海河流域地下水超采治理關(guān)鍵問題分析與對(duì)策初步研究

王 哲，李濤濤，朱靜思

（1.海河水利委員會(huì)水文局，天津 300170；2.天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，天津 300204）

我國水資源分布與土地資源和生產(chǎn)力布局極不匹配，為了維持經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，不得不大量開采地下水，但是由于我國用水地點(diǎn)集中、用水量增長(zhǎng)幅度過大、工業(yè)布局不夠合理等原因，造成了局部地區(qū)特別是海河流域的地下水超采嚴(yán)重。

根據(jù)2017年海河流域水資源公報(bào)顯示，2017年海河流域各類供水工程總供水量為369.78 億m3，其中當(dāng)?shù)氐乇硭伎偣┧康?3.9%，地下水占總供水量的50.0%，外調(diào)水占總供水量的19.9%，其他水源占總供水量的6.2%。地下水用水量的增加導(dǎo)致地下水開采量快速增加，特別是京津冀地區(qū)地下水超采尤為嚴(yán)重，地下水采量達(dá)到34.7 億m3，導(dǎo)致地下水位下降、河湖水面萎縮、地面沉降、海水入侵等生態(tài)環(huán)境問題，對(duì)保障國家水安全和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅［1］。

1 海河流域地下水問題的產(chǎn)生和演變趨勢(shì)

1.1 海河流域地下水開發(fā)利用分析

海河流域地下水資源在1960 年以前基本處于自然平衡狀態(tài)，僅開采淺層的地下水，短時(shí)間能夠通過自然補(bǔ)給恢復(fù)地下水水位。進(jìn)入20世紀(jì)60年代，隨著人口增加和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，開始出現(xiàn)規(guī)?；臋C(jī)井，到1969 年將近20 萬眼，局部地區(qū)淺層地下水出現(xiàn)超采，淺層地下水水位開始下降。進(jìn)入20世紀(jì)70 年代，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地下水開采進(jìn)入深淺混合的狀態(tài)，地下水成為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的主要水源，局部地區(qū)開始出現(xiàn)地下水水位降落漏斗。20 世紀(jì)80 年代至2014 年，社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，地下水資源過量消耗，與20世紀(jì)60年代相比海河流域淺層地下水水位普遍下降，水位降幅為4.8～22.2 m［2］。深層地下水降幅為12.9～53.8 m，漏斗逐年擴(kuò)大，并出現(xiàn)嚴(yán)重的地面沉降、海水倒灌、水質(zhì)污染等環(huán)境地質(zhì)問題。

從2014 年開始，國家開始利用南水北調(diào)水置換受水區(qū)城區(qū)地下水，在河北省開展了地下水超采綜合治理試點(diǎn)，并印發(fā)實(shí)施《全國地下水利用與保護(hù)規(guī)劃》，明確了各?。▍^(qū)、市）地下水開采總量控制指標(biāo)和壓采目標(biāo)，指導(dǎo)各省市制定地下水超采治理方案，組織劃定了地下水禁采和限采范圍，地下水年超采量開始減少，但是地下水水位仍然呈下降趨勢(shì)。

1.2 海河流域地下水循環(huán)演變分析

海河流域地下水超采使得地下水與地表水、降水之間的區(qū)域循環(huán)發(fā)生了顯著變化。首先是海河流域地下水水位下降，包氣帶厚度增加，在中東部平原地區(qū)，地下水水位埋深已由20 世紀(jì)60 年代的小于4 m，增大至4～8 m，降雨入滲系數(shù)由原來的0.11～0.25 增加到0.15～0.30［3］。海河流域平原區(qū)地下水流向的總趨勢(shì)與地面傾斜方向、隱伏沖積扇延伸方向及河流流向等大體一致。但是由于平原區(qū)形成的20 多個(gè)常年性淺層水和深層水地下水水位降落漏斗（詳見表1），平原北部由西北向東南流，中部由西向東（東北）流，南部由西向東轉(zhuǎn)為由南向北及東北流，最后經(jīng)滄州、廊坊地區(qū)向天津方向流去。同時(shí)地下水的排泄也由20 世紀(jì)60 年代以天然排泄為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀斯ら_采排泄為主［4］。由于包氣帶厚度的增加，地下水的蒸發(fā)和側(cè)向流出也大幅度減小。

