華北平原水資源合理開發(fā)利用的思路與舉措

劉少玉，劉鵬飛，周曉妮，王 哲，宋淑紅

（中國地質科學院水文地質環(huán)境地質研究所，河北石家莊 050061）

華北平原水資源合理開發(fā)利用的思路與舉措

劉少玉，劉鵬飛，周曉妮，王 哲，宋淑紅

（中國地質科學院水文地質環(huán)境地質研究所，河北石家莊 050061）

經(jīng)過幾十年的大量開采利用，華北平原地下水資源不僅表現(xiàn)為區(qū)域超采和局部嚴重超采，也暴露出地下水補給源嚴重萎縮的問題。其主要表現(xiàn)在中西部粗質平原的地下水易補給區(qū)，因匯流山地水庫強力攔蓄，河道主體補給功能喪失，而在中東部細質平原的徑流主產(chǎn)區(qū)，因水位埋藏淺和水質咸化，降水徑流不能形成對地下水的有效補給，蒸發(fā)流失嚴重。以往實踐強調山區(qū)水利工程建設而輕視了東部低平原區(qū)徑流攔蓄利用，重視對高海拔咸水體的改造利用而忽視了對低海拔咸水體的改造利用，強化地表水庫建設的重要性而忽略了地下水庫的重要性。面對華北平原供水緊張的嚴峻形勢，調整水資源開發(fā)戰(zhàn)略勢在必行，其具體思路是：以千方百計提高降水利用水平為中心，調整和改善水資源開發(fā)利用整體布局；以地下水補給調蓄為重點，大力集蓄雨洪水和改造利用淺層水，充分發(fā)揮地表水和地下水兩大功能作用。其具體舉措有：實施山前梯級水壩的地下水庫“回灌”工程；實施中東部及濱海淡水蓄水利用工程；實施東部淺層地下水規(guī)模化改造開發(fā)利用工程。若上述措施得以實施，可使降水利用率從現(xiàn)狀的20．65%提高到26%以上，則華北平原供水問題有望獲得解決。

水資源；地下水；回灌；雨洪水利用；淺層水改造；華北平原；思路與舉措

0 引 言

華北平原包括京、津、冀、豫北和魯北的平原地區(qū)，總面積13．92×104km2，是中國北方重要的政治、文化中心，是首都經(jīng)濟圈、環(huán)渤海經(jīng)濟帶所在地，也是重要的糧棉產(chǎn)區(qū)。華北平原水資源短缺狀況由來已久，近40年來，隨著氣溫升高、降水減少、蒸發(fā)加大以及地區(qū)人口增多、工農業(yè)用水增大、水利工程截流損失以及污染浪費等，使可用水資源急劇減少，缺水威脅越來越嚴重。華北平原地下水資源經(jīng)過30多年的大量開采利用，不僅表現(xiàn)為區(qū)域超采和局部嚴重超采，也暴露出地下水補給源的嚴重萎縮問題。其主要表現(xiàn)在中西部粗質平原的地下水易補給區(qū)，因匯流山地水庫強力攔蓄，河道主體補給功能喪失；而在中東部細質平原的徑流主產(chǎn)區(qū)，因水位埋藏淺水質咸化，降水徑流不能形成對地下水的有效補給，蒸發(fā)流失嚴重?？v觀以往實踐，強調山區(qū)水利工程建設而輕視了東部低平原區(qū)徑流攔蓄利用，重視了對高海拔咸水體改造利用而忽視了對低海拔咸水體改造利用，強化了地表水庫建設重要性而忽略了地下水庫的重要性。事實上，華北平原水資源僅占全國1．7%，卻維持了該地區(qū)幾十年的經(jīng)濟社會高速發(fā)展。目前，華北平原75%以上的用水需求要靠地下水支撐，每年開采量達206×108m3［1－2］，造成過度開采下的區(qū)域性水位大幅度下降，直接誘發(fā)地面沉降、地裂縫等環(huán)境地質災害，水資源已成為制約該區(qū)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。因此，面對新形勢，必須從戰(zhàn)略高度和提高國家資源安全保障能力的需要上，重視華北平原水資源合理開發(fā)利用的問題，具有十分重大的現(xiàn)實意義。

