古冶區工業用水替代水源分析與規劃

胥戰海

(古冶區河道管護站，河北古冶 063100)

古冶區隸屬唐山市區，位于京津冀經濟圈腹地的唐山市區東部，是唐山市煤炭的主要產區，經濟社會相對發達。古冶區總面積248.53km2，總人口35.76萬。

古冶區是唐山市三大地下水嚴重超采區之一，地下水一直是古冶區工農業生產及生活用水的主要水源。由于地下水的嚴重超采，古冶區早在20世紀80年代就形成了第四系淺層水水位下降漏斗［1］，漏斗區面積達175.7km2。

為了緩解日益嚴峻的地下水超采形式，古冶區認真貫徹落實中央、省、市有關地下水壓采的文件精神，制定了工業自備井關停整治方案，對轄區內的工業自備井限期強制關閉，從而減少地下水開采，涵養地下水源。如何根據古冶區現有可利用的水資源條件，確定工業企業關閉自備井后的生產替代水源，并實現工業生產水源由開采地下水轉向利用替代水源的安全過渡，已成為事關古冶區經濟能否平穩、持續發展的一項非常重要而緊迫的任務。

1 古冶區工業用水現狀

古冶區工業用水基本由地下水自備井供給。據統計，古冶區目前共有工業企業80余家，主要分布在古冶區的兩個工業區，即古冶區資源枯竭城區轉型接續產業聚集區和古冶區南部能源綜合利用與循環經濟工業園區。古冶區2013年主要工業企業用水情況調查統計結果見表1。

表1 古冶區2013年主要工業企業用水情況調查統計結果

2 古冶區工業用水替代水源分析

2.1 替代水源確定

古冶區無外調水源，地表水資源量又很少，非常規水源的利用成為解決古冶區工業用水替代水源問題的根本途徑。通過對古冶區現有非常規水源進行的深入調查分析，古冶區可利用的非常規水源主要是煤礦礦井疏干水和污水處理廠中水。古冶區地表水資源量雖少，但仍有河道徑流資源可以利用，通過在河道上修建攔蓄工程設施，也可積蓄一部分水量。因此，古冶區壓采地下水后的工業用水替代水源主要考慮煤礦礦井疏干水、污水處理廠中水和河道徑流三部分。

2.1.1 煤礦礦井疏干水

煤礦礦井疏干水是指在采煤過程中人為破壞了含水層中地下水原有的賦存狀態，使地下水沿著裂隙滲入井下采掘空間形成的，也是地下水資源的一部分［2］。礦井疏干水水量穩定，污染程度輕，處理工藝簡單，處理成本低，是一種較理想的工業用水替代水源。古冶區內煤礦較多，有趙各莊礦、廣信公司(原唐家莊礦)、林西礦、范各莊礦、呂家坨礦五大煤礦，礦井疏干水雖為古冶區的一種獨特的非常規水源，但實際利用量較少，長期以來，在煤礦開采過程中大量礦井疏干水被作為廢水直接排放，造成了地下水資源的嚴重浪費。據不完全統計，現狀古冶區各煤礦2013年礦井疏干水量及其利用情況見表2。

礦井疏干水源是300m以下的深層地下水，具有污染小、水質好的特點［3］。2013年古冶區各煤礦礦井疏干水利用量為2389萬m3，利用率為53%，仍有大量礦井疏干水未得到有效利用，開發潛力很大。因此，煤礦礦井疏干水可考慮作為古冶區工業用水的主要替代水源。

表2 古冶區各煤礦 2013年礦井疏干水量及利用情況

2.1.2 污水處理廠中水

古冶區現有兩座污水處理廠，分別是宏源污水處理廠和林西污水處理廠。宏源污水處理廠位于唐家莊東南，一期工程已于2004年11月建成，二期工程3萬t再生水深度處理項目正處于規劃設計階段，一旦二期工程實施，其污水處理標準可達到一級A標準。林西污水處理廠位于林西南郊，于2012年7月建成，其污水處理標準為一級A標準。古冶區污水處理廠情況見表3。

表3 古冶區污水處理廠情況

由于市政污水管網工程不完善，目前，兩座污水處理廠均未達到設計處理規模。據調查，宏源污水處理廠投產后始終未對城區內污水進行收集和處理，主要自沙河河道內取水。林西污水處理廠剛建成投產，目前僅有東部污水主干管線，年供中水約300萬m3。

古冶區正在加快推進市政污水管網工程建設，預計2—3年內，兩座污水處理廠基本都能達到滿負荷運行。根據《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)，一級A標準是城鎮污水處理廠出水作為回用水的基本要求［4］，古冶區兩座污水處理廠出水均滿足要求。因此，宏源污水處理廠和林西污水處理廠的中水可以作為工業用水的重要替代水源。

