馮　斌，馮億年，方憶剛，郭新體，王　路

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源環(huán)境學(xué)院，北京 100083；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 商丘 47600)

河南省商丘市中深層微咸水資源化分析

馮斌1，2，馮億年2，方憶剛2，郭新體2，王路2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源環(huán)境學(xué)院，北京 100083；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 商丘 47600)

摘要：根據(jù)商丘市水資源、供水現(xiàn)狀及中深層微咸水資源的賦存規(guī)律、水質(zhì)特征等，分析了中深層微咸水資源化的必要性和可行性，對(duì)微咸水資源化的直接利用、淡化飲用和混合淡化利用等實(shí)施方式進(jìn)行論述，并對(duì)其負(fù)面效應(yīng)進(jìn)行了分析，微咸水資源化有助于中深層可采資源量1.47×108m3/a變廢為寶，有利于緩解商丘市供水緊張局面及改善地質(zhì)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：商丘市；微咸水；資源化

商丘市地處河南省最東部，屬黃河沖積平原東南部，地表水屬淮河流域，入境水量極少，而地下水中等豐富。由于大氣降水、工農(nóng)業(yè)及生活污染、原生水質(zhì)、開采方式等因素影響，區(qū)內(nèi)地表水可利用資源量匱乏、淺層地下水資源量潛力基本平衡，深層地下水作為主要取水層段屬消耗型開采且超采嚴(yán)重，漏斗面積不斷擴(kuò)大，而中深層地下水由于水質(zhì)較差，目前基本未開發(fā)利用，商丘市水資源局勢(shì)十分嚴(yán)峻。

1中深層微咸水資源化的必要性

商丘市水資源總量22.84×108m3，人均水資源量303.6m3，分別不足河南省和全國(guó)的2/3、1/8，遠(yuǎn)低于國(guó)際公認(rèn)的人均500m3的極度缺水標(biāo)準(zhǔn)。[1]受地域條件限制和工農(nóng)業(yè)及生活污染，商丘市地表水入境水量極少，各河污染十分嚴(yán)重，水質(zhì)均劣于五類，地下水是主要供水資源，淺層地下水是農(nóng)業(yè)灌溉的主要水源，

城鎮(zhèn)居民、企業(yè)等飲水以深層地下水為主，深層地下水水位埋深由20世紀(jì)70年代的3m下降到目前的60～75m，漏斗中心水位埋深超過80m，水位年平均下降速率約2m(圖1)，補(bǔ)給緩慢，水位降落漏斗面積不斷擴(kuò)大，屬消耗型強(qiáng)力開采[2-4]。目前商丘市第四水廠引黃工程日供水量約7.5×104m3，剩余城區(qū)供水及柘城、虞城等縣城供水均以深層地下水為水源，部分供水廠目前采用深層地下水與淺層地下水“分別建井、混合供水”的模式，存在污染、與農(nóng)業(yè)爭(zhēng)水、引發(fā)地面沉陷等環(huán)境地質(zhì)問題，不宜增大開采及長(zhǎng)期超采。因此，中深層微咸水的開發(fā)利用是緩解商丘市供水矛盾較好的途徑，并通過與引黃水聯(lián)合調(diào)控以減少地下水的開采[5]。

中深層微咸水的開發(fā)利用不僅可以減少淺層及深層地下水開采，降低中深層微咸水與深層地下水的水頭差，減緩中深層水對(duì)深層水越流補(bǔ)給造成的水質(zhì)惡化，而且能夠促進(jìn)中深層地下水的循環(huán)，改善中深層微咸水水質(zhì)，有利于保障農(nóng)業(yè)用水及環(huán)境地質(zhì)問題。因此，中深層微咸水資源化對(duì)本區(qū)供水及地質(zhì)環(huán)境是具有顯著作用的。

2中深層微咸水資源化的可行性

2.1中深層微咸水水文地質(zhì)概況

商丘地區(qū)地勢(shì)平坦、視野開闊，第四系厚度400～450m，中深層地下水主要賦存于第四系更新統(tǒng)(Qp)中下部，埋藏深度70～350m，含水層多呈透鏡體狀，層位較不穩(wěn)定，巖性以粉砂、粉細(xì)砂為主，可見6～8層，累計(jì)厚度20～60m，單位涌水量3.0m3/h·m左右，富水性中等，導(dǎo)水系數(shù)285.25m2/d，滲透系數(shù)10.57m/d，釋水系數(shù)0.026，水質(zhì)較差[6-8]。

中深層水因埋藏較深不能直接得到大氣降水補(bǔ)給，補(bǔ)給以上游側(cè)向徑流及淺層地下水局部越流補(bǔ)給為主；徑流方向自西北向東南，徑流緩慢，排泄以向下游側(cè)向徑流為主；目前沒有單獨(dú)開采，多年來水位埋深基本保持4～7m。

