关键词咸水利用;必然性;意义;实例;建议;河北沧州
中图分类号p641.8文献标识码
沧州市是农业大市,每年用于农业灌溉的地下淡水量6.6 亿m3,占年开采量的66%以上。由于沧州市特殊的水文地质条件,咸水分布广泛,咸水资源量达7.4亿m3,而每年利用量仅有0.423亿m3。因此,充分利用咸水可以最大限度地降低水资源对沧州市农业生产的制约。
1沧州市利用咸水的必然性
1.1地下淡水资源严重超采
沧州市水资源总量不足,人均占有水平低,是河北省乃至全国最缺水的地区之一。随着国民经济的快速发展和城市化水平的提高,水需求大量增加,水供需矛盾十分突出,全市现状平水年缺水4亿m3,预计2015年缺水将达6亿m3。由于地表水匮乏,大量开采地下水,年超采深层地下水2亿m3,已累计超采45亿m3,全市范围为深层水严重超采区。地下水过度开采,不断加剧地下水位降落漏斗、地面沉降、咸水入侵、浅层水污染等问题。2008年沧州市漏斗中心水位已降至91.25m,埋深大于60m封闭面积达5 325km2,占全市总面积的38%,地面沉降最深处达2.50m,浅层水水质全部超ⅲ类,ⅴ类水质占85%以上。要解决缺水问题,控制地下水超采,保护水资源,全面开源节流,需着力探索开发利用非传统水资源,即开辟新水源。
1.2地下咸水资源开发潜力巨大
沧州市地下水赋存于第四系地层中,咸水资源丰富,分布广泛,按含水组划分,主要分布在第ⅱ含水组,其次是第ⅰ和第ⅲ含水组。浅层咸水地层岩性为亚黏土和亚砂土,含水组多位粉砂,单位涌水量一般1~3m3/h·m,埋藏深度1~14m,矿化度2~5g/l为主,大于5g/l零星分布。根据2000年沧州市水务局对地下咸水资源调查评价,全市浅层咸水分布面积8 563km2,占总面积的61%,资源量10.6亿m3,可开采量7.4亿m3。其中,微咸水(2~3g/l)面积4 563km2,占总面积的32%,可开采量4.0亿m3;深层(第ⅱ含水组)咸水面积13 717km2,占总面积的98%,弹性储量22亿m3。
沧州市有丰富的咸水资源,仅浅层咸水可开采量就是地下淡水资源的1.5倍,为严重缺水的沧州提供了重要的替代水源,是得天独厚的物质条件。但过去一段时间,咸水利用不被人们重视,其开发一直是薄弱环节。2008年全市开采微咸水0.423亿m3,仅占浅层咸水可开采量的5%,比重非常小,大量咸水资源存在严重的开发不利、弃而不用的现象。地下咸水资源开发潜力巨大,亟待合理开发利用。
1.3咸水已有研究成果和成功经验
河北省已建立了10余个咸水灌溉试验区,都取得了重要成果。沧州市在青县、中捷、南皮等地做了大量的咸水灌溉试验,并推广应用[1]。几十年来,从实践到理论都对利用咸水灌溉作了较全面的总结,试验研究表明,利用咸水灌溉农作物可以实现增产,可使盐碱地得到改造。
2利用咸水的重要意义
2.1替代淡水资源,减少地下水开采量
沧州市咸水资源量为10.6亿m3,淡水资源量为6.92亿m3,年平均用于农业灌溉的水量为6.6亿m3,充分利用微咸水进行混合灌溉,每年可节约淡水资源1.65亿m3左右(混合比1∶3),可大大减少地下淡水开采量[2]。
2.2抽咸补淡,促进咸水淡化
浅层咸水占有很大部分浅层地下水库容,大量开采咸水,水位下降,通过降雨入渗补给淡水,既增加了淡水的调蓄能力,又增强了排涝作用,同时由于咸水的开采加快了地下水的运动,促使咸水淡化[3]。
2.3改造盐碱地,改良土壤
通过开采咸水,调节水位,可以减少潜水蒸发,抑制地下水盐分上升,随着降雨入渗的加强,地下水运动以下渗流为主,携带土壤中的盐分向下转移,使土壤中盐分逐步平衡,达到改善盐碱地的目的。加上良好的排水条件,及时在水平方向上排出盐分,进一步防止了次生盐渍化的问题[4]。
2.4增加咸水开采量,防止淡水咸化
沧州市浅层水为咸淡交错分布,深层水为上咸下淡结构。目前已发现咸水入侵问题,分析咸水入侵的一个重要原因是:淡水开采量大,水位大幅度下降,而咸水基本未开采,水位变化不大,咸淡水间形成了较大的水头差,为咸水区向淡水区回流和咸水底界面下移提供了所需的水动力条件。今后将控制地下淡水开采,大量增加咸水开采量,使咸淡水位间达到动力平衡,就可以消除咸水入侵淡水所需的水动力条件这个潜在因素,为防止淡水遭到咸水污染提供重要保证。
3咸水利用实例分析
咸水的利用可分为直接利用和间接利用2种方式,前者主要直接使用微咸水灌溉作物,后者把加较高矿化度的咸水和淡水按一定比例混合后灌溉作物,两者在实质上是相同的。
3.1咸水的直接利用
