邢國章，董殿偉，孫少游，董子建（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京100195）

山區(qū)典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)水資源開發(fā)利用問題破解

邢國章，董殿偉，孫少游，董子建
（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京100195）

我國北方地區(qū)天然水資源缺乏，多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)域未開展過專門的水資源評(píng)價(jià)工作，水資源開發(fā)利用規(guī)劃性差，制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。北京門頭溝區(qū)潭柘寺鎮(zhèn)水資源供應(yīng)主要依靠地下水，存在水資源短缺、利用效率低、開發(fā)利用理念和設(shè)施落后等問題，具備北方城鎮(zhèn)水資源分布和開發(fā)利用的典型性。在最嚴(yán)格的水資源管理制度的形勢下，本文以潭柘寺鎮(zhèn)為例，開展了水資源調(diào)查、評(píng)價(jià)和需水預(yù)測工作，該鎮(zhèn)可利用水資源量80×104m3，2015年的需水量310×104m3，水資源嚴(yán)重短缺。針對(duì)水資源開發(fā)利用存在問題和缺水問題，文章提出了外調(diào)水源、再生水利用、內(nèi)部挖潛的策略，為城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃提供了依據(jù)，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度提供了參考。

水資源調(diào)查；水資源評(píng)價(jià)；供需平衡分析

0　引言

水是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的不可代替的自然資源，是區(qū)域人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的重要保障（何曉光等，2001；徐良方等，2002）。為加強(qiáng)水資源管理，解決水資源水環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，2012年國務(wù)院頒布了《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》，要求實(shí)施最嚴(yán)格的水資源管理制度。受整體發(fā)展水平限制，我國一般鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域水資源評(píng)價(jià)工作未開展或研究程度低，不利于水資源最嚴(yán)格管理制度的實(shí)施，難以滿足新型城鎮(zhèn)化發(fā)展形勢的要求，尤其是水資源短缺地區(qū)更為突出。水資源最嚴(yán)格管理制度的實(shí)施需要查清水資源的基本情況和開發(fā)利用問題，提出對(duì)策解決水資源的瓶頸問題和水環(huán)境問題。

北京市人均水資源量不足300m3，屬于北方嚴(yán)重缺水城市（北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局等，1998），位于北京山區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)受自然條件限制，其缺水程度更加嚴(yán)峻，水資源不足嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人居條件的改善，急需解決水資源缺乏和水環(huán)境問題。潭柘寺鎮(zhèn)位于北京西山門頭溝山區(qū)，主要依賴地下水進(jìn)行供水，水資源緊缺與社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速增長矛盾突出，具備北方地區(qū)水資源分布和開發(fā)利用的典型性（門寶輝等，2003）。本文通過資料收集，在水資源開發(fā)利用調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)地下水資源進(jìn)行了計(jì)算評(píng)價(jià)，開展了潭柘寺鎮(zhèn)需水預(yù)測和可供水能力分析。研究顯示，該鎮(zhèn)水資源嚴(yán)重匱乏，需進(jìn)一步實(shí)施外調(diào)水、雨洪利用、再生水利用等措施，解決缺水問題。

1　研究區(qū)概況

潭柘寺鎮(zhèn)位于北京市門頭溝區(qū)東南部，毗鄰本市豐臺(tái)區(qū)與房山區(qū)，全鎮(zhèn)總面積81km2。潭柘寺鎮(zhèn)轄12個(gè)村，人口11744人，轄區(qū)林木覆蓋率達(dá)到79.5%，氣溫適中，環(huán)境優(yōu)美，是北京市西部重要的生態(tài)旅游名鎮(zhèn)。鎮(zhèn)域?yàn)榈蜕角鹆甑孛?，四面環(huán)山，形成以潭柘鎮(zhèn)—陽坡元村一線為軸線的南北向“U”形谷谷地，地勢西高東低、北高南低，區(qū)域河流為間歇性的刺猬河，由于地表松散沉積物顆粒粗、巖溶裂隙發(fā)育，大氣降水和地表水入滲能力強(qiáng)，溝谷地表水多呈無水狀態(tài)。

