保定市地下水壓采效果綜合評價

林振生，曹文庚，南 天，屈吉鴻

(1.華北水利水電大學，鄭州 450046； 2.中國地質(zhì)科學院 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，石家莊 050061； 3.自然資源部地下水科學與工程科普基地，石家莊 050061)

1 概 述

隨著地下水開采活動引發(fā)的資源環(huán)境問題日益增多，地下水開采-生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定相關(guān)性研究成為研究熱點。石建省[1]等以深層地下水可利用量和現(xiàn)狀開采量為指標體系，對地下水超采情況進行了分析和評價；楊國強[2]等初步構(gòu)建了年均地下水水位持續(xù)下降速率、地下水開采臨界水位等指標作為地下水超采評價的指標體系，并評價地下水水位變化；高玉陽[3]研究人類活動影響下烏蘇市地下水水位變化趨勢，結(jié)合地下水開采量、地表水引水量的指標對地下水水位動態(tài)演化趨勢進行分析。

上述研究多數(shù)是從水位、地下水開采量的指標分析評價地下水水位動態(tài)變化狀況。本文在前人的基礎上，從地下水供水結(jié)構(gòu)、水位變化、水資源3個角度出發(fā)，構(gòu)建地下水壓采效果評價的指標體系，對地下水壓采實施后效果進行評價分析，為地下水超采區(qū)治理工作提供科學依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

保定市平原研究區(qū)，北臨京廊，西依太行，東臨滄衡，南鄰石家莊，平原區(qū)面積約1.1×104km2(圖1)。據(jù)《保定市第二次水資源評價報告》顯示，保定平原多年平均地表水資源量為1.49×108m3/a，地下水資源量為15.79×108m3/a，淺層地下水可開采資源量為15.39×108m3/a。自20世紀80年代開始大規(guī)模開采地下水，多年的地下水超采造成地下水水位持續(xù)下降，形成多個淺層地下水位降落漏斗[4]，2018年6月淺層地下水位等值線見圖2。

圖1 研究區(qū)范圍

圖2 2018年淺層地下水等水位線

3 研究方法

基于《華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動方案》和2018年水資源公報資料的數(shù)據(jù)，通過層次分析法為各指標賦權(quán)重。根據(jù)權(quán)重值，將各指標加權(quán)疊加，從而得到地下水供水結(jié)構(gòu)、水位變化、水資源的指標評價值；將三大評價指標結(jié)果再次加權(quán)疊加，得到保定市的地下水壓采評價結(jié)果。

3.1 指標體系法

3.1.1 地下水壓采評價指標選取

本次針對地下水的壓采效果進行評價，建立評價指標體系遵循科學性和簡便性的原則，根據(jù)前人研究成果[5-15]并結(jié)合保定市水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，初步選定8個指標。

3.1.2 地下水壓采評價指標標準化

通過《北京市水資源公報》《天津市水資源公報》以及河北省各地級市水資源公報的數(shù)據(jù)，得出指標的直方圖(圖3)。各指標在“20%，40%，60%，80%”進行斷點，華北平原在各指標進行“五分”，研究區(qū)的地下水壓采效果根據(jù)這4個指標均可劃分為5個層級。

圖3 評價指標分級圖

實際水位控制指標分級標準化根據(jù)謝新民等[14-16]的研究可知，地下水水位可以根據(jù)研究區(qū)實際的水文地質(zhì)條件劃分為3個臨界水位。適宜水位：根據(jù)多年平均地下水位確定；預警水位：地下水位系列資料最低值在含水層頂板的1/3；禁采水位：地下水位系列資料最低值在含水層頂板的2/3[16]。

水位變幅根據(jù)《地下水超采區(qū)評價導則》中以地下水下降速率對超采區(qū)分級作為參考來劃分指標評價等級，水資源開發(fā)利用程度和超采區(qū)變化率的指標采用分段線性隸屬函數(shù)對指標進行劃分等級[17]。各評價指標分級及分值對應見表1。

