河北省地下水水位降落漏斗劃分關(guān)鍵問題分析

趙偉玲，唐立強，李曉明，高春星

（1.河北省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，050021，石家莊；2.河北省地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測與保護重點實驗室，050021，石家莊；3.河北省正定縣自然資源和規(guī)劃局，050080，正定）

2023 年，河北省發(fā)布《地下水位降落漏斗劃分規(guī)范》（DB13/T 5704—2023）（以下簡稱《規(guī)范》），為地下水水位降落漏斗識別、劃分方法提供了依據(jù)和參考。規(guī)范、準確劃分以及深入研究地下水水位降落漏斗，應(yīng)在深入研究漏斗演化特征、漏斗與區(qū)域流場的關(guān)系基礎(chǔ)上，明確劃分前置條件、技術(shù)要點及管理需求等，以科學(xué)開展地下水水位降落漏斗治理和修復(fù)等工作。

一、河北省地下水水位降落漏斗情況

1.地下水水位降落漏斗發(fā)育程度和特征

河北省為資源型缺水地區(qū)，水資源供需矛盾較為突出。自20世紀70年代以來，為支撐經(jīng)濟社會發(fā)展和生產(chǎn)生活需求，河北省長期持續(xù)超采地下水資源，導(dǎo)致地下水水位大幅度下降，誘發(fā)了諸多以開采區(qū)為中心的地下水水位降落漏斗，形成了世界上最大的復(fù)合型漏斗。目前，河北平原淺層地下水漏斗有雄縣-固安漏斗、高陽-蠡縣-深州漏斗、寧柏隆漏斗、肥鄉(xiāng)-臨漳漏斗等，深層地下水水位降落漏斗有廊坊漏斗、霸州東部漏斗、滄州漏斗、武邑-東光-景縣-吳橋漏斗、廣平-肥鄉(xiāng)-曲周漏斗等。

近50年來河北省地下水水位降落漏斗演化具有如下特征：

①數(shù)量較多。1995年全省存在各類地下水水位降落漏斗25個，2021年全省公布規(guī)模以上地下水水位降落漏斗數(shù)量8個。

②類型多樣。在水文地質(zhì)條件、開采特征、存在時間等因素影響下，形成了各種類型地下水水位降落漏斗，包括淺層地下水漏斗和深層地下水漏斗、單體漏斗和復(fù)合漏斗、正漏斗和反漏斗、長年性漏斗和季節(jié)性漏斗、收縮型漏斗和發(fā)展型漏斗等。

③形態(tài)復(fù)雜。在區(qū)位條件和開采特征等共同作用下，地下水水位降落漏斗在平面上呈現(xiàn)的直觀形態(tài)特征較為復(fù)雜，比如全封閉態(tài)、半封閉態(tài)、單分水嶺控制、多分水嶺控制、單珠狀、串珠狀等。

④規(guī)模不一。若按分布面積簡單劃分地下水水位降落漏斗規(guī)模，可劃分為小于100 km2、100～500 km2、500～1000 km2、1000～2000 km2、大于2000 km2的不同類型。河北省各個類型均有，且大型、小型漏斗規(guī)模差距大。

⑤分布集中。地下水水位降落漏斗平面分布格局與地下水開采特征具有高度一致性，淺層地下水漏斗集中分布在山前平原全淡水區(qū)，深層地下水漏斗集中分布在中部平原、東部平原咸水區(qū)。

⑥動態(tài)顯著。長期來看，河北省地下水水位降落漏斗多以動態(tài)發(fā)展為主，表現(xiàn)在橫向控制范圍、垂向影響深度的變化，比如20世紀70年代后形成的寧柏隆漏斗、滄州市區(qū)漏斗，受區(qū)域地下水開采條件和水文地質(zhì)條件影響，寧柏隆漏斗呈現(xiàn)中心垂向深度增加、水平范圍不斷擴張?zhí)卣?，滄州市區(qū)漏斗因控采效果顯著，持續(xù)快速擴大的發(fā)展趨勢得以遏制。

此外，河北平原地下水水位降落漏斗因規(guī)模大、發(fā)展迅速、危害大而引發(fā)廣泛關(guān)注，成為專家學(xué)者研究的熱點，華北平原大漏斗已開展重點治理與修復(fù)。

