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地下水
  2015-03-13 15:18  
引言

地下水分别占海河、淮河和黄河流域的48、38和35%。

 

黄淮海流域地下水用水量与蕴藏量的平均比例似乎表明,在整个黄淮海流域存在某种形式的均衡和可持续利用。不过这种情况令人误解,因为当地严重的地下水超采正在造成环境问题。地下水不可持续性的物证是显而易见的:地下水位和水压不断下降。其他的迹象还包括盐碱化、地面沉降和水质下降。这种情况在黄淮海流域多处出现,尤其是海河平原。在有些地区,1958至1998年浅层地下水位竟相差50米,同期深层地下水位相差达90米。受影响最严重的城市包括商丘、淄博、驻马店、郑州、徐州、宿县、菏泽、青岛、临沂和济宁。

 

管理方面需要填补的空白包括建立全流域地下水评估系统(结合地表水问题评估),确定如何才能最有效地分配有限的地下水资源,满足全流域和各地的需要,并利用许可证制度控制地下水开采,以符合根据可持续出水量制定的分配方案。

健全的地下水管理要求

改善地下水管理的第一步是要重新界定现有的地下水调查管理单元,因其往往与省界或一级流域甚至二级流域不一致。我们把它称之为地下水管理单元。地下水管理单元必须具备以下几个特点:(a)规模大,让群众参与决策过程;(b)在取水时能作为单个系统发挥功能的含水层系(水流在含水层各部分之间相互贯通)。多数地下水管理单元只含一个含水层。如果有多个基本独立运行的含水层,则可能出现多个含水层相互重叠的现象。据估计,淮河流域可查明的地下水管理单元共达100个。地下水管理单元的界线可按水文地质、地理(如道路)或行政(如县)标准确定,一般应包括补给区,所以把补给区保护工作也纳入地下水统筹管理计划。

同时,还要确定各地下水管理单元的可持续出水量。这项工作可以通过数学模型计算来完成。就本次研究来说,“可持续性”意味着以这样一种方法来使用资源,即不妨碍子孙后代同一水平使用该资源。然后,由于中国许多地区过去几十年往往过度开采地下水,不可能恢复到早先可利用的水平,因此地下水管理计划的目标应该是(a)停止继续超采,(b)控制污染以避免地下水质的下降,以及(c)尽量补给含水层。

 

要根据国家地下水管理原则,在考虑当地地下水问题以及社区需要的基础上提出各地下水管理单元的具体管理计划。然后,再根据现状用水量与可持续出生率比例确定地下水管理单元的优先次序。例如,用水量与持续出生率比例大于1.5的地下水管理单元应列为重超采区,其地下水管理计划应作为当务之急加以实施。详见图9.1。

 

以上步骤如下图所示。根据可持续出水量评价提出地下水取水发证要求,要想发挥许可证制度的效果,只能有一个单位负责发证工作。实施这些改革措施必须有三级管理:(a)国家级规划和协调(由水利部负责),(b)流域管理(流域管理机构),以及(c)省级控制的地下水管理单元日常管理和运营维护。发证现状如表9.1所示。

表9.1 1998年给不同用户的发证情况

Use 全国许可证方放比例 % 全国地下水使用比例 % 黄、淮、海区许可证方放比例 % 黄、淮、海区地下水使用比例 %
城市生活 40.00 19.58 45.00 17.06
灌溉 75.00 58.87 78.00 61.80
工业 90.00 21.55 92.00 21.14
合计 71.38 100.00 75.33 100.00

实现有效地下水管理最基本的要求就是建立一个综合性的公用地下水数据库。由于几乎完全缺少这样一个数据库,影响了全国地下水合理管理的形成与实施。在已经实现地下水资源健全管理的每个国家都建立了这样一个数据库。通过数据库掌握的信息如表9.2所示。

 

表9.2 地下水数据库所含各类信息

技术数据

a.      水井施工详情,包括日期、地点、井深

b.      地质与地层数据记录

c.      地球物理记录

d.      水泵测试结果

e.      钻井人记录

f.      水井变化及废用数据

g.      化学分析数据

监测数据

a.      地下水水位与压力数据

b.      水质量数据

c.      维修记录

d.      使用数据,包括水量记录

有关许可证数据

a.      跟踪许可证发放程序,包括水井施工许可证与地下水分配许可证

b.      钻井人许可证发放记录

c.      分配许可证详细情况,包括日期、区域、分配水量、使用目的

d.      所有人名称与地址

e.      水井数量

f.      GMA

g.      水泵型号、泵抽方法及深度.