1 水資源開發(fā)利用及其主要環(huán)境問題

1．1 水資源開發(fā)利用狀況

幾十年來，在華北平原匯流山區(qū)，大規(guī)模建設水利工程，修建水庫1 600多座，總庫容超過300× 108m3，控制了山區(qū)匯水面積的85%以上（遠超過國際公認的河流開發(fā)程度30%～40%），直接導致華北平原的主要河流下游基本上成為季節(jié)性河流，甚至全年斷流干涸。根據(jù)目前的開發(fā)利用水平［2］，華北平原每年可用水資源總量為371．77×108m3，其中地表水每年可利用量148．17×108m3，地下水每年可開采總量為223．6×108m3，淺層可開采總量每年為202．94×108m3。該區(qū)地下水自20世紀70年代開始，開采量逐年增大，70年代每年平均為156．57×108m3，2003年則達到206．09×108m3，其中淺層水每年開采量176．64×108m3，深層水每年開采量29．45×108m3，平均年增加開采量約1．0×108m3。

歷經(jīng)幾十年的大量開采，華北平原地下水儲存量減少了約1 300×108m3，地下水是該地區(qū)不可替代的支撐性資源。目前，深層地下水總體處于超采狀態(tài)，無開采潛力；淺層地下水總體略有開采潛力，但因資源分布和開采程度不平衡，超采區(qū)和潛力區(qū)并存，黃河沿岸及中東部平原的古河道帶尚有潛力，山前開采漏斗區(qū)處于嚴重超采狀態(tài)。

華北平原水資源開發(fā)利用主要特點有：①補給源區(qū)河水主要被束縛在山區(qū)，平原河流大部干涸，扣除大量蒸發(fā)損失，地表水實際凈水利用率不足50%；②現(xiàn)有供水能力不能滿足經(jīng)濟社會高速發(fā)展下的巨大需水體系，缺水爭水現(xiàn)象嚴重，在缺水條件下，河北省每年向京、津保證供水約19．6×108m3，城鄉(xiāng)間爭水和工農業(yè)間在用水高峰期爭水問題突出；③生態(tài)環(huán)境用水和景觀用水基本被生產(chǎn)、生活用水擠占，生態(tài)環(huán)境明顯惡化；④地下水不僅區(qū)域開發(fā)利用不平衡，而且深層、淺層開發(fā)利用程度差別很大，深部淡水普遍開采過度，而淺層水（尤其是平原東部各種水質的淺層水）開采程度都比較低，尚存在較大的潛力；⑤地下水補給河源嚴重減少，首先因山區(qū)修建的水庫過多，造成山前地下水強補給區(qū)不能獲得來自山區(qū)的河流水補給，顯著影響地下水補給量，其次是平原東部屬于寬闊平坦的濱海低平原區(qū)，是降水主產(chǎn)徑流區(qū)，年產(chǎn)徑流深100～200 mm，但由于淺部土層巖性多為細顆粒黏性土，入滲補給能力差，而且56%的面積為淺埋廣布的咸水分布區(qū)，過分集中的內澇洪水常常致災，很少通過自然循環(huán)有效更替淺層地下水，造成大量雨洪水資源流失或蒸發(fā)，浪費嚴重，充足的光熱資源和生物環(huán)境潛力不能發(fā)揮作用。

1．2 水資源開發(fā)利用產(chǎn)生的主要環(huán)境問題

華北平原總體上表現(xiàn)為山區(qū)來水大量減少，平原河道斷流，河流功能喪失，水資源衰減嚴重。平原地下水過量開采，部分地區(qū)已經(jīng)枯竭，平原生態(tài)系統(tǒng)已由開放型向封閉型和內陸型方向轉化。地下水長期超采以及補給源消減，使地下水流動系統(tǒng)發(fā)生變異，水位從局部下降到區(qū)域性下降，同時誘發(fā)了含水層疏干、地面沉降、地面塌陷、地裂縫、海水入侵、水質惡化等環(huán)境地質問題。

資料顯示，20世紀50年代末期，山前平原區(qū)淺層地下水位在25～80 m，中東部平原區(qū)為5～25 m，濱海平原區(qū)為0～5 m。2001年，山前平原區(qū)淺層地下水位在20～60 m，同比普遍下降5～20 m；中東部及濱海平原區(qū)淺層地下水位在0～20 m。截至2006年，華北平原淺層地下水漏斗面積超過2×104km2，漏斗水位埋深為30～60 m，深層地下水漏斗面積超過7×104km2，最大水頭埋深達110 m，已經(jīng)成為世界上最大的地下水漏斗區(qū)［3］。

