Protección, desarrollo y utilización de los recursos de aguas subterráneas en Qingdao

(Instituto de Estudios de Ingeniería Geológica de Qingdao, Qingdao 266071)

Acerca del autor: Yuan Xilong (1964-), hombre, ingeniero senior, dedicado principalmente a hidrogeología, geología ambiental y Investigación de aplicaciones de tecnología informática.

La ciudad de Qingdao, provincia de Shandong, es una zona con escasez de agua y una distribución desigual de los recursos subterráneos. Con base en la historia del desarrollo y la situación actual de los recursos de aguas subterráneas en Qingdao, así como la aparición, el desarrollo, los cambios dinámicos y las contramedidas de los problemas geológicos ambientales causados ​​por el desarrollo irrazonable de los recursos de aguas subterráneas, las reglas generales para el desarrollo y la protección de los recursos de aguas subterráneas son Se resumen y se introducen las aguas subterráneas en áreas de intrusión de agua de mar, como la acuicultura marina, las aguas subterráneas en áreas de construcción urbana, etc. Así como métodos técnicos para aumentar la producción de agua de un solo pozo en agua de fisura con poca permeabilidad del acuífero, áreas de inundación de taludes con espesor de acuífero pequeño y zonas de meteorización de granito.

Palabras clave: Qingdao; aguas subterráneas; desarrollo y utilización; tecnología de extracción de aguas subterráneas

Qingdao está situada en el suroeste de la península de Shandong, limitando con el Mar Amarillo en el sureste y con Weihai. , Yantai y Weifang. Qingdao es una zona pobre en agua con recursos hídricos disponibles per cápita de 170 m3, lo que representa 1/4 de los recursos hídricos per cápita del país. Al mismo tiempo, la economía de Qingdao se está desarrollando rápidamente y su demanda de recursos hídricos aumenta día a día. Prestar igual atención al aumento de los ingresos y a la reducción de los gastos es una forma eficaz de aliviar la contradicción entre la oferta y la demanda en Qingdao.

1 Estudio hidrogeológico

La forma del relieve de Qingdao está dominada por colinas bajas y penillanuras de acumulación de denudación, con algunos valles entre montañas, llanuras aluviales de piedemonte y montañas medias (Laoshan). Según los diferentes accidentes geográficos y características hidrogeológicas, el área se divide en tres regiones hidrogeológicas: ① Área hidrogeológica de montañas bajas y colinas de Jiaobei, ② Área hidrogeológica de la cuenca de Jiaolai, ③ Área hidrogeológica de montañas bajas y colinas de Jiaonan-Laoshan (Fig. 1). Los tipos de agua subterránea incluyen agua de poros de rocas sueltas, agua de poros y fisuras de rocas clásticas, agua que fluye en los poros y aguas de fisuras de las rocas, agua kárstica de fisuras de rocas carbonatadas y agua de fisuras de rocas masivas y en capas. ① El agua de los poros de las rocas sueltas es el principal grupo de rocas acuíferas para el suministro centralizado de agua de Qingdao. Se distribuye principalmente en el río Dagu, el río Baisha-río Chengyang, el río Baima-río Liji, el río Gewangzhuang, el río Yanghe, el río Zhoutuan y Zhangcun-. Río Liji La llanura del valle en el curso medio e inferior del río Cunhe y la llanura de piedemonte en el suroeste de la montaña Daze. El grupo de rocas acuíferas está compuesto principalmente por arena y grava de diferentes tamaños de partículas en depósitos aluviales del Cuaternario, con un espesor generalmente de 5 ~. La producción de agua de un solo pozo puede alcanzar más de 1000 m3/d. El agua subterránea en las llanuras del valle del río Dagu y del río Baisha-Chengyang es una importante fuente de suministro de agua para la ciudad de Qingdao. Sus recursos recuperables son 7951×104 m3/. a y 2367,6×104 m3/a respectivamente. ② Las formaciones rocosas acuíferas kársticas de fisuras de carbonato se distribuyen principalmente en las áreas de Pingdu, Laixi y Wangtai de Jiaonan, con un pequeño número. La capa de roca que contiene agua es mármol de la Formación Fenzishan con fisuras bien desarrolladas. La profundidad generalmente se limita a 100 m. Es rica en agua de fisuras kársticas. Especialmente en áreas con buenas condiciones estructurales y geomorfológicas, la salida de agua es relativamente fuerte. de 500 a 1000 m3/pozo. Sin embargo, debido a la pequeña zona de distribución, el suministro de agua es limitado. (3) Las formaciones rocosas acuíferas que emiten agua desde los poros y fisuras de las rocas se distribuyen principalmente en Jimo, Jiaozhou, Laixi y Chengyang. Las formaciones rocosas que contienen agua son basaltos del Grupo Qingshan y del Grupo Wangshi con poros y fisuras relativamente desarrollados. Generalmente están enterrados a una profundidad de 30 a 50 m y son muy ricos en agua. La producción de agua de un solo pozo es de 500 a 1000 m3/. d. La calidad del agua es buena y se puede formar una pequeña fuente de agua para proporcionar suministro de agua local. ④Las formaciones rocosas acuíferas de fisuras clásicas se distribuyen principalmente en Jiaozhou, Jimo, Laixi y otros lugares. Las formaciones rocosas que contienen agua son la Formación Laiyang del Cretácico y la Formación Wangshi, arenisca, lutita arenosa y lutita arenosa tobácea. Debido a los poros y grietas no desarrollados, la permeabilidad y la riqueza del agua son muy débiles, y la producción de agua de un solo pozo es generalmente inferior a 50 m3/d. ⑤ Las formaciones rocosas acuíferas de fisuras rocosas masivas y en capas se distribuyen principalmente en Laoshan, Dazeshan y Jiaonan, y la formación rocosa que contiene agua es granito, granodiorita, gneis, granulita y esquisto. La profundidad de la zona erosionada es generalmente inferior a 30 m, la riqueza de agua es débil, la producción de agua de un solo pozo es inferior a 30 m3/d y la zona densa de fracturas estructurales locales es relativamente rica en agua. La producción de agua de un solo pozo puede alcanzar más de 100 m3/d, hasta 500 m3/d, pero la distribución es extremadamente desigual y sólo puede proporcionar suministro de agua local.

