山東省非常規(guī)水資源利用現(xiàn)狀及途徑分析

劉德東 ，石 飛 ，劉廷廷 ，張 娟

（1.山東省水利勘測設(shè)計院，250013，濟南；2.山東黃河水利勘測設(shè)計院，250011，濟南）

山東省水資源總量308.1億m3，其中地表水資源總量205.1億m3，地下水資源總量168.9億m3，地表地下水資源重復(fù)量65.9億m3。山東省是資源性缺水省份，全省人均水資源占有量僅為315 m3，不足全國的1/6，僅為世界的1/24，屬于人均占有量小于列當?shù)毓┧こ毯屯庹{(diào)水工程的情況下，到2030水平年，平、枯、特枯水年仍然分別缺水3.3億m3、14.2億m3和24.4億m3，缺水率分別為1.2%、4.7%和8.2%，平、枯水年仍然存在不同程度的缺水。為全面提升山東省水資源供給保障能力，保障經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展，須走內(nèi)涵式發(fā)展道路，在進一步加大非常規(guī)水資源利用方面做好文章。

一、山東省非常規(guī)水資源分類及利用現(xiàn)狀

非常規(guī)水資源又被稱為非傳統(tǒng)水源、非傳統(tǒng)水資源。普遍認為，非常規(guī)水資源區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的地表水、地下水等常規(guī)水資源，其特點是經(jīng)過一定處理后可以加以利用，可以在一定程度上替代常規(guī)水資源。結(jié)合山東省實際情況，非常規(guī)水資源主要包括再生水、雨水、洪水、微咸水、礦井水、采煤塌陷區(qū)水、海水、空中水等8種。500 m3的嚴重缺水地區(qū)，當?shù)厮Y源總量僅占全國的1%左右，但耕地、人口和經(jīng)濟總量卻分別占全國的6%、7%和9%。隨著山東省人口增長，經(jīng)濟社會進一步發(fā)展，水資源承載壓力將越來越大。根據(jù)山東省水資源供需分析成果，在充分考慮節(jié)水水平提高、部分非常規(guī)水資源利用、規(guī)劃新建系

1.再生水

再生水指污水經(jīng)過適當處理后，達到一定的水質(zhì)標準，能夠滿足某種使用要求，在一定范圍內(nèi)可進行重復(fù)使用的水。再生水是穩(wěn)定的二次水源，它不僅可以替代大量的優(yōu)質(zhì)水，增加可利用水資源量，還能從源頭就地截留和消減水污染負荷，有效改善城市水生態(tài)環(huán)境。

再生水資源量與地區(qū)廢水排放水量直接相關(guān)，理論上如全部廢水得到有效處理，并達到再生水利用標準，再生水資源量等于廢水排放總量。本研究中，再生水資源量采用廢水排放總量進行評估。根據(jù)山東省環(huán)境統(tǒng)計資料，2015—2017年全省廢水排放量分別為 55.0億 t、50.8億 t、50億t，本次研究中全省再生水資源量采用近年排放量最大值55.0億t。

截至2015年年底，山東省共建成城市污水處理廠301座，形成污水處理能力1 310萬t/d，全省城市污水處理廠共處理城市污水39.5億t。根據(jù)《2015年山東省水資源公報》，2015年全省再生水利用量為7.14億m3，約占污水處理總量的18%，占再生水資源量的13%。

2.雨水

雨水利用方面，針對山東省所處地理位置和氣象水文特征，全省山區(qū)建設(shè)了大量水池水窖等小型集雨工程。另外，2015年以來，以海綿城市建設(shè)為契機，全省在新城區(qū)建設(shè)和老舊城區(qū)改造過程中，積極推行低影響開發(fā)模式，建設(shè)雨水收集利用設(shè)施。根據(jù)《2015年山東省水資源公報》，2015年山東省雨水利用量為0.46億m3。根據(jù)現(xiàn)狀及規(guī)劃發(fā)展情況，按照全省城市建設(shè)面積的5%、其他面積的1%面上多年平均降水量計算，雨水資源量為12億m3，現(xiàn)狀雨水利用率約4%。

3.洪水

洪水是由暴雨、急驟融冰化雪等自然因素引起的河湖水量迅速增加或水位迅猛上漲的水流現(xiàn)象。洪水具有資源和風險雙重屬性，在合理控制洪水風險的情況下，洪水具有很大開發(fā)利用價值。

