地下水利用与保护规划技术分析

作者:李东    文章来源:黄河水利委员会水文局    点击数:1754    更新时间:2010/1/6

    全国地下水利用与保护规划既是全国水资源综合规划的专项规划也是流域综合规划修编的专项规划。本次规划是在水利部领导下,由水利水电规划设计总院作为技术总负责单位,会同中国水利水电科学研究院、各流域机构和各省(自治区、直辖市)的项目承担单位共同完成的。

    2009年11月《全国地下水利用与保护规划(征求意见稿)》进行了高层专家咨询会。

    具体工作中采取“从下到上”与“从上到下”多次协调协商与平衡,采取坚持基本原则下省区保留差异性、“求大同存小异”灵活的工作方式,某些数据上可以省区与全国(流域)存在差异,不影响整体规划成果;两本账更反映客观现状,因地制宜会利于地方工作的开展。

    结合规划工作中技术问题与《全国地下水利用与保护规划(征求意见稿)》高层专家的意见,作者特归纳总结部分规划相关的问题,提出肤浅认识。

    1. 功能区

    1.1功能区划分

    地下水功能区划是地下水利用与保护规划中的重点也是亮点。
根据《全国地下水利用与保护规划》:地下水功能区划是地下水利用与保护工作的基础平台。按照《关于开展地下水功能区划的通知》(水资源[2005]386号)文件的要求,全国开展了浅层地下水功能区划工作,明确了浅层地下水的功能定位。对于深层承压水,按照储备为主的原则,不再划分功能区。

    以地下水主导功能为基础,划分全国地下水功能区;根据地下水功能区的主导功能,兼顾其他功能要求,确定各功能区维系供水安全的水位、开采总量控制指标和水质保护目标。本次规划在第二次水资源评价的基础上,进行了浅层地下水功能区的划分,按两级划分为三大区八大类。地下水功能区按两级划分。

    一级功能区:地下水一级功能区划分为开发区、保护区、保留区共3类,主要协调经济社会发展用水和生态与环境保护的关系,体现国家对地下水资源合理开发利用和保护的总体部署。

    二级功能区:在地下水一级功能区的框架内,根据地下水的主导功能,划分为8类地下水二级功能区。其中,开发区划分为集中式供水水源区和分散式开发利用区共两类地下水二级功能区,保护区划分为生态脆弱区、地质灾害易发区和地下水水源涵养区共3类地下水二级功能区,保留区划分为不宜开采区、储备区和应急水源区共3类地下水二级功能区。地下水二级功能区主要协调地区之间、用水部门之间和不同地下水功能之间的关系。

    我国浅层地下水功能区划呈山丘区以保护区为主、平原区以开发区为主的显著特点。地下水二级功能区界线不能跨水资源二级区,基本规划单元面积太小时,根据情况可进行适当归并。

    在地下水功能区划工作的基础上,水利部于2007年下发了《关于做好全国地下水利用与保护规划编制工作的通知》(办规计函[2007]409号),要求编制地下水利用与保护规划。

    1.2地下水功能区与地表水功能区的差异

    流域综合规划修编涉及到各个方面,其中有水功能区和地下水功能区关系密切。

    地下水功能区划分是针对流域面上的地下水,是编制浅层地下水利用与保护规划的基础,规划编制主要以地下水功能区为单元,根据其功能状况,提出分区分类开发利用与保护修复规划方案。

    地下水功能区以流域的地下水资源量与可开采量和水质功能定义,水功能区划分地表水水资源状况来定义。

    地下水功能区区划采用水资源评价地表水资源评价的面积和分区一致,即采用流域全覆盖的方式进行,包括不透水面积、水面面积及沙漠区面积等。水功能区以干流支流为主河段为单元,已经水利部的批复,待国务院批复。

    水功能区划分是针对流域干支流河流,指为满足水资源合理开发和有效保护的需求,根据水资源的自然条件、功能要求、开发利用现状,按照流域综合规划、水资源保护规划和经济社会发展要求,在相应水域按其主导功能划定并执行相应质量标准的特定区域。

    依据同为水利部水资源不同的批文,分区不同:一级区为3类与4类,二级区8类与7类。

    水利部水资源[2003]233号文“水功能区管理办法”第三条:水功能区分为水功能一级区和水功能二级区。水功能一级区分为保护区、缓冲区、开发利用区和保留区4类。水功能二级区在水功能一级区划定的开发利用区中划分,分为饮用水源区、工业用水区、农业用水区、渔业用水区、景观娱乐用水区、过渡区和排污控制区7类。