Figura 1 Diagrama esquemático de la zonificación hidrogeológica en Qingdao

2 Desarrollo de recursos de aguas subterráneas y principales cuestiones geológicas ambientales

2.1 Historia y situación actual del desarrollo de recursos de aguas subterráneas

El agua subterránea de la ciudad de Qingdao comenzó a servir como fuente centralizada de suministro de agua urbana en 1920. El río Chengyang, aguas abajo del río Baisha, se convirtió en la primera fuente de suministro de agua de la ciudad de Qingdao. Su capacidad diaria de suministro de agua alcanzó 3,0×104 m3/d en el año. primeros días de la fundación de la Nueva China.

Antes de la década de 1970, limitada por los niveles económicos y tecnológicos, la explotación de los recursos de aguas subterráneas creció lentamente. A finales de la década de 1970, el desarrollo industrial y agrícola se aceleró y la explotación de los recursos de aguas subterráneas también aumentó rápidamente. Existe un equilibrio negativo entre la extracción y recarga de recursos de aguas subterráneas, y los niveles de agua continúan disminuyendo. A mediados de la década de 1980, aparecieron embudos de agua subterránea en las áreas de fuentes de agua del río Dagu, del río Baisha y del río Chengyang y en otras secciones, y aparecieron, uno tras otro, diversos grados de agua de mar (salada). La intrusión de agua de mar se ha controlado eficazmente mediante una serie de medidas, como la reducción de la extracción de agua subterránea, la construcción de muros para interceptar la intrusión de agua de mar y la construcción de diques de goma en los ríos para retener el agua superficial y aumentar la recarga de agua subterránea. La cantidad promedio plurianual de recursos de agua subterránea explotables en Qingdao es de 6,3436 × 108 m3/a. La cantidad de recursos de recarga natural en 2002 fue de 5,0586 × 108 m3. La cantidad real de agua subterránea explotada en 2002 fue de 6,1098 × 108 m3, lo que representa 54,66666786 del total. En total, los años de práctica minera de Qingdao reflejan básicamente el nivel de extracción y capacidad de almacenamiento de agua subterránea en el área. Se puede ver que el grado de desarrollo y utilización de los recursos de aguas subterráneas en Qingdao es relativamente alto y básicamente mantiene un equilibrio entre extracción y reposición. Sin embargo, debido a las diferencias en la distribución urbana y rural y en la demanda de agua, la extracción excesiva en algunas áreas ha formado un embudo de aguas subterráneas. Al mismo tiempo, el volumen de extracción en algunas áreas es pequeño y los residentes rurales utilizan solo una pequeña cantidad para uso doméstico. Los recursos de aguas subterráneas no se han aprovechado completamente.