表1 華北平原主要地下水漏斗基本情況（2016年）

2 海河流域地下水超采治理的關(guān)鍵問題

2.1 地下水超采評(píng)價(jià)方法不統(tǒng)一

《地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（GB/T34968-2017）在綜合考慮我國不同地下水系統(tǒng)和環(huán)境實(shí)際情況，總結(jié)現(xiàn)狀地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)方法并分析其不足的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同地區(qū)的特點(diǎn)，按照地下水系統(tǒng)理論，提出了地下水超采區(qū)劃分方法，分為水位變幅法、開采系數(shù)法、沉降速率法、泉流量衰減法。但這些方法由于評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)沒有統(tǒng)一、參數(shù)值獲取困難或準(zhǔn)確性不夠，導(dǎo)致現(xiàn)在的評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性受到影響，如對(duì)于地下水超采臨界量的界定和計(jì)算至今仍沒有統(tǒng)一，確定仍然十分困難，不同計(jì)算方法得到的結(jié)果也不盡相同，甚至差別很大。

2.2 地下水開發(fā)利用與保護(hù)準(zhǔn)則欠缺適用性

《全國地下水利用與保護(hù)規(guī)劃》明確了各?。▍^(qū)、市）地下水開采總量控制指標(biāo)和壓采目標(biāo)。流域各個(gè)省市也制定了地下水超采治理方案，組織劃定了地下水禁采和限采范圍［5］。但是目前沒有統(tǒng)一的海河流域的地下水開采量控制、地下水水位控制、地下水戰(zhàn)略儲(chǔ)備等標(biāo)準(zhǔn)確定的準(zhǔn)則和方法，沒有提出重點(diǎn)地區(qū)地下水開發(fā)利用與保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)閾值。對(duì)地下水補(bǔ)給量、開采量的準(zhǔn)確、科學(xué)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)目前也有一定的困難，特別是對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉地下水開采量的統(tǒng)計(jì)，可靠性就更差。在難以準(zhǔn)確計(jì)算地下水補(bǔ)給量和開采量的情況下，各種方法的準(zhǔn)確性就受到嚴(yán)重影響。針對(duì)不同類型超采區(qū)，缺乏統(tǒng)一的評(píng)判含水層超采狀態(tài)的指示性指標(biāo)及等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)。沒有分區(qū)分類型提出地下水開采量與地下水水位控制的合理閾值與階段性目標(biāo)，沒有劃分地下水戰(zhàn)略儲(chǔ)備區(qū)，亦沒有分析地下水戰(zhàn)略儲(chǔ)備量。

2.3 地下水預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)支撐不夠

目前海河流域地下水預(yù)測(cè)預(yù)警還是簡(jiǎn)單地從地下水水位或者埋深數(shù)據(jù)進(jìn)行單一的預(yù)警，沒有結(jié)合不同地區(qū)不同類型地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀及問題根源進(jìn)行預(yù)警分析。同時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)警監(jiān)測(cè)站網(wǎng)有的采用省級(jí)監(jiān)測(cè)井，有的采用國家級(jí)監(jiān)測(cè)井，深淺層的劃分標(biāo)準(zhǔn)與潛水井和承壓水井不一致，導(dǎo)致各地區(qū)進(jìn)行地下水預(yù)測(cè)預(yù)警時(shí)沒有服從地下水管控需求，地下水水量、水質(zhì)、水溫等方面的指標(biāo)也欠缺。

2.4 地下水超采區(qū)治理修復(fù)技術(shù)適用性分析不足

雖然《華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動(dòng)方案》統(tǒng)籌提出華北地區(qū)地下水超采綜合治理的總體思路、治理目標(biāo)、重點(diǎn)舉措和保障措施，明確提出5 項(xiàng)治理行動(dòng)和18 項(xiàng)具體任務(wù)措施，確定了2022 和2035 年的治理目標(biāo)，但是還缺乏針對(duì)不同地區(qū)地下水超采問題形成的原因及產(chǎn)生的影響與危害的分析，“一增、一減”措施體系的標(biāo)準(zhǔn)值不明確，地下水壓采、地表水地下水聯(lián)合利用、地下水回補(bǔ)等措施的關(guān)鍵影響因素、適用條件、實(shí)施路徑與效果跟蹤方法等多項(xiàng)措施綜合實(shí)施的技術(shù)方法適用性研究不夠等。