洪水資源量可通過近年流域出口實際出境和入海水量減去不可控大洪水量、河道內(nèi)生態(tài)需水量分析計算。經(jīng)統(tǒng)計，自1980年以來山東省年均出境和入海水量87.6億m3，不可控大洪水量按照河流5年一遇以上洪水流量統(tǒng)計扣除，生態(tài)水量根據(jù)Tennant法分析計算，得出山東省現(xiàn)狀洪水資源量為48.2億m3。

洪水資源利用方面，2014年山東省編制了《山東省雨洪資源利用總體規(guī)劃》和《山東省雨洪資源利用一期工程實施方案（2014—2016年）》。 其中，《山東省雨洪資源利用總體規(guī)劃》提出實施洪水資源開發(fā)的6大區(qū)域，分別是沂沭河流域、南四湖流域、大汶河流域、徒駭馬頰流域、濰彌白浪地區(qū)和膠東半島地區(qū)，規(guī)劃實施大中型水庫增容、新建山丘區(qū)水庫等8大類工程，匡算總投資645.74億元，分兩期實施。《山東省雨洪資源利用一期工程實施方案（2014—2016年）》規(guī)劃實施岸堤水庫等18座大中型水庫增容，新建龍?zhí)稙乘畮斓?座山丘區(qū)水庫，新建霧蓿洼水庫等25座平原水庫，新建乳山河水庫等2座地下水庫，實施沂沭河洪水調(diào)配東線等3項雨洪資源調(diào)配工程，新建河灣等10處河道攔蓄工程，匡算總投資229.48億元。目前工程基本完成,合計新增興利庫容10.57億m3，新增供水量約6.0億m3，發(fā)揮了重要的洪水資源利用效益?，F(xiàn)狀一般年份洪水資源利用率約12%。

4.微咸水

微咸水亦稱苦咸水，是相對于高鹵水、海水等咸水提出的概念，指礦化度在2～5 g/L的含鹽水，在我國北方濱海平原和內(nèi)陸盆地廣泛存在。山東省微咸水資源量約5.9億m3，根據(jù)《2015年山東省水資源公報》，2015年山東省微咸水利用量為0.58億m3，現(xiàn)狀利用率約10%。

5.礦井水

礦井水也稱礦坑水，由伴隨礦產(chǎn)開采而產(chǎn)生的地表滲透水、巖溶水、地下含水層的疏放水以及生產(chǎn)、防塵用水等組成。我國的大型煤礦基地及其他礦產(chǎn)資源豐富地區(qū)有大量的礦井水。

根據(jù)《山東省煤田礦坑水資源化綜合利用區(qū)劃》，山東省煤田礦坑水涌水總量為76.39萬m3/d（2.788億m3/a），礦坑水產(chǎn)出量較大，但是綜合利用量僅為 23.70 萬 m3/d （0.865 億m3/a），僅占涌水總量的31%，其利用率處于較低水平，礦坑水外排量達到52.69萬m3/d（1.923 億 m3/a）。

6.采煤塌陷區(qū)水

煤炭開采后往往會出現(xiàn)大面積的塌陷地，其中在沿湖、沿河及平原低洼等地區(qū)的塌陷地大多形成了較大范圍的自然水面，失去了農(nóng)業(yè)復(fù)耕條件，可通過各種措施開發(fā)為人工濕地和地下水庫，成為可利用的水源地。

據(jù)統(tǒng)計，山東全省實有采煤塌陷區(qū)面積 101.09萬畝（1畝=1/15 hm2，下同），其中有40.34萬畝絕產(chǎn)區(qū)。采煤塌陷區(qū)以濟寧、泰安、棗莊、菏澤4個市較為嚴重，尤其是菏澤市未來將成為采煤塌陷地重災(zāi)區(qū)。對此，2015年山東省出臺《山東省采煤塌陷區(qū)綜合治理工作方案》，明確實行農(nóng)業(yè)復(fù)墾、生態(tài)復(fù)墾和產(chǎn)業(yè)復(fù)墾3類模式進行分類治理。其中，輕度塌陷區(qū)主要采用農(nóng)業(yè)復(fù)墾；中度塌陷區(qū)通過挖魚池筑臺田，形成上糧下魚生產(chǎn)格局；重度塌陷區(qū)采取生態(tài)治理，通過圍湖造岸、植樹種草、建設(shè)生態(tài)濕地和平原水庫等方式恢復(fù)生態(tài)，使其發(fā)揮綜合效益；對面積較大，輕、中、重各類型都包含的復(fù)合型塌陷區(qū)，采取產(chǎn)業(yè)治理，綜合運用上述治理方法，發(fā)展種植、養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品加工、光伏發(fā)電以及旅游觀光等適宜產(chǎn)業(yè)。

