皖江城市帶飲用天然礦泉水資源開發利用現狀與對策建議

黃健敏,彭玉懷,楊章賢,楊 波,胡海風,王義梅,趙曉玲

(1.安徽省公益性地質調查管理中心(安徽省地質調查與環境監測中心),安徽 合肥 230092;2.安徽省地質調查院(安徽省地質科學研究所),安徽 合肥 230001;3.安徽省地質環境監測總站(安徽省地質災害應急技術指導中心),安徽 合肥 230001)

安徽省飲用天然礦泉水品種齊全,資源豐富,以往研究重點集中于礦泉水的形成條件和水質特征上[1-10]。在礦泉水開發利用方面,閻如璲等[1]提出了保持開采狀態下水質的穩定性、進行礦泉水允許開采總量評價、優先勘查開發珍稀質優礦泉水等建議;孫鳳賢[11]提出了建立礦泉水飲料基地、發展多品種飲料礦泉水和尋找硒、鋰等珍稀類型礦泉水等設想;童顏[12]提出了完善礦泉水審批監管、深入研究礦泉水形成機理、加強礦泉水水源地保護、杜絕過量開采等建議?？傮w上看,以往研究對于礦泉水開發利用的探討側重于管理層面的宏觀闡述,很少從礦泉水化學成分來源和作用機制、資源可持續利用條件、資源儲量評價方法等科學認知層面系統分析制約礦泉水開發利用的深層次因素。

皖江城市帶飲用天然礦泉水井(泉)單井勘查評價時間跨度從20世紀80年代到現在,不同時期采用不同版本的國家標準作為依據,有的井(泉)水質不再符合現行國家標準,而且總溶解固體(Total Dissolved Solids,TDS)的概念在勘查評價工作中常被錯誤理解為總溶解鹽(Total Dissolved Salt),有的礦泉水井(泉)水質數據在輾轉引用中出現差錯,造成錯誤理解。

本文依據《GB 8537—2018食品安全國家標準——飲用天然礦泉水》[13],對皖江城市帶已勘查評價的飲用天然礦泉水井(泉)資料,根據原始勘查評價報告和水質分析數據逐一復核,統計允許開采量和現狀開采量。結合礦泉水的資源稟賦、經濟社會發展及生態環境保護需求,深入分析礦泉水資源開發利用存在的主要問題,提出相應的對策建議。該研究結果對于深化礦泉水勘查開發工作、優化礦泉水勘查開發布局、提高礦泉水資源開發利用水平、將資源優勢轉換為經濟優勢具有重要的指導意義。

1 研究區概況

1.第四系;2.新近系;3.古近系;4.白堊系;5.上侏羅統—下白堊統;6.上侏羅統;7.中—下侏羅統并層;8.三疊系;9.上古生界(泥盆系、石炭系、二疊系并層);10.志留系;11.奧陶系;12.寒武系;13.震旦系;14.南華系、震旦系并層;15.新元古界—下古生界;16.青白口系;17.新元古界;18.中元古界—新元古界;19.中元古界;20.古元古界—中元古界;21.新太古界—古元古界; 22.喜馬拉雅期基性巖;23.喜馬拉雅期超基性巖;24.燕山晚期酸性巖;25.燕山早期酸性巖;26.燕山晚期閃長巖類;27.燕山早期閃長巖類;28.燕山晚期正長巖類;29.燕山晚期基性巖;30.新元古代酸性巖;31.新元古代閃長巖類;32.中元古代基性巖;33.時代不明超基性巖;34.地質界線;35.斷層;36.構造單元分界線;37.華北陸塊;38.大別造山帶;39.揚子陸塊;40.面狀水系;41.河流;42.市;43.縣;44.礦泉水井(泉)圖1 皖江城市帶地質概況及飲用天然礦泉水井(泉)分布圖Fig. 1 Geology and distribution of drinking natural mineral water wells (springs) of the Anhui urban belt along the Yangtze River

