冶金礦山水資源綜合利用規(guī)劃方法研究

□ 劉坤坤 程繼軍

一、引言

目前，我國(guó)針對(duì)礦山企業(yè)水資源利用的政策相對(duì)寬松，企業(yè)用水疏于管理，更沒(méi)有全面深入的礦山水資源綜合利用規(guī)劃，不但造成水資源流失及水環(huán)境污染，更不利于緩解礦區(qū)水資源的短缺。因此，冶金礦山水資源的綜合利用，尤其是對(duì)多個(gè)鄰近礦區(qū)之間水資源的綜合利用，具有非常重要的意義。礦山水資源規(guī)劃的開(kāi)展代表了國(guó)家近期環(huán)境管理的最新要求，已逐步成為支持鐵礦資源開(kāi)發(fā)規(guī)劃的重要專項(xiàng)規(guī)劃，有利于相應(yīng)規(guī)劃環(huán)評(píng)的審查和審批工作。其不僅是企業(yè)節(jié)水和一定范圍內(nèi)統(tǒng)籌用水的必要措施，而且通過(guò)水資源綜合利用和規(guī)劃區(qū)域內(nèi)水資源的統(tǒng)籌調(diào)配，最大限度地保障用水安全、節(jié)約用水成本、減少排污費(fèi)用和環(huán)境影響損失，也是進(jìn)一步促進(jìn)水資源節(jié)約和提高企業(yè)效益的技術(shù)手段。本文對(duì)礦山企業(yè)的水資源利用規(guī)劃體系及方法進(jìn)行探討分析，旨在為今后水資源規(guī)劃技術(shù)應(yīng)用于礦山規(guī)劃與生產(chǎn)實(shí)踐提供參考。

二、礦山水資源規(guī)劃方法研究

1.礦山水資源規(guī)劃技術(shù)路線

礦山水資源綜合利用的規(guī)劃，應(yīng)在全面摸清礦山所在區(qū)域水資源動(dòng)態(tài)變化的基礎(chǔ)上，合理預(yù)測(cè)用水需求，貫徹清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排思想，考慮各環(huán)節(jié)水的重復(fù)利用、梯次利用和分質(zhì)供水，科學(xué)確定水資源配置方案及水源和供水工程建設(shè)布局，制定水資源保護(hù)及綜合利用的對(duì)策與措施。除了對(duì)各部分水資源的量化核算外，尤其要重視對(duì)各部分用水調(diào)配的平衡計(jì)算，并采取相應(yīng)工程措施使對(duì)各部分用水統(tǒng)籌調(diào)配，通過(guò)水量平衡和系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)和綜合效益的提高。礦山水資源綜合利用規(guī)劃技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 礦山水資源規(guī)劃技術(shù)路線

由圖1可知，依據(jù)相關(guān)法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程規(guī)范及企業(yè)（項(xiàng)目）規(guī)劃報(bào)告等，結(jié)合礦山水資源利用現(xiàn)狀及實(shí)際情況確定規(guī)劃目標(biāo)及規(guī)劃范圍是第一個(gè)控制環(huán)節(jié)；開(kāi)展礦山水資源綜合利用規(guī)劃、進(jìn)行水資源供需平衡分析是第二個(gè)控制環(huán)節(jié)，其中進(jìn)行礦山及所在區(qū)域的需水預(yù)測(cè)和供給水量預(yù)測(cè)是要點(diǎn)；進(jìn)行水資源優(yōu)化配置方案為第三個(gè)控制環(huán)節(jié)，其中在生成配置方案過(guò)程中進(jìn)行的水資源優(yōu)化配置模型建立、各環(huán)節(jié)用水量配置、退水方案、配置效果、區(qū)域水資源承載力、給排水系統(tǒng)和污染源及控制措施等是要點(diǎn)；最后，控制節(jié)點(diǎn)為進(jìn)行水資源配置工程、管理規(guī)劃、規(guī)劃實(shí)施效益分析和措施安排。

2.礦山水資源規(guī)劃控制環(huán)節(jié)與要點(diǎn)

