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陜北能源化工基地地下水勘查研究成果為經濟社會發展服務。

陜西省國土資源廳

陜北能源化工基地擁有豐富的煤炭、石油、天然氣、巖鹽等48種礦產資源。1998年經國家計委批準建設國家能源化工基地,即建設國家西電東送基地、國家大型煤化工基地和國家大型商品煤基地。能源化工將成為促進陜西經濟發展的最大產業。但由於地處內陸幹旱半幹旱氣候區,生態環境脆弱,水資源短缺成為嚴重制約基地建設發展的瓶頸。“以水定項目,以水定規模”已被確定為規劃建設的基本原則。陜西省委、省政府明確要求“陜北能源化工基地水資源必須查清”。從國家能源需求出發,國土資源部會同陜西省政府開展了陜北能源化工基地地下水勘查工作,圍繞陜北能源化工基地建設開發中存在的地下水資源和開發中遇到的生態環境問題開展勘查研究。經過五年的努力,取得了壹批創新性的研究成果,並及時得到應用,取得了良好的社會效益和經濟效益。2011以地下水勘查項目成果為主體的《陜北能源化工基地地下水勘查研究成果》獲陜西省科技進步壹等獎。

壹.項目成就

1.首次提出並開展了1: 5萬區域水文地質勘查和綜合水源勘查,系統摸清了區內地下水的賦存條件、地下水資源總量和開發利用潛力,為陜北能源化工基地的規劃、建設和環境保護提供了科學依據和水資源支持。

(1)首次在陜北能源化工基地實現1: 5萬區域水文地質勘查,將基地地下水系統劃分為5個含水系統、20個水流系統、46個水流子系統,豐富了地下水系統理論。

(2)地下水資源可開采總量為6543.8+0.35億m3/年,可利用潛力為8654.38+0.9億m3/年。

(3)新發現水源11處,新增資源量2.84億m3/年;新增探明水源20處,新增探明資源量5.44億m3/年;13已核實現有水源,核實資源量3.59億m3/年。

(4)實施了探采合井111,為能源化工基地提供了條件。

2.提出了壹套生態水文地質研究與評價方法,定量揭示了該區地下水埋深與植被生態之間的依賴關系,創造性地建立了地下水與植被生態的耦合模型,並對地下水開采引起的植被生態風險進行了評價,為地下水的合理開發利用提供了科學依據,為生態水文地質研究提供了新的技術方法。

(1)結合生態學、環境科學和水文地質學原理,采用生態-水文地質調查與遙感定量分析相結合的方法,揭示了旱生地帶性植被控制著幹旱-半幹旱地區植被生態格局的演變趨勢。研究發現,2000年以來,植被狀況總體上有所改善,改善區為85.12%,基本不變區為7.94%,退化區為6.94%。

(2)基於植被生態學發現並確定了地下水埋深閾值:水生植物的臨界地下水埋深為0.2m土壤鹽漬化極限水位埋深為1.2m;當地優勢植物適宜水位埋深範圍為1.2 ~ 3.8m;中生植物能生存但生長不良的水位埋深為3.8~8.0米;地下水位埋深8.0米以上,只有旱生植物和灌溉才能生存。

(3)地下水開采的植被生態效應分為非敏感區和三個敏感區,並提出了不同敏感區地下水開采的對策。

(4)建立了地下水與植被生態耦合模型,對地下水開采的植被生態風險進行了預測和評價。

3.提出了確保生態、水資源和煤礦開采安全的“三帶”高度,開展了煤礦開采對水資源影響的區劃,提出了煤礦區近期和中長期水資源開發利用對策,為統籌考慮水資源利用、生態環境保護和煤礦安全提供了科學依據。

(1)運用地質學、水文地質學、工程地質學、采礦學等學科的理論和方法,在系統分析煤田水文地質結構的基礎上,結合礦區地下水系統的特點,通過野外調查、工程地質類比、經驗公式計算和數值方法預測,提出該區可保證生態、水資源和煤炭開采安全的冒落帶高度為240米,“三帶”安全高度為300米。