該區礦泉水類型分別是偏硅酸型、偏硅酸鍶型、偏硅酸鍶鋰型、鍶型、鍶鋅型和碳酸偏硅酸鍶型,在孔隙、孔隙裂隙、孔洞裂隙、裂隙、裂隙巖溶5種含水介質中均有發育[15]。其中,賦存于孔隙中的礦泉水10處,分布于揚子陸塊下揚子被動陸緣沿江平原,含水巖系為新近紀中新世和第四紀更新世砂礫石層,礦泉水類型主要為偏硅酸型、偏硅酸鍶型,兼有碳酸偏硅酸鍶型;賦存于孔隙裂隙中的礦泉水21處,分布于華北陸塊霍邱—蚌埠隆起霍邱斷隆和揚子陸塊下揚子被動陸緣,含水巖系為白堊紀、古近紀紅層,礦泉水類型主要為偏硅酸鍶型;賦存于孔洞裂隙中的礦泉水4處,分布于揚子陸塊下揚子被動陸緣皖東地區,含水巖系為喜山期玄武巖,礦泉水類型主要為偏硅酸鍶型;賦存于裂隙中的礦泉水22處,華北陸塊、大別造山帶、揚子陸塊均有分布,含水巖系為晉寧期和燕山期中酸性侵入巖、古生代和中生代碎屑巖、白堊紀火山碎屑巖、新太古代—古元古代變質巖,礦泉水類型以偏硅酸型為主;賦存于裂隙巖溶中的礦泉水15處,分布于華北陸塊和揚子陸塊,含水巖系為古生代、中生代碳酸鹽巖和新太古代—古元古代大理巖,礦泉水類型以鍶型為主[15]。

2 礦泉水允許開采量

2.1 已勘查評價礦泉水井(泉)允許開采量

截至2019年,皖江城市帶已勘查評價的礦泉水井(泉)共計76個,其中符合《GB 8537—2018食品安全國家標準——飲用天然礦泉水》[13]要求的礦泉水井(泉)72個,允許開采量總計24 207.71 m3/d(表1)[15]。偏硅酸鍶型、鍶型、偏硅酸型礦泉水資源最豐富,允許開采量分別為7 196.66 m3/d、6 297.79 m3/d、5 795.26 m3/d;碳酸偏硅酸鍶型礦泉水資源也較豐富,允許開采量達3 868 m3/d;偏硅酸鍶鋰型和鍶鋅型礦泉水資源較少。

表1 皖江城市帶已勘查評價礦泉水井(泉)飲用天然礦泉水允許開采量統計結果Table 1 Statistics of allowable mining yield of drinking natural mineral water of the Anhui urban belt along the Yangtze River

偏硅酸鍶型礦泉水資源以合肥市、滁州市、蕪湖市較豐富,允許開采量分別為2 787 m3/d、2 453.66 m3/d、1 040 m3/d;鍶型礦泉水資源以馬鞍山市、合肥市較豐富,允許開采量分別為3 070 m3/d、1 495.79 m3/d;偏硅酸型礦泉水資源以滁州市、六安市較豐富,允許開采量分別為2 234 m3/d、1 600 m3/d;碳酸偏硅酸鍶型礦泉水資源集中分布在滁州市和蕪湖市,其中滁州市碳酸偏硅酸鍶型礦泉水允許開采量達3 168 m3/d。

2.2 礦泉水井(泉)保存情況及現存井(泉)允許開采量

由于城市建設和維護不力等原因,皖江城市帶72個礦泉水井(泉)中,28個礦泉水井(泉)已損毀滅失,允許開采量為6 667.26 m3/d?，F存礦泉水井(泉)44個,保存率61.1%,其中狀態良好的19個,狀態一般的25個(表2),允許開采量為17 540.45 m3/d(表3)[15]。

