浙江省地下水資源人工調(diào)蓄研究

于淑娟

(浙江水利水電?？茖W(xué)校 ,浙江 杭州 310018)

0 引 言

地下水是水資源的重要組成部分,浙江省地下水資源數(shù)量約占水資源總量的1/8,是重要的供水水源,有的地區(qū)甚至成為唯一的供水水源,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用.科學(xué)合理開發(fā)利用和保護(hù)地下水資源,實(shí)施地下水資源人工調(diào)蓄,建立地下水資源儲(chǔ)備系統(tǒng),是保障經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和浙江未來水安全的一項(xiàng)重要措施.

1 地下水人工調(diào)蓄的歷史

1.1 地下水儲(chǔ)存與調(diào)蓄的發(fā)展歷程

利用地下儲(chǔ)存空間來儲(chǔ)存水資源并非是一個(gè)新概念,早在19世紀(jì)人們就有地下儲(chǔ)存水的行為.地下儲(chǔ)存水資源技術(shù)的發(fā)展歷程,大體上可以劃分為3個(gè)階段[1].

(1)無意識(shí)階段(19世紀(jì)末期)

1860年巴基斯坦開始修建印度河流域巨大的灌溉系統(tǒng),大量地表水經(jīng)灌溉網(wǎng)渠滲入地下.據(jù)1965年估計(jì),每年可從灌溉渠滲入地下的水有170億m3,而天然補(bǔ)給只有80億m3.埃及的阿斯旺大壩建成后,每年有若干億立方米水從水庫(kù)下滲大西部沙漠中地下砂巖含水層中,形成了撒哈拉沙漠最大的地下儲(chǔ)水區(qū).

(2)主動(dòng)調(diào)蓄階段(19世紀(jì)末到20世紀(jì)60年代)

美國(guó)1889年就開始進(jìn)行地下人工補(bǔ)給的研究與實(shí)踐,但這項(xiàng)研究被引起足夠重視是在20世紀(jì)30年代.紐約東部的長(zhǎng)島地區(qū)為了滿足空調(diào)系統(tǒng)的需要,大量開采低溫地下水,致使區(qū)域地下水降至海平面以下,導(dǎo)致水資源枯竭和海水入侵,引起政府關(guān)注并與1933年通過一項(xiàng)決議,要求空調(diào)用水為目的的抽取地下水的同時(shí),必須通過注水或滲透對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)給,并在30年代得到推廣.與此同時(shí),加利福尼亞州于1951年開始研究在濱海地區(qū)進(jìn)行人工補(bǔ)給阻止海水入侵問題.到1955年,加州每天的地下水人工補(bǔ)給量達(dá)到1.42萬m3,占美國(guó)人工補(bǔ)給總量的一半.

(3)調(diào)蓄發(fā)展階段(20世紀(jì)70年代)

20世紀(jì)60年代后期 ,地下水人工補(bǔ)給引起了更為廣泛的關(guān)注,世界各地在長(zhǎng)期的地下水人工補(bǔ)給實(shí)踐中,拓展了其服務(wù)領(lǐng)域和功能,使得地下水人工補(bǔ)給不再僅僅在地下水超采區(qū)進(jìn)行,而是逐漸將地下水人工補(bǔ)給、地下儲(chǔ)水和地下水的開發(fā)利用有機(jī)會(huì)結(jié)合了起來,發(fā)展了利用含水層進(jìn)行水資源人工調(diào)蓄的方法,即在豐水或用水量少的時(shí)期,將多余的地表水體(包括處理達(dá)標(biāo)的廢水)采用地下人工補(bǔ)給技術(shù)引入地下,儲(chǔ)存在含水層中,等到枯水季節(jié)或用水高峰期時(shí)再開采出來,同時(shí)騰空了地下含水層,為下一次人工補(bǔ)給創(chuàng)造了條件.這樣便形成了一種以含水層為主體的水資源人工調(diào)蓄系統(tǒng),這種調(diào)蓄系統(tǒng)含義和技術(shù)已超出了地下人工補(bǔ)給技術(shù).

1.2 國(guó)內(nèi)外地下水人工調(diào)蓄

國(guó)外采用的地下水調(diào)蓄人工補(bǔ)給模式可概括為兩類：一類為利用滲水池、坑塘、溝渠或稍加整理的天然河道等地面設(shè)施,使水滲人地下.這類模式適用于沖積扇和沖積平原由松散沉積物組成的潛水含水層,特別是古河道地帶,一般它們與上游水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行,效果更好.另一類是通過管井、大口井、輻射井和廊道等輸水設(shè)施,補(bǔ)給地下水.這類模式占地少,且可向深部承壓含水層注水,但投資高、設(shè)備復(fù)雜、注入水須預(yù)處理,泥沙混濁度必須小于0.1%.

