皖江城市带饮用天然矿泉水资源开发利用现状与对策建议

黄健敏,彭玉怀,杨章贤,杨 波,胡海风,王义梅,赵晓玲

(1.安徽省公益性地质调查管理中心(安徽省地质调查与环境监测中心),安徽 合肥 230092;2.安徽省地质调查院(安徽省地质科学研究所),安徽 合肥 230001;3.安徽省地质环境监测总站(安徽省地质灾害应急技术指导中心),安徽 合肥 230001)

安徽省饮用天然矿泉水品种齐全,资源丰富,以往研究重点集中于矿泉水的形成条件和水质特征上[1-10]。在矿泉水开发利用方面,阎如璲等[1]提出了保持开采状态下水质的稳定性、进行矿泉水允许开采总量评价、优先勘查开发珍稀质优矿泉水等建议;孙凤贤[11]提出了建立矿泉水饮料基地、发展多品种饮料矿泉水和寻找硒、锂等珍稀类型矿泉水等设想;童颜[12]提出了完善矿泉水审批监管、深入研究矿泉水形成机理、加强矿泉水水源地保护、杜绝过量开采等建议。总体上看,以往研究对于矿泉水开发利用的探讨侧重于管理层面的宏观阐述,很少从矿泉水化学成分来源和作用机制、资源可持续利用条件、资源储量评价方法等科学认知层面系统分析制约矿泉水开发利用的深层次因素。

皖江城市带饮用天然矿泉水井(泉)单井勘查评价时间跨度从20世纪80年代到现在,不同时期采用不同版本的国家标准作为依据,有的井(泉)水质不再符合现行国家标准,而且总溶解固体(Total Dissolved Solids,TDS)的概念在勘查评价工作中常被错误理解为总溶解盐(Total Dissolved Salt),有的矿泉水井(泉)水质数据在辗转引用中出现差错,造成错误理解。

本文依据《GB 8537—2018食品安全国家标准——饮用天然矿泉水》[13],对皖江城市带已勘查评价的饮用天然矿泉水井(泉)资料,根据原始勘查评价报告和水质分析数据逐一复核,统计允许开采量和现状开采量。结合矿泉水的资源禀赋、经济社会发展及生态环境保护需求,深入分析矿泉水资源开发利用存在的主要问题,提出相应的对策建议。该研究结果对于深化矿泉水勘查开发工作、优化矿泉水勘查开发布局、提高矿泉水资源开发利用水平、将资源优势转换为经济优势具有重要的指导意义。

1 研究区概况

1.第四系;2.新近系;3.古近系;4.白垩系;5.上侏罗统—下白垩统;6.上侏罗统;7.中—下侏罗统并层;8.三叠系;9.上古生界(泥盆系、石炭系、二叠系并层);10.志留系;11.奥陶系;12.寒武系;13.震旦系;14.南华系、震旦系并层;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.喜马拉雅期基性岩;23.喜马拉雅期超基性岩;24.燕山晚期酸性岩;25.燕山早期酸性岩;26.燕山晚期闪长岩类;27.燕山早期闪长岩类;28.燕山晚期正长岩类;29.燕山晚期基性岩;30.新元古代酸性岩;31.新元古代闪长岩类;32.中元古代基性岩;33.时代不明超基性岩;34.地质界线;35.断层;36.构造单元分界线;37.华北陆块;38.大别造山带;39.扬子陆块;40.面状水系;41.河流;42.市;43.县;44.矿泉水井(泉)图1 皖江城市带地质概况及饮用天然矿泉水井(泉)分布图Fig. 1 Geology and distribution of drinking natural mineral water wells (springs) of the Anhui urban belt along the Yangtze River

该区矿泉水类型分别是偏硅酸型、偏硅酸锶型、偏硅酸锶锂型、锶型、锶锌型和碳酸偏硅酸锶型,在孔隙、孔隙裂隙、孔洞裂隙、裂隙、裂隙岩溶5种含水介质中均有发育[15]。其中,赋存于孔隙中的矿泉水10处,分布于扬子陆块下扬子被动陆缘沿江平原,含水岩系为新近纪中新世和第四纪更新世砂砾石层,矿泉水类型主要为偏硅酸型、偏硅酸锶型,兼有碳酸偏硅酸锶型;赋存于孔隙裂隙中的矿泉水21处,分布于华北陆块霍邱—蚌埠隆起霍邱断隆和扬子陆块下扬子被动陆缘,含水岩系为白垩纪、古近纪红层,矿泉水类型主要为偏硅酸锶型;赋存于孔洞裂隙中的矿泉水4处,分布于扬子陆块下扬子被动陆缘皖东地区,含水岩系为喜山期玄武岩,矿泉水类型主要为偏硅酸锶型;赋存于裂隙中的矿泉水22处,华北陆块、大别造山带、扬子陆块均有分布,含水岩系为晋宁期和燕山期中酸性侵入岩、古生代和中生代碎屑岩、白垩纪火山碎屑岩、新太古代—古元古代变质岩,矿泉水类型以偏硅酸型为主;赋存于裂隙岩溶中的矿泉水15处,分布于华北陆块和扬子陆块,含水岩系为古生代、中生代碳酸盐岩和新太古代—古元古代大理岩,矿泉水类型以锶型为主[15]。