(2)提出了煤礦區地下水資源的開發利用和保護對策。近期將劃分水資源和生態環境保護區、限制開采區和鼓勵開采區,在保護水資源的前提下實施“節水采煤”。中長期結合基地供水情況,將排水充分用於植被生態建設和供水,劃分為八大排水區,實施“煤水共采”。

4.建立了陜北能源化工基地水資源信息系統,構建了壹系列地下水模擬和水資源優化管理模型,為陜北能源化工基地水資源的科學管理提供了有效工具。

(1)建立了陜北能源化工基地水資源空間數據庫和信息系統,實現了水文地學空間信息三維可視化交換平臺。

(2)構建了壹系列地下水模擬及水資源優化管理模型,主要包括:黃河西岸天橋巖溶水系統區及水源地水流數值模擬嵌套模型、風灘區薩拉烏蘇組與白堊系含水層系統水流耦合模型、14水源地地下水水流數值模擬模型;基於生態良性循環的薩拉烏蘇組地下水優化開采模型:礦區地下水-地表水-排水資源優化配置管理模型。

5.根據本區水資源特點,開展了多項原位科學實驗和對比研究,提出了適合本區的地下水資源開發利用模式。

(1)針對陜北河流泥沙及水資源利用問題,開展了高含沙河水人工入滲系統設計和原位試驗,獲得了不同入滲材料和入滲系統的入滲量及其變化規律,為黃土高原高含沙河水資源利用提供了論證和設計參數。

(2)針對濱江水源區水資源開發利用效率,開展集水構築物優化設計現場試驗,探索不同集水構築物的激發補給能力、施工工藝和工程造價,顯著提高濱江水源區出水效率。

(3)在原位測試和對比研究的基礎上,提出了適合本地區的地下水資源開發利用模式。巖溶水采用管井模式集中開采;第四系薩拉烏蘇組地下水和燒變巖地下水采用壩泉引水截流方式開采。第四紀河谷地區的地下水可通過大口井、集水廊道、人工滲透系統和管井開采。黃土梁峁地區地下水適合零星開采管井;人工滲濾系統用於在嚴重缺水的高含沙河流和山谷中抽取地下水。

6.提出水資源可持續開發利用對策和優化配置建議,以及陜北能源化工基地東線以地下水為水源的應急調水方案,並已被采納實施。

(1)建議率先在黃河流域建設立交橋巖溶水和沖積物水源,可采資源量1萬m3/日,以解決沈雨工業園區用水的燃眉之急。

(2)建議在玉林市南部進行地下水勘探。

(3)建議充分利用礦區排水,實現排水、地表水和地下水資源的聯合調度。

(4)提出了煤礦區地下水資源的開發利用和保護對策。這些建議都被玉林市采納並付諸實施。

二、實施效果

(1)技術方法和手段的創新。評估專家組由薛玉群、劉長明、李培成等院士組成。認為“項目采用的理論和技術方法先進,勘探和測試數據豐富、詳實、可靠,取得了壹系列創新成果,整體上達到國際先進水平,在地下水與植被生態關系研究方面具有獨創性,達到國際領先水平,為陜北能源化工基地建設提供了水資源基礎,具有重大的經濟、社會和生態效益”。國務院參事、國土資源部總工程師張總結評價:“省部合作項目的合作模式,打造了全國地質調查項目的亮點,為中央與地方合作提供了非常好的合作經驗。開發的“沿河取水人工滲濾系統”獲得實用新型專利。

(2)勘查研究思路和技術方法為大盆地地下水勘查提供了範本;運作模式和壹體化勘查思路為國家“地質找礦突破戰略行動”提供了省內合作和壹體化勘查示範,並在本行業得到推廣應用。首先,該成果已在規範編寫、類似項目和高校教學中得到推廣應用。生態水文地質研究與評價方法的提出,推動了中國生態水文地質學的發展。其研究思路和技術方法已在寧東能源基地、隴東能源基地、柴達木經濟循環試驗區等大型地下水勘查項目中得到應用,成為同類研究的典範。其次,省部合作模式和壹體化勘查思路得到了國土資源部的高度評價,並在2007年全國地質調查工作會議上進行了經驗交流,為國家“地質找礦突破戰略行動”提供了省部合作和壹體化勘查示範;第三,本次勘查研究成果為陜西省“十二五”規劃、榆林市水資源規劃和礦產資源規劃的編制提供了最新、最權威的科學依據,為投資項目落戶陜北能源化工基地以及水資源論證和環境影響評價提供了科學依據。