綜上，河北省地下水水位降落漏斗發(fā)育程度高、類型全面、形態(tài)及演化特征復(fù)雜、研究程度高。這為漏斗劃分方法歸納提供了豐富的樣本和成熟的技術(shù)條件，同時，指明須從水平、垂向和時間三個尺度開展漏斗演化研究。

2.地下水水位降落漏斗研究與管理的需求

目前，針對河北省地下水水位降落漏斗的研究多為定性分析漏斗分布特征、形成機制、發(fā)展趨勢等，而定量監(jiān)測漏斗的規(guī)模對于監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、水位動態(tài)監(jiān)測及漏斗修復(fù)等工作具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。國家地下水監(jiān)測工程一期（河北自然資源部分）以及河北省地下水地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與能力建設(shè)項目實施過程中，將漏斗區(qū)控制作為一條重要布網(wǎng)原則，基于漏斗分布特征確定監(jiān)測站網(wǎng)精度、點位和井結(jié)構(gòu)。在開展地下水水位動態(tài)自動化監(jiān)測時，首先重點分析漏斗中心區(qū)水位動態(tài)特征，根據(jù)中心水位、水位變幅等選擇適合的設(shè)備量程、適時調(diào)整傳感器位置。探索在深層地下水漏斗中心區(qū)及地面沉降嚴重區(qū)進行井灌加壓回補時，可根據(jù)漏斗中心區(qū)范圍和水位恢復(fù)特征，精準確定回補范圍、數(shù)量等方案。

河北省地下水水位降落漏斗監(jiān)測成果通過《河北省水資源公報》向社會公布。2000—2022年，河北省持續(xù)向社會公布漏斗要素特征、分布面積和水位動態(tài)變化、漏斗的呈現(xiàn)與消失等情況，滿足社會公眾了解漏斗發(fā)展狀態(tài)的需求。

《河北省地下水管理條例》中明確“在深層地下水漏斗區(qū)，對取用深層地下水的農(nóng)業(yè)灌溉井按照計劃予以關(guān)?！?。該項措施落實范圍取決于深層地下水漏斗的分布范圍，鑒于此，科學(xué)、準確、規(guī)范劃分地下水水位降落漏斗需求迫切。

二、漏斗劃分重要前置條件

1.地下水水位降落漏斗區(qū)監(jiān)測站網(wǎng)密度應(yīng)高于區(qū)域監(jiān)測站網(wǎng)密度

河北省區(qū)域地下水監(jiān)測站網(wǎng)可滿足對全省地下水流場進行控制性監(jiān)測需要，但達不到對地下水水位降落漏斗精準控制。因此對地下水水位降落漏斗監(jiān)控應(yīng)按專項監(jiān)測要求加密部署監(jiān)測站點，形成以漏斗中心為中心、相對垂直的監(jiān)測剖面，準確控制漏斗動態(tài)特征。此外，為保障漏斗區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)序列持續(xù)時間在1年以上，其監(jiān)測站點應(yīng)相對固定。

2.地下水水位降落漏斗劃分應(yīng)以地下水水位（水頭）等值線圖為基礎(chǔ)進行

以往各相關(guān)部門在劃分漏斗時，地下水水位等值線、地下水水位埋深等值線均有采用。以地下水水位埋深等值線為基礎(chǔ)劃分漏斗，受地形條件影響較大。當?shù)貏萜教箷r，兩種方式劃分漏斗的形態(tài)范圍相差不大，但隨著地勢變化加大，差異越來越大。為消除地勢變化造成的漏斗范圍擴大或縮小的假象，應(yīng)將基礎(chǔ)圖件統(tǒng)一為地下水水位等值線圖。

三、地下水水位等值線圖編制關(guān)鍵問題

地下水水位等值線圖應(yīng)根據(jù)監(jiān)測精度按不同含水巖組或淺層、深層地下水分別編圖。山前平原部分區(qū)域因地層連通性較好，淺層、深層地下水水位相近；其余大部分區(qū)域各含水巖組之間存在穩(wěn)定的隔水層，水力聯(lián)系較弱，水位差異較大，淺層、深層地下水水位差異同樣較大。因此，如不同含水巖組或淺層、深層地下水混合編圖，將無法客觀、準確反映區(qū)域含水層內(nèi)地下水水位狀況。