表1 二級指標標準化得分表

3.1.3 地下水壓采效果評價分級

對一級指標值計算時需要對各二級指標進行累加，因此需要對二級指標分配相應權(quán)重。一級指標計算公式可表示為：

(1)

式中：EEI為一級評價指標值；w為二級指標權(quán)重系數(shù)；β為一級指標權(quán)重系數(shù)。

最終根據(jù)目標層總得分評價壓采效果，評價結(jié)果一般可以分為3～5級。本次工作將其分為4級，得分對應的評價等級見表2。

表2 壓采效果評價分級

3.2 層次分析法

本次確定權(quán)重的方法采用的是層次分析法，其優(yōu)勢在于：通過建立地下水壓采效果評價體系進行多項指標綜合評價，降低了單一劃分方法的不穩(wěn)定性，使地下水壓采效果評價更科學。見表3。

表3 評價指標體系

4 結(jié)果與分析

4.1 指標層權(quán)重結(jié)果

通過一些專家打分構(gòu)建各層指標的判斷矩陣，用SPASS軟件得到一致性指標CI值和一致性比例CR值。結(jié)果表明，準則層對子準則層以及層次的總排序滿足檢驗標準，最終確定的各層指標權(quán)重見表4。

表4 壓采效果評價指標權(quán)重值

4.2 地下水壓采效果評價結(jié)果

通過查閱《保定市水資源公報》，得到2018的保定市各縣的原始數(shù)據(jù)，計算出8個評價指標值，見圖4。最后計算得到保定市壓采效果評價各項指標的得分，見表5。

圖4 評價指標值

表5 壓采效果評價指標標準化得分表

通過式(1)，計算出保定市各縣壓采效果的綜合指標值并評價保定市各縣的壓采效果，見圖5。

圖5 保定市各縣壓采效果

根據(jù)上述評價結(jié)果可知各分區(qū)地下水壓采效果狀況。保定市區(qū)、順平縣和易縣地下水壓采效果差，說明地下水超采未得到有效控制，主要原因是區(qū)域的水位變幅在-2～-4 m，水位下降大；此外水資源開發(fā)利用程度在1.0～1.2之間，水資源開發(fā)利用量超出水資源可利用量，導致水位恢復效果差。徐水縣、蠡縣、唐縣、雄縣、安新縣和容城縣的壓采效果等級為有限，地下水供水占比0.7～1，該區(qū)域?qū)Φ叵滤墓┧枨筝^大，但是水位變幅在-2～-1 m,水位下降幅度比較小，使得壓采效果有所提升。滿城縣和高陽縣的地下水壓采效果良好，表明水資源利用分配合理，地下水水位恢復較為理想，原因是該區(qū)水位恢復的各項指標和水資源開發(fā)利用程度指標都表現(xiàn)得較為良好，水位得到了較好的恢復；其次該區(qū)的居民、農(nóng)業(yè)、工業(yè)在地下水供水量相對減少，說明已找到替代水源來滿足用水需求，減少了對地下水的開發(fā)利用，因此該區(qū)地下水壓采效果較好。

5 結(jié) 論

1) 本文以保定市地下水開采區(qū)為研究對象，運用指標體系對地下水超采區(qū)實施壓采措施的效果進行評價。通過保定市自然地理、水文地質(zhì)條件、水資源利用現(xiàn)狀，從地下水供水結(jié)構(gòu)、水位變化和水資源三方面建立地下水壓采效果評價指標體系，對地下水壓采實施后效果進行評價分析，以支撐地下水壓采工作的推進與完善。

2) 通過構(gòu)建的地下水壓采效果評價指標體系，評價了保定市各縣市的壓采效果，保定市區(qū)、順平縣和易縣地下水壓采效果差，因為未能合理地分配水資源量，使水資源利用量超出水資源的可利用量，阻礙水位的恢復；滿城縣和高陽縣的壓采效果等級為良好，人們減少了地下水的開發(fā)利用，找到替代水源滿足用水需求，使得水位恢復效果良好。