    1.3地下水功能区需完善

    如何与水功能区相互协调是地下水功能区需要面临的问题。

    其实所谓的水功能区实际是应该准确表达为:地表水(江河、湖泊、水库、运河、渠道等地表水体)大部分干流河段与主要支流水域相应质量标准的特定区域的水功能区。

    水功能区是沿河道(湖泊)的一条线,地下水是河道外的流域片。

    在水资源开发利用强烈的地区地表水与地下水的交换也强烈,重复利用量就越大。

    无论地表水功能区与地下水功能区都与环保部门有着密切的联系,特别是地表水,在中国素有“九龙治水”之称的多头治水管理模式中,水利部门和环保部门是两个重要的行业管理部门,而在水的管理权限中,最主要的就是水质和水量这两大部分。治水的工作概括为:水利部门主要管水量,即水资源的利用;环保部门主要管水质,即水污染。目前我国已经形成了这样一个部门分割体制:“环保部门不下河,水利部门不上岸”。

    管理体制设置上,充分发挥现有流域水资源保护机构的作用,建立流域管理与区域管理相结构的体制。

    2009年3.22世界水日提出的口号是:“地下水——看不见的资源。”地下水一旦由于开发和保护不当而遭受污染,不但其自净能力极弱,而且会对生态环境造成严重影响,直接对人类及其活动造成危害。因此加强对珍贵的地下水资源保护具有非常重要的意义。
地下水功能区保留区中的应急水源区或储备区也可归于开发区,应急水源区应进行一些基础设备的投资,真正起到应急的作用。

    2005年11月松花江污染事件哈尔滨宣布停水4天时,为保证市民生活用水,哈尔滨市已启动应急预案,从黑龙江省内各市县调水,由各区对口送水,大庆石油管理局钻井总公司钻井队来到哈尔滨帮助在哈的大专院校、供水供热企业新打约100口深水井,哈尔滨市启动市区386口备用水源井。单一以松花江地表水为主的供水的哈尔滨市,2009年总库容5.23亿立方米常年一类水体的磨盘山水源地供水工程全线竣工通水,哈尔滨供水格局实现了由松花江水源向磨盘山水源的重大转变,主城区市民即将全部饮用来自磨盘山的优质水。磨盘山供水工程满负荷运转后,哈尔滨市以松花江水为水源的各水厂将作为备用水源,城市供水将变为“一供一备”的格局,正符合国家关于城市多水源保障体系的要求。

    2. 深层承压水与浅层水

    2.1公报概念深层承压水与浅层水

    地下水资源量指地下水体(含水层重力水)的动态水量,用补给量或排泄量作为定量依据。“中国水资源公报编制技术大纲”中:地下水源供水量是指水井工程的开采量,按浅层水、深层水、微咸水分别统计。浅层水指与当地降水、地表水体有直接补排关系的地下水;深层水指承压地下水。坎儿井的供水量计入浅层水中。混合开采井的开采量,根据当地情况按比例划分为浅层淡水和深层承压水,并在备注中说明。

    由于水资源公报中的深层水根据各省区实际按照大致深度划分,有的省区按100m或80m埋深,而内蒙古草原采用50m。因此,与本次深层承压水概念上有较大区别,一些省区没有统计或较少深层承压水。各省(自治区、直辖市)基于“水资源公报”成果上报的深层承压水现状实际开采量包含了部分易于补给更新的承压水和岩溶水。

    2.2本次规划采用概念

    本次将与当地大气降水和地表水体有直接水力联系的潜水以及与潜水有密切水力联系的承压水统称为浅层地下水,将埋藏相对较深、与当地大气降水和地表水体没有直接水力联系而难于补给的地下水称为深层承压水。

    浅层地下水广泛分布于我国山丘区和平原区,深层承压水则主要分布于松嫩平原、黄淮海平原和长江三角洲平原。

    为解决在地下水利用与保护规划中深层承压水实际开采量统计不准的问题,根据全国水资源综合规划对浅层地下水和深层承压水的界定,并结合国土资源部的研究成果,对有关概念做进一步明确:浅层地下水包括潜水、易于补给和更新的承压水,以及岩溶水;深层承压水是指极难更新补给,基本不参与现代水循环的承压水。

