陕西省国土资源厅
陕北能源化工基地蕴藏着丰富的煤炭、石油、天然气和岩盐等48种矿产资源。1998年,被国家计委批准建设国家级能源化工基地,一要建成国家西电东送基地,二要建成国家大型煤化工基地,三要建成国家大型商品煤基地。能源化工业将成为带动陕西经济大发展的最大产业。但是由于地处内陆干旱―半干旱气候带,生态环境脆弱,水资源短缺已成为严重制约基地建设和发展的瓶颈,“以水定项目,以水定规模”被确定为规划建设的基本原则。陕西省省委、省政府明确要求“一定要查清陕北能源化工基地水资源家底”。国土资源部从国家的能源需求出发,联合陕西省政府共同实施了陕北能源化工基地地下水勘查,围绕陕北能源化工基地建设和发展中存在的地下水资源及其开发中遇到的生态环境问题开展勘查和研究工作。经过5年的努力,获得一批创新研究成果,并得到了及时应用,赢得了良好的社会经济效益。2011年,以陕北能源化工基地地下水勘查项目成果为主体的“陕北能源化工基地地下水勘查研究成果”荣获陕西省科学技术进步一等奖。
一、项目成果
1.首次提出并开展了1:5万区域水文地质勘查和水源地整装勘查,系统查明了区内地下水的赋存条件、地下水资源总量及其开发利用潜力,为陕北能源化工基地规划、建设和环境保护提供了科学依据和水资源支撑
(1)首次在陕北能源化工基地实现了1:5万区域水文地质勘查,将基地地下水系统划分为5个含水系统、20个水流系统以及46个水流子系统,丰富了地下水系统理论。
(2)系统查明地下水可采资源总量为10.35亿米3/年,可利用潜力为8.19亿米3/年。
(3)勘查新发现水源地11处,新增加资源量2.84亿米3/年;新探明水源地20处,新探明资源量5.44亿米3/年;核查已有水源地13处,核查资源量3.59亿米3/年。
(4)实施探采结合井111眼,已提供能源化工基地使用。
2.提出了一套生态-水文地质研究与评价方法,定量揭示了该区地下水位埋深与植被生态的依存关系,开创性地建立了地下水与植被生态的耦合模型,评价了地下水开采引起的植被生态风险,为合理开发利用地下水提供了科学依据,为生态―水文地质研究提供了新的技术方法
(1)融合生态学、环境科学和水文地质学原理,采用生态-水文地质联合调查与遥感定量分析相结合的方法,揭示旱生的地带性植被控制着干旱―半干旱区植被生态的格局植被状况演化趋势。研究发现2000年以来,植被状况总体上好转,变好的区域占85.12%,基本维持不变的区域占7.94%,有退化趋势的区域约为6.94%。
(2)发现并确定了基于植被生态的地下水位埋深阈值:水生植物临界水位埋深0.2米;土壤盐渍化极限水位埋深1.2米;当地优势植物适生水位埋深区间1.2~3.8米;中生植物能够生存但长势较差的水位埋深区间3.8~8.0米;地下水位埋深大于8.0米仅旱生植物和靠灌溉才能生存。
(3)将地下水开发的植被生态效应区划分为非敏感区和三种程度的敏感区,并提出了不同敏感区地下水开采对策。
(4)开创性地建立了地下水与植被生态耦合模型,预测和评价了地下水开采的植被生态风险。
3.提出了保障生态、水资源和采煤安全的“三带”高度,开展了采煤对水资源影响区划,提出了近期和中远期煤采区水资源开发利用对策,为统筹考虑水资源利用、生态环境保护与煤矿井下安全提供了科学依据
(1)运用地质、水文地质、工程地质、采矿学等学科的理论和方法,在系统分析煤田水文地质结构的基础上,结合矿区地下水系统特征,通过实地调查与工程地质类比、经验公式计算和数值法预测,提出了本区能够保障生态、水资源和采煤安全的冒裂带高度为240米,“三带”安全高度为300米,并据此实现了采煤对水资源影响程度区划。