20世紀60年代，華北平原地面沉降僅發(fā)生在河北保定、衡水以及天津市的市區(qū)、塘沽區(qū)、漢沽區(qū)等地下水下降漏斗中心地帶。20世紀80年代以后，沉降區(qū)域快速發(fā)展，截至2006年，大于200 mm的地面沉降區(qū)域達6．4×104km2，其中北京、天津、滄州的最大沉降量分別達到1．20、3．25、2．50 m，出現(xiàn)400余條地裂縫。

1979～1997年的18年間，華北平原東部咸水水位下移10～30 m，最大下移了56 m，每年平均下移0．5～2．0 m，使下層淡水水質出現(xiàn)不同程度的惡化。20世紀80年代，秦皇島沿海海水入侵面積曾達20 km2，1991年引青濟秦工程通水后，入侵面積減少到15．9 km2，1999年則低于4．6 km2。

2 2020年華北平原水需求狀況

地下水、地表水和引黃河水共同構成了華北平原的水資源供給系統(tǒng)，工業(yè)用水、農田灌溉、生活用水和地表水環(huán)境用水構成了本區(qū)的需水系統(tǒng)，供需平衡是水資源可持續(xù)利用的基本保障。

可供水量主要包括：本流域河川徑流、跨流域引地表徑流，如引黃河水和灤河水等；淺層地下水和深層承壓地下水；海水淡化、污水回用、節(jié)水；南水北調引長江水等。地表徑流按平水年計算，地下水依評價數(shù)據(jù)［2］，得到2020年可供水量為372．70× 108m3。依據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展，以縣級行政單元為基本單位，統(tǒng)籌兼顧社會、經(jīng)濟、生態(tài)、環(huán)境等各部門發(fā)展對水的需求，計算得出2020年需水量462．50× 108m3。

供需平衡結果表明，2020年水資源缺口約90× 108m3。可見，未來10年華北平原水資源供需矛盾仍很突出，區(qū)域發(fā)展將受到水資源短缺嚴重制約，特別是近幾年旱情加劇，現(xiàn)有供水無法滿足巨大的耗水體系，未來地下水普遍超采有不可避免的發(fā)展趨勢。破解水資源緊缺、環(huán)境地質災害嚴重的難題，如何解決長期穩(wěn)定安全的供水問題是需要認真思考和付諸行動的重大問題，需要對地下水資源采取多種切實措施加以科學的保護利用。

3 水資源合理開發(fā)利用的思路與舉措

3．1 思 路

目前，華北平原水資源總體開發(fā)利用存在以下弊端：上游源區(qū)為降水和地表水強力工程性截流區(qū)，平原中下游為徑流流失喪失區(qū)，整個平原為地下淡水強烈超采區(qū)，形成了全域性水資源循環(huán)系統(tǒng)的水補給與開發(fā)利用的嚴重脫節(jié)，造成降水、地表水和地下水“三水”分割局面。其中，降水、地表水利用率低，而地下水無論是深層水還是淺層水開發(fā)利用嚴重失衡，同時淡水普遍嚴重超采，而低平原區(qū)咸水和微咸水利用極不充分。在某種程度上，華北平原缺水問題不是水資源不夠，更多的原因是人為的不合理開發(fā)利用造成的。因此，調整水資源開發(fā)利用戰(zhàn)略勢在必行。

水資源合理開發(fā)利用的主要思路是：以千方百計提高降水資源利用水平為中心，調整和改善水資源開發(fā)利用整體布局。應該地下水開采調蓄并重，大力集蓄雨洪水和改造利用淺層水，充分發(fā)揮地表水和地下水的功能作用。

根據(jù)匯流面積計算，全區(qū)總面積29．7×104km2，其中平原13．92×104km2，山區(qū)15．8×104km2；年降水量400～800 mm，多年平均降水總量約1 800× 108m3。要滿足2020年462．50×108m3的水需求總量，必須使現(xiàn)狀的371．77×108m3（2010年）供水能力從占降水總量的20．65%提高到26%以上。根據(jù)國際有關旱區(qū)雨洪水利用的先進經(jīng)驗，降水利用率可以達到50%以上。因此，只要千方百計大力積蓄雨洪水，提高降水資源利用水平，是完全有可能解決未來發(fā)展用水需求的。