费用记录

a.      帐单

b.      帐单支付情况

c.      债务

d.      会计记帐情况

几十年来,黄淮海流域许多地下水含水层都受到了严重污染,尤其是浅层含水层,造成这些含水层被废弃,从而加大了深层含水层的负担。这里要指出的是,在美国也只是在最近20年才认识到这个问题的严重性,同时意识到含水层一旦受到非降解有毒物质的污染,实际上水资源就可能一去不复返了,除非以目前在美国“超基金”计划正在制定/采取的“补救”措施来清除有毒物质。但这些措施代价太大,发展中国家承受不4。黄淮海流域给人们带来的停息很清楚,必须控制排污量,防止水质下降现象的发生。

图9.1 建立地下水管理单元的步骤

1、确定黄淮海流域地下水管理单位

|

 

 

2、确定每个单元的可持续出水量

|

3、确定各单元的分配水量并估算用水量

|

4、对各单元进行分类

4=用水量<70%可持续出水量

3=用水量70%-100%出水量

2=用水量100%-150%可持续出水量

1=用水量>150%S可持续出水量

|

5、确定各单元的优先次序

例如:2000年前制定1类单元的管理计划

地下水用户也必须象地表水用户一样支付用水费用。这一点对太原等严重缺水的地区至关重要。必须制定收费政策,促进地表水、地下水、回用水和外调水的优化利用。

研究评价成果

如前所述,目前黄淮海流域有不少地方都处在极度缺水时期,所以必须尽可能回用城市和工业用水,并改变向附近受纳水体排污的废水处理观念,在经济条件允许的前提下可以回用经过处理的城市和工业废水。中国目前正在实施许多人工补给方案,而本研究的目的一就是探讨更系统地采用这种方案的潜力。

 

 

 

表9.3 解决黄淮海流域地下水问题所需要的水量

流域

No.

二级区

面积

(km2)

地下水问题

水量

(Mcm)

解决问题所需时间

可能的选择方案

海河

2-1

滦河及河北东部沿海地区

54,530

海水回灌
地表下陷

256

10 年

减少地下水开发
人工回补

2-2

海河北系

83,119

地面沉降
地下水位不断下降

2,440

20 年

减少地下水开发
人工回补

2-3

海河南系

148,669

地面沉降
地下水位不断下降

6,162

20 年

减少地下水开发
人工回补

2-4

徒骇马颊

31,843

地下水位不断下降

1,218

20 年

减少地下水开发
人工回补

2

合计

318,161

 

10,076

 

减少地下水开发
人工回补

淮河

3-2

王家堡-蚌埠区间

91,860

地下水位不断下降

148

10 年

减少地下水开发

3-7

山东半岛

60,370

海水回灌

100

10 年

人工回补

3

合计

331,620

 

248

   

合计

1,448,842

 

11,143

20 年

 

本次研究比较全面地初步评价了利用处理后的城市废水缓解地下水超采问题的潜力,以及通过以下途径补给含水层的潜力:向透水性较高的特定地区排放废水,形成地下水岗丘防止含水层因海水或附近碱性含水层的入侵而出现盐碱化。这样使用处理废水工程技术在美国的西南部地区非常先进,为搞好中国这类系统的设计提供了必要的信息。

从水文地质的角度来说,有许多可行的人工补给预案。本次研究确定11个重要重点城市,在这些城市应该进行可行性研究,还要考虑到为此目的与其他用途相竞争的已处理废水的可供量。这些城市包括北京、天津、青岛、呼和浩特、西安、太原、秦皇岛、承德、洛阳、兰州和临沂,详见表9.3。对海、淮河流域可能适应于人工补给的地区已作了描述。其中海河流域详见图9.2。这些补给方案的水文地质特点包括透水性、导水率、粒径和孔隙率。据研究估计,要解决非常严重的地下水问题,海河和淮河流域分别需要100.76亿m3和2.48亿m3。另外,每年大约还需要25亿m3缓解黄淮海流域主要城市的地下水问题。

图9.2: 海河流域适宜于地表人工回灌的地区

 