2 矿泉水允许开采量

2.1 已勘查评价矿泉水井(泉)允许开采量

截至2019年,皖江城市带已勘查评价的矿泉水井(泉)共计76个,其中符合《GB 8537—2018食品安全国家标准——饮用天然矿泉水》[13]要求的矿泉水井(泉)72个,允许开采量总计24 207.71 m3/d(表1)[15]。偏硅酸锶型、锶型、偏硅酸型矿泉水资源最丰富,允许开采量分别为7 196.66 m3/d、6 297.79 m3/d、5 795.26 m3/d;碳酸偏硅酸锶型矿泉水资源也较丰富,允许开采量达3 868 m3/d;偏硅酸锶锂型和锶锌型矿泉水资源较少。

表1 皖江城市带已勘查评价矿泉水井(泉)饮用天然矿泉水允许开采量统计结果Table 1 Statistics of allowable mining yield of drinking natural mineral water of the Anhui urban belt along the Yangtze River

偏硅酸锶型矿泉水资源以合肥市、滁州市、芜湖市较丰富,允许开采量分别为2 787 m3/d、2 453.66 m3/d、1 040 m3/d;锶型矿泉水资源以马鞍山市、合肥市较丰富,允许开采量分别为3 070 m3/d、1 495.79 m3/d;偏硅酸型矿泉水资源以滁州市、六安市较丰富,允许开采量分别为2 234 m3/d、1 600 m3/d;碳酸偏硅酸锶型矿泉水资源集中分布在滁州市和芜湖市,其中滁州市碳酸偏硅酸锶型矿泉水允许开采量达3 168 m3/d。

2.2 矿泉水井(泉)保存情况及现存井(泉)允许开采量

由于城市建设和维护不力等原因,皖江城市带72个矿泉水井(泉)中,28个矿泉水井(泉)已损毁灭失,允许开采量为6 667.26 m3/d。现存矿泉水井(泉)44个,保存率61.1%,其中状态良好的19个,状态一般的25个(表2),允许开采量为17 540.45 m3/d(表3)[15]。

表2 皖江城市带饮用天然矿泉水井(泉)现状统计结果Table 2 Statistics of drinking natural mineral water wells (springs) of the Anhui urban belt along the Yangtze River

表3 皖江城市带现存与损毁灭失井(泉)饮用天然矿泉水允许开采量统计结果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 矿泉水开发利用现状

3.1 矿泉水开发利用方式

皖江城市带实际开发利用的矿泉水井(泉)只有20个,允许开采量1 306.39 m3/d,仅占现存井(泉)允许开采量的7.45%。矿泉水开采用于生产饮料、酿酒、生活用水、温泉洗浴,以生活用水和生产饮料为主(表4)[15]。

表4 皖江城市带饮用天然矿泉水开发利用统计表Table 4 Development and utilization of natural mineral water for drinking of the Anhui urban belt along the Yangtze River

3.2 各城市矿泉水开发利用状况

饮用天然矿泉水开发利用集中于滁州市和六安市,两市开采量占总开采量的89.22%,各市均有大量矿泉水资源闲置(表5)[15]。

表5 皖江城市带饮用天然矿泉水现状开采量统计表(按城市统计)Table 5 Current mining natural mineral water of the Anhui urban belt along the Yangtze River (per city)

3.3 各类型矿泉水开发利用状况

皖江城市带现状开采的矿泉水类型为偏硅酸型、偏硅酸锶型、锶型。锶锌型,特别是碳酸偏硅酸锶型、偏硅酸锶锂型矿泉水资源较可观,均未有效开发利用(表6)[15]。

表6 皖江城市带饮用天然矿泉水现状开采量统计表(按矿泉水类型统计)Table 6 Current mining natural mineral water of the Anhui urban belt along the Yangtze River (per mineral water type)