(3)對社會科技進步的推動作用。這些成果為陜北能源化工基地的規劃、建設和發展提供了科學依據,並將有力地推動社會科技的進步和發展。北京大學、中國地質大學(北京)和長安大學已將水資源綜合勘探和生態水文地質研究成果作為教學範例。

三、推廣應用和社會經濟效益

該項目提出的創新技術方法、省部合作運營模式和壹體化勘探思路,在該行業得到了廣泛的推廣和應用。同時,該項目取得了豐碩的成果,得到了陜西省各級政府的認可和采納,並在陜北能源化工基地的規劃建設中得到應用。

(1)豐富的應用成果服務於陜北能源化工基地建設。自“陜北能源化工基地地下水勘查”項目實施以來,項目研究團隊共向地方政府和省市級大中型企業提供研究、勘查、咨詢報告48份,發表學術論文32篇,獲得實用新型專利1項。這些成果為陜北能源化工基地的規劃、建設和發展提供了科學依據,有力地推動了能源化工基地的建設和發展。

(2)項目成果得到了陜西省各級政府的認可和采納。2007年5月,原陜西省委常委、副省長洪峰聽取了項目成果匯報,並就項目開展的水資源與環境重點問題進行了深入交流。他認為該項目的成果改變了以往對水資源、生態環境和礦產資源開發的壹些傳統認識,為陜北能源化工基地建設提供了科學依據,對基地規劃和建設項目立項具有重要意義。

2008年3月,玉林市政府組織召開專題會議,召集玉林市發改委、水務局、環保局、煤炭局、區縣水利局等政府部門和市人大聽取項目成果,推動玉林能源化工基地的開發建設。在項目成果評審驗收會上,陜西省國土資源廳王登記廳長、榆林市副市長認為項目成果振奮人心,鼓舞人心,打消了困擾政府決策的疑慮,堅定了建設陜北能源化工基地的信心和決心,成果的應用將促進能源化工基地的科學發展。

(3)為修訂和完善陜北能源化工基地發展規劃奠定了基礎。榆林采納勘探研究成果,再次修訂了榆林水資源規劃和榆林礦產資源規劃,為修訂完善陜北能源化工基地發展規劃奠定了基礎。

(4)東線調水和南線勘探方案已被地方政府采納並付諸實施。玉林市政府采納了這壹建議,投資1億多元實施了東線調水工程和玉林市南部地下水開采。

(5)為建設項目環境影響評價提供地下水數據基礎。2007年8月10日,省政府辦公廳發來了2007年8月10號批準文件。1871給陜西省環保局,說明陜北能源化工基地地下水勘查研究成果。陜西省環保局專門發函建議,今後整個陜北地區的陜北能源化工基地和省管建設項目的環境影響評價都要以此結果為依據,針對當地地下水資源的分布現狀。對每個建設項目提出有效合理的地下水利用方案和地下水保護要求,建議國家環保總局在審批該地區國家管理的建設項目時也應以此為依據,從環保角度保護當地地下水資源。

(6)已應用於大中型企業落戶榆林和供水水源地的決策。勘探研究成果為中國神華陶氏、兗州煤業集團和榆林華澳鹽田經營開發公司在榆林投資項目的可行性研究和水資源論證提供了水文地質和水資源基礎資料。其中,為中國神華-陶氏榆林煤化工項目(投資約700億元)落戶榆林提供水資源信息和水環境汙染專題研究;為兗州煤業集團榆林項目(投資約6543.8+03億元)供水及環境影響評價提供水文地質資料,為榆林華澳鹽田經營開發公司進行水文地質勘察,提供水資源開發利用規劃。

(7)良好的應用前景。項目新發現水源20處,已探明地下水資源總量6543.8+0.35億m3/年,可利用潛力8654.38+0.9億m3/年。基於此,榆林修訂了水資源利用規劃,將在以水定項目、以水定規模的原則下,促進能源化工基地科學發展。