3，可以很好的调节浅中层水，使之得以充分利用。上述三项利用方式全部实施可利用量可达6400万m3/a。

　　5、外流域调水。从沁河流域调水至丹河流域的张峰水库枢纽工程已完成，其配套的输水工程也即将完工，此项跨流域调水工程可向丹河流域调水7500万m3/a。

　　6、污水资源化，实施循环用水。城市生活及工业废污水，是一种潜在的再生水资源。具有量大、集中、稳定、保证率高的特点。经过处理后可回用于工业、农业、市政生态等中水领域。如此，可以变废为宝，不但可以减少排污量，防止环境污染，尤其是对水资源的污染，而且可以变水资源的一次性使用为循环使用，增加水资源的供给量。近年来，国内外污水处理回用技术发展很快，特别是生物膜法和反渗透技术的规模化应用，污水处理出水水质，不但可达工业用水和中水水质标准，而且还可达到生活饮用水质标准。日本、以色列、南非和一些欧美国家，已将污水处理回用推向产业化。我国发展也很快，大批城市污水处理相继建成，北京市到2008年实现污水处理率90％，利用率50％的目标。根据晋城市建设节水型社会规划预测，不同水平年的用水量、排污率和处理利用率，到2020年可利用量将达到5276万m3/a。这又是一项不可小视的水资源，应变废为宝将之充分利用服务于经济建设。在丹河流域污水资源化，实施循环用水，主要有分散和集中两种方式。分散处理回用方式，是以厂矿和生活小区为单位进行污水处理和回用。如流域内的兰花司徒化肥厂、晋丰化工、天脊化工、天泽永丰、天泽煤化、兰花能源煤化工等企业都建成了本厂的终端污水处理站，采用A/O+MBR的处理工艺对污水进行了处理，出水水质可达中水水质标准。同时又配套建成中水回用站，采用活性炭过滤+反渗透处理技术，回水水质可达到一级脱盐水的水质标准，使回用率达到66％，基本实现了污水零排放。并使单位产品用水量降为省定额60％左右。又如流域内生产90万吨以上的煤矿，古书院、长平、伯方、晋普山、大阳、凤凰山等煤矿。将本矿的采煤排水处理后用于矿生产和除尘用水，既减少了废水排放对河道的污染，又节约了清洁水。这种源头处理回用方式，处理与回用直接对接，既消除了污水汇流对环境的污染，又便于管理，效益好，应广泛推广。

　　集中处理回用的方式，是将很多单位厂矿住宅小区甚至是一个城镇的生活和工业污水汇集起来，进行集中处理和回用。如晋城污水处理厂，就将市区的污水汇集到一起集中处理，处理能力7.5万m3/a，处理后的出水供春光热电厂冷却用水和市区两河生态用水，将来还可作为市区中水水源。

　　7、建设清、中水两套供水系统，实行分质供水。各类用水户对水质的要求是不同的，供水系统也应有不同标准水质的水，满足各类用户的需求。这样才能合理利用水资源，实现资源利用的最大化。提高水资源的利用效益。现行的单一的清水供水管网系统，严重制约着污水经处理后的中水利用。为此，当前急需建设从用户到中水水源间的中水供水管网，形成清水和中水两套并列运行的供水管网系统。按生活和生产需要分清水和中水两种水质供水。这样，可以促进污水处理和中水回用，保护水环境实现循序循环用水，使水资源得以持续利用。我市已开始此项工作，市区中水骨干管道已开始铺设，但建设中水管网系统是一项庞大复杂的系统工程。需政府协调各部门紧密配合，根据规划建立规章、明确职责、分期实施。新开工建设的市政供水管道应按清、中两套供水管道布置，新的居民建筑的供水和用户管网也应按清、中两套管路设置，以加快中、清管网供水系统的实施。

　　8、建设骨干输水管网，实施水资源的应急调度。流域内水源工程小且分散，同时各用户有各自的需水高峰期和用水低谷期，供水与用水不对应，流域内常发生有的地区水源没用户，有的地区用户没水用。如果像供电网一样，供水也建成跨地区的供水网，就可利用地区间的互补实现水资源的削峰填谷调度。就可充分利用和应急调度水资源大大提高供水保证率。使有限的水资源满足更多的用户需求，提高水资源的利用率。建议从高平唐庄—巴公渠头—高都—市区—南村，建设流域的南北纵向骨干输水管道，总长45公里，就可把张峰水库调水工程与任庄水库、郭壁供水工程等骨干水源及沿途的水源井连成一体；同时，可分别在高平市区、河西镇、渠头、高都、北石店、市区和南村建七条东西向的横向输水管道（全长80公里左右），这样一纵七横的输水管网就可把流域内的大部分水源连接起来，进行削峰填谷的应急水源调度。

　　9、建设节水型社会是水资源可持续利用的根本途径。建设节水型社会，逐步探索出一条以城镇废水、矿坑水利用和煤化工、电力高耗水企业节水改造为重点，统筹兼顾生产、生活、生态用水的节水之路，对于保障晋城市经济社会可持续发展和改善水环境具有十分重要的意义。为此，市政府在2008年编制了《晋城市节水型社会建设规划》，并报省政府批准开展了节水型社会建设，并列入水利部试点市。采用节水工艺、节水设备、节水器具，普及节水科技，提高大众的节水意识，将节水引深到社会经济的各个领域，进行最广泛的节水，是水资源可持续利用的根本途径。如火力发电，过去采用水冷技术和设备时，每百万千瓦装机的取水量为1m3/s，而现在采用空冷技术和设备后，百万千瓦装机取水量只有0.18m3/s，节水达82%，万元产值用水量由2007年的102m3/万元下降到25m3/万元；又如我市煤化工产业在2007年的万元产值取水量为93m3/万元左右，通过2008年—2009年节水型社会建设工作的推动，各企业大力开展了节水改造和废水深度处理回用，至2009年万元产值取水量平均降低为53.7m3/万元，如果全面采用废水分类处理、分质供水、循序循环用水和终端污水深度处理回用，实现节水意义上的零排放。我市煤化工企业还可在2009年的基础上再节水20%，使节水率达到原设计用水量的50%。如果市煤化工产业进一步升级换代，淘汰固定床气化工艺，采用气流床或气化床工艺，淘汰水冷工艺，采用空冷技术，则我市煤
化工的万元产值取水量可像电力行业一样，完全摘掉高耗水企业的帽子。扩大行业发展空间。

　　如上述几项开源节流措施全部落实，丹河流域可获得天然岩溶水开采量14600万m3/a，回灌增加开采量3000万m3/a，浅中层水开采量（包括采煤排水利用量）6400万m3/a。外调张峰水7500m3/a，污水处理后的中水资源5276万m3/a,地表水4524万m3/a，共计可利用水资源总量为4.13亿m3/a。可满足2020年流域社会经济发展对水的需求。

　　三、建立水资源统一管理体制，是实现水资源可持续利用的保障

　　水资源的可持续利用，主要在于投资支持和对流域水资源的深入研究勘测、统一规划、全面开发、科学利用。要做好流域水资源的合理开发、全面治理、涵养保护、循序循环节约用水工作。实现地表水、地下水、再生水、矿坑水的统一配置，就必须对水资源实行统一规划、统一调度、统一管理。为此，首先须改革现存的“条块分割”、“城乡分割”的管理体制，变多龙管水为一龙管水，成立市县水务局，建立水务管理体系。国内的很多大中城市在建立水务统一管理体系中取得了很好的效果。建议我市应尽早进行此项改革，以利我市水资源的可持续利用。