4 矿泉水开发利用存在的主要问题

4.1 资源大量闲置与供给不足并存,资源潜力未能转化为现实效益

皖江城市带饮用天然矿泉水开发利用程度很低,资源大量闲置。同时,一些企业的资源需求得不到供给。例如,黄山区某矿泉水厂通过向天然偏硅酸型矿泉水灌注人工合成CO2的方法生产高档气泡矿泉水,经济效益显著,后来CO2供应商不再供货而被迫停产这一品种。另一方面,勘查评价结果表明,滁州市天长地区有储量较丰富的天然碳酸偏硅酸锶型矿泉水,但以前部分开采用于啤酒生产和城市生活供水,近十几年已经禁采。天然碳酸型矿泉水在饮用水市场上属于高端产品,含CO2的天然碳酸型矿泉水对肠胃系统、循环系统疾病和高血压、冠心病等均有一定疗效,远优于人工灌注CO2生产、没有医疗保健作用的汽水。由于资源供给与需求不能有效配置,导致优质资源无法创造效益。

4.2 优质低用,造成资源浪费

皖江城市带饮用天然矿泉水资源开发利用大多为生活用水、生产饮料、酿酒和洗浴,其中生活用水和洗浴占64%。矿泉水是一种含有一定量矿物质(特别是有益的微量元素)和气体成分的地下水,具有医疗保健作用,而可供饮用的普通地下水,其矿物质和气体成分含量低,没有明显的医疗保健效果。将饮用天然矿泉水作为普通地下水用于生活用水和洗浴,没有充分利用其独特功效,经济价值也没有充分体现,是一种资源浪费。

4.3 矿泉水井(泉)缺乏保护,毁损严重,水源地卫生防护存在漏洞

由于缺乏保护,皖江城市带饮用天然矿泉水井(泉)在城市建设过程中损毁率高达27.5%,涉及允许开采量达6 667.26 m3/d,如天长地区2处碳酸偏硅酸锶型矿泉水井已毁损。

2017年完成的“安徽省饮用天然矿泉水调查评价”项目实测数据表明,部分矿泉水水源硝酸盐、大肠菌群、粪链球菌、铜绿假单胞菌、产气荚膜梭菌等均有不同程度的超标,表明矿泉水水源地保护存在漏洞,卫生状况堪忧。

4.4 矿泉水化学成分来源和作用机制缺乏深入分析,开发利用科学依据不足

(1)对于饮用天然矿泉水中Sr、CO2来源缺乏明确认识。大部分勘查评价报告在分析Sr来源时罗列了所有的可能性,但对其主导的水化学过程未作准确判断。

(2)饮用天然矿泉水应是来自地下深处的地下水,但大部分勘查评价报告中对矿泉水是否存在深循环未提供有力的证据。1987年版饮用天然矿泉水国家标准(GB 8537—87)对H2SiO3含量25～30 mg/L和Sr含量0.2～0.4 mg/L的矿泉水规定了其温度和年龄(水温达20°C或氚同位素年龄超过10年),之后的GB 8537—1995、GB 8537—2008、GB 8537—2018标准不再有年龄规定,只有温度要求。但无论是年龄要求还是温度要求,实际上应当都是要求地下水深循环[13,16-18]。

(3)矿泉水水质数据未作系统分析,没有充分挖掘有意义的信息。例如,有2个矿泉水浅井,TDS较低而Cl-含量较高,这一反常现象实质上是矿泉水可能受污染的标志,应结合水井的具体环境作进一步查证和分析,但勘查评价报告均忽视了这一现象,未作查证和分析。查阅勘查评价报告发现,Cl-含量异常的2个浅井,一个在居民区,一个在工厂,遭受Cl-污染的可能性较大。

(4)大部分矿泉水勘查评价未作δ2H、δ18O、14C等环境同位素测试,对矿泉水形成条件和水化学作用机制无法作深入分析,对矿泉水资源属性难以作出明确判断,不能为资源评价选择合适的方法提供准确依据[19]。皖江城市带72个矿泉水井(泉),有3H测试数据的占40%,有δ2H、δ18O测试数据的只有6个,而有14C测试数据的只有1个。

(5)没有根据资源属性选择合适的允许开采量计算方法。矿泉水勘查评价报告中计算允许开采量的基本方法是:① 泉,以枯季流量作为允许开采量,枯季流量采用实测值或采用布西涅斯克方程计算;② 井,依据稳定流抽水试验结果,采用裘布衣公式[20-22]计算。裘布衣公式有严格的适用前提,必须具备形成稳定流的水文地质条件[23-24],但很多情形并不具备这样的条件,古水尤其如此[19,25]。赋存于深部孔隙含水层和孔隙裂隙含水层等封闭系统中的矿泉水,不能接受现代大气降水补给,开采主要消耗历史时期形成的储存资源,不能形成稳定流[25]。薛禹群[23]、陈崇希[24]均指出,对于没有补给的含水层,利用稳定流公式计算允许开采量会得出错误的结论。