鎮(zhèn)域處于北京太行山山前地帶，構(gòu)造處于九龍山復(fù)向斜南翼、谷積山背斜北翼，屬單斜構(gòu)造，基巖裸露，發(fā)育有青白口系、寒武系、奧陶系碳酸鹽巖及石炭、二疊、三疊系碎屑巖，中東部的 “U”形谷中沉積少量第四系松散沉積物，見圖1。第四系厚度一般不超過40m，僅個(gè)別地段可達(dá)60m，其孔隙水與巖溶水交替強(qiáng)烈；天然狀態(tài)下，該含水巖組為透水不含水，每年降水通過該層補(bǔ)給巖溶水，僅在個(gè)別時(shí)間巖溶水可補(bǔ)給孔隙水。石炭系、二迭系碎屑巖裂隙發(fā)育不均，僅局部含水透水。區(qū)內(nèi)西部、西南碳酸鹽巖地層裂隙、溶隙發(fā)育、分布面積廣、厚度大，谷地中部巖溶徑流區(qū)地下水富水性可達(dá)1000m3/d；谷地邊緣地帶北、東、東南地帶地層薄，富水性極不均一，不能形成具有統(tǒng)一水面、常年連續(xù)的地下徑流。

圖1　潭柘寺鎮(zhèn)地下水資源評(píng)價(jià)分區(qū)Fig.1 The partition on Groundwater Resources Assessment in Tanzhesi town

2　水資源開發(fā)利用及問題

2.1水資源開發(fā)利用

受山區(qū)地形和地質(zhì)條件限制，潭柘寺鎮(zhèn)地表水近10年基本呈干涸狀態(tài)，僅在雨季出現(xiàn)短時(shí)徑流，地表水資源嚴(yán)重匱乏，潭柘寺鎮(zhèn)用水幾乎全部來源于基巖地下水。據(jù)調(diào)查，全鎮(zhèn)生活供水基巖井共有16眼，井深300～700m，單井出水量3～30m3/h，水位埋深一般都大于120m。受地質(zhì)勘探程度低、地下水位下降、成井工藝差等影響，2000年后區(qū)內(nèi)6眼水井報(bào)廢，其他水井出水量出現(xiàn)不同程度的下降，嚴(yán)重影響到區(qū)域供水安全。

據(jù)開采量調(diào)查結(jié)果，潭柘寺鎮(zhèn)2009年全年用水量為84.0×104m3，各業(yè)用水情況見圖2。潭柘寺鎮(zhèn)用水量絕大部分用于生活，只有很少一部分用于農(nóng)業(yè)，用水總量與人口數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系（圖3），魯家灘村人口眾多用水量最大，王坡村人口最少用水量也相對(duì)最小，各村人均用水90～150L/p·d。

圖2　潭柘寺鎮(zhèn)用水比例圖Fig.2 Water Usage pie on Various industry in Tanzhesi town

圖3　潭柘寺鎮(zhèn)各村人口和用水量關(guān)系圖Fig.3 The village population and water use related diagrams in Tanzhesi town

2.2存在問題

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，潭柘寺鎮(zhèn)水資源開發(fā)利用存在如下問題：

（1）水資源緊缺，供水保證率低。潭柘寺鎮(zhèn)目前生活、農(nóng)業(yè)用水全部依賴當(dāng)?shù)鼗鶐r地下水，由于近10年的連續(xù)干旱，大部分農(nóng)業(yè)只能放棄灌溉，依靠自然降雨；基巖水補(bǔ)給缺乏，地下水位迅速下降，出現(xiàn)水井干涸，部分村莊的生活用水只能采取限時(shí)供應(yīng)的方式，水資源嚴(yán)重緊缺，不利于旅游度假、宜居養(yǎng)生的兩大戰(zhàn)略發(fā)展。

（2）供水基礎(chǔ)設(shè)施不全，缺乏污水處理及再生水利用設(shè)施。鎮(zhèn)內(nèi)16眼水井中4眼水井由于成井工藝低，出渾水，致使開泵排放大量混濁棄水，待水質(zhì)還清才能供給生活、飲用，嚴(yán)重浪費(fèi)水資源；鎮(zhèn)內(nèi)多數(shù)村莊缺乏污水收集處理和再生水利用設(shè)施，污水直排，威脅地下水水質(zhì)安全。

