靈石縣非常規(guī)水源開發(fā)利用初探

張寶琴

（靈石縣水務(wù)局）

靈石縣礦藏資源豐富，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以煤炭、化工、電力等行業(yè)為主。由于水資源短缺，隨著縣域城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，水資源供需矛盾日趨突出?？茖W(xué)合理地開發(fā)利用當(dāng)?shù)氐膹U污水、礦坑水、城市雨水徑流等非常規(guī)水源，不僅有利于改善生態(tài)環(huán)境，而且可緩解水資源供求矛盾，促進(jìn)縣域經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。

1 非常規(guī)水源開發(fā)利用現(xiàn)狀及分析

1.1 礦坑水

煤和水是在同一地質(zhì)體中共生的。在天然狀態(tài)下，地下水通常由大氣降水和地表水入滲補(bǔ)給，在特定的地質(zhì)構(gòu)造條件下，以打井取水或泉水自流方式排泄，從而實(shí)現(xiàn)“三水”轉(zhuǎn)化。由于長期采煤影響，地下井巷系統(tǒng)及采空區(qū)容易誘發(fā)煤層頂板巖體開裂或位移，從而破壞煤系地層的儲水構(gòu)造，導(dǎo)致上覆地下水疏干，礦區(qū)內(nèi)井水枯竭和泉水?dāng)嗔?，造成工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水困難。

靈石縣屬煤炭生產(chǎn)大縣，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，煤炭資源整合后保留有45座煤礦，2017年原煤產(chǎn)量1 252萬t，年礦坑涌水量達(dá)890萬m3，噸煤涌水量0.711 m3/t；礦坑水年利用量為178萬m3，僅占年礦坑涌水量的20%，絕大部分礦坑水存蓄于廢棄井巷。

礦坑水經(jīng)處理后回用方式，可分為直接回用和間接回用兩種。直接回用是指按照一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，將礦坑水經(jīng)輸水設(shè)施等直接運(yùn)送到井下工作面，進(jìn)行防塵利用；間接回用則是將處理后的礦坑水，利用抽水、引水等設(shè)施，回用于沖洗公廁、洗車、澆灑道路、綠化、農(nóng)田灌溉、補(bǔ)充城市河流及湖泊。

1.2 廢污水

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2017年靈石縣城有居民約10萬人，年需水量380萬m3，廢污水的收集處理量達(dá)320萬m3?？h城現(xiàn)有日處理能力1萬m3污水處理廠1座，污水處理工藝為A2/O活性污泥處理，年處理率100%。目前，污水處理廠進(jìn)行綜合處理后的中水，全部供啟光電廠發(fā)電使用。

污水處理后的再生水，作為城市的一種非常規(guī)水源進(jìn)行利用，可促進(jìn)有限水資源的良性循環(huán)，從而減少城市日常生活、生產(chǎn)對短缺自然水源的依賴。城市污水處理再利用與跨流域調(diào)水相比，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面不僅具有一定的優(yōu)勢，還具有巨大的社會效益和生態(tài)效益。

1.3 城市雨水徑流

天然降水是水文循環(huán)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是地表與地下水資源的主要補(bǔ)給來源。隨著人口增長和城市化進(jìn)程加快，市域的不透水面積逐年增加，過去的天然地面，大部分被瀝青馬路、水泥地等不透水鋪裝所取代，城市原有水循環(huán)系統(tǒng)平衡遭到破壞，從而導(dǎo)致城市雨水自然蓄滲作用明顯下降，部分地勢較低區(qū)域暴雨時(shí)積水嚴(yán)重發(fā)生內(nèi)澇，加大了城市發(fā)生水害的機(jī)會。城市雨水徑流中可能攜帶部分生活、建筑垃圾及灰塵等，含有大量的有機(jī)物、重金屬、油污等，如若直接進(jìn)入城市排水系統(tǒng)，不僅會污染河流，同時(shí)也將大大增加城市污水處理量。

過去城市雨水規(guī)劃的傳統(tǒng)思路為“快排”，目的是為“避害”，忽視了城市雨水的資源化、環(huán)境化利用。北京以建筑與小區(qū)為主，推廣雨水控制與利用，減輕城市內(nèi)澇，實(shí)現(xiàn)了雨水資源化管理，成為全國城市雨水利用先行者。

城市雨水資源化，其潛力計(jì)算可分為三個(gè)層次：一是理論潛力，二是可實(shí)現(xiàn)潛力，三是現(xiàn)實(shí)潛力。

理論潛力可簡單地認(rèn)為是區(qū)域的降水量，即W=1 000 PA（W為區(qū)域理論潛力，m3；P為降雨量，mm；A為區(qū)域總面積，km2）。靈石縣城規(guī)劃面積13.68 km2，已建成面積約5 km2，多年平均降水量500 mm，目前雨水資源化理論潛力約為250萬m3/a。