表2 皖江城市帶飲用天然礦泉水井(泉)現狀統計結果Table 2 Statistics of drinking natural mineral water wells (springs) of the Anhui urban belt along the Yangtze River

表3 皖江城市帶現存與損毀滅失井(泉)飲用天然礦泉水允許開采量統計結果Table 3 Statistics of allowable mining capacity of drinking natural mineral water from existing and damaged wells (springs) of the Anhui urban belt along the Yangtze River

3 礦泉水開發利用現狀

3.1 礦泉水開發利用方式

皖江城市帶實際開發利用的礦泉水井(泉)只有20個,允許開采量1 306.39 m3/d,僅占現存井(泉)允許開采量的7.45%。礦泉水開采用于生產飲料、釀酒、生活用水、溫泉洗浴,以生活用水和生產飲料為主(表4)[15]。

表4 皖江城市帶飲用天然礦泉水開發利用統計表Table 4 Development and utilization of natural mineral water for drinking of the Anhui urban belt along the Yangtze River

3.2 各城市礦泉水開發利用狀況

飲用天然礦泉水開發利用集中于滁州市和六安市,兩市開采量占總開采量的89.22%,各市均有大量礦泉水資源閑置(表5)[15]。

表5 皖江城市帶飲用天然礦泉水現狀開采量統計表(按城市統計)Table 5 Current mining natural mineral water of the Anhui urban belt along the Yangtze River (per city)

3.3 各類型礦泉水開發利用狀況

皖江城市帶現狀開采的礦泉水類型為偏硅酸型、偏硅酸鍶型、鍶型。鍶鋅型,特別是碳酸偏硅酸鍶型、偏硅酸鍶鋰型礦泉水資源較可觀,均未有效開發利用(表6)[15]。

表6 皖江城市帶飲用天然礦泉水現狀開采量統計表(按礦泉水類型統計)Table 6 Current mining natural mineral water of the Anhui urban belt along the Yangtze River (per mineral water type)

4 礦泉水開發利用存在的主要問題

4.1 資源大量閑置與供給不足并存,資源潛力未能轉化為現實效益

皖江城市帶飲用天然礦泉水開發利用程度很低,資源大量閑置。同時,一些企業的資源需求得不到供給。例如,黃山區某礦泉水廠通過向天然偏硅酸型礦泉水灌注人工合成CO2的方法生產高檔氣泡礦泉水,經濟效益顯著,后來CO2供應商不再供貨而被迫停產這一品種。另一方面,勘查評價結果表明,滁州市天長地區有儲量較豐富的天然碳酸偏硅酸鍶型礦泉水,但以前部分開采用于啤酒生產和城市生活供水,近十幾年已經禁采。天然碳酸型礦泉水在飲用水市場上屬于高端產品,含CO2的天然碳酸型礦泉水對腸胃系統、循環系統疾病和高血壓、冠心病等均有一定療效,遠優于人工灌注CO2生產、沒有醫療保健作用的汽水。由于資源供給與需求不能有效配置,導致優質資源無法創造效益。

4.2 優質低用,造成資源浪費

皖江城市帶飲用天然礦泉水資源開發利用大多為生活用水、生產飲料、釀酒和洗浴,其中生活用水和洗浴占64%。礦泉水是一種含有一定量礦物質(特別是有益的微量元素)和氣體成分的地下水,具有醫療保健作用,而可供飲用的普通地下水,其礦物質和氣體成分含量低,沒有明顯的醫療保健效果。將飲用天然礦泉水作為普通地下水用于生活用水和洗浴,沒有充分利用其獨特功效,經濟價值也沒有充分體現,是一種資源浪費。

4.3 礦泉水井(泉)缺乏保護,毀損嚴重,水源地衛生防護存在漏洞

由于缺乏保護,皖江城市帶飲用天然礦泉水井(泉)在城市建設過程中損毀率高達27.5%,涉及允許開采量達6 667.26 m3/d,如天長地區2處碳酸偏硅酸鍶型礦泉水井已毀損。