（3）節(jié)水制度不健全。鎮(zhèn)內(nèi)農(nóng)民節(jié)水意識(shí)不強(qiáng)；用水計(jì)量設(shè)施沒有落實(shí)到戶；管網(wǎng)有跑冒滴漏現(xiàn)象；鎮(zhèn)內(nèi)仍有企業(yè)自備井，無法做到統(tǒng)一管理。

潭柘寺鎮(zhèn)水資源開發(fā)利用問題不同程度的浪費(fèi)了水資源，加劇了水資源匱乏的局面。

3　水資源計(jì)算與評(píng)價(jià)

由于受地形、地質(zhì)條件限制，潭柘寺鎮(zhèn)溝谷地表水多為季節(jié)性水流，僅王坡村的截流塘壩可蓄水灌溉，蓄水能力達(dá)到1×104m3，每年用于附近果樹灌溉用水量約1×104m3，除此外其它地表水難以收集利用；松散沉積物顆粒大，透水不含水，該鎮(zhèn)絕大部分用水均來自于基巖地下水，因此，對(duì)潭柘寺鎮(zhèn)基巖地下水進(jìn)行了水資源計(jì)算。

根據(jù)基巖地表巖性，計(jì)算劃分為5個(gè)分區(qū)（圖1），考慮到近些年該區(qū)水資源開采程度變化不大，計(jì)算時(shí)降水年限為1990—2009年，其余各量均為現(xiàn)狀年（2009年）。

3.1補(bǔ)給量計(jì)算

工作區(qū)的地下水補(bǔ)給主要包括大氣降水補(bǔ)給、河道滲漏補(bǔ)給、側(cè)向徑流等。

（1）大氣降水入滲補(bǔ)給量

依據(jù)大氣降水入滲補(bǔ)給公式計(jì)算，見公式（1）。

式中：Q降為降水入滲補(bǔ)給量（萬m3/a），P為降水量（mm，取門頭溝氣象站1991—2010年平均降水量），F(xiàn)為計(jì)算面積（m2），α為入滲系數(shù)。

大氣降水入滲系數(shù)依據(jù)相關(guān)研究報(bào)告確定（陳志宏，1998；馮炳興，1981），其中奧陶系灰?guī)r出露區(qū)按0.35，寒武系灰?guī)r出露區(qū)按0.25，侏羅系和青白口系砂頁巖出露區(qū)按0.10，第四系下伏灰?guī)r區(qū)按0.20，區(qū)內(nèi)地下水接受降水入滲補(bǔ)給量為1017.9萬m3/a。

（2）河道滲漏補(bǔ)給量

該區(qū)無境外地表水流入，且王坡村塘壩位于砂頁巖分布區(qū)，塘壩蓄水量較小，因此忽略河道滲漏補(bǔ)給量。

（3）側(cè)向徑流量

區(qū)域基巖地下水由西南流向東北，接受西南方向的地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，水力坡度在0.005～0.022。采用公式（2）計(jì)算側(cè)向徑流補(bǔ)給量。

Q流入= K·M·B·I·365·10-4·sinα （2）

式中：Q流入為地下水的側(cè)向流入量（104m3/a），K為滲透系數(shù)（m/d），M為計(jì)算含水層厚度（m），I為水力坡度，B過水?dāng)嗝骈L度（m），α為地下水流向與計(jì)算斷面間角度。經(jīng)計(jì)算，側(cè)向補(bǔ)給量為293.4×104m3/a。

3.2排泄量計(jì)算

地下水排泄的主要方式是人工開采、泉水泄流和側(cè)向徑流等。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，潭柘寺鎮(zhèn)現(xiàn)狀年年開采地下水量為84.0×104m3。

據(jù)調(diào)查，由于連年干旱，潭柘寺鎮(zhèn)域內(nèi)泉水大都已經(jīng)斷流，只有在王坡村的截流塘壩岸邊有泉眼，出水量約1.0m3/h，則年出水量約為0.88×104m3。