    2.3极难更新的深层承压水近似可以看做“矿藏水”

    本次规划采用2005年为现状年依据2005年全国和流域以及各省区的地下水现状供水量并对深层承压水进行了调整。

    全国水资源综合规划的专题:《深层承压水量计算方法研究专题报告》认为深层承压水除分布于松嫩平原、华北平原(黄、淮、海平原)、长江三角洲地区外,准噶尔盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、河西走廊、鄂尔多斯盆地和四川盆地等大盆地也存有深层承压水。由于山前平原的中深层承压水易于接受山前侧渗补给,且多与潜水有较密切的水力联系,松嫩高平原的中深层承压水亦具有山前平原之特性,故两类地貌区的地下水开采量均划入浅层地下水。所以,仅在松嫩低平原、大盆地中部、华北平原的中东部平原以及长江三角洲地区统计深层承压水实际开采量。

    水利部公报编制组在2009年7月中国水资源公报编制汇总协调工作会议上提出的“水资源公报编制有关技术问题”要求注意公报与相关成果,特别是水资源综合规划的比较分析和协调,确定浅层、深层承压地下水供水量的最新概念:浅层地下水包括潜水、易于补给和更新的承压水,以及岩溶水;山丘盆地、山前平原、松嫩高平原。深层承压水是指极难更新补给,基本不参与水循环的承压水。仅统计松嫩低平原、大盆地中部、华北平原中东部、以及长江三角洲地区等。

    “中国水资源公报”的深层承压水新概念实施,需等本次规划批复后正式行文。

    本次规划经过多次汇总后确定采用极难更新的地下水作为深层承压水。

    由于省区长期应用的概念与这次的无法很快统一,因此,部分省区仍保留原深层承压水的概念,比如河南省涉及四大流域,但省上已经批复规划。

    深层承压水让省区接受需要一定的时间,与当地大气降水、地表水体没有直接补排关系的地下水,地质历史时期累积形成的地下水资源量,含水系统中不可再生和恢复的、不能持续利用的水量,“极难更新的深层地下承压水” 储存资源可以解释为埋藏较深的类似于矿藏的这类水,当然“矿藏水”不能完全理解为深层承压水,较容易理解。

    我国矿藏水开采量占总储量比例不大。深层承压水既然是“矿藏水”,也像煤炭一样一次性资源,作为战略储备不难理解。作者也倾向于既然是矿藏也是可以适量开采的,比如污染严重地区解决饮水安全,以及特殊行业的用途。

    3. 功能区保护指标

    3.1开采量、水质和水位

    根据地下水的功能要求、现状情况、水资源配置方案以及未来利用保护的需要与可能,合理确定各功能区的地下水保护目标,包括地下水开发利用的总量控制目标即目标开采量、维系供水安全的水质保护目标以及维持良好生态环境的合理生态水位控制目标。

    功能区保护指标:水质、开采量和水位三类。

    水质要根据主导功能的水质要求,严格控制,避免地下水水质恶化。

    地下水开采量以可开采量和开采区地下水补给条件来合理确定,实现区域地下水的采补平衡。

    地下水水位要根据地下水功能区生态与环境保护目标的要求,合理确定。

    地下水保护指标,加强保护、控制目标不低于现状;地下水超采区治理采取三方面措施:节约、替换、增源;加强节水,减少和控制地下水开采量替代水源建设。对于地下水超采量通过水资源配置替换为地表水,压缩地下水开采。增加地下水补给量,提高地下水的可开采量。

    3.2水质保护目标

    水质类别按照I、II、III、IV、V填报,选择功能区代表性井的水质平均状况作为功能区水质状况;如集中供水水源区按照开采井的水质浓度数据平均确定,分散式开发利用区按照典型井的平均水质代表功能区水质。

    以集中式供水水源区保护目标为例加以说明水质标准:具有生活供水功能,水质标准不低于Ⅲ类水的标准值,现状水质优于Ⅲ类水时,以现状水质作为控制目标;工业供水功能的集中式供水水源区,以现状水质为控制目标。

    集中式生活水源区根据《地下水质量标准》(GB/T14848-93),地下水矿化度不大于1g/L;集中式工业用水区地下水水质不劣于IV类水;分散式农业用水区地下水水质不劣于V类水。