目前山東省采煤塌陷區(qū)對水的利用剛剛起步。典型示范工程為濟寧市借助南水北調(diào)東線一期截污導(dǎo)流項目，利用3號井采煤塌陷區(qū)建設(shè)的人工濕地（平原水庫）工程，該工程承接濟寧市區(qū)部分中水和當?shù)赜旰樗?，向鄒城工業(yè)園區(qū)、里彥電廠、濟三電廠和東郊熱電廠等單位供水。工程占地面積8 797畝，全部為采煤塌陷區(qū)，總庫容1 300萬m3，規(guī)劃供水量1 635萬m3/a，同時還承接周邊電廠的退水凈化處理，實現(xiàn)當?shù)厮Y源的循環(huán)利用。目前工程已承擔濟三電廠供水與退水年水量480萬m3，其他供水工程亦將相繼開工建設(shè)。

采煤塌陷區(qū)水資源利用重點以重度塌陷區(qū)且極易形成水面面積的沿湖、沿河和平原澇洼地區(qū)為主。據(jù)調(diào)查，這種塌陷區(qū)面積目前山東省已有約40萬畝，隨著煤炭不斷開采，預(yù)計2030年將達到60萬畝。根據(jù)濟寧市采煤塌陷區(qū)水資源利用示范項目相關(guān)數(shù)據(jù)測算，全省采煤塌陷區(qū)水資源總量約4.00億m3。

7.海水

豐富的海水為海水淡化和直接利用提供了穩(wěn)定可靠的水源。我國沿海城市較為發(fā)達，工業(yè)用水需水量大，在工業(yè)用水中，60%以上是與產(chǎn)品不直接接觸、對水質(zhì)要求相對較低的冷卻用水，可以用海水進行替代。加快海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)成為山東省解決沿海地區(qū)淡水資源短缺、保持經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

據(jù)統(tǒng)計，目前山東省海水淡化能力約為20萬t/d。根據(jù)《2015年山東省水資源公報》，2015年山東省年利用淡化海水0.06億m3，直接利用海水40.88 億 m3。

8.空中水

空中水指天空中形成降水的含水云團中的水分，可通過實施人工降水增加降水量，緩解農(nóng)田干旱，增加地表蓄水量。根據(jù)山東省人工影響天氣辦公室資料，截至目前，山東省17個市、114個縣（市、區(qū)）開展了人工增雨防雹工作，擁有 “三七”高炮394門、火箭發(fā)射裝置361部、高山碘化銀發(fā)生器81個；山東省和青島市人工影響天氣辦公室租用飛機在春秋兩季開展增雨作業(yè)。山東省形成了地面催化、高炮、火箭、飛機人工增雨立體網(wǎng)絡(luò)體系。

國內(nèi)外試驗表明，通過人工增雨作業(yè)，目前可增加降水約10%～20%?？罩性鲇炅堪凑杖斯ぴ鲇暧绊懨娣e、影響基準降水量、增雨率的乘積計算，空中水資源量按照空中增雨量乘以地表徑流系數(shù)計算。人工增雨影響面積方面，通常每門高炮控制影響面積約50 km2，火箭發(fā)射裝置控制影響面積約100 km2，碘化銀發(fā)生器控制影響面積約50 km2，飛機作業(yè)1架次影響面積約8 000 km2，具體影響面積與作業(yè)量和碘化銀催化劑在云層中的擴散條件有關(guān)。根據(jù)山東省人工增雨設(shè)施的布局分布，估算地面作業(yè)裝備合計最大控制影響面積約6萬km2。山東省年均降水量為680.5 mm，考慮作業(yè)時段主要在春秋季，影響基準降水量按多年平均降水量的30%分析，增雨率按20%計算，全省年均增雨量為24.5億m3；地表徑流系數(shù)取全省平均數(shù)0.19，則全省空中水資源量為4.65億m3。根據(jù)文獻，山東多年平均地面和飛機增雨量合計約為13.06億m3，將增雨量乘以徑流系數(shù)和地表水可利用系數(shù)作為現(xiàn)狀空中水利用量，估算山東空中水現(xiàn)狀利用量為1.29億m3，約占空中水資源量的28%。