依據(jù)公式（2）計(jì)算出潭柘寺鎮(zhèn)東部平均側(cè)向排泄量約為1440.6×104m3/a。

3.3地下水資源可采量

對(duì)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)，潭柘寺鎮(zhèn)域基巖地下水接受的總補(bǔ)給量為1311.30×104m3/a，總排泄量為1525.48×104m3/a，補(bǔ)排差為-214.18×104m3/a，地下水呈負(fù)均衡狀態(tài)，主要是降水計(jì)算時(shí)段內(nèi)存在7年連續(xù)枯水年，降水補(bǔ)給偏小造成。但區(qū)內(nèi)地下水水位自1975年以來變化不大，只是近年來受降水量偏少影響，水位稍有下降。說明區(qū)內(nèi)地下水整體處于采補(bǔ)平衡狀態(tài)。

地下水資源具有多年調(diào)節(jié)性，地下水可采資源量確定應(yīng)當(dāng)以多年平均資料為依據(jù)，但是潭柘寺鎮(zhèn)缺乏長期地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測、地下水開采、降水監(jiān)測等資料，因此，其基巖地下水可采資源量通過均衡計(jì)算確定。具體方法為將降水系列計(jì)算年限擴(kuò)展為1975—2010年、開采量為現(xiàn)狀開采量，進(jìn)行均衡計(jì)算，根據(jù)均衡計(jì)算結(jié)果確定。經(jīng)計(jì)算，在采用多年降水量（520mm）、現(xiàn)狀開采量（84×104m3）情況下，潭柘寺鎮(zhèn)地下水略呈負(fù)均衡，考慮到現(xiàn)狀地下水超采的情況，將現(xiàn)狀開采量確定為潭柘寺鎮(zhèn)地下水開采資源量，即潭柘寺鎮(zhèn)地下水可采資源量為80×104m3。

4　需水預(yù)測

《門頭溝區(qū)新城規(guī)劃》（2005—2020年）《北京市門頭溝區(qū)潭柘寺鎮(zhèn)鎮(zhèn)域總體規(guī)劃鎮(zhèn)區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃》，潭柘寺鎮(zhèn)發(fā)展以休閑旅游為主，輔以特色養(yǎng)殖和觀光采摘，2015年規(guī)劃人口達(dá)到3.5萬人，2015年游客可達(dá)93.3萬人次。根據(jù)其規(guī)劃目標(biāo)對(duì)2015年鎮(zhèn)需水情況進(jìn)行預(yù)測，經(jīng)計(jì)算降水保證率50%水平年下，2015年潭柘鎮(zhèn)需水310.7×104m3，見表1。

表1　潭柘寺鎮(zhèn)需水預(yù)測結(jié)果Tab.1 Water demand forecasts in Tanzhesi town

5　水資源開發(fā)利用問題對(duì)策與措施

潭柘寺鎮(zhèn)水資源調(diào)查及評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，受自然條件限制，該鎮(zhèn)水資源緊缺，2015年該鎮(zhèn)將缺水達(dá)230×104m3，為確保城鎮(zhèn)發(fā)展，須采取合理的對(duì)策和措施，解決水資源開發(fā)利用問題和缺水問題。依據(jù)我國對(duì)該方面問題研究的狀況結(jié)合潭柘寺鎮(zhèn)的水文、地質(zhì)、水資源利用現(xiàn)狀，提出如下對(duì)策（龐鵬沙等，2004；郝仲勇等，2000；孫振華等，2013）：

（1）發(fā)展污水處理設(shè)施，推廣利用再生水。污水資源化是普遍認(rèn)為解決水資源短缺的重要手段和途徑，有利于減少排污總量。在城鎮(zhèn)人口增加、用水量加大的情況下，潭柘寺鎮(zhèn)應(yīng)當(dāng)發(fā)展污水處理設(shè)施，增加污水處理能力，一方面改善水環(huán)境，一方面將處理后再生水用于居民生活和綠地灌溉，增加供水能力彌補(bǔ)供水缺口。經(jīng)計(jì)算2015年潭柘寺鎮(zhèn)城鎮(zhèn)生活污水處理后可提供約100×104m3再生水，將再生水用于農(nóng)業(yè)苗圃、綠地灌溉和居民沖廁。