5 矿泉水开发利用对策建议

5.1 促进矿泉水有序开发利用,加强矿泉水水源地保护

(1)自然资源管理部门加强政策引导,采用多种信息渠道及时向社会特别是相关企业公开矿泉水勘查评价结果,避免资源大量闲置与资源供给不足同时存在。

(2)引导矿泉水优质优用,充分发挥优质资源的经济社会效益,尽可能避免将矿泉水作为普通地下水开采利用。

(3)保护好矿泉水井(泉),制定、落实保护措施,制作标志标牌,注明矿泉水基本信息、权属和保护责任单位,避免其进一步遭到毁损。

(4)按照规范要求,做好矿泉水水源地卫生防护。浅井存在污染隐患,今后不应再批准浅井矿泉水勘查评价,已勘查评价的浅井矿泉水也不应再作为矿泉水来进行开发利用。

5.2 重视矿泉水勘查评价中的综合研究,深化矿泉水化学成分来源和作用机制的认识

(1)矿泉水勘查评价应作δ2H、δ18O、14C等环境同位素测试,并对环境同位素、化学成分数据进行深入分析,为判断地下水循环条件、形成年龄和资源属性提供依据[19,25-26]。全新世形成的现代水和次现代水,资源更新能力好,具备可持续利用的条件,但应注意其是否满足饮用天然矿泉水深循环这一必需条件以及是否容易遭受污染等问题。更新世形成的古水,基本不具备资源更新能力,应当更加关注其可持续利用条件[19,25]。

(2)对碳酸偏硅酸锶型、锶锌型、偏硅酸锂型矿泉水进行专门调查评价,查明其赋存层位、形成条件和水化学作用机制,为其开发利用和保护提供坚实支撑。

5.3 科学规划矿泉水勘查评价和开发利用布局,重点开展天长地区碳酸偏硅酸锶型矿泉水、大别山区矿泉水勘查开发,助力沿江地区产业结构调整和大别山区乡村振兴

(1)基于皖江城市带矿泉水的资源禀赋和特点,以市场需求为导向,科学规划矿泉水勘查评价和开发利用布局,引领勘查开发方向,实现资源高效配置。

(2)天长地区新近纪中新世洞玄观组砂砾石层具有形成碳酸偏硅酸锶型矿泉水的地质背景[15],已勘查评价2处碳酸型矿泉水。碳酸型矿泉水属于珍稀品类,市场前景良好,但天长地区未进行过系统勘查,碳酸偏硅酸锶型矿泉水分布赋存状况、资源属性和储量均不清楚。建议开展专项勘查,促进开发利用,将资源潜力转化为现实经济社会效益,助力沿江地区产业结构调整,支撑长江经济带“共抓大保护、不搞大开发”战略的实施。

(3)大别山区是国家重点生态功能区和长江、淮河流域重要的生态安全屏障,自然环境优越,广泛分布的变质岩和侵入岩有利于形成偏硅酸型矿泉水,严格的生态环境保护措施使矿泉水基本保持了天然优质状态。建议开展大别山区矿泉水专项勘查评价,提交一批矿泉水水源地,形成具有相当规模的矿泉水产业,助力革命老区乡村振兴,探索生态环境脆弱地区在严格的生态环境保护约束下发展经济的新路径。

6 结论

(1)皖江城市带已经发现饮用天然矿泉水6种,分别是偏硅酸型、偏硅酸锶型、偏硅酸锶锂型、锶型、锶锌型、碳酸偏硅酸锶型,在孔隙、孔隙裂隙、孔洞裂隙、裂隙、裂隙岩溶5种含水介质中均有发育。现存井(泉)允许开采量17 540.45 m3/d,现状开采量1 306.39 m3/d,仅占现存井(泉)允许开采量的7.45%,资源大量闲置。

(2)矿泉水开发利用除存在资源闲置和资源不足并存、资源优质低用、水源保护不力等问题外,深层次的开发、利用基础依据不坚实等问题尤为突出,主要包括矿泉水化学成分来源和作用机制认识不深入、资源可持续利用条件不清楚、资源储量评价方法不合理等。

(3)建议加强政策引导,公开矿泉水勘查评价成果,加强矿泉水水源地保护,优化矿泉水资源配置;着力深化矿泉水化学成分来源和作用机制的认识,正确认识资源属性,合理评价资源储量,为开发利用提供坚实的基础依据;科学规划矿泉水勘查开发布局,重点开展天长地区碳酸偏硅酸锶型矿泉水、大别山区矿泉水勘查开发,助力产业结构调整和乡村振兴。