我國(guó)利用人工補(bǔ)給技術(shù)是在20世紀(jì)50年,上海一些工廠采用廢棄深井回灌的方法增加附近深井的出水量.1963年,上海廣泛開展人工補(bǔ)給地下水的實(shí)驗(yàn)研究,有效控制地面沉降.20世紀(jì)70年代中期,在我國(guó)的黃淮海平原開展大規(guī)模地下水人工調(diào)蓄的調(diào)查評(píng)價(jià)工作,1970年山東省恒臺(tái)縣第一個(gè)無壩地下水庫(kù)引滲工程開始修建,攔引河道棄水補(bǔ)給地下水.20世紀(jì)80年代以來,先后開展了“華北平原水資源地下調(diào)蓄措施研究”和“淺層地下水人工回灌綜合技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究”,積累了一定的資料和成果.1990年以來,山東先后在龍口、煙臺(tái)、青島興建大、中型有壩地下水庫(kù)進(jìn)行調(diào)蓄,對(duì)解決當(dāng)?shù)厮Y源短缺起到顯著作用.

20世紀(jì)90年代,浙江部分地區(qū)由于地下水開發(fā)過度,導(dǎo)致地面沉降.為了進(jìn)一步遏制地面沉降,浙江嘉興、寧波等地對(duì)地下水采取“從嚴(yán)控制、限量開采、推行回灌”的原則,在地面沉降較嚴(yán)重、含水層厚度大、巖層顆粒粗、滲透力強(qiáng)的區(qū)域,選擇成井時(shí)間晚,管壁堅(jiān)固的停用深井實(shí)施回灌.1994年寧波用水大戶和豐布廠、萬信紗廠、人豐布廠等地下水大戶利用深井進(jìn)行回灌.“十一五”期間嘉興新建人工回灌井18口,雖然浙江省地下水回灌主要為控制地面沉降,但上述實(shí)踐為浙江省開展地下水人工調(diào)蓄與水資源儲(chǔ)備體系的建立提供技術(shù)支撐.

2 浙江實(shí)施地下水資源人工調(diào)蓄的可行性分析

2.1 地質(zhì)條件

浙江省地勢(shì)總體由西南向東北傾斜,呈階梯狀下降,有低山丘陵區(qū)、南沿海丘陵平原及島嶼區(qū)等多樣地質(zhì)結(jié)構(gòu),浙江地下水主要賦存以松散巖類孔隙水(孔隙水)為主.

(1)河谷沖積、洪沖層孔隙潛水(河谷潛水)廣泛分布于錢塘江等主要河流山間洼地及中下游河谷地帶.主要含水層由全新統(tǒng)沖積砂礫石組成,常以河漫灘展布,滲透性良好,地下水補(bǔ)給性好.其次為全新統(tǒng)洪沖積含粘性土砂礫石或上更新統(tǒng)沖積砂礫石含水層,滲透性較弱.上述含水層均呈連續(xù)分布,全省總面積約6 638 km2.

(2)濱海河口平原孔隙潛水(潛水)廣布于自杭嘉湖至平陽(yáng)、蒼南沿海平原淺部細(xì)顆粒地層中,總面積約18 169 km2.含水層分為沖湖相、湖沼相粘性土和沖海相粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂兩類.沖海相含水層主要分布于各大河流河口地區(qū),錢塘江下游富陽(yáng)、杭州、蕭山、直至上虞和慈溪分布最廣.

(3)沿海平原孔隙承壓水(承壓水)分布于浙北平原和浙東、浙南各沿海平原.含水層(組)由各地質(zhì)歷史時(shí)期的沖積砂礫石、砂組成,并呈帶狀“古河道”分布.約以象山港為界,其北的錢塘江、苕溪、曹娥江和甬江等古河道均向北匯入古長(zhǎng)江水系,其南的椒江、甌江、飛云江等古河道向南東匯流,向海域延伸,構(gòu)成廣闊的承壓水系統(tǒng).含水層組具多層結(jié)構(gòu),上部為海相淤泥質(zhì)粘性土覆蓋,含水層(組)間由較穩(wěn)定的相對(duì)隔水的粘性土相隔離.