（1）規(guī)劃目標(biāo)及范圍的確定

礦山水資源規(guī)劃的總體目標(biāo)是礦山水資源達(dá)到高效綜合利用，即根據(jù)礦山的具體情況，在充分保障各礦山用水（量）、保證用水水質(zhì)達(dá)標(biāo)（質(zhì)）及不對(duì)周邊地表和地下造成較大危害影響的前提下，依據(jù)水量平衡，依托工程措施，通過(guò)梯級(jí)、循環(huán)利用水資源，合理配置礦山各部門用水，協(xié)調(diào)處理好礦區(qū)內(nèi)部及礦區(qū)間水資源時(shí)空分布（時(shí)間：雨季、非雨季，工程不同時(shí)間段；空間：生產(chǎn)各工序環(huán)節(jié)及各礦區(qū)之間）的不均衡性，從而使礦山水資源利用在量上能達(dá)到最大的節(jié)水效果，減少新水取用量，滿足當(dāng)?shù)厮Y源承載力。

規(guī)劃范圍一般由項(xiàng)目本身決定，將所涉及的所有廠區(qū)納入規(guī)劃。規(guī)劃水平年與企業(yè)項(xiàng)目規(guī)劃的水平年保持一致。

（2）礦山水資源供需平衡分析

第一，需水預(yù)測(cè)。影響需水預(yù)測(cè)結(jié)果的因素很多，在不同的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展情景、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及不同節(jié)水水平下，水資源需求量將會(huì)有很大差異，可按照“基本方案”和“推薦方案”分別進(jìn)行礦山及當(dāng)?shù)匦杷康念A(yù)測(cè)。其中，在較低節(jié)水水平的情景下估算規(guī)劃水平年的用水量，為“基本方案”；在此基礎(chǔ)上，參照當(dāng)?shù)亍笆濉币?guī)劃中確定的各類用水效率和節(jié)水目標(biāo)，在更高節(jié)水水平上擬定的方案為“推薦方案”。此外，為分析年內(nèi)不同時(shí)期礦山水資源的調(diào)配，可分別計(jì)算年內(nèi)不同時(shí)期的需水量。各礦區(qū)工業(yè)生產(chǎn)需水包括選礦用水及其他工業(yè)生產(chǎn)用水，各項(xiàng)需水預(yù)測(cè)具體如下：選礦需水量根據(jù)噸用水量（處理每噸原礦所需水資源量和規(guī)劃年原礦處理量）計(jì)算，其他工業(yè)用水量（工業(yè)場(chǎng)地消防、防塵和刷車等）根據(jù)現(xiàn)狀水平估算；生活需水量（場(chǎng)地職工食堂、淋浴、洗衣房和鍋爐取暖等）參考所在省地方標(biāo)準(zhǔn)采用定額法估算；生態(tài)用水（采場(chǎng)道路澆灑、除塵灑水及礦區(qū)治理綠化等）采用定額法估算。其中僅選礦用水在各方案下不同，推薦方案由于技術(shù)管理改進(jìn)，用水量有所削減。

第二，供水預(yù)測(cè)。礦山水資源的供給可按照“優(yōu)先使用礦坑水、礦井水及污廢水復(fù)用水，若不足再取用外部水源”的用水原則，優(yōu)先考慮非常規(guī)水供水，在其供不應(yīng)求的情況下再考慮取用地表和地下水供水，因此要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)各項(xiàng)非常規(guī)水資源，包括礦坑（井）水量、尾礦回水量、廢污水處理回用量和選礦內(nèi)部循環(huán)水量（以下簡(jiǎn)稱內(nèi)環(huán)水）。同樣，不同技術(shù)、管理水平下，供水量有所不同，可在不同方案下，預(yù)測(cè)全年及年內(nèi)不同時(shí)期的供給量。各項(xiàng)非常規(guī)水資源預(yù)測(cè)如下：