2.1.3 河道徑流

古冶區境內主要河流有石榴河、沙河。

石榴河系陡河的一條支流，發源于古冶區北部的王輦莊鄉抹軸峪村，流經古冶區、開平區，于開平區越河鎮西王盼莊村匯入陡河，全長35.8km，流域面積185km2，其中古冶區境內河長 20.0km，流域面積90.85km2。

沙河是唐山市五大河流之一，是一條直流入海的天然河道，發源于遷安市蔡園鎮郝樹店村北大石嶺溝，流經灤縣、古冶區和豐南區，于豐南區黑沿子村與黑沿子排干交匯后匯入渤海，全長155.27km，流域面積1192km2，其中古冶區境內河長 27.5km，流域面積94.5km2。

沙河、石榴河均屬季節性河流，徑流量年際變化較大，年內分配不均，多集中在6—9月，占全年徑流總量的85%以上。目前，古冶區境內沙河、石榴河水量僅一小部分用于農業灌溉，其余大部分仍以徑流形式流向下游。

經計算，古冶區沙河、石榴河95%保證率徑流量為908萬m3。古冶區沙河、石榴河徑流量計算成果匯總見表4。

表4 古冶區沙河、石榴河徑流量計算成果

2.2 可供水量預測

綜合以上分析，古冶區工業用水替代水源可供水量為4700萬m3/a，見表5。

表5 古冶區工業替代水源可供水量

2.3 需水量預測

根據前文所述，古冶區2013年主要工業企業用水總量為4243萬m3/a。中國工程院《中國可持續發展水資源戰略研究》成果表明:為確保社會、經濟和環境的協調發展，工業取水量的年增長率不應超過1.2%［5］。據此增長率計算，古冶區到2020年主要工業企業用水規模將達到4613萬m3。

2.4 供需平衡分析

根據古冶區工業用水替代水源可供水量和主要工業企業需水量分別進行預測，到2020年主要工業企業需水量為4613萬m3，工業用水替代水源可供水量為4700萬m3，工業用水能夠得到可靠保障。

3 古冶區工業用水替代水源規劃

3.1 修建凈水設施

為滿足工業企業用水水質要求，需要修建凈水設施，對煤礦礦井疏干水和河道徑流進行簡單凈化處理。煤礦礦井疏干水中含有煤粉［2］等懸浮物，河道徑流中也含有少量泥沙，通過采取物理方法對礦井疏干水和河道徑流進行清污分流和凈化處理，完全能夠滿足工業用水水質要求。

3.2 修建輸水管道工程

為實現工業用水水源由開采地下水向利用替代水源的轉換，在替代水源地和用水企業之間還需修建輸水工程。通過修建輸水管道，將煤礦礦井疏干水、污水處理廠中水和水庫蓄水輸送到各主要工業企業。

3.3 修建水庫蓄水工程

雖然古冶區沙河在95%保證率下有833萬m3的河道徑流量，但由于攔蓄工程設施較少，對沙河徑流的開發利用程度很低，利用量極少。如不修建攔蓄工程設施，河道徑流資源很難得到有效利用。

開灤范各莊礦東北側有一采煤塌陷坑，緊鄰沙河，占地面積2400畝。目前該塌陷坑主要存蓄范各莊礦的礦井疏干水，現狀水面面積1250畝。為充分利用沙河徑流資源，可對該塌陷坑進行改造，建成一座小型水庫，蓄水面積1600畝，設計庫容400萬m3。水庫建成后可通過汛期攔蓄沙河雨洪資源，蓄豐補枯，年可供工業用水700萬m3。

4 結語

通過深入分析古冶區非常規水及河道徑流的水資源開發利用潛力，確定古冶區壓采地下水后工業用水替代水源主要是煤礦礦井疏干水、污水處理廠中水及河道徑流利用量。通過新建水庫蓄水工程和管道輸水工程，年可新增礦井疏干水、中水及河道徑流供水能力4700萬m3，基本滿足古冶區主要工業企業的生產用水需求。

通過替代水源規劃的實施，基本實現了古冶區工業供水水源結構的優化調整和供水水源的合理配置，達到了非常規水資源化、河道水資源化以及為企業的水源置換提供供水安全保障的預期目標。

［1］王欣寶，王昕州，趙雄英.唐山市環境地質調查評價［C］∥海岸帶地質環境與城市發展論文集:北京.2005:154-162.

［2］王天平，解建倉，張建龍，等.基于突變理論的西王寨礦區礦井疏干水開發利用風險評價［J］.西安理工大學學報，2010，26(4):417-423.

［3］劉文利，李太山，趙風琴，等.唐山市礦井疏干水的資源化利用［J］.環境科學與管理，2007，32(2):142-144.

［4］GB 18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準［S］.北京:中國環境科學出版社，2002.

［5］陸長福，鄭衛北，焦鎮霞.河北省工業發展及水資源分析［J］.河北科技大學學報(社會科學版)，2002，2(3):8-11.