此外,分布于浙西錢塘江區(qū)和浙西北苕溪山區(qū),呈北東向斷續(xù)出露于開化—昌化、常山—建德—富陽(yáng)—杭州、桐廬—臨安—余杭、江山—常山、諸暨—紹興的復(fù)向斜內(nèi)的巖溶為地下水賦存提供良好地質(zhì)條件.

2.2 技術(shù)條件

地下水人工調(diào)蓄技術(shù)主要是采取地下水人工補(bǔ)給(Artificial Recharge,AR)和含水層儲(chǔ)存和回采(Aquifer Storage and Recovery,ASR).地下人工補(bǔ)給技術(shù)就是采用一定工程技術(shù)措施,將符合規(guī)定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的地表水或潛水,直接注入或滲入某特定含水層的活動(dòng).含水層儲(chǔ)存和回采是指在豐水季節(jié)將水通過注水井儲(chǔ)存到合適的含水層中,當(dāng)需要的時(shí)候,在通過該井將水抽去出來以供使用.具體的技術(shù)方法有：水井補(bǔ)給法、雨水滲透槽補(bǔ)給法、地下灌水管滲透補(bǔ)給法、田間滲透補(bǔ)給法、溝渠塘入滲補(bǔ)給法、深淺井聯(lián)合補(bǔ)給法[2].

2.3 管理技術(shù)

地下水庫(kù)管理包括地下水庫(kù)的日常運(yùn)行管理與調(diào)度.日常運(yùn)行管理主要是建立一支高效的管理隊(duì)伍,建立一套完善的規(guī)章制度.如地下水庫(kù)的隸屬、管理權(quán)限;地下水庫(kù)的組織管理機(jī)構(gòu);地下水資源水權(quán)問題;庫(kù)區(qū)內(nèi)地下水的開發(fā)與管理;庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)地表水、地下水、水質(zhì)、水量的監(jiān)測(cè)、管理與調(diào)度;庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)水資源工程建設(shè);庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)與水有關(guān)的生態(tài)環(huán)境問題監(jiān)測(cè).

日常調(diào)度原則：(1)基于地下水庫(kù)調(diào)蓄能力(儲(chǔ)水能力、納水能力及開采能力)以及地面可用補(bǔ)給水源的總量;(2)以實(shí)現(xiàn)地下水庫(kù)的多年調(diào)節(jié)為主;(3)有利于地下水庫(kù)工程效益的發(fā)揮;(4)有利于庫(kù)區(qū)水資源的合理配置、高效利用和管理;(5)有利于地下水庫(kù)區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展;(6)有利于生態(tài)環(huán)境的改善和可持續(xù)發(fā)展[1].

3 實(shí)施地下水資源儲(chǔ)備的建議

3.1 轉(zhuǎn)變觀念,加快地下水資源儲(chǔ)備系統(tǒng)規(guī)劃工作

在充分發(fā)揮現(xiàn)有地表水儲(chǔ)備系統(tǒng)作用的同時(shí),加緊進(jìn)行地下水資源儲(chǔ)備系統(tǒng)規(guī)劃,用10～20年時(shí)間建立滿足中長(zhǎng)期水資源需求的地表與地下多層次儲(chǔ)備系統(tǒng).把地下深層水作為長(zhǎng)期戰(zhàn)略資源進(jìn)行儲(chǔ)備,淺層地下水和地下水回灌作為中期水資源儲(chǔ)備.應(yīng)全面系統(tǒng)地進(jìn)行全省范圍的地下水資源計(jì)算評(píng)價(jià),確定可采資源量,研究固體廢棄物的堆砌、填埋對(duì)地下水質(zhì)的影響,同時(shí)實(shí)施地下水戰(zhàn)略儲(chǔ)備.山區(qū)主要以涵養(yǎng)保護(hù)為主,切實(shí)保護(hù)好地下水補(bǔ)給源頭的水環(huán)境質(zhì)量,并采取有效措施增加補(bǔ)給.平原區(qū)主要以有效恢復(fù)地下水的量與質(zhì)為主,通過開采控制、聯(lián)合調(diào)蓄、污水資源化等措施,在保障城市供水水源安全的同時(shí),實(shí)施戰(zhàn)略儲(chǔ)備.城市圍繞水源供給保障、地下水污染預(yù)防控制、地下水資源儲(chǔ)備、地面沉降有效遏制、濕地重建等諸多問題,通過調(diào)整開采布局,控制開采量,實(shí)施地下水與地表水聯(lián)合調(diào)蓄等人工干預(yù),使地下水切實(shí)得到逐步蓄養(yǎng).