——露天采場(chǎng)總涌水量為地下涌水量和降雨徑流量之和，地下采場(chǎng)坑內(nèi)涌水量由大氣降水經(jīng)過(guò)塌陷區(qū)滲入坑內(nèi)的水量和地下水涌水量組成；據(jù)該礦山實(shí)際情況，采場(chǎng)礦坑（井）水除暴雨期排放外，其余都可用于采場(chǎng)生產(chǎn)和生態(tài)用水，或者送入選礦廠供給選礦使用。

——各尾礦庫(kù)的可回用水量依據(jù)尾礦庫(kù)水平衡估算（其輸入輸出端如圖2所示），考慮到礦山實(shí)際情況及壩下滲水對(duì)于下游地面天然植被生長(zhǎng)、河流補(bǔ)給等生態(tài)環(huán)境有重要的意義，在基本方案下2015年壩下滲水回用率控制在60%左右，遠(yuǎn)期尾礦庫(kù)回水量減少，因此考慮適當(dāng)多取用壩下滲水。

圖2 尾礦庫(kù)水量輸入輸出端

——生產(chǎn)和生活廢污水處理回用量根據(jù)產(chǎn)生量估算（處理率要求達(dá)100%，且按實(shí)際情況進(jìn)行回用，不區(qū)分各方案下廢污水回用量的差別）。

——選礦內(nèi)環(huán)水量的預(yù)測(cè)通過(guò)與現(xiàn)狀原礦處理量類比估算。

——規(guī)劃預(yù)測(cè)的非常規(guī)水可供給量并非最大可供給量，也非最小可供給量，而是在兼顧實(shí)際且較合理的情況下的最大可供給量（例如尾礦壩下滲水），因此實(shí)際供給量可略大于也可小于預(yù)測(cè)量。

第三，供需水平衡分析。礦山水資源供需平衡可基于不同方案進(jìn)行分析，其中根據(jù)不同節(jié)水目標(biāo)分為基本方案及推薦方案。在了解各礦區(qū)各部門在不同時(shí)期用水富?；蚨倘钡那闆r下，進(jìn)行可調(diào)配水量分析，從而進(jìn)一步進(jìn)行水資源時(shí)空調(diào)配情景下的供需水平衡分析，為水資源配置奠定基礎(chǔ)。為逐步把礦山可用水量的潛力挖掘出來(lái)，并使水資源在時(shí)間、空間兩方面能得到合理配置，采用層層遞進(jìn)的方法進(jìn)行多次供需平衡分析。一次和二次水資源供需平衡分析是分別基于各規(guī)劃年基本方案和推薦方案（不考慮水資源時(shí)空調(diào)配）下的平衡分析，可以看出各礦區(qū)用水量時(shí)空（雨季、非雨季）分布及缺水量，可通過(guò)該缺口考慮礦區(qū)間的調(diào)水方案，即為后續(xù)三、四次平衡分析奠定基礎(chǔ)。三次和四次平衡分析要考慮水資源的時(shí)空調(diào)配，即將非常規(guī)水資源較豐富的礦區(qū)水輸送到缺水礦區(qū)，緩解部分礦區(qū)非常規(guī)水資源不足的問(wèn)題（要兼顧距離、位置等實(shí)際情況，即有可操作性），年內(nèi)用水考慮時(shí)間調(diào)配。分析結(jié)果使得水資源在空間分布上較一次、二次供需平衡更均衡，新水取用量最大限度減少，從而為水資源配置方案的確定及工程實(shí)施步驟的安排提供依據(jù)。具體思路如圖3所示。

圖3 礦山水資源供需平衡分析框架

需要注意的是，由于生活需水必須取用新水，因此在對(duì)非常規(guī)水可供給量進(jìn)行供需平衡分析時(shí)，不考慮生活需水量，將其作為缺水量看待。此外，考慮到各礦區(qū)部分選礦工藝必須取用新水，部分礦區(qū)雖非常規(guī)水可供給量大于需水量，但也必須取用新水，多余的非常規(guī)水應(yīng)選擇合適的退水方案進(jìn)行礦區(qū)間的調(diào)配或排放進(jìn)入河流等。此外，可通過(guò)“開(kāi)源”途徑——雨水收集——增加礦區(qū)非常規(guī)水量，從而更大程度地減少新水取用量。