地下水水位等值線圖編圖比例尺和對應(yīng)的等值線步長應(yīng)統(tǒng)一要求，以減小基礎(chǔ)圖件造成漏斗圈定誤差。河北省有關(guān)部門基于常規(guī)監(jiān)測工作精度進行編圖，一般全省或地級市采用1∶50 萬、1∶20 萬比例尺，縣域或地級市城市區(qū)采用1∶10萬、1∶5萬比例尺?；诖?，可以將等值線步長相應(yīng)地定為2 m、1 m，這樣可以相對準確刻畫地下水水位降落漏斗形態(tài)。

此外，代表性水位和工作區(qū)邊界水位控制多被忽視，但這些指標卻是地下水水位等值線圖能否如實反映工作區(qū)內(nèi)特定含水層流場特征的關(guān)鍵。代表性水位可通過監(jiān)測點位、監(jiān)測目的層以及水位穩(wěn)定性等條件綜合判斷獲得。工作區(qū)邊界水位控制包括對邊界內(nèi)和邊界外水位控制。一般邊界內(nèi)、外均有相應(yīng)的控制站點，可通過共享獲取邊界外控制水位。這對于準確刻畫工作區(qū)邊緣流場、保證工作區(qū)流場形態(tài)與全省的一致性至關(guān)重要，也可省略傳統(tǒng)接圖工作。

四、地下水水位降落漏斗識別與劃分

1.漏斗識別

首先，區(qū)別季節(jié)性和長年性地下水水位降落漏斗。降落漏斗是地下水開采過程中產(chǎn)生的一種現(xiàn)象，當?shù)叵滤裳a平衡時，可形成穩(wěn)定的漏斗范圍與降深。季節(jié)性地下水水位降落漏斗隨著地下水開采停止，在側(cè)向徑流補給下，流場逐漸恢復(fù)到相對平緩狀態(tài)，漏斗形態(tài)會逐漸消失。

然后，識別單體漏斗、復(fù)合漏斗。單體漏斗需要聯(lián)合區(qū)內(nèi)控制點和封閉等水位線數(shù)量進行判斷。在對河北平原各漏斗演變過程分析后得出：①當?shù)人痪€步長為2 m時，漏斗區(qū)內(nèi)控制點不少于3個，封閉等值線不少于3條；②當?shù)人痪€步長為1 m時，漏斗區(qū)內(nèi)控制點不少于5個，封閉等值線不少于5條；③季節(jié)性漏斗或暫時性漏斗區(qū)內(nèi)控制點一般少于3 個，封閉等值線少于3 條。因此，利用不同比例尺條件下控制點和封閉等值線數(shù)量確定單體漏斗。復(fù)合漏斗由單體漏斗發(fā)展復(fù)合而來，準確識別復(fù)合體內(nèi)的單體漏斗是關(guān)鍵。從河北平原淺層、深層地下水復(fù)合漏斗多年形態(tài)來看，涉及復(fù)合的單體漏斗外圍一般有3～7 條封閉等值線。因此，可將3條外圍封閉等值線作為基本判定依據(jù)。

2.漏斗劃分

目前，地下水水位降落漏斗劃分常用方法是查找并確定因地下水開采導(dǎo)致在區(qū)域地下水流場產(chǎn)生明顯彎曲的各點所連接而成的界線，及因地下水開采導(dǎo)致區(qū)域地下水流場產(chǎn)生的最大封閉等水位線。這兩種方法存在沒有明確判斷標準、圈定漏斗面積明顯偏小等問題。《規(guī)范》劃分方法則以地下水分水嶺中心點作為漏斗邊界或邊界劃分的控制點。其中邊界識別是準確劃分漏斗的關(guān)鍵，單體漏斗是復(fù)合漏斗劃分的基礎(chǔ)。

（1）地下水分水嶺邊界條件

地下水分水嶺是地下水流場顯著界線，將其作為地下水水位降落漏斗的邊界線具有水文地質(zhì)學(xué)上的合理性，也是目前公認的漏斗界線。實際工作中，區(qū)域地下水流場多呈現(xiàn)復(fù)雜的多分水嶺特征，給漏斗劃分增加了難度。