2.2中深層微咸水水質(zhì)特征

中深層微咸水水化學(xué)類型以HCO3·Cl·SO4-Na及SO4·Cl-Na型水為主，礦化度1700～3500mg/L(礦化度一般在1700～2500mg/L之間)，總硬度(以CaCO3計(jì))300～1090mg/L，依據(jù)《飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)，礦化度、氯離子、硫酸根離子及總硬度等因子超標(biāo)，口感咸及苦澀。根據(jù)中深層微咸水的水質(zhì)因子含量，本區(qū)中深層地下水為陸相沉積的不連續(xù)鹽漬土的淋濾溶解作用形成的，受古河道變遷、積水洼地及古氣候等因素影響成斑塊狀不連續(xù)分布[6-7]。

根據(jù)原商丘地區(qū)酒精廠5號(hào)供水井(井深255m)水質(zhì)資料，中深層地下水水質(zhì)為中性、極硬、耗氧量中等的微咸水，屬鍋垢很多的、具有硬沉淀物、起泡的腐蝕性水(表1)。與深層地下水水質(zhì)“中性～弱堿性、極軟～軟、很低～低耗量的淡水，屬鍋垢很少～較多的、具有硬沉淀物、起泡的非腐蝕性水”[3]比較，中深微咸水不適宜作為工業(yè)鍋爐用水，在作為飲用水時(shí)硬度高且口感微咸苦澀，長(zhǎng)期飲用對(duì)人體健康有不利影響。

表1　中深層微咸水水質(zhì)評(píng)價(jià)表

2.3中深層微咸水動(dòng)態(tài)及資源量

中深層微咸水多年來未被大量開發(fā)，水位相對(duì)穩(wěn)定，20世紀(jì)70、80年代基本未開采，水位埋深3～5m；80年代末及90年代因城區(qū)部分單位、工廠開采，水位埋深6～10m，漏斗中心水位可達(dá)17m；由于受中深層微咸水水質(zhì)較差影響，商丘市生活飲用及工業(yè)用水多改為深層地下水及淺層地下水，所以90年代中后期中深層微咸水基本不再開采，水位逐步得到恢復(fù)，2011年底水位埋深5～7m。多年來，中深層微咸水水位動(dòng)態(tài)特征呈平緩“向斜”形態(tài)(圖1)，因此中深層微咸水的水位和資源量基本保持穩(wěn)定。

商丘市中深層微咸水可采資源量1.47×108m3/a，即每日可采資源量為40.27×104m3，由于中深層微咸水勘查工作少，其資源量還有待通過相關(guān)勘查進(jìn)一步查明驗(yàn)證[9]。

3中深層微咸水資源化的實(shí)施方式

根據(jù)商丘地區(qū)的區(qū)位特點(diǎn)、水資源賦存特征，中深層微咸水資源化的實(shí)施方式可分為三種形式。

1)微咸水的直接利用。商丘地區(qū)微咸水礦化度一般小于3g/L，因此在農(nóng)業(yè)灌溉、微咸水養(yǎng)殖、冷卻用水等方面可以直接利用，而在進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉時(shí)要避開農(nóng)作物的幼苗期，對(duì)于礦化度小于3g/L特別是小于2g/L的中深層微咸水可采用直接灌溉及咸淡輪灌方式進(jìn)行開發(fā)利用，以確保農(nóng)作物產(chǎn)量及土壤環(huán)境[10-12]。

2)微咸水淡化飲用。根據(jù)企業(yè)、城鎮(zhèn)及個(gè)體需水規(guī)模和水質(zhì)要求選擇咸水處理設(shè)備，對(duì)微咸水淡化處理后再飲用，緩解商丘深層地下水強(qiáng)力開采局勢(shì)和農(nóng)村飲水安全問題，并為解決商丘集中供水的地下水水源的水質(zhì)氟含量超標(biāo)尋求有效途徑。

3)混合淡化利用?；旌系峭ㄟ^中深層微咸水與低礦化水按一定比例進(jìn)行混合后再利用。在利用微咸水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉時(shí)，對(duì)于礦化度大于3g/L的微咸水應(yīng)采用混灌和混灌、淡水輪灌方式進(jìn)行，混灌時(shí)根據(jù)兩種水的礦化度調(diào)整比例，混合后礦化度以小于2g/L為宜[11-12]；對(duì)于城鎮(zhèn)集中供水，可根據(jù)微咸水與深層地下水或黃河水水質(zhì)指標(biāo)等按比例進(jìn)行混合(表2)，根據(jù)表2可知：中深層水與深層水按1∶6、中深層水與黃河水按1∶3.5混合比例進(jìn)行時(shí)可滿足GB5749-2006集中式供水方式水質(zhì)限值；中深層水與深層水、中深層水與黃河水按1∶2.5混合比例進(jìn)行時(shí)可滿足GB5749-2006分散式及小型集中供水方式水質(zhì)限質(zhì)值；中深層水與深層水按1∶3混合比例進(jìn)行時(shí)可滿足農(nóng)村飲水安全工程二級(jí)水水質(zhì)限值。