3 完善海河流域地下水超采治理的對(duì)策建議

3.1 開展海河流域地下水循環(huán)規(guī)律與演變趨勢(shì)分析

系統(tǒng)整理海河流域地下水動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)臺(tái)賬，以行政區(qū)套水資源分區(qū)，并考慮地貌類型分區(qū)為基本單元，構(gòu)建地下水均衡模型，分析不同地區(qū)水資源循環(huán)特點(diǎn)、地下水形成特征、地表水與地下水相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，揭示不同地區(qū)地下水循環(huán)規(guī)律與演變趨勢(shì)。診斷海河流域地下水超采狀況，從豐枯周期變化、補(bǔ)徑排條件改變，特別是人類開發(fā)影響等方面剖析不同地區(qū)超采區(qū)的形成原因，并分析其發(fā)展趨勢(shì)與自然可恢復(fù)性等。

3.2 研究海河流域地下水開發(fā)利用與保護(hù)閾值

基于區(qū)域地下水資源形成與賦存條件、日常開發(fā)利用需求，以及區(qū)域氣候條件變化趨勢(shì)等，研究地下水戰(zhàn)略儲(chǔ)備區(qū)劃定的原則與方法、不同地區(qū)地下水儲(chǔ)備量確定的原則與方法、儲(chǔ)備區(qū)管理與保護(hù)的原則及儲(chǔ)備量動(dòng)用的技術(shù)要求。以水資源分區(qū)套行政分區(qū)，同時(shí)進(jìn)一步考慮水文地質(zhì)單元分區(qū)與超采狀況分區(qū)，分區(qū)分類型提出地下水開采量與地下水水位控制的合理閾值與階段性目標(biāo)，劃分地下水戰(zhàn)略儲(chǔ)備區(qū)，分析地下水戰(zhàn)略儲(chǔ)備量。

3.3 建立海河流域地下水預(yù)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系

在分析數(shù)值法、多元統(tǒng)計(jì)分析方法、時(shí)間序列分析方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法［6］、遺傳算法等方法的適用性與應(yīng)用條件的基礎(chǔ)上，分區(qū)域分類型提出基于現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)管理水平的、可用于指導(dǎo)具體操作的各項(xiàng)指標(biāo)安全閾值與預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的確定方法，研究提出地下水超采狀況及治理效果動(dòng)態(tài)跟蹤指標(biāo)體系，提出面向地下水超采區(qū)強(qiáng)監(jiān)管對(duì)象的分級(jí)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 研發(fā)海河流域地下水超采區(qū)治理修復(fù)技術(shù)

研究基于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息、水文氣候條件數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)信息、地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息等數(shù)據(jù)的區(qū)域地下水開采量統(tǒng)計(jì)技術(shù)與方法以及“以電折水”等方法。研究節(jié)水、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、水源置換等主要地下水壓采措施實(shí)施需要考慮的關(guān)鍵因素、適用條件、實(shí)施路徑，以及多項(xiàng)措施綜合實(shí)施的優(yōu)化技術(shù)方法。針對(duì)地下水回補(bǔ)對(duì)涵養(yǎng)地下水資源、增加可供水源、防止海水入侵、預(yù)防地面沉降等方面的作用，提出地下水回補(bǔ)技術(shù)關(guān)鍵影響因素、適用區(qū)域與條件、實(shí)施路徑與效果等。

4 結(jié)論

地下水資源作為海河流域重要的水資源之一，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、糧食安全、飲水安全等方面發(fā)揮著不可或缺的作用。近年來，由于地下水不合理開發(fā)利用，引發(fā)了一系列生態(tài)與地質(zhì)環(huán)境問題。實(shí)施地下水超采治理，全面揭示海河流域地下水資源循環(huán)特點(diǎn)與演變趨勢(shì)，研究提出地下水開發(fā)利用與保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)則，建立地下水預(yù)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系，研究地下水壓采綜合技術(shù)、地表水地下水聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)、地下水回補(bǔ)技術(shù)，以及地下水資源管理技術(shù)，為全面、長(zhǎng)效解決海河流域地下水超采問題提供支撐具有重要意義。