（2）利用外調(diào)水源，解決缺水問題。潭柘寺鎮(zhèn)北部碎屑巖相對(duì)隔水；中東部松散層覆蓋在巖溶裂隙含水巖組之上，厚度較薄，含水巖組為透水不含水，碎屑巖和第四系松散層不具備供水意義，中部巖溶水地下水徑流以垂向快速入滲為主，水井出水能力10m3/h，南部寒武系、奧陶系碳酸鹽巖含水巖組厚度薄，水力梯度大，富水不均勻，水位動(dòng)態(tài)變化懸殊，常不能形成統(tǒng)一水面的常年連續(xù)性地下徑流，因此，整個(gè)區(qū)域不具備建設(shè)集中水源地的可能，因此，為解決缺水問題，確保社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需外調(diào)水源，可根據(jù)門頭溝和南水北調(diào)規(guī)劃，由門頭溝城子水廠調(diào)水供水。實(shí)施再生水利用后，潭柘寺鎮(zhèn)130×104m3供水缺口可由外調(diào)水解決。

（3）內(nèi)部挖潛，提高水井施工工藝，加強(qiáng)節(jié)水管理?？稍谔惰纤骆?zhèn)南部地區(qū)施工較深水井，對(duì)巖溶水進(jìn)行詳細(xì)勘查，查明構(gòu)造和地形有利地段的富水情況，提供分散供水水源；對(duì)區(qū)內(nèi)水井進(jìn)行更新或洗井，加強(qiáng)用水節(jié)水管理，大力發(fā)展噴灌、微灌技術(shù)，水表入戶，進(jìn)一步緩解供水緊張局面，并有利于水資源總量控制。

6　結(jié)論

水資源條件和開發(fā)利用情況的調(diào)查以及水資源評(píng)價(jià)工作開展，為潭柘寺鎮(zhèn)實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度提供了依據(jù)。由于位于北京西山山區(qū)，自然條件差，潭柘寺鎮(zhèn)水資源緊缺，用水絕大部分依靠地下水，地下水可采資源量84×104m3，2015年水平年鎮(zhèn)缺水達(dá)230×104m3，供需平衡嚴(yán)重不均，可通過再生水利用、外調(diào)水及加強(qiáng)節(jié)水的途徑解決水資源開發(fā)利用問題，確保城鎮(zhèn)發(fā)展。

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Analysis of the Issue of Water Resources Development and Utilization in a Typical Mountainous Town

XING Guozhang， DONG Dianwei， SUN Shaoyou， DONG Zijian
（Beijing Institute of Geological & Prospecting Engineering， Beijing 100048）

Due to the lacking water resource in North China， water resource assessments have not been carried out in most regions and towns. The shortage in development and utilization planning of water resource has been a threat to social and economic development. In Tanzhesi Town of Mentougou District in Beijing， watersupplying resource mainly depends on underground water. There are the problems of insufficient water resource，low utilization， backward idea of development and utilization and facilities， which are the typical case of water resource distribution， development and utilization in the towns of North China. In the situation of the most strict water resource administration， as an example of Tanzhesi Town， this paper carries out the work of water resource investigation， assessment and demands forecasting. According to the survey， the available water resource is 80×104m3， which is seriously insufficient for the demand of 310×104m3in 2015. Towards the problems existing and shortage in water resource development and utilization， this paper puts forward the strategy of foreign water mobilization， recycling water utilization and tapping local potentialities， which can provide basis of town development planning and reference of the implement of the most strict water resource administration.

Water resources survey； Water resources assessment； Demand-supply balance analysis

P641

A

1007-1903（2016）01-0094-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.01.019

邢國章（1979- ），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事水資源評(píng)價(jià)、地下水環(huán)境、地下水調(diào)蓄等研究；E-mail：xgz0914@sina.com