2017年完成的“安徽省飲用天然礦泉水調查評價”項目實測數據表明,部分礦泉水水源硝酸鹽、大腸菌群、糞鏈球菌、銅綠假單胞菌、產氣莢膜梭菌等均有不同程度的超標,表明礦泉水水源地保護存在漏洞,衛生狀況堪憂。

4.4 礦泉水化學成分來源和作用機制缺乏深入分析,開發利用科學依據不足

(1)對于飲用天然礦泉水中Sr、CO2來源缺乏明確認識。大部分勘查評價報告在分析Sr來源時羅列了所有的可能性,但對其主導的水化學過程未作準確判斷。

(2)飲用天然礦泉水應是來自地下深處的地下水,但大部分勘查評價報告中對礦泉水是否存在深循環未提供有力的證據。1987年版飲用天然礦泉水國家標準(GB 8537—87)對H2SiO3含量25～30 mg/L和Sr含量0.2～0.4 mg/L的礦泉水規定了其溫度和年齡(水溫達20°C或氚同位素年齡超過10年),之后的GB 8537—1995、GB 8537—2008、GB 8537—2018標準不再有年齡規定,只有溫度要求。但無論是年齡要求還是溫度要求,實際上應當都是要求地下水深循環[13,16-18]。

(3)礦泉水水質數據未作系統分析,沒有充分挖掘有意義的信息。例如,有2個礦泉水淺井,TDS較低而Cl-含量較高,這一反?，F象實質上是礦泉水可能受污染的標志,應結合水井的具體環境作進一步查證和分析,但勘查評價報告均忽視了這一現象,未作查證和分析。查閱勘查評價報告發現,Cl-含量異常的2個淺井,一個在居民區,一個在工廠,遭受Cl-污染的可能性較大。

(4)大部分礦泉水勘查評價未作δ2H、δ18O、14C等環境同位素測試,對礦泉水形成條件和水化學作用機制無法作深入分析,對礦泉水資源屬性難以作出明確判斷,不能為資源評價選擇合適的方法提供準確依據[19]。皖江城市帶72個礦泉水井(泉),有3H測試數據的占40%,有δ2H、δ18O測試數據的只有6個,而有14C測試數據的只有1個。

(5)沒有根據資源屬性選擇合適的允許開采量計算方法。礦泉水勘查評價報告中計算允許開采量的基本方法是:① 泉,以枯季流量作為允許開采量,枯季流量采用實測值或采用布西涅斯克方程計算;② 井,依據穩定流抽水試驗結果,采用裘布衣公式[20-22]計算。裘布衣公式有嚴格的適用前提,必須具備形成穩定流的水文地質條件[23-24],但很多情形并不具備這樣的條件,古水尤其如此[19,25]。賦存于深部孔隙含水層和孔隙裂隙含水層等封閉系統中的礦泉水,不能接受現代大氣降水補給,開采主要消耗歷史時期形成的儲存資源,不能形成穩定流[25]。薛禹群[23]、陳崇希[24]均指出,對于沒有補給的含水層,利用穩定流公式計算允許開采量會得出錯誤的結論。