2.2 Cuestiones geológicas ambientales relacionadas con el desarrollo de los recursos de aguas subterráneas

2.2.1 Intrusión de agua de mar

Desde finales de los años 1970 hasta principios de los años 1990, la mayor parte del agua -Los ricos recursos de aguas subterráneas de la región han sido sobreexplotados, lo que ha dado lugar a un embudo de caída de aguas subterráneas. En las zonas costeras aguas abajo de los ríos, la intrusión de agua de mar se produce en diversos grados. La situación más grave fue la intrusión de agua de mar (salada) a mediados de los años 1980, que provocó el abandono de un gran número de pozos, la desolación de campos de cereales y el deterioro de la calidad del agua. Después de la década de 1990, la cantidad de minería cerca del área de invasión se redujo considerablemente y las precipitaciones aumentaron en comparación con la década de 1980, lo que provocó que el nivel del agua subterránea aumentara en algunos embudos y el impulso de la intrusión de agua de mar (agua salada) se desaceleró. Ha disminuido y el área de invasión se ha reducido ligeramente. 2002 fue un año particularmente seco. Los niveles de aguas subterráneas continuaron disminuyendo en algunas zonas y el área de invasión se expandió. En la actualidad, la intrusión de agua salada del mar de Qingdao se produce principalmente en los tramos inferiores del río Dagu, el río Baisha-río Chengyang, el río Yanghe, Huangdao Xin'an, el río Pingdu Xin-Huibu. El área de invasión en junio de 2002 se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1 Área de distribución de la intrusión de agua de mar (salada) en Qingdao en junio de 2002

Contaminación del agua

Con el rápido desarrollo de la industria, las aguas residuales domésticas urbanas y las emisiones de aguas residuales industriales están aumentando y, con el desarrollo de la agricultura, también está aumentando la aplicación de pesticidas y fertilizantes. Durante un período en el que la tecnología, las instalaciones y las leyes pertinentes para el tratamiento de aguas residuales eran imperfectas, los ríos estaban gravemente contaminados. Los ríos contaminados recargaron las aguas subterráneas, provocando una contaminación de la calidad de las aguas subterráneas. Los principales indicadores de una calidad excesiva del agua subterránea en esta zona incluyen salinidad, dureza, fenol, manganeso, etc. Entre ellos, el fenómeno de exceder el estándar es relativamente común y algunas piezas exceden el estándar decenas de veces. La principal composición aniónica de aguas subterráneas contaminadas típicas se muestra en la Figura 2, de la cual se puede ver que el contenido es del 25%, lo que cumple con los estándares para participar en la denominación de tipos hidroquímicos.

Figura 2 Gráfico circular de los principales aniones en las aguas subterráneas contaminadas en el área de fuente de agua del río Dagu

Además de la contaminación de las aguas residuales industriales, no se puede ignorar la contaminación agrícola. La contaminación de las aguas subterráneas está estrechamente relacionada con la contaminación en las zonas agrícolas. En 2000, la superficie cultivada de la ciudad de Qingdao era de 546.000 hectáreas y la cantidad total de pesticidas utilizados alcanzó las 7.451 toneladas, con un promedio de 18,7 kilogramos de pesticidas por hectárea. La cantidad total de fertilizantes químicos aplicados fue de 342.000 toneladas, con una cantidad media de aplicación de fertilizantes de 681,2 kilogramos por hectárea. Algunos de estos fertilizantes y pesticidas son absorbidos por los cultivos, otros se descomponen o combinan y el resto se repondrá en las aguas subterráneas con la lluvia. Los principales problemas ambientales causados ​​por la aplicación excesiva e irrazonable de fertilizantes químicos a largo plazo son: en primer lugar, las masas de agua como ríos y embalses están contaminadas y eutróficas debido a la escorrentía superficial; en segundo lugar, la filtración al suelo provoca la contaminación de las aguas subterráneas, lo que da lugar a un exceso de nitratos; En tercer lugar, la contaminación del suelo, que reduce la calidad del suelo, afecta las propiedades físicas y químicas y la fertilidad del suelo.