3.1.1作物全生长期咸水灌溉试验。沧州市南皮乌马营试验区,在小麦全生长期间进行了咸水灌溉试验。试验田土壤质地为轻壤质潮土,地下水埋深3~5m,排水条件良好。第1年使用的咸水矿化度3.2~3.8g/l,小麦产量为5 250~6 000 kg/hm2;麦收后土壤耕层(5~20cm)积盐率达136%,最高达233%;第2年和第3年使用5.0~6.4g/l高矿化度的咸水,小麦产量为1 230~1 695kg/hm2,麦收后土壤耕层(5~20cm)积盐率最高达523%。试验数据表明,灌溉矿化度为3.2~3.8g/l咸水效果较好,但土壤耕层同期含盐量有增高的趋势。播种期土壤耕层含盐量,由0.09%逐年增至0.15%,麦收期由第1年的0.210%~0.321%,逐年增至0.25%~0.62%。说明多年灌溉咸水存在潜在危害,麦收期土壤含盐量已超过作物的耐盐极限,对下茬作物有明显的抑制作用。
3.1.2作物抗旱期咸水灌溉试验。沧州市青县、南皮等10余个试验点进行了小麦抗旱期的咸水灌溉试验。大部分使用矿化度为3.0g/l左右的咸水,在小麦拔节后灌溉1~2次,少数达3次,取得了明显的增产效果。其中青县新张屯曾用6.2~6.7g/l咸水灌溉2~3次,土地积盐较重,使后茬玉米苗期受到抑制。另外,青县小杜庄用5.2~6.0g/l咸水灌溉,比不灌溉咸水仅增产5.25kg/hm2。从整个试验结果看,在小麦抗旱期利用咸水灌溉,以2~3g/l的咸水为好,灌溉次数不应超过2次。
3.2咸水的间接利用
咸水的间接利用即咸淡水混合开采。咸淡水混合配合比要根据咸水矿化度值和当地水资源条件考虑,使混合后的水质满足灌溉水质要求。
3.2.1咸水的间接利用实例。沧州市南皮县寨子乡咸淡水混浇试验田:南北长580m,东西宽330m,面积约19hm2。大田内原有深机井1眼,机井深260m,地下水埋深64.5m,单井涌水量50m3/h,地下水矿化度0.8g/l;新打浅机井1眼,机井深35m,地下水矿化度3.0g/l,地下水位埋深7.94m,单井涌水量15m3/h,咸淡水混合比例为1∶3,混合水水质经化验为1.35g/l,符合灌溉水标准。采用低压管道灌溉,灌溉利用系数监测为0.87。
效益分析:采水量由原来的50m3/h,增加至65m3/h,缩短了灌溉周期,耗能降低,原用电525kw·h/hm2,咸淡水混浇用电340.5kw·h/hm2,减少用电量184.5kw·h/hm2,降低能耗35.1%。节约淡水效益显著,过去用深层淡水990 m3/hm2,咸淡水混浇后用深层淡水649.5m3/hm2,节约深层淡水34.4%。
3.2.2咸水和高碱性深层淡水的混合。沧州市广泛分布有高碱性深层淡水,由于长期用它灌溉,土壤有了碱化现象。混合后的水,由于碱性水中的na+置换咸水中的ca2+和mg2+,使混合水中的nahco3含量减少,ca(hco3)2、mg(hco3)2含量增加,即降低了咸水的矿化度值,也改造了高碱性深层淡水。但需要注意的是,咸水中ca2+、mg2+的毫克当量要大于50%,na+的毫克当量要小于40%。否则,碱性危害存在。
4咸水利用建议
4.1统筹兼顾,科学规划
在查清水资源家底的同时,根据沧州市水资源现状,本着统筹兼顾、合理利用、综合开发、咸水资源和淡水资源统一考虑、地表水和地下水相统一的原则,以综合治理旱涝碱咸为目的,制定可行、可操作的地下咸水开发利用长远规划,规划方案和措施经过论证后,作为宏观调控依据,使大规模利用咸水建立在科学可靠的基础上。
4.2统一管理,动态监测
必须加强对开发利用咸水的管理,全市统一划定咸水开采区,统一审批取水许可证,统一制定开发利用咸水的规定。地下水动态监测是评价和预测地下水资源的基础,是合理开发利用地下咸水的依据,应尽快建立动态监测系统,常年对地下咸水的水质、水量和水位进行监测。
4.3出台激励利用咸水的政策
开发利用咸水在全面贯彻执行《水法》《取水许可制度实施办法》《河北省取水许可管理办法》等有关法律法规的同时,根据沧州市实际,区别情况,制订有利于调动全社会利用咸水积极性的优惠政策,如政府对农业灌溉利用咸水的项目可进行适当的补助,实行水资源费征收标准减半或免收等优惠政策。
5参考文献
[1] 刘君科.谈河北省浅层微咸水开发利用[j].中国科技博览,2009(23):178.
[2] 吕庆玉,熊孟琴.开发利用浅层咸水资源改善沧州市深层地下水超采现状[j].水资源研究,2006,27(1):22-24,44.
[3] 李文远,张伟,李悦.浅层微咸水开发利用技术研究[j].海河水利,2005(6):37-39.
[4] 任荣.沧州市应积极开发利用本地区咸水资源[j].河北地质矿产信息,2005(1):28-29.
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