(2)提出了煤采区地下水资源开发、利用与保护对策。近期划分水资源与生态环境保护区、限制开采区、鼓励开采区,在保护水资源的前提下实施“保水采煤”。中远期结合基地供水,将疏排水充分用于植被生态建设及供水前提下,划分为8个大的疏排水区实施“煤水共采”。
4.建立了陕北能源化工基地水资源信息系统,构建了一系列地下水模拟和水资源优化管理模型,为陕北能源化工基地水资源的科学管理提供了有效工具
(1)建立了陕北能源化工基地水资源空间数据库和信息系统,实现了水文学与地学空间信息的三维可视化互访平台。
(2)构建了一系列地下水模拟和水资源优化管理模型,主要包括:天桥岩溶水系统区域和黄河西岸水源地水流数值模拟嵌套模型,风沙滩地区萨拉乌苏组与白垩系含水系统水流耦合模型,14个水源地地下水水流数值模拟模型;基于生态良性循环的萨拉乌苏组地下水优化开采模型;地下水―地表水―矿区疏排水资源优化配置管理模型。
5.针对本区水资源特点,开展了多项原位科学试验和对比研究,提出了适宜本区的地下水资源开发利用模式
(1)针对陕北地区河水泥沙和水资源化利用问题,开展高泥沙河水人工渗滤系统设计及原位试验原位科学试验,获取了不同渗滤材料和渗滤系统的下渗量及其变化规律,为黄土高原地区高泥沙河水资源化提供了示范和设计参数。
(2)针对傍河水源地水资源开发利用的效率问题,开展了集水构筑物优化设计原位试验,探索了不同集水构筑物的激发补给能力、施工工艺、工程费用,显著提高了傍河型水源地出水效率。
(3)在原位试验和对比研究的基础上,提出了适宜本区的地下水资源开发利用模式。岩溶水采用管井模式集中开采;第四系萨拉乌苏组地下水及烧变岩地下水采用堤坝引泉截流模式开采;第四系河谷区地下水可选用大口井、集水廊道、人工渗滤系统和管井等方式开采;黄土梁峁区地下水适宜于管井零星开采;在严重缺水的高泥沙河流及沟谷采用人工渗滤系统汲取地下水。
6.提出了水资源可持续开发利用对策与优化配置建议,以及陕北能源化工基地东线应急调水以地下水为水源的方案,并被采纳实施
(1)建议率先建设黄河谷地天桥岩溶水和冲积层水源地,可采资源量为100万米3/日,以解决榆神工业园区用水之急。
(2)建议开展榆林市南部地下水勘查。
(3)建议实施充分利用矿区疏排水,实现疏排水、地表水、地下水资源联合调度方案。
(4)提出了煤采区地下水资源开发、利用与保护对策。建议均被榆林市采纳并付诸实施。
二、实施效果
(1)技术方法和手段创新。由薛禹群、刘昌明、李佩成等院士组成的评审专家组评审认为:“项目采用的理论和技术方法先进,勘查与试验数据丰富、翔实、可靠,取得了一系列创新性成果,整体达到国际先进水平,在地下水与植被生态关系研究等方面具有原创性,达到国际领先,为陕北能源化工基地建设提供了水资源依据,具有重大的经济、社会及生态效益”。国务院参事、国土资源部总工程师张洪涛总结评价:“该省部合作项目的合作模式创造了国家地质大调查项目的亮点,为中央与地方政府合作提供了非常好的合作经验。研发的“傍河取水人工渗滤系统”获得实用新型专利。
(2)勘查研究思路和技术方法对大型盆地地下水勘查提供了典范;运作模式和整装勘查思路为全国“地质找矿突破战略行动”提供了省部合作和整装勘查示范,并在本行业推广应用。首先,成果在规范编写、同类项目和高校教学中得到推广和应用,所提出的生态水文地质研究与评价方法推动了我国生态水文地质学的进步,其研究思路和技术方法已经在宁东能源基地、陇东能源基地,柴达木经济循环试验区等大型地下水勘查项目中得到应用,成为同类领域研究的典范;第二,省部合作模式和整装勘查思路得到了国土资源部的高度评价,并在2007年全国地调工作会议上作了经验交流,为全国“地质找矿突破战略行动”提供了省部合作和整装勘查示范;第三,本次勘查与研究成果,在陕西省“十二五”规划、榆林市水资源规划和矿产资源规划的编制提供了最新、最权威的科学依据,为投资项目落户陕北能源化工基地,以及水资源论证和环境影响评价等提供了科学依据。