3 Contramedidas para la protección de los recursos de aguas subterráneas y cuestiones geológicas ambientales

En vista de los problemas existentes en el desarrollo de los recursos de aguas subterráneas, los departamentos pertinentes han propuesto e implementado las medidas de control correspondientes a través de la exploración y la investigación. .

3.1 Control de intrusión de agua de mar

3.1.1 Muro subterráneo antifiltración

Con el fin de proteger la fuente de agua del río Dagu y aumentar los recursos recuperables de Dagu Río, hasta 1990 Para el estudio hidrogeológico del suministro de agua del río Gu y la exploración de embalses subterráneos, el gobierno municipal de Qingdao invirtió en la construcción de la bahía de Xiaoma, la fuente de agua del río Dagu, de 1985 a 1986.

La longitud total del muro antifiltración es de 14,2 km. Adopta un método de pulverización pendular continua. La profundidad del rociado pendular llega al fondo del acuífero, cortando así el reflujo de agua de mar (agua salada) aguas abajo del muro y frenando el flujo. intrusión de agua de mar (agua salada) Para utilizar mejor el Dagu Proporcionar medidas de ingeniería para la capacidad de suministro de agua de las fuentes de agua de los ríos. En 2001, se llevó a cabo un estudio de viabilidad sobre la construcción de muros subterráneos antifiltración en el curso inferior del río Baisha.

3.1.2 Construcción de una presa de caucho aguas abajo

En la década de 1980, cuando se produjo una intrusión de agua de mar en el tramo inferior del río Baisha-río Chengyang, se llevó a cabo un estudio hidrogeológico especial. Posteriormente, se construyeron varias presas de caucho en el río Baisha para bloquear el río, aumentando la recarga de agua subterránea y, en consecuencia, reduciendo la extracción de agua subterránea, reduciendo gradualmente el embudo de caída de agua subterránea y desacelerando efectivamente la tasa de intrusión de agua de mar. Además, se han construido diques de goma en los ríos Dagu, Gewangzhuang, Yanghe y otros ríos para recargar artificialmente las aguas subterráneas.

3.1.3 Construcción de compuertas en el tramo inferior del río (reflujo aguas arriba a prueba de mareas)

Cuando llegan las marejadas ciclónicas y las mareas vivas, el agua de mar fluirá río arriba para reponerse agua subterránea y no hay resistencia al agua en la estructura del estuario, lo que es otra razón para la intrusión de agua de mar. En estuarios donde el reflujo de agua de mar es grave, la construcción de compuertas en lugares apropiados no sólo puede bloquear el agua de mar, sino también almacenar agua dulce, aumentar el suministro de agua dulce subterránea y desempeñar un papel importante en la prevención de la intrusión de agua de mar. Además, está prohibido dragar arena en el lecho del río para evitar su encogimiento, aumentar la distancia aguas arriba del agua de mar, evitar daños a la capa de cobertura y aumentar la tasa de infiltración del agua de mar.

3.2 Control de la contaminación de las aguas subterráneas

3.2.1 Establecer zonas de protección de las fuentes de agua a través de medios legislativos.

Qingdao promulgó e implementó las "Reglas de protección ambiental de la fuente de agua potable de Qingdao" a través de la legislación. Las regulaciones estipulan que las fuentes de agua potable designadas y anunciadas están protegidas por ley, y siete comportamientos relacionados, como descarga, apilamiento y construcción, están claramente prohibidos. Hay 11 zonas de protección de fuentes de agua subterránea anunciadas por primera vez, incluidos el río Dagu, Jimo Wuqibu, Jimo Dongguan, Jimo Dongzhang, Jimo Mashan, Pingdu Yunshan Zhangling, el río Jiaozhou Dianzi, el río Jiaonan Juyang, el río Baisha en Chengyang y el cinturón de basalto de Beiguan. en Jiaozhou. El área protegida tiene límites y señales geográficas claras, lo que proporciona una base legal para proteger las fuentes de agua subterránea y desempeña un papel positivo en la protección de las fuentes de agua subterránea.