    水质要求不发生地下水污染或发生恶化,影响到功能区的正常使用功能。针对不同地区,依据地下水水质状况和污染源治理情况,提出不同阶段地下水开发利用与资源量保护的规划目标。在水质目标控制中未受污染的区域保持水质现状,经过改水、替换、调水补源等措施提高水质;受到污染的区域治理保护达到原来的水质状况。

    3.2开采量控制方案与水位目标

    地下水开发利用量要求以可开采量和开采区地下水补给条件来合理确定,目的是实现开发利用区的地下水采补平衡,实现地下水的良性循环;地下水水位是维持地下水生态环境功能的重要指标,不能太低,也不宜过高,要根据各功能区的实际保护目标要求,合理确定。可开采量根据地下水资源调查评价成果进行核定。

    水量标准:年均开采量不大于可开采量。

    在全国水资源综合规划成果的框架内,不同水平年的地下水开采量控制方案。按照分区规划、有压有增的原则,超采区压采量是规划的难点重点。

    集中式供水水源区大部分为城市工业和生活供水,在当地地表水、跨流域调水、再生水利用等方面有相对良好的水资源条件,故未来以压采为重点。

    除了浅层地下水开采量控制方案外,还要进行深层承压水开采量控制方案。规划报告中列出了重点地区地下水开采量控制方案:黄淮海平原(由海河一般平原、淮河一般平原及黄河下游平原)、黄河中上游能源基地(山西、陕北、宁夏和内蒙鄂尔多斯高原是我国重要能源化工基地)、长三角地区(包括江苏的苏州、无锡、常州、泰州四地市和浙江杭嘉湖地区以及上海市)、东北平原(东北松嫩平原、三江平原和辽河中下游平原)、西北内陆河(西起帕米尔高原国境线,东至大兴安岭,北起国境线,南迄西藏冈底斯山分水岭)。

    地下水水位由于全国无法统一统计最后采用以埋深来代替,并且应有一个高低数据,即一个区间值;超采区一般压采,“退出开采”,中心埋深回升;盐渍化如宁蒙河套及黄河下游沿岸的引黄灌区需要抽取地下水来降低水位,保持一定的埋深;荒漠化地区依据植被的生存要求,要保持一定的水位埋深。如华北深层承压水水位埋深一般不应大于50米,胡杨林地的地下水埋深条件是保持不大于8m的埋深等。

    4. 重复水量(岩溶水、傍河井、泉水等)

    4.1地下水分类与开采概念

    本次规划中的地下水是指赋存于地面以下岩土空隙中的饱和重力水。根据我国各地区地下水含水层介质、埋藏条件的不同,可将地下水划分为不同的类型。

    按照埋藏条件,可将地下水划分为潜水、承压水两种类型。

    根据含水层介质的不同,可将地下水划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类岩溶水、基岩裂隙水共3种类型。地下水指埋藏在地下孔隙、裂隙、溶洞等含水层介质中储存运移的水体。

    岩溶水主要赋存在碳酸盐岩的溶洞和裂隙中,南方岩溶主要以溶洞甚至地下暗河的形式发育,如贵州、广西等地是南方岩溶较发育的省份。北方寒武或奥陶系岩溶水则多呈现溶隙特点,出水量大,开采条件好,水质优良,是一些城市的重要水源,如河北和山西的太行山一带和山东部分地区岩溶水分布较广泛。

    地下水开采:采用抽水设备取用地下水称为地下水开采;包括溶洞甚至地下暗河、坎儿井、傍河井、泉水出露的使用等实际是地表水的利用,与此关系密切的还包括矿井水的利用。

    水资源开发利用程度越高,地表水与地下水利用中交换越剧烈,重复利用水量就越多。

    4.2岩溶水等地下与地表重复利用水量

    对部分比较明确的重复利用水量如岩溶水等,在评价中没有涉及本次规划允许部分省区保留。傍河井开采如关中渭河以及郑州黄河大堤内外的自来水井群等,其利用的实际是地表水量。

    西南喀斯特岩溶发育强烈的中心区域,地表涵养水源能力较弱,水资源开发利用难度较大,工程性缺水问题十分突出。岩溶山区由于地表和地下形成的双重空间结构,岩溶地下水较丰富,岩溶大泉及地下暗河是贵州岩溶地下水赋存的主要形式,打深井解决农村居民饮水安全,岩溶水利用采用泉水出露后修建集水设施。