經(jīng)初步統(tǒng)計，山東省現(xiàn)狀再生水、雨水、洪水、微咸水、礦井水、采煤塌陷區(qū)水、海水淡化、空中水等8種非常規(guī)水利用總量約16.45億m3，其中再生水利用量最多，占總利用量的43%。除海水外，山東省非常規(guī)水資源總量約132.54億m3，現(xiàn)狀利用率約12%，非常規(guī)水資源開發(fā)利用前景廣闊。山東省非常規(guī)水資源現(xiàn)狀利用情況見表1。

表1 山東省非常規(guī)水資源現(xiàn)狀利用情況表

二、非常規(guī)水資源利用途徑

1.再生水

由于各地進水水質(zhì)情況、出水水質(zhì)要求等不同，目前再生水的處理工藝組合各不相同。根據(jù)處理模塊組成的不同，主要有兩大類：①污水處理廠→再生水廠→再生水管道→用戶；②污水處理廠→人工濕地→用戶。再生水主要用于城市景觀、市政雜用、部分工業(yè)，具有替代淡水、增加供水、減少排污的作用。

2.雨水

雨水的利用可分為城市和農(nóng)村雨水資源的利用。其中，城市主要采取綠地下切、建設(shè)滲井滲溝、透水路面、集蓄水設(shè)施等增加雨水的下滲或集蓄，農(nóng)村采取的雨水利用措施包括坑塘、水池、水窖等小型蓄水工程集蓄雨水，用于灌溉等。

3.洪水

洪水資源的利用主要通過水庫、攔河閘壩、引調(diào)水工程、蓄滯洪區(qū)、濕地等，發(fā)揮蓄、調(diào)、滲的作用，將洪水轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫乃Y源。

4.微咸水

多年來,我國在微咸水利用方面開展了廣泛研究、探討和推廣,其利用方式概括起來主要包括微咸水灌溉、微咸水淡化、微咸水養(yǎng)殖以及其他工業(yè)冷卻循環(huán)利用。

5.礦井水

礦井水資源化主要根據(jù)水質(zhì)、水量、水溫及周邊經(jīng)濟社會發(fā)展狀況，經(jīng)處理（包括沉淀、深度過濾、混凝、氧化、生物降解等）因地制宜加以利用。利用途徑主要包括：井下生產(chǎn)用水(如噴淋、灌漿、降溫、消防等)、地面日常用水(如降塵、洗浴、綠化、清潔等)、洗煤廠用水、火電廠冷凝補充用水、水生種植養(yǎng)殖、農(nóng)田林地灌溉、城鎮(zhèn)工業(yè)供水、水源熱泵（利用水源熱泵提取熱量后，可以應(yīng)用于井口防凍、職工浴池、建筑物采暖及制冷、恒溫養(yǎng)殖種植）、生態(tài)蓄水 （塌陷區(qū)蓄存、建設(shè)濕地）等9項利用方式。

6.采煤塌陷區(qū)水

采煤塌陷區(qū)水的利用可參考濟寧市利用3號井采煤塌陷區(qū)建設(shè)人工濕地（平原水庫）的做法，利用采煤塌陷區(qū)承接部分中水和當?shù)赜旰樗?，?jīng)人工濕地凈化向工業(yè)園區(qū)、電廠等供水。

7.海水

海水的利用可以分為海水淡化、海水直接利用、海水化學(xué)資源綜合利用、海水稻種植等4個方面。

8.空中水

空中水的利用通過人工增雨實現(xiàn)。主要是利用自然云的微物理不穩(wěn)定性，在適當?shù)脑朴陾l件下，選擇適當?shù)臅r機和部位，針對不同的云，采用相應(yīng)的人工催化技術(shù)方法，給水汽或小水滴以“促進力”，使其有能力去吸引另外一些水汽或者小水滴，從而聚成大水滴或者冰晶和雪晶，改變云滴譜分布的均勻性，以利于重力碰并過程的進行，達到增加降水的目的。

三、結(jié)論及建議

山東省在水資源供需形勢十分嚴峻的情況下，目前仍有大量的非常規(guī)水資源沒有得到有效利用，進一步加強非常規(guī)水資源的開發(fā)利用是實現(xiàn)山東水安全戰(zhàn)略的必然選擇，也是統(tǒng)籌解決山東水問題的必行之路。建議進一步加大非常規(guī)水資源開發(fā)利用政策扶持力度，編制非常規(guī)水資源利用規(guī)劃，將非常規(guī)水源納入水資源統(tǒng)一配置。同時，加強非常規(guī)水資源利用基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究，加大非常規(guī)水利用的輿論宣傳力度，鼓勵全社會共同參與非常規(guī)水資源利用工作。