（3）礦山水資源配置方案分析

根據(jù)水資源供需平衡分析結(jié)果，確定不同的水資源配置方案，配置模型系統(tǒng)包括：綜合考慮礦山所屬水系、供給水源、礦區(qū)地理位置及所在行政區(qū)，劃分配置單元；確定礦山需水部門；確定礦山供水水源類別及各類別水源的供水能力；確定配水原則及配水順序；采用多水源、多工程、多傳輸系統(tǒng)的方式，使系統(tǒng)中各水源、水量在各處的利用情況及來(lái)去關(guān)系得到客觀、清晰的描述。

配置方案形成后，需對(duì)不同的配置方案進(jìn)行效果及目標(biāo)可達(dá)性分析，并提出對(duì)應(yīng)的水污染源控制措施，最重要的是要進(jìn)行區(qū)域水資源承載力分析等。

（4）礦山水資源配置工程和管理規(guī)劃

礦山水資源利用的4個(gè)主要環(huán)節(jié)分別為：采場(chǎng)礦坑（井）水資源利用、選礦水資源循環(huán)利用、廢污水綜合利用及尾礦庫(kù)水資源利用。其中，尾礦庫(kù)貯水資源化利用途徑是現(xiàn)階段技術(shù)水平下礦山水資源利用工作的重點(diǎn)內(nèi)容，主要包括壩下滲水、排滲系統(tǒng)余水及退役期尾礦庫(kù)蓄水資源利用。為達(dá)到上述目標(biāo)，需要相應(yīng)的配套工程和管理支撐體系。

（5）礦山水資源綜合利用規(guī)劃實(shí)施效益與措施安排給出各方案對(duì)應(yīng)的水資源調(diào)配近、遠(yuǎn)期實(shí)施工程及投資計(jì)劃，并分析其實(shí)施效益。

三、未來(lái)礦山水資源利用技術(shù)與政策手段展望

1.水資源利用技術(shù)探討

礦山作為一個(gè)地區(qū)的用水大戶，對(duì)區(qū)域水資源的利用具有重要的影響，而隨著全球水資源量的逐步減少，各部門用水日趨緊張，因此，礦山用水量如能進(jìn)一步縮減，將大大促進(jìn)區(qū)域水資源利用。

從外部條件來(lái)說(shuō)，可充分利用當(dāng)?shù)赜欣麠l件，考慮利用其他水源，例如雨水、海水淡化及污水處理廠出水等，從而盡量減少新水取用量。很多國(guó)家已開(kāi)展對(duì)雨水資源的利用，例如日本、美國(guó)、德國(guó)等，并取得了很大的成效[1～4]；我國(guó)也已初步開(kāi)展相關(guān)研究，《節(jié)水型社會(huì)建設(shè)“十一五”規(guī)劃》（2007）提出推廣雨水集蓄利用技術(shù)，建設(shè)集雨水窖、水池、水柜、水塘等小型雨水集蓄工程，用于作物澆灌及家庭、公共場(chǎng)所和企業(yè)用水。因此，可在礦山建立雨水收集系統(tǒng)，經(jīng)輸水—凈水—儲(chǔ)存等渠道積蓄，利用廠區(qū)地表匯集的降雨徑流，為綠化、景觀水體、洗滌或選礦工序等提供補(bǔ)給。礦山引進(jìn)先進(jìn)雨水利用技術(shù)，有利于該技術(shù)的推廣，更有利于礦山的進(jìn)一步節(jié)水。

從內(nèi)部條件來(lái)說(shuō)，在第二水源開(kāi)發(fā)尚未完全成熟的大背景下，未來(lái)礦山用水仍然要以自給為核心，遵循清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排的思想，采用耗水量較少的工藝，同時(shí)采用多級(jí)循環(huán)增加內(nèi)環(huán)水量，從而較大程度地減少新水取用量。

2.政策手段展望

為加強(qiáng)對(duì)水資源的綜合利用，只有技術(shù)和工程是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要管理體系的支撐，而我們國(guó)家在這方面還有所欠缺。未來(lái)礦山水資源的高效利用應(yīng)得到企業(yè)的高度重視，特別應(yīng)從以下2個(gè)方面加強(qiáng)。