    贵州省大约利用量为28亿,全国近60亿重复利用水量。

    4.3提高水资源耗水率与污水重复利用水量

    根据“中国水资源公报”2007年全国总用水(供水)量5819亿,用水消耗总量3022亿,全国综合耗水率(消耗量占用水量的百分比)为52%,废污水排放总量750亿t;废污水排放量是指工业、第三产业和城镇居民生活等用水户排放的水量,但不包括火电直流冷却水排放量和矿坑排水量。

    水资源开发利用率(总供水占当年水资源总量)为23%;其中,地表水源供水量占81.2%,地下水源供水量占18.4%,其他水源供水量占0.4%。供水与耗水相差近2800亿、提高其他水源如污水资源化、雨水利用和海水淡化量和用水耗水率,将有近1000亿潜力,减少大量新鲜水资源量的使用。

    按照取水水源不同分为地表水源、地下水源和其他水源三大类。其他水源供水量包括污水处理再利用、雨水利用和海水淡化利用。污水处理再利用量是指经过城市污水处理厂集中处理后的污水回用量,不包括工业企业内部废污水处理的重复利用量。中水又称再生水、回用水,是指城市污水和工业废水经净化处理,水质改善后达到国家城市污水再生利用标准,可在一定范围内使用的非饮用水。如果能将这些废污水通过处理转化为中水无疑将是一块巨大的资源。提高污水处理率,增加污水利用量,污水资源化迈入进行大量使用阶段。

    5.规划保障措施

    5.1工程措施

    地下水利用与保护规划的主要措施包括地下水超采治理、地下水污染治理、地下水涵养与修复、城乡供水保障和地下水监测工程。除供水措施属于利用外,其他措施都属于保护方面的内容。

    超采治理是本次规划的重点。超采治理的主要措施是压缩地下水开采量,使地下水系统逐步通过自然修复,实现地下水水资源的良性循环和相关生态系统的修复。

    5.2管理措施

    地下水资源管理措施主要包括法制建设、制度建设、能力建设、机制和体制等方面内容。

    编制《地下水资源管理条例》和《地下水资源管理办法》,发布并完善地下水功能区划。

    地下水功能区划应列入地下水资源管理条例中,作为地下水利用和保护的重要管理依据,赋予地下水功能区应有的法律地位。建立和完善地下水功能区管理制度,分区分类指导地下水的开发利用和保护涵养。建立分区地下水总量控制与定额管理制度,完善地下水取水许可管理和水资源有偿使用制度。

    5.3跨流域调水将修复地下水环境

    根据本次规划结果,2020年,全国将从跨流域调水工程中,利用118亿的水量来支持地下水超采治理,压缩相应的地下水开采量,其中2014年东、中南水北调工程是海河和淮河流域直接受水区,替代的水量也最多,近70亿。西北地区利用跨流域调水进行地下水治理的替代水量达29亿

    作者通过对黄河流域1919年至2008年天然径流量滑动平均分析将在2013年后将结束自1986年以来较长时段的枯水少水年,有可能出现一个平水年时期,也将对水资源利用紧张有所缓解。

    污水资源化的全面使用,结合跨流域调水使相关地区压采与环境修复成了可能,因此,2015年将是北方地下水利用一个一级“拐点”。

    5.4规划实施极大提高地下水综合管理水平

    在本次地下水利用与保护规划基础上,制定并实施地下水保护的实施方案,落实地下水利用与保护规划的有关措施,确保规划目标的实现。

    在地下水利用与保护实施方案中,要建立监测和评估制度,建立适应性管理为原则的动态机制,及时发现实施过程中出现的新问题,提出解决对策,保证规划目标的实现。

    地下水功能区的划分与实施,以集中水源地与重点地区控制方案为管理重点,建立监测监督有效体系,对每个地下水水源地的总量、水位、水质动态管理,甚至对重要地区的地下含水层的管理,以及充分发挥广大用水户或自律协会的节水管水自觉性,规划实施必将使我国地下水综合管理水平大幅提高,紧追世界先进管理水平。

    5.5建议

    本次规划坚持大原则下省区保留差异性,遗留问题留待今后工作中进一步完善。建议2015年作为基准年进行规划的修订,并且提前到该年之前开始工作避免规划中基准年变动带来的不必要的麻烦。

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