3．2 舉 措

水資源合理開發(fā)利用的主要舉措有：①實施山前梯級水壩攔蓄水庫棄水及部分雨洪水，實施地下水庫“回灌”工程；②實施華北平原中東部及濱海淡水蓄水利用工程；③實施華北平原東部淺層地下水規(guī)?；脑扉_發(fā)利用工程。上述三大工程措施的有效實施，不僅可以解決水資源短缺問題，同時可極大促進土地、光熱和生態(tài)環(huán)境資源潛力的大開發(fā)，促進生產(chǎn)力水平邁上新臺階。

3．2．1 山前梯級水壩的地下水庫“回灌”工程

單純提倡節(jié)水、減少或控制地下水開采量，并不能從根本上解決發(fā)展條件下的巨大水需求，而實施人工地下水“回灌”，使采空區(qū)地下水位得到最佳恢復，地下水量得到充分補充，水質獲得有效凈化，是保障區(qū)域穩(wěn)定供水的必要前提。據(jù)計算，華北平原可調蓄區(qū)面積為5．18×104km2，占總面積的37．20%，全區(qū)可利用的地下調蓄總庫容為1 000× 108m3以上，僅太行山前調蓄區(qū)，可調蓄庫容400× 108m3。因此，改變現(xiàn)有水庫運行方式，實施山前多級梯度攔水，進行地下水庫“回灌”工程是值得重視的措施［4］，同時充分利用水庫棄水、雨季過剩洪水和外引緩用水等，積極開展多種形式的地下水高效回灌研究和工程示范，舍棄河道防滲的不科學做法，從而達到多途徑涵養(yǎng)地下水資源、增強供水能力的目的。

3．2．2 中東部及濱海淡水蓄水利用工程

對中東部低平原（徑流主產(chǎn)區(qū)）應著重開展調查研究，利用低洼地修建低平原蓄洪水庫和其他蓄水設施，盡可能多地滯蓄雨洪水，解決地區(qū)農業(yè)和生態(tài)供水問題。構建區(qū)域地表水（包括雨洪水）、外調水和地下水統(tǒng)一合理長期穩(wěn)定的供水方案，以滿足不同地區(qū)、不同水用戶的需求。據(jù)計算，1956～1998年海河流域入海水量平均為107×108m3［5］，對于入海大河可考慮建立大型濱海淡水蓄水利用工程［6－7］，提高毗鄰上游區(qū)供水保障能力，減緩地下水超采壓力和環(huán)境災害。若上述措施得以實施，可使降水利用率達到26%以上，則華北平原供水有望獲得解決。

3．2．3 東部淺層地下水規(guī)?；脑扉_發(fā)利用工程

研究表明［8］，華北平原東部淺層地下水總面積6．98×104km2，其中有潛力區(qū)3．16×104km2，占總面積的45%，其開采資源量73×108m3，現(xiàn)狀開采量41．5×108m3，尚有31．5×108m3的開采潛力。這些地區(qū)不僅為水量型缺水，也有水質型缺水，甚至是工程技術型缺水。充分集用當?shù)亟邓Y源，進行淺層水抽咸換淡的有效改造利用，是一舉多得的關鍵工程［9－10］。因此，必須針對東部低平原大面積劣質水區(qū)淺部含水層薄、單井出水量低、海拔低淺層咸水不能形成自然排泄的特點，結合雨洪水、地表水與淺層水自然循環(huán)交替極為緩慢難以改造的現(xiàn)狀，積極開拓思路，實施人為主動改造工程。

總之，開展低滲透含水層地下劣質水高效抽取技術、淺層地下空間的雨洪地表水有效回灌換淡技術攻關研究是關鍵。應充分利用淡水蓄水體，科學設立不同規(guī)模的淡水體屏障，分割控制改造大面積淺層咸水體，開發(fā)高效的連通輻射淺層地下水開采技術，實施淺層地下水連片高效抽取，這是增大供水量和提高用水效率極其重要的舉措。只有這樣，才能提高咸水、淺層淡水和雨洪水的利用程度，增加水資源可利用量。當然，除了上述舉措，繼續(xù)提高淡水重復利用率及咸水利用量、實施污水資源化、采用先進技術實施節(jié)水工程、加強水資源管理、建立節(jié)水型社會仍是不可荒廢的措施。