圖1　商丘城區(qū)地下水水位埋深多年歷時(shí)曲線

表2　中深層微咸水混合利用比例計(jì)算表

注∶“+”分散式及小型集中供水水質(zhì)限值，“*”農(nóng)村飲水安全工程二級(jí)水水質(zhì)限值。

微咸水淡化資源化是商丘中深層微咸水變廢為寶，緩解深層淡水資源緊張局勢(shì)的有效途徑；減少中深層與深層地下水的水頭壓力差，減緩深層水質(zhì)惡化速度，保護(hù)地下水環(huán)境，節(jié)約淡水資源；通過人工開采利用中深層微咸水打破現(xiàn)狀平衡，增加中深層微咸水上游的側(cè)向徑流補(bǔ)給，促進(jìn)淡化中深層水。商丘城區(qū)開發(fā)深層地下水資源量約2510×104m3/a，中深層與深層水保守按1∶8比例混合可減少開采深層水資源量313.75×104m3/a，如果累計(jì)柘城、民權(quán)、寧陵、虞城等縣可減少開采深層水1.43×108m3/a，該量小于中深層微咸水可采資源量，不會(huì)造成中深層水水位持續(xù)下降及產(chǎn)生地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題[13-14]。

4中深層微咸水資源化的負(fù)面效應(yīng)分析

中深層微咸水資源化利用不當(dāng)時(shí)，對(duì)淺層地下水的水質(zhì)可能產(chǎn)生影響，造成淺層地下水水質(zhì)惡化，氯離子、硫酸根離子、溶解性總固體、總硬度等因子超標(biāo)，因此，生活污水、工業(yè)廢水排放前做好污水處理工作，而作為農(nóng)業(yè)灌溉用水時(shí)要加強(qiáng)利用前的淺層地下水原生水質(zhì)的化驗(yàn)，充分掌握淺層地下水的水質(zhì)分區(qū)范圍、含水層巖性及滲透性等，考慮灌溉時(shí)段與雨季的時(shí)間關(guān)系，中深層微咸水與淺層水的混合比例或直接利用量應(yīng)適當(dāng)，避免中深層微咸水資源化可能引發(fā)的淺層水水質(zhì)輕度鹽漬化的負(fù)面效應(yīng)。另外，加強(qiáng)地下水的監(jiān)測(cè)工作，進(jìn)一步掌握不同層位地下水的水力聯(lián)系，尤其是淺層地下水的水質(zhì)特征及變化，為區(qū)內(nèi)地下水資源的合理開發(fā)利用提供指導(dǎo)工作，及時(shí)處理中深層微咸水資源化可能引發(fā)的負(fù)面效應(yīng)，確保生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展和利用。

5結(jié)論與建議

商丘市屬于嚴(yán)重缺水城市，除引黃解決水資源不足外，合理開發(fā)利用中深層微咸水是必要的、可行的，商丘市中深層微咸水可采資源量1.47×108m3，采用直接利用、淡化飲用、混合淡化等方式變廢為寶是可行的，其負(fù)面效應(yīng)是可控的，中深層微咸水資源化對(duì)緩解深層淡水消耗型開采、提高農(nóng)村飲水安全、增加中深層水側(cè)向徑流補(bǔ)給促進(jìn)微咸水淡化，有利于地下水資源的長(zhǎng)期保護(hù)和開發(fā)，中深層微咸水資源化從水量、水質(zhì)等條件分析都是可靠的，是保障商丘市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)有效途徑。

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Analysis of the middle-great depth weak mineralized water resources of Shangqiu city in Henan province

FENG Bin1，2，F(xiàn)ENG Yi-nian2，F(xiàn)ANG Yi-gang2，GUO Xin-ti2，WANG Lu2

(1.School of Water Resource and Environment，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China；2.No.4 Institute of Geological & Mineral Resources Survey of Henan，Shangqiu 476000，China)

Abstract:Based on the water resource，the water supply，the occurrence regularity and the features of the weak mineralized water resources in middle-great depth in ShangQiu city，the necessity、feasibility、implement way and negative effect of recoverable resources of the weak mineralized water resources in middle-great depth was discussed，which will be beneficial to transform the trash into treasure of the estimated recoverable reserves in 1.47×108m3/a，and improve the geological environment to relieve the burden that shortage of the water supply in Shangqiu city.

Key words：Shangqiu city； weak mineralized water； resources

收稿日期：2015-03-20

作者簡(jiǎn)介：馮斌(1975-)，男，江西臨川人，教授級(jí)高工，博士研究生，主要從事水工環(huán)地質(zhì)研究。E-mail：13700709276@163.com。

中圖分類號(hào)：P641.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)01-0074-04