 

表9.4 黄淮海流域主要城市人工补给可用废水量

流域

城市

估算的废水量 (1997) ML/d

污水处理能力 2000 ML/d

地下水利用量ML/d

海河

北京

2,601

666

129

流域

天津

984

700

7

 

石家庄

915

300

15

 

唐山

1,268

5

13

 

秦皇岛

156

0

1

 

衡水

132

0

2

 

邢台

278

120

5

 

沧州

119

0

5

 

安阳

396

12

7

 

大同

212

0

4

 

濮阳

88

0

3

 

承德

44

0

3

 

张家口

251

0

5

 

朔州

251

0

1

 

忻州

99

0

1

 

保定

374

0

10

 

长治

360

0

2

黄河

呼和浩特

-

-

-

流域

太原

-

-

-

 

洛阳

-

-

-

 

西安

-

-

-

 

兰州

-

-

-

 

信阳

-

-

-

淮河

青岛

--

0

13

流域

临沂

286

0

26

 

济宁

347

250

67

 

徐州

344

140

47

 

郑州

315

235

25

 

驻马店

234

0

3

 

淄博

376

0

130

 

菏泽

193

0

9

 

宿县

191

0

0

 

商丘

94

0

24

- 没有数据

可能可行的另一种办法是利用洪水经流进行人工补给,建议对这种可能性作进一步评价。在加州,大量利用未经处理的洪水进行人工补给。本次研究测算了海河和黄河流域地下水严重超采的两岸大堤之间的这种补给潜力。

总的研究结论是,与严重的地下水超采问题相比,可供黄淮海流域地下水补给的处理废水量小得很,而且只有一小部分废水看来可能用于人工补给。应根据具体的水管理总战略来决定使用已处理废水的重点。尽管如此,还是可能有足够的废水用于解决局部地区严重的地下水超采问题,尤其是超采严重的城市,包括海河流域的北京、天津和石家庄;黄河流域的呼和浩特、太原、洛阳以及淮海流域的青岛。

利用废水补给的主要技术参数如下:

  • 废水处理水平因地而异,可以是一级处理也可以是二级处理,但要形成地下水岗,就必须进行三级处理;

  • 在华北平原两部边缘有粗沙出露地方都是最理想的浅层人工补给区。

地下水行动计划

按地理/行政标准划定地下水管理单元。管理单元应该(a)包含回灌区;(b)确定一个不至于降低子孙后代用水水平的可持续出水量;(c)根据上面确定的可持续出水量发放取水许可证;(d)由一个部门(即水利部)发放许可证,负责国家规划协调,结合省级及下级地下水发证工作进行流域水量分配,监督省级地下水管理单元的日常管理,独立审查地下水管理单元规划;(e)建立取水许可证制度,要求工程设计必须经过合格专业人员的批准;(f)汇总地下水量、地下水质、地表下地质、水井设计参数等方面的现有资料;(g)建立国家级公用数据库,保持省级数据库。

鉴于黄淮海流域平水年城市/灌溉供水严重依赖地下水,而枯水年又把地下水作为保障措施,所以必须立即行动,拿出策略,确定问题所在,并启动一项计划以防止现有地下水质因这类污染源而降低。

 

  • 企业建设规模规划/土地利用/污水系统规则;

  • 向城乡用户及供水公司收取的地下水和管理资源费;

  • 确定管理不善的实际代价,包括地面沉降、土壤盐碱化、水质下降等,以利于制定地下水管理计划,查明与人工补给的相关费用,并在水资源费中反应这些费用,停止对抽水能源费用实补贴行的做法;

  • 提高广大群众对严重地下水问题的认识水平,包括“无所作为”方案的影响;

  • 调查当地含水层补给的作用,确定人工补给系统和悬浮地面的可行性;

  • 推动污染防治行动计划中提出的城市废水处理厂按一级/二级处理标准进行建设,以满足人工补给系统和悬浮地面方案中的公共卫生和工程技术要求;

  • 促进企业废水预处理,确保有毒化合物在排入城市下水道之前已除去。

    [4] 即便在美国,因为通过超级基金进行治理的费用太高,所以也不得不从“清理”受污染含水层的政策转向“保留”受污染含水层,防治污染烟羽渗入清洁含水层,但不一定要要采取治理措施。


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