3.2 建立地下水資源儲(chǔ)備協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)

地下水資源儲(chǔ)備是一項(xiàng)跨行業(yè)、綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程,它需要各方面專家的共同努力.按現(xiàn)行水資源管理體制,地下水歸國(guó)土資源部門管,地表水歸水利部門管,多部門的水行政管理不利于地表水和地下水的統(tǒng)一管理和水資源儲(chǔ)備.從資源管理和未來發(fā)展的角度來看,水資源儲(chǔ)備包含水資源分配、使用和儲(chǔ)備.因此,在規(guī)劃水資源儲(chǔ)備區(qū)域范圍內(nèi),無論是水資源儲(chǔ)備模式的選擇,還是儲(chǔ)備規(guī)模的確定,都需要有一個(gè)高層協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu),建議成立一個(gè)綜合性水資源儲(chǔ)備協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu).

3.3 完善水資源儲(chǔ)備政策法規(guī)體系

在政策方面,嚴(yán)格控制地下水開采,落實(shí)地下水取水定額;對(duì)超采、亂采地下水應(yīng)加大執(zhí)法力度;對(duì)采取地下水人工回灌技術(shù)工程財(cái)政應(yīng)給于補(bǔ)貼.鼓勵(lì)、引導(dǎo)各級(jí)政府根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w的水資源狀況及社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)行地下水資源儲(chǔ)備與調(diào)蓄,如對(duì)中心廣場(chǎng)、大型小區(qū)增設(shè)集雨的設(shè)施;對(duì)污水要進(jìn)行資源化處理后回灌到地下,以此實(shí)現(xiàn)以水資源的可持續(xù)開發(fā)利用,支持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo).

3.4 發(fā)展地下水資源儲(chǔ)備的科技保障體系

地下水資源儲(chǔ)備科技保障體系的建立,應(yīng)該以構(gòu)筑與水資源優(yōu)化配置相適應(yīng)的工程技術(shù)體系.近期要加強(qiáng)以下幾個(gè)方面工作：(1)加緊地質(zhì)勘探工作,在溫瑞、溫黃平原、金衢盆地、杭嘉湖平原尋找適宜地下水庫(kù)地址;(2)加強(qiáng)地質(zhì)信息收集與地下水水位、水質(zhì)的監(jiān)控;(3)在城市中修建小型水利工程,收集雨水、洪水,并回灌到地下儲(chǔ)存;(4)加強(qiáng)地表排污工程建設(shè).

3.5 建立以政府投入為主的資金保障機(jī)制

地下水資源儲(chǔ)備主要是依靠政府推動(dòng)與實(shí)施,同時(shí),可以通過市場(chǎng)化運(yùn)作、引入商業(yè)保險(xiǎn)等方式來控制儲(chǔ)備成本、防范風(fēng)險(xiǎn).建立以公共財(cái)政投入為主的資金保障機(jī)制,對(duì)長(zhǎng)期儲(chǔ)備所需資金主要由中央與地方政府承擔(dān),中期儲(chǔ)備主要由地方政府承擔(dān),國(guó)家應(yīng)給予一定的補(bǔ)助支持.

4 結(jié) 語(yǔ)

浙江省地下水賦存主要以松散巖類孔隙水(孔隙水)為主,豐富的降水和地表徑流為地下水的形成、富集和人工蓄水提供了有利地質(zhì)條件,國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐為浙江省人工蓄水提供技術(shù)和管理?xiàng)l件.因此,轉(zhuǎn)變觀念,制定地下水資源儲(chǔ)備戰(zhàn)略是保障浙江水資源安全的重要舉措.

[1] 李硯閣.地下水庫(kù)建設(shè)研究[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版,2007：125-146.

[2] 費(fèi)宇紅,崔廣柏.地下水人工調(diào)蓄研究進(jìn)展與問題[J].水文,2006(8)：10-13.

[3] 張光輝.南水北調(diào)中線石家莊受水區(qū)地下水修復(fù)潛力及水位變化[J].地質(zhì)通報(bào),2007(5)：583-589.

[4] 陳克森.山東省集雨增補(bǔ)地下水與水資源可持續(xù)利用探討[J].水文,2003(2)：28-31.

[5] 邱衛(wèi)東.控制地下水開采總量鼓勵(lì)人工回灌[J].能源工程,1997(3)：10-11.