（1）政策保障措施

——構(gòu)建水資源管理組織機(jī)構(gòu)，完善管理體系。構(gòu)建企業(yè)節(jié)水管理機(jī)構(gòu)，與地方水政管理部門建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制，并建立一支穩(wěn)定、素質(zhì)合格的水資源管理隊(duì)伍，保障各礦區(qū)水資源管理工作的有效開(kāi)展。通過(guò)進(jìn)行領(lǐng)導(dǎo)執(zhí)法與決策管理能力強(qiáng)化培訓(xùn)及工作人員業(yè)務(wù)技術(shù)培訓(xùn)，并完善節(jié)水管理各類人員錄用、考核、晉升與淘汰制度，不斷提高礦山水資源管理隊(duì)伍的素質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，形成完善的實(shí)時(shí)監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)防范反饋管理體系。

——健全規(guī)章制度，建立獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制。使礦山水資源管理有章可循，并設(shè)立節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)和技改基金，獎(jiǎng)勵(lì)對(duì)用水工藝、設(shè)備器材進(jìn)行改造或采用新技術(shù)進(jìn)行用水設(shè)施建設(shè)的單位。

（2）日?；芾泶胧?/p>

——構(gòu)建現(xiàn)代化管理體系。根據(jù)各需水部門用水要求設(shè)立環(huán)境監(jiān)測(cè)室，并建立水量、水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)，為各礦區(qū)水資源保護(hù)提供基礎(chǔ)支撐，也為各環(huán)節(jié)用水提供水質(zhì)保障依據(jù)。同時(shí)，各環(huán)節(jié)完善遠(yuǎn)傳超表系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)各環(huán)節(jié)供給量達(dá)到合理用水的目的。

——加強(qiáng)科技支撐，厲行節(jié)儉。目前，對(duì)于礦山節(jié)水技術(shù)的研究相對(duì)薄弱，而選礦工藝需水量大，因此加快礦山節(jié)水技術(shù)科技項(xiàng)目研究的開(kāi)展，支撐試驗(yàn)區(qū)水資源管理，是亟待解決的問(wèn)題。同時(shí)，要進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)水宣傳教育，提高公眾節(jié)水意識(shí)和節(jié)水技術(shù)、產(chǎn)品的應(yīng)用。

——加強(qiáng)項(xiàng)目、質(zhì)量、資金管理。企業(yè)應(yīng)積極立項(xiàng)申請(qǐng)國(guó)家和省、市資金，開(kāi)展節(jié)水示范工程，并保證立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工等的質(zhì)量，特別要加強(qiáng)政府投資項(xiàng)目資金管理；實(shí)行?？顚Ｓ茫瑢?duì)項(xiàng)目資金使用全過(guò)程實(shí)施監(jiān)督管理，嚴(yán)格項(xiàng)目資金竣工決算，規(guī)范項(xiàng)目的政績(jī)考評(píng)和追蹤問(wèn)效。

四、結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)的冶金礦山水資源綜合利用規(guī)劃內(nèi)容，包括規(guī)劃依據(jù)及目標(biāo)的確定、礦山供需水平衡分析、水資源優(yōu)化配置方案分析、水資源優(yōu)化配置工程和管理規(guī)劃分析，以及規(guī)劃方案實(shí)施效益及措施安排等，開(kāi)展冶金礦山水資源綜合利用規(guī)劃可以使企業(yè)更好地達(dá)到節(jié)水目標(biāo)，對(duì)于推動(dòng)區(qū)域水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用、避免造成水資源流失和水環(huán)境污染、緩解礦區(qū)水資源的短缺，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，需注意的是要不斷完善配套政策和管理制度。此外，需注意分析礦坑/井水對(duì)區(qū)域水資源的影響，做好水資源論證工作。

未來(lái)，礦山水資源利用技術(shù)和政策手段仍有進(jìn)一步發(fā)展的空間，將進(jìn)一步推動(dòng)礦山水資源的科學(xué)管理。○