4 結 語

（1）華北平原上游源區(qū)為降水和地表水強力工程性截流區(qū)，平原中下游為徑流嚴重流失區(qū)，整個平原為地下淡水強烈超采區(qū)，出現(xiàn)水資源循環(huán)系統(tǒng)的水補給與開發(fā)利用的嚴重脫節(jié)，造成降水、地表水和地下水“三水”分割局面；因此，調整水資源開發(fā)利用戰(zhàn)略勢在必行。

（2）華北平原水資源開發(fā)利用整體戰(zhàn)略思路：以千方百計提高降水資源利用水平為中心，調整和改善水資源開發(fā)利用整體布局；以地下水補給調蓄為重點，大力積蓄雨洪水和改造利用淺層地下水，充分發(fā)揮地表水和地下水兩大功能作用。主要舉措有：①實施山前梯級水壩的地下水庫“回灌”工程；②實施中東部和濱海淡水蓄水利用工程；③實施東部淺層水規(guī)?；脑扉_發(fā)利用工程。

（3）地下水開發(fā)利用必須由開采為主向開采和涵養(yǎng)（調蓄）并重轉變，山區(qū)水庫運行形式（包括雨洪棄水）轉變?yōu)樯角疤菁壍乇硭畮旌偷叵滤畮炻?lián)合運行形式。在廣大平原和濱海地區(qū)應該十分珍視當?shù)氐慕邓Y源，千方百計滯留和回灌雨洪水。在有條件的地方盡力建設淡水蓄水工程，充分改造利用淺層咸水資源，減緩深層地下水開采。當降水利用率達到26%以上時，華北平原供水就有希望獲得解決。當然，上述舉措需要進一步加強研究。

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Idea and Action for the Rational Development and Utilization of Water Resource in North China Plain

LIU Shao－yu，LIU Peng－fei，ZHOU Xiao－ni，WANG Zhe，SONG Shu－h(huán)ong
（Institute of Hydrogeology and Environmental Geology，Chinese Academy of Geological Sciences，Shijiazhuang 050061，Hebei，China）

After the large exploitation and utilization for the past several decades，the groundwater utilization in North China Plain not only showed regional and serious local overexploitation，but also exposed the problem of serious decrease of groundwater recharge source．Because of the powerful impoundment of confluence mountain reservoir，the recharge function of main river body，lost in the middle－west of North China Plain with coarse particles，which was easy groundwater recharge area；because of the shallow burial depth and water salinization，the rainfall－runoff could not be effective to the recharge of groundwater in the middle－east of North China Plain with fine particles，which was the main runoff area．The traditional practice showed that the hydraulic engineering construction was emphasized in mountain area while impounding and utilizing the runoff in the west low plain area was neglected；renovating and utilizing saline water was valued in high altitude area but ignored in low altitude area；the surface reservoir construction was strengthened while the ground water reservoir wasoverlooked．Facing the grim situation of intense water supply in North China Plain，it was necessary to adjust the development strategy of water resource．The idea was as follows：improving the utilization of precipitation should be the most important，and then the overall layout of development and utilization of water resource should be adjusted and improved；groundwater supply and store should be important，collecting the rain flood and transforming and utilizing the shallow water also should be paid attention to，giving full play to the function of surface and groundwater．The actions included the project of groundwater reservoir recharged by multi－level stone check dam in the piedmont，the project of storing fresh water in the middle－east and the coastal region and the project of utilizing the shallow water with large scale in the eastern．If the above actions could be carried out，the utilization rate of rainfall could increased from 20．65%to more than 26%，so the shortage of water supply in North China Plain could be solved．

water resource；groundwater；recharge；rain flood utilization；transformation of shallow groundwater；North China Plain；idea and action

P641；S273

A

1672－6561（2012）03－0057－05

2012－04－05

中國地質調查局地質大調查項目（1212010634106）

劉少玉（1961－），男，滿族，遼寧錦州人，研究員，理學博士，E－mail：liushaoyu323＠263．net。