中國北方地區(qū)缺水,一些地區(qū)競相開采地下水解決城鄉(xiāng)供水和農(nóng)田灌溉問題。2000年地下水源供水占總供水量40%以上的有京、晉、冀、魯、豫、遼、陜、內(nèi)蒙古、黑等9省(自治區(qū)、直轄市),已經(jīng)形成了許多處以城市為中心的大面積的地下水位區(qū)域下降漏斗,許多環(huán)境地質(zhì)問題也隨之出現(xiàn)。因此,在這些地方開展地下水人工回補(bǔ)勢在必行[3] 。另外,據(jù)北京市有關(guān)部門調(diào)查統(tǒng)計(jì),該市城區(qū)和近郊區(qū)52個不同類型的工廠資料表明,其中空調(diào)冷卻棄水約占工業(yè)總用水量的74%。這部分棄水含雜質(zhì)少,可以作為回灌水源。在城市以儲冷、儲熱為目的的地下水回灌,經(jīng)濟(jì)效益顯著,經(jīng)驗(yàn)也已成熟。開展城市地下水人工回灌具有良好的發(fā)展前景 。
目前MAR技術(shù)在中國大有可為,主要集中在以下幾個方面:
中國北方屬于季風(fēng)氣候,降水年際和年內(nèi)分布極不均勻,夏季高溫多雨,洪水災(zāi)害時有發(fā)生,城市內(nèi)澇嚴(yán)重,針對這種情況,國家開始建設(shè)海綿城市,MAR技術(shù)可以很好地利用洪水將其轉(zhuǎn)化為水資源從儲存于地下,一舉雙得,化害為利。目前北京市水務(wù)局水科院正在研究一個方案,利用南水北調(diào)的水回補(bǔ)地下水[4] 。
我國城市居民和工業(yè)用水?dāng)?shù)量巨大,多數(shù)城市都存在缺水問題,同時使用后形成的污水由于處理設(shè)施滯后,污水直接排放引起環(huán)境污染的問題屢見不鮮,通過MAR技術(shù)處理后的污水完全可以達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn),這樣就可以實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用,減少了跨流域調(diào)水等耗資巨大工程的建設(shè),可以節(jié)省大量財(cái)力。
我國多數(shù)地區(qū)由于歷史上地下水開采量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出補(bǔ)給量,形成了大量的地下水漏斗,給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活造成了極大的安全隱患,地下水漏斗的治理問題勢在必行,刻不容緩,MAR技術(shù)可以針對上述漏斗區(qū)進(jìn)行修復(fù),或者延緩其進(jìn)一步擴(kuò)大。
我國海岸線長度世界排名第四,然而海水入侵現(xiàn)象也十分嚴(yán)重,多數(shù)沿海地區(qū)存在不同程度的海水入侵現(xiàn)象,給當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈蜕a(chǎn)帶來了極大的威脅,而MAR技術(shù)可以很好地解決海水入侵問題,我國的山東半島的治理就是很好的先例。
案例美國加州南部洛杉磯奧蘭治縣,人們在1956年就發(fā)現(xiàn),由于大量開采地下水使地下水位降到海平面以下,造成太平洋海水入侵內(nèi)陸海岸帶達(dá)到5英里,急需加以防治,他們利用當(dāng)?shù)赜欣牡匦魏偷刭|(zhì)條件,將當(dāng)年剩余的水資源和將污水處理后的達(dá)標(biāo)水,甚至從其他水務(wù)局購買質(zhì)高價低的水,采用河道和人工湖滲入,豎井回灌等地下水回灌技術(shù),回灌到地下,儲存在近地表的含水層中,這樣不僅保存了珍貴的水資源,避免了無效蒸發(fā),做到水資源的多年調(diào)蓄,使當(dāng)?shù)禺a(chǎn)水量達(dá)到總用水量的75%,并保證了水的年度和年際的穩(wěn)定供給,同時也阻止了由于開采地下水而引起的海水倒灌 。