5 礦泉水開發利用對策建議

5.1 促進礦泉水有序開發利用,加強礦泉水水源地保護

(1)自然資源管理部門加強政策引導,采用多種信息渠道及時向社會特別是相關企業公開礦泉水勘查評價結果,避免資源大量閑置與資源供給不足同時存在。

(2)引導礦泉水優質優用,充分發揮優質資源的經濟社會效益,盡可能避免將礦泉水作為普通地下水開采利用。

(3)保護好礦泉水井(泉),制定、落實保護措施,制作標志標牌,注明礦泉水基本信息、權屬和保護責任單位,避免其進一步遭到毀損。

(4)按照規范要求,做好礦泉水水源地衛生防護。淺井存在污染隱患,今后不應再批準淺井礦泉水勘查評價,已勘查評價的淺井礦泉水也不應再作為礦泉水來進行開發利用。

5.2 重視礦泉水勘查評價中的綜合研究,深化礦泉水化學成分來源和作用機制的認識

(1)礦泉水勘查評價應作δ2H、δ18O、14C等環境同位素測試,并對環境同位素、化學成分數據進行深入分析,為判斷地下水循環條件、形成年齡和資源屬性提供依據[19,25-26]。全新世形成的現代水和次現代水,資源更新能力好,具備可持續利用的條件,但應注意其是否滿足飲用天然礦泉水深循環這一必需條件以及是否容易遭受污染等問題。更新世形成的古水,基本不具備資源更新能力,應當更加關注其可持續利用條件[19,25]。

(2)對碳酸偏硅酸鍶型、鍶鋅型、偏硅酸鋰型礦泉水進行專門調查評價,查明其賦存層位、形成條件和水化學作用機制,為其開發利用和保護提供堅實支撐。

5.3 科學規劃礦泉水勘查評價和開發利用布局,重點開展天長地區碳酸偏硅酸鍶型礦泉水、大別山區礦泉水勘查開發,助力沿江地區產業結構調整和大別山區鄉村振興

(1)基于皖江城市帶礦泉水的資源稟賦和特點,以市場需求為導向,科學規劃礦泉水勘查評價和開發利用布局,引領勘查開發方向,實現資源高效配置。

(2)天長地區新近紀中新世洞玄觀組砂礫石層具有形成碳酸偏硅酸鍶型礦泉水的地質背景[15],已勘查評價2處碳酸型礦泉水。碳酸型礦泉水屬于珍稀品類,市場前景良好,但天長地區未進行過系統勘查,碳酸偏硅酸鍶型礦泉水分布賦存狀況、資源屬性和儲量均不清楚。建議開展專項勘查,促進開發利用,將資源潛力轉化為現實經濟社會效益,助力沿江地區產業結構調整,支撐長江經濟帶“共抓大保護、不搞大開發”戰略的實施。

(3)大別山區是國家重點生態功能區和長江、淮河流域重要的生態安全屏障,自然環境優越,廣泛分布的變質巖和侵入巖有利于形成偏硅酸型礦泉水,嚴格的生態環境保護措施使礦泉水基本保持了天然優質狀態。建議開展大別山區礦泉水專項勘查評價,提交一批礦泉水水源地,形成具有相當規模的礦泉水產業,助力革命老區鄉村振興,探索生態環境脆弱地區在嚴格的生態環境保護約束下發展經濟的新路徑。

6 結論

(1)皖江城市帶已經發現飲用天然礦泉水6種,分別是偏硅酸型、偏硅酸鍶型、偏硅酸鍶鋰型、鍶型、鍶鋅型、碳酸偏硅酸鍶型,在孔隙、孔隙裂隙、孔洞裂隙、裂隙、裂隙巖溶5種含水介質中均有發育?，F存井(泉)允許開采量17 540.45 m3/d,現狀開采量1 306.39 m3/d,僅占現存井(泉)允許開采量的7.45%,資源大量閑置。

(2)礦泉水開發利用除存在資源閑置和資源不足并存、資源優質低用、水源保護不力等問題外,深層次的開發、利用基礎依據不堅實等問題尤為突出,主要包括礦泉水化學成分來源和作用機制認識不深入、資源可持續利用條件不清楚、資源儲量評價方法不合理等。

(3)建議加強政策引導,公開礦泉水勘查評價成果,加強礦泉水水源地保護,優化礦泉水資源配置;著力深化礦泉水化學成分來源和作用機制的認識,正確認識資源屬性,合理評價資源儲量,為開發利用提供堅實的基礎依據;科學規劃礦泉水勘查開發布局,重點開展天長地區碳酸偏硅酸鍶型礦泉水、大別山區礦泉水勘查開發,助力產業結構調整和鄉村振興。