懷仁市地下水超采治理對策研究

趙建美

（太原市水利勘測設計院,山西 太原 030000）

地下水是水資源的重要組成部分,是關系經濟社會長遠發展的重要戰略資源,是生態環境的控制性要素。近年來,地下水超采問題引起了社會和政府層面的廣泛關注,國務院先后出臺了一系列法規和文件指導地下水合理開發利用。為治理地下水超采,許多地區進行了積極探索,包括水源置換、調整種植結構或者開展節水型社會建設等[1-3]。本文分析懷仁市北部地下水超采情況,并結合當地水資源稟賦和水利調度工程,提出水源置換綜合治理對策。

1 超采區概況

1.1 超采區分布

懷仁市位于山西省北部、桑干河上游,“朔州市懷仁中型孔隙淺層地下水超采區”就位于懷仁市境內,分布于懷仁市城以西,北起北信莊、南至北辛村、西起盆地邊界、東至懷仁城東,超采區面積111 km2,其中嚴重超采區面積86 km2,超采區地下水可開采量為1484 萬m3/a，多年平均開采量2787 萬m3/a，超采量1303 萬m3/a,開采系數1.88,懷仁縣地下水超采區分布范圍,見表1。由于該區大量開發地下水,區內地下水位自1980年起持續下降,年平均下降幅度在0.5 m~1.0 m 之間,北窯長觀孔最大年降深1.2 m。懷仁市超采區范圍,見圖1。

圖1 水量平衡圖

表1 懷仁市地下水超采區分布范圍

1.2 區域地下水超采量

1.2.1 工業用水

超采區內工業用水涉及大同市焦煤礦有限責任公司、山西集華興業煤炭有限公司、懷仁市宏豐建材有限公司、大同煤礦集團朔州礦業公司南窯出口煤站、懷仁市南窯聯合洗煤有限公司、山西中聯煤業有限公司、山西玉龍煤炭運銷有限公司、大同煤礦集團朔州礦業公司懷仁南窯煤炭聯合集運站、懷仁市凱勝德煤業有限公司、懷仁市祿升煤炭銷售有限公司、懷仁市裝卸搬運公司、懷仁市成興法煤有限責任公司及等12 家廠礦企業,水井16 眼,現狀年用水量約77.21 萬m3/a,見表2。

表2 超采區工業企業取水井

1.2.2 農業用水

區域農業灌溉用水涉及灌溉范圍包括懷仁市云中鎮的北七里寨、南窯、北窯及于家園4 個村莊,8760 畝農田,43 眼水井。目前主要種植作物全部為玉米,現狀主要水源為機井,超采地下水量為138.7 萬m3,各村莊農用機井數量統計,見表3。

表3 超采區農業灌溉取水井

2 超采治理措施

目前,針對地下水超采治理,核心是推進“增源、減荷、強管”。增源,即采取系列工程措施改造區域下墊面,拓展涵養水源,實施相應的水利工程調度。減荷,即開展工業節水、農業灌區節水改造,調整種植結構等減少水資源的消耗。

山西省確立充分利用黃河水及應急水源工程、山西大水網和市縣小水網工程配置的地表水、外調水、再生水等水源,實施原水直供、水源置換、關井壓采,節約和保護地下水,保證城鄉生活、農業生產、工業生產和生態環境用水的地下水超采治理思路。基于此,懷仁市受益于“引黃入晉”北干線工程,具備了水源置換的前提條件,因此,提出了“水源置換+封井壓采”的治理對策。

萬家寨引黃北干線已于2011年通水,為該區域水源置換創造了有利條件。治理區域結合現有引黃工程,擬采取水源置換工程壓采地下水量,涵養和恢復區域地下水。主要措施是利用引黃地表水置換超采區地下水,為項目區工、農業用水提供水源。區域擬封閉59 眼水井（其中工業用水井16 眼、農業用水井43 眼）,工業用水取用經過北七里寨水廠處理過的清水,農業灌溉用水取用引黃原水。

2.1 配水規模

本次水源置換工程工、農業近期總需水量為235.50 萬m3,總設計流量為0.51 m3/s,關井壓采總水量為230.27 萬m3；工、農業遠期總需水量為345.97 萬m3,總設計流量為0.58 m3/s,關井壓采總水量為340.74 萬m3。其中：工業近期需水量為93.15 萬m3,設計流量為0.07 m3/s,關井壓采水量為91.57 萬m3；工業遠期需水量為203.62 萬m3,設計流量為0.14 m3/s,關井壓采水量為202.04 萬m3；農業灌溉需水量為142.35 萬m3,設計流量為0.44 m3/s,關井壓采水量為138.7 萬m3。所需水量小于引黃工程配置給懷仁市水量3826 萬m3,因此水量滿足要求。