Control de fuentes de contaminación

Desde 1998, la ciudad de Qingdao ha formulado leyes y regulaciones relevantes, enfocándose en el tratamiento de fuentes de contaminación en la cuenca del río Dagu con descargas excesivas de aguas residuales. a ambos lados del río han sido controlados dentro de un plazo determinado, se han cerrado 16 empresas y se han prohibido 540 sitios de minería y procesamiento de minerales en pequeña escala. En la actualidad se han construido 6 plantas depuradoras de aguas residuales con una capacidad de tratamiento de aguas residuales diarias de 5×104m3/d.

Los recursos hídricos subterráneos con diferentes calidades de agua se utilizan en diferentes industrias o campos.

4.1 Desarrollo de recursos de agua salada subterránea en zonas de intrusión de agua de mar para la acuicultura

Qingdao tiene una costa de 730 kilómetros, rica en productos del mar, y una industria de acuicultura marina desarrollada. En el pasado, la acuicultura en agua de mar utilizaba principalmente agua de mar, pero la temperatura del agua de mar cambia mucho en las diferentes estaciones, lo que tiene un gran impacto en la acuicultura en agua de mar, especialmente en las plántulas de agua de mar. Si la temperatura del agua es demasiado baja, se necesita una caldera para calentarla, lo que aumenta la inversión en construcción y los costos operativos. Cerca de la costa, hay zonas de intrusión de agua de mar (agua salada) prístina o inducida artificialmente de diferentes anchos. En los últimos años, la industria de la acuicultura marina ha comenzado a perforar pozos para explotar agua salada subterránea cerca de la costa para la acuicultura marina. La temperatura del agua es constante y la calidad del agua es buena, lo que tiene ventajas obvias sobre el uso directo de agua de mar. Esta tecnología se ha popularizado y aplicado rápidamente.

4.2 Explotar los recursos de aguas subterráneas en poblaciones o zonas industriales para la climatización geotérmica.

Para reducir la contaminación del aire, Qingdao prohibió el uso de calderas de calefacción autoproporcionadas por unidades, promovió la aplicación de aire acondicionado geotérmico y utilizó aguas subterráneas poco profundas como fuente de energía térmica. La temperatura del agua subterránea poco profunda en esta área es de aproximadamente 65438 ± 04 ℃. Para un uso estable a largo plazo, es necesario perforar dos pozos para construir un acondicionador de aire geotérmico, uno para bombear agua y otro para inyección de agua. Después de que el agua subterránea extraída se convierte en energía térmica mediante equipos de aire acondicionado, la temperatura del agua de salida es de aproximadamente 7 °C. El agua se reinyecta en el acuífero a través del pozo de inyección de agua y se mantiene una cierta distancia entre los dos pozos para que el agua a baja temperatura reinyectada en el acuífero pueda absorber completamente la temperatura del suelo y luego calentarse hasta aproximadamente 14°C. logrando así el propósito de reciclaje.

5 Métodos técnicos para aumentar la producción de agua de pozos individuales en acuíferos débiles

Excepto valles fluviales de pequeña escala, llanuras aluviales de piedemonte, áreas ricas en agua de karst de mármol y fisuras de basalto Áreas ricas en agua. Los acuíferos o estructuras acuíferas en la mayoría de las áreas de Qingdao tienen una conductividad hidráulica deficiente y es difícil para los pozos comunes obtener un flujo de agua satisfactorio de un solo pozo. Aunque estas áreas tienen suficientes recursos de recarga, debido a las limitaciones en la tecnología de extracción de agua, el desarrollo y utilización de los recursos de agua subterránea es bajo.

En dichas áreas, ambos métodos de extracción de agua han logrado con éxito el propósito de aumentar la producción de agua de un solo pozo, y el costo de construcción del pozo es bajo.