可實(shí)現(xiàn)潛力參照聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）提出的有效降水概念，可定義為：在一定的自然和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，通過現(xiàn)有的方式和技術(shù)，使雨水資源中可以開發(fā)利用的最大量。城市雨水資源化可實(shí)現(xiàn)潛力，與降雨量及降雨強(qiáng)度存在相關(guān)關(guān)系。研究表明，在次降雨量大于20 mm，且平均雨強(qiáng)大于0.04 mm/min的情況下，才有可能收集。靈石縣城屬半干旱半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，降雨量多集中在6-9月，約占全年總降雨量的70%。為簡化計(jì)算，筆者將縣城雨水資源理論潛力的70%作為雨水資源可實(shí)現(xiàn)潛力，即目前靈石縣城雨水資源可實(shí)現(xiàn)潛力約為175萬m3/a。

現(xiàn)實(shí)潛力指的是在目前的利用方式和技術(shù)水平下，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的雨水資源利用量。目前，靈石縣城未建設(shè)專門的雨水供排管網(wǎng)，城市排水完全處于雨污混排狀態(tài)，城市綠地占比較少，雨水滯蓄、滲透作用不明顯，雨水資源利用率不足10%。

2 非常規(guī)水源利用和治理

2.1 統(tǒng)一規(guī)劃，建設(shè)完善管網(wǎng)系統(tǒng)

靈石縣城道路、房屋排水管網(wǎng)在建設(shè)過程中，未預(yù)留非常規(guī)水供排管線線路，致使其建設(shè)成本增加，敷設(shè)難度加大，敷設(shè)范圍受限。建議有關(guān)部門對城市整體規(guī)劃內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，將非常規(guī)水源供排管網(wǎng)建設(shè)列入城市整體規(guī)劃，為非常規(guī)水源利用提供必要條件。

2.2 合理集蓄雨水徑流，改善城市生態(tài)環(huán)境

雨水資源的綜合開發(fā)和利用，應(yīng)納入城市規(guī)劃和建設(shè)體系中。北京市的雨水利用技術(shù)與效果，為全國提供了典范，我們應(yīng)該認(rèn)真學(xué)習(xí)與參考借鑒。當(dāng)前，我國雨水規(guī)劃利用理念正從“低影響開發(fā)”到“海綿城市”變革，科學(xué)合理利用城市雨水徑流，具有提高城市防洪滯洪、增加可利用水資源量、補(bǔ)充已虧空的地下水資源、減少污水入河頻率與污水入河量等功能，勢在必行。

2.3 制定優(yōu)惠政策，增加中水用量

城市廢污水和煤礦礦坑水是一種水量、水質(zhì)穩(wěn)定可靠的潛在水資源，如不加以凈化，隨意排放，不僅造成水資源浪費(fèi)，而且會造成嚴(yán)重的污染。城市廢污水和煤礦礦坑水需經(jīng)凈化處理后方可利用，如此必然導(dǎo)致中水成本增加。因此，稅收、財(cái)政、金融等相關(guān)部門應(yīng)給予一定的政策優(yōu)惠，吸引社會更多用戶使用中水，走可持續(xù)的水資源開發(fā)利用之路。

2.4 加強(qiáng)礦區(qū)水資源研究，推廣應(yīng)用注漿堵水新技術(shù)

加強(qiáng)對采煤礦區(qū)地下水運(yùn)行、變化及“三水”轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究與探索，綜合利用礦區(qū)地下水，是水資源開發(fā)和水文地質(zhì)工作的一項(xiàng)新課題。目前，注漿堵水辦法，在國內(nèi)外均有成功的先例及經(jīng)驗(yàn)。各地的實(shí)踐證明，這是一種行之有效的治水新方法。注漿堵水是應(yīng)用具有一定壓力和濃度的漿液（如黏土泥漿、水泥漿、化學(xué)漿等），以鉆孔方式注入一定深度的煤炭開采破壞影響帶，擴(kuò)散、凝固后形成地下帷幕（阻水層），從而達(dá)到保護(hù)上覆地下水的目的。這種方法不僅可以有效保護(hù)地下水資源，而且可以大大減少礦坑排水工程建設(shè)投資。注漿堵水方法比較適宜于靈石縣的煤炭開采深度淺、且又處在規(guī)模較大地下含水系統(tǒng)的礦區(qū)應(yīng)用。

2.5 綜合利用礦坑水，防治水資源污染

目前，靈石縣的礦坑水年利用率僅20%，利用率很低。其原因：一是礦坑水水質(zhì)差，利用價(jià)值低；二是工業(yè)結(jié)構(gòu)比例失調(diào)，只注重原煤采掘，而忽視煤炭深加工及綜合利用；三是礦井布局較分散，礦坑水難以集中合理使用。礦坑水綜合利用的基本思路：一是以流域?yàn)閱卧欣?，由水量定?guī)模，就近建設(shè)洗煤廠和焦化廠，提高礦坑水復(fù)用率；二是利用水質(zhì)較好的礦坑水，就近解決煤礦職工和農(nóng)村生活用水，同時(shí)適度發(fā)展農(nóng)田灌溉。

3 結(jié)語

靈石縣煤炭資源豐富，水資源短缺，由于強(qiáng)度采煤影響，加劇了水的供需矛盾。為了緩解水資源供需矛盾，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，合理開發(fā)利用非常規(guī)水源勢在必行。鑒于目前城市污水處理利用率高的現(xiàn)狀，今后的重點(diǎn)應(yīng)放在城市雨水徑流和礦坑水利用上。