2.2 總體布置

工業供水廠礦企業共12 家,共關井壓采16 眼水井。工程利用工業加壓泵、工業總干管、工業分干管將水提至三個工業供水點位,分別為1000 m3蓄水池、總干管末端焦煤礦500 m3×2 蓄水池、二分干末端水泥廠100 m3蓄水池接水點。從工業總干管上分2 條支管分別供山西集華煤炭有限公司（100 m3蓄水池接水點）和北窯村人畜吃水；1000 m3工業蓄水池利用重力流經工業1 分干管、支管輸水給懷仁中聯煤業有限公司、懷仁市凱德勝煤業有限公司等9 家位置較低的廠礦企業。管道末端與每個廠礦內的現有水井管道首部連接,每個連接處均設置有控制閥井,井內安裝控制閥和水表。工業供水管道總長度為18.002 km,其中工業總干管長度9.017 km,其中4.926 km 采用DN450 承插式涂塑鋼管,其余4.091 km 采用DN400~DN315 PE 管（管道設計壓力1.0 MPa/0.8 MPa）；工業分干管2 條,總長度6.467 km,采用DN250~DN32 PE 管,管道設計壓力0.8 MPa/1.0 MPa；工業支管13 條,總長度2.518 km,采用DN250~DN32 PE,管道設計壓力0.8 MPa/1.0 MPa。工業供水線路上根據相關規范及實際地形情況設置有71 座附屬建筑物,包括控制閥井7 座、檢修閥井2 座、減壓閥井2 座、流量計井3 座、排氣閥井31 座、排水閥井13 座、末端控制閥及水表井13 座等。

農業灌溉共關井壓采43 眼水井,控制面積8760 畝。工程利用農業加壓泵、農業總干管將水提至2000 m3高位蓄水池,再利用重力流經農業分干管、支管輸水與每個井點的現有農田灌溉管道首部連接,每個連接處均設置有控制閥井,井內安裝控制閥和水表。農業灌溉輸水管道總長度為29.274 km,其中農業總干管長度5.761 km,采用DN700 承插式涂塑鋼管；農業分干管3 條,總長度13.818 km,均采用PE 管,管徑DN630~DN110,管道設計壓力0.6 MPa；農業支管38 條,總長度9.695 km,均采用PE 管,管徑DN250~DN90,管道設計壓力0.6 MPa。輸水線路上根據相關規范及實際地形情況設置112 座附屬建筑物,包含有控制閥井12 座、檢修閥井1 座、減壓閥井4 座、流量計井11 座、排氣閥井27 座、排水閥井17 座、末端控制閥及水表井40 座等。

2.3 運行補貼

建設項目的年運行費指項目運行初期和正常運行期每年所需支出的全部運行費用。

農業灌溉用水實行政府補貼,即引黃水價為1.95 元/m3,其中政府補貼1.20 元/m3,實付水價按照0.75 元/m3進行計算,農業灌溉用水需106.76 萬元。工業供水近期用水量93.15 萬m3/a,年抽水耗電量為102.50 萬kW?h,電價按當地農業灌溉電價0.5 元/（kW?h）計算,年燃料動力費（電費）為51.23 萬元,工業供水遠期用水量203.62 萬m3/a,年抽水耗電量為224.00 萬kW?h,電價按當地農業灌溉電價0.5 元/（kW?h）計算,年燃料動力費（電費）為111.99 萬元；本工程農業灌溉和工業供水用水量的年燃料動力費為190.02 萬元~250.78 萬元。水資源費方面工業為0.50 元/m3，農業不計。工業供水近期用水量93.15 萬m3/a,則工業每年水資源費為46.58 萬元；工業供水遠期用水量203.62 萬m3/a,則工業每年水資源費為101.81 萬元。

3 結語

針對懷仁市地下水超采問題,采取封停取水井,同時結合引黃工程完成水源置換的綜合治理措施,遏制了地下水水位下降趨勢,改善了環境地質,重塑區域水資源配置和經濟可持續利用格局。

懷仁市基于當地引黃工程的先天優勢,按照山西省確立的充分利用黃河水和應急水源工程為依據,結合區域工業用水和農業灌溉用水大規模打井取用地下水的現狀,擬定了水源置換+封井壓采的治理思路,從水資源供需平衡分析,水源替換可行性、工程總體布置及后期運行水價和政府補貼等方面提出了全過程的治理對策,確保超采區地下水壓采措施可行,后期運行可持續,為地下水超采區的治理提供了借鑒思路。

地下水超采治理需要建立全過程治理思路,精準定位區域治理目標和實際水資源稟賦條件,制定適宜的水資源配置方案和治理措施,從而確保治理效果。