5.1 Extracción de agua de fisuras en el lecho rocoso de pozos grandes

El diámetro de los pozos grandes en Qingdao es generalmente de 5 a 50 m, la profundidad del pozo es generalmente de 10 a 15 m y el volumen de entrada de agua de un solo pozo generalmente tiene 500 ~ 2000 m3/d. Se distribuye principalmente en áreas de distribución de agua de fisuras, como granito y rocas metamórficas. El método para formar un pozo es generalmente la excavación a cielo abierto manual o mecánica, y luego se realiza la protección del muro de piedra. Se utiliza principalmente para el riego de tierras agrícolas y un pequeño número de pozos grandes también se utilizan para el suministro centralizado de agua en ciudades y pueblos. La planta de agua de Jiaonan perforó con éxito un gran pozo con un diámetro de 50 m en el área de la llanura aluvial de la ladera del piedemonte para el suministro de agua centralizado urbano, con un suministro de agua diario de 2000-5000 m3/d El principio hidrogeológico de aumentar el número de. Los pozos grandes son otras condiciones que no son favorables. En condiciones cambiantes, el área de la sección transversal del flujo aumenta considerablemente, aumentando así la cantidad de agua que fluye hacia el pozo desde el acuífero. La principal ventaja de los grandes pozos es que pueden extraer más agua subterránea de acuíferos débiles, aumentar el consumo de agua en un solo pozo y facilitar la extracción y la gestión. Las principales desventajas son: ① El volumen de agua cambia mucho con las estaciones, especialmente en años de sequía, el volumen de agua disminuye (2) Debido al gran diámetro del pozo, el polvo u otros desechos caen fácilmente al pozo con el viento; afectando la calidad del agua. Dirección de mejora: Rellenar el pozo con grava para crear un acuífero artificial, enterrar una tubería colectora de agua horizontal en el fondo del pozo y extraer el agua subterránea directamente de la tubería colectora de agua. Esto puede lograr dos propósitos: ① facilitar la gestión y garantizar la calidad del agua; ② ocupar menos tierra cultivada y proteger el paisaje natural.

5.2 Explotación de agua intersticial en acuíferos débiles mediante pozos de pequeño diámetro

El método de extracción de agua de pozos de pequeño diámetro consiste en conectar varios pozos de pequeño diámetro en paralelo mediante la conexión de agua. Tuberías (tuberías de recolección de agua horizontales) para formar una salida unificada. En la entrada de agua, use una bomba de vacío para extraer el agua subterránea. El diámetro de los pozos de diámetro pequeño es generalmente de 5 a 8 cm, la profundidad de terminación es generalmente de 10 a 15 m, el espaciado horizontal generalmente no es inferior a 2 m y el número de pozos de diámetro pequeño es generalmente de 3 a 6, dependiendo de Depende la conductividad hidráulica del acuífero y la cantidad de pozo único a explotar. Este tipo de pozo se utiliza ampliamente en el riego de tierras agrícolas en las zonas de piedemonte y llanuras entre montañas en la parte noreste de la ciudad de Pingdu, y ha logrado buenos resultados de extracción de agua.

6 Conclusión

El desarrollo de los recursos de aguas subterráneas en Qingdao ha experimentado un proceso del desorden al orden. También ha experimentado la aparición de problemas geológicos ambientales, el tratamiento de los problemas geológicos ambientales. y la protección de los recursos hídricos subterráneos Hemos logrado algunas experiencias exitosas en el proceso de insuficiente atención y protección legislativa. Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer para restaurar y gestionar el entorno hidrogeológico de la región y lograr el objetivo de desarrollo y utilización sostenibles de los recursos de aguas subterráneas. Este artículo presenta los métodos de aplicación de los recursos de aguas subterráneas y la tecnología de extracción de agua, con el objetivo de continuar explorando los métodos de aplicación de los recursos de aguas subterráneas y la tecnología de extracción de agua en acuíferos débiles en la industria, para desarrollar y utilizar mejor y más ampliamente el agua subterránea, un recurso renovable. recurso, para el desarrollo económico.

Referencia

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Xu, Kang Fengxin. 2001. Investigación sobre desarrollo sostenible y utilización de recursos de aguas subterráneas en la provincia de Shandong. Beijing: Ocean Press.

Zhang Yongbo et al. Estado actual y tendencias de la investigación ambiental hidráulica. Beijing: Prensa de Geología.