(3)对促进社会科技进步的作用。这些成果为陕北能源化工基地的规划、建设和发展提供了科学依据,将有力地促进社会科技进步和发展。水源地整装勘查、生态-水文地质研究成果已作为北京大学、中国地质大学(北京)、长安大学的教学实例。
三、推广应用及社会与经济效益
本项目提出的创新性技术方法、省部合作运作模式和整装勘查思路已在本行业得到较广泛的推广与应用,同时项目成果丰硕,并得到陕西省各级政府的认可与采纳,已经在陕北能源化工基地规划、建设中得到应用。
(1)丰硕的应用成果服务于陕北能源化工基地建设。自“陕北能源化工基地地下水勘查”实施以来,项目研究团队为省、市两级地方政府、大中型企业提供了48份研究、勘查和咨询报告,公开发表学术论文32篇,获得实用型新专利1项。这些成果为陕北能源化工基地的规划、建设和发展提供了科学依据,有力地促进能源化工基地的建设和发展。
(2)项目成果得到陕西省各级政府的认可与采纳。2007年5月,原陕西省委常委、副省长洪峰听取了项目成果汇报,并就项目开展的水资源与环境方面关键问题的研究进行了深入交流,认为项目取得的成果改变了过去对水资源、生态环境、矿产资源开发的一些传统认识,为陕北能源化工基地建设提供了科学依据,对基地规划和建设项目立项具有重要意义。
2008年3月,榆林市政府组织专门会议,召集了榆林市发改委、水务局、环保局、煤炭局、区县水利局等政府部门以及市人大听取项目成果,以此借力推进榆林能源化工基地开发建设。在项目成果评审验收会上,陕西省国土资源厅王登记厅长和榆林市赵政才副市长认为项目成果振奋人心、令人鼓舞,打消了困扰政府决策的疑虑,坚定了陕北建设能源化工基地的信心和决心,成果应用将推动能源化工基地的科学发展。
(3)为修订和完善陕北能源化工基地发展规划奠定了基础。榆林市采纳勘查研究成果,重新修订了《榆林市水资源规划》和《榆林市矿产资源规划》,为修订和完善陕北能源化工基地发展规划奠定了基础。
(4)提出的东线调水、南部勘查方案等已被地方政府采纳并付诸实施。榆林市政府采纳建议,并投资逾亿元,实施东线调水水源工程以及榆林市南部地下水勘查。
(5)为建设项目环境影响评价提供了地下水资料依据。2007年8月10日,省政府办公厅向陕西省环境保护局发送了1871号批文,说明陕北能源化工基地地下水勘查研究成果,陕西省环境保护局专门发函建议今后在对陕北能源化工基地及整个陕北地区的省管建设项目环评审批中依据此项成果,针对当地地下水资源分布现状,对每一个建设项目提出有效、合理的地下水利用方案和地下水保护要求,同时建议国家环保总局在审批该地区的国管建设项目时也以此为依据,从环境保护的角度出发保护当地地下水资源。
(6)在大中型企业落户榆林的决策及供水水源方面得到应用。勘查研究成果为世界500强企业中国神华-美国陶氏、兖州煤业集团、榆林华奥盐田管理开发公司等在榆林投资的项目可研和水资源论证方面提供了水文地质和水资源基础资料。其中,为中国神华-美国陶氏榆林煤化工项目(投资约700亿元)落户榆林提供了水资源资料和水环境污染专题研究;为兖州煤业集团榆林项目(投资约130亿元)供水和环评提供水文地质资料,为榆林华奥盐田管理开发公司开展了水文地质调查,提供水资源开发利用规划。
(7)应用前景良好。项目新探明20处水源地,探明地下水可采资源总量10.35亿米3/年,可利用潜力8.19亿米3/年。据此榆林市修订了水资源利用规划,在以水定项目和以水定规模的原则下,必将推动能源化工基地的科学发展。