荷蘭利用沿海沙丘進(jìn)行人工回灌已有60多年歷史,它的水資源開發(fā)模式是 引萊茵河水-凈化-回灌至地下-抽出供水 。除此之外,還與日本合作在阿姆斯特丹地區(qū)開展帷幕灌漿工程修建地下水庫,用以儲存地下水和防治海水入侵 。
德國是歐洲開展再生水回灌較早的國家。德國回灌地下水主要有兩種方法:一種是采用天然河岸滲漏;一種是修建滲池、滲渠、滲井等工程措施實(shí)施回補(bǔ)。20世紀(jì)60年代,德國就利用被污染的河水通過砂、礫石構(gòu)成的河床實(shí)施地下水補(bǔ)給,通過與河道相隔一定距離的井取用循環(huán)后的地下水,取水量占總供水量的14%。德國柏林在20世紀(jì)70年代將經(jīng)過生物凈化的污水處理后進(jìn)行地下水回灌,經(jīng)地質(zhì)凈化后作為飲用水重新抽取出來。Langen市為解決地下水位下降問題,將污水處理廠的二級出水重新處理后,利用土壤滲濾回補(bǔ)地下水,該工程1979年投入運(yùn)行 。
澳大利亞Mount Gambier市城市雨洪水通過市區(qū)500多眼排水井補(bǔ)給到非承壓石灰?guī)r含水層 ,這些井大部分都完全位于白云質(zhì)灰?guī)r含水層中,最終排泄到該市的城市供水水源地藍(lán)湖,地下水年補(bǔ)給量500~650萬m3,占藍(lán)湖總補(bǔ)給量的 35%~ 55% 城市雨洪水增加了含水層的補(bǔ)給量,同時也增加了各種污染物的含量。Joanne Vanderzalm檢測了城市雨洪水中24項(xiàng)污染物以及微量有機(jī)化合物、少量揮發(fā)性有機(jī)物,并對含水層補(bǔ)給風(fēng)險進(jìn)行評價,結(jié)果顯示確定污染物在裂隙含水層的停留時間為500~18000d,參照微量污染物在潛水含水層降解半衰期的運(yùn)移時間,并通過檢驗(yàn)藍(lán)湖的24項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn),表明石灰?guī)r含水層對城市雨洪水污染物具有一定的自然衰減作用,過去100多年的雨洪水徑流排放到目前為止未對藍(lán)湖水質(zhì)表現(xiàn)出任何可量度的損害 。
上海市在歷史上由于大量開采地下水造成大面積沉降,城區(qū)最大地面沉降達(dá)到2.63米,對工業(yè)生產(chǎn)和城市建設(shè)造成了嚴(yán)重威脅。1958年,由于大量抽取地下水,地下水位下降至-35-40米,為了增加地下水補(bǔ)給量,抬高地下水位,上海棉紡廠工人利用廢棄井(深95米,直徑250mm)進(jìn)行回灌試驗(yàn),揭開了地下水人工補(bǔ)給的序幕,至1966年,共有七十多家工廠134口深井同時回灌,大大增加了地下水補(bǔ)給量,使地下水位抬高了十多米,夏季開采時,獲得了原水溫低的地下水,夏用期結(jié)束后,上海地面不但沒有下沉,反而平均上升了6mm,這是十幾年來連續(xù)下降后第一次出現(xiàn)上升現(xiàn)象,開始控制了上海的地面沉降 。
孟加拉灣沿岸海水入侵現(xiàn)象嚴(yán)重,13個村莊的居民為應(yīng)對淡水資源短缺問題,他們應(yīng)用ASR技術(shù)在由淤泥和黏土覆蓋的淺層細(xì)-中沙承壓含水層中回補(bǔ)淡水,這里一般的ASR項(xiàng)目是由一個19.5m3大的雙室級配砂滲池組成,滲池的水通過帶有開關(guān)和閥門的PVC管流入4-6個直徑為30.5或56cm的井中,這些滲水井埋深在18-31米不等,13處ASR項(xiàng)目運(yùn)行一年后的平均入滲量在3m3/d,11個項(xiàng)目的抽取量范圍在5-40%,與回補(bǔ)的源水濁度100NTU相比,抽取的水濁度為5NTU;堵塞管理中,人工沖洗后回補(bǔ)效率可以恢復(fù)到年平均值以上;與源水相比,抽取的水中大腸桿菌數(shù)量大大減少,但仍可以在大約一半的樣品中檢測到;有三個ASR項(xiàng)目抽取的水中砷含量 100 μg/L,這就意味著砷的問題一定要認(rèn)真對待并進(jìn)一步研究 。