單分水嶺邊界時，以分水嶺中心點為漏斗邊界起點，沿最外圍封閉等水位線和相鄰未封閉等水位線中間圈定漏斗邊界。如此可實現(xiàn)漏斗界線各處水位基本保持一致且不超過分水嶺，固定界線行走路徑從而較大程度減小人為偏差，有效避開圈定面積相對偏小的弊端，兼顧漏斗內(nèi)部總體變化趨勢，漏斗邊界的劃定更符合實際情況。

多個分水嶺邊界時，首先判斷分水嶺水位是否相等。相等時，以各分水嶺中心點為控制點，沿最外圍封閉等水位線與未封閉等水位線中間圈定漏斗邊界。不相等時，以各分水嶺中心點為控制點，如果以分水嶺水位較低處為起點，漏斗邊界沿最外圍封閉等水位線與相鄰未封閉等水位線中間圈定，會形成封閉漏斗界線，但圈定的漏斗范圍明顯偏小；以水位最高中心點為起點，沿最外圍封閉等水位線與相鄰未封閉等水位線中間走線，并在水位較低的分水嶺一側(cè)穿越未封閉等水位線，最終在分水嶺中線附近形成封閉邊界，此種圈定方法最接近于漏斗實際形態(tài)和范圍。

（2）常見的隔水和流量邊界條件

河北省地下水流場常見的隔水邊界有三種：一是巖溶水分布區(qū)的控水構(gòu)造，如向斜構(gòu)造邊緣與隔水巖組交界帶所形成的隔水邊界；二是巖溶水分布區(qū)以隔水斷層所形成的隔水邊界；三是在平原區(qū)中部咸淡水接觸帶附近，因含水層尖滅而形成隔水邊界。山間盆地、壩上高原及巖溶水分布區(qū)的漏斗邊界延伸至地質(zhì)隔水邊界時，以地質(zhì)隔水邊界作為漏斗邊界；含水層尖滅界線附近，若等水位線尖滅界線相交時有閉合趨勢，視為封閉界線。

流量邊界多見于山區(qū)平原接觸地帶和海岸帶附近。在山區(qū)平原接觸帶附近、河流進入山區(qū)地段，普遍存在含水層逐漸變薄、連通甚至出露地表的現(xiàn)象，其含水層多呈疏干狀態(tài)，即透水而不含水。當上游補水后，形成地下水徑流并向下游流動，地下水水位受補給影響而處于不穩(wěn)定狀態(tài)，反映在流場上的直觀形態(tài)是等水位線處于封閉與敞開的交替變換之中。因此，將該部位作為流量邊界。

在海岸帶附近，因該地帶水文地質(zhì)勘察程度低，無法說明各含水巖組向海洋深部延伸情況，但從深層地下水流場現(xiàn)狀分析，海岸線附近仍有雙向的地下水流交換，因此，將海岸線作為流量邊界處理。以等水位線與海岸線相交的形態(tài)或角度作為判定條件，當?shù)人痪€與海岸線交角大于90°，即向漏斗內(nèi)彎曲、有封閉趨勢，可以確定為漏斗邊界。

（3）規(guī)模與統(tǒng)計

從河北平原、山間盆地、壩上高原、巖溶泉域等水文地質(zhì)單元地下水水位降落漏斗分布來看，河北平原漏斗分布面積不等且大小差距懸殊，可進行規(guī)模劃分，參照地下水超采區(qū)評價導(dǎo)則中超采區(qū)分級標準，將平原區(qū)漏斗規(guī)模劃分為特大型、大型、中型、小型。山間盆地、壩上高原、巖溶泉域漏斗面積相對平原區(qū)較小，不參加統(tǒng)一規(guī)模劃分或作為微型處理。

與以往工作相比，地下水水位降落漏斗統(tǒng)計分析要素增加了漏斗體積計算內(nèi)容，可按水平、垂向等高線將漏斗簡化為規(guī)則形體的組合進行計算。水平等高線法根據(jù)相鄰地下水水位等值線將漏斗簡化為錐形體、臺體的組合體，水平分層計算漏斗體積。垂向等高線法根據(jù)相鄰地下水水位等值線將漏斗簡化為圓柱體、圓環(huán)體的組合體，垂向計算漏斗體積。漏斗體積計算的準確性取決于漏斗監(jiān)測精度、劃分規(guī)范性以及計算方法。

五、結(jié)論與建議

河北省地下水水位降落漏斗治理修復(fù)和地下水資源管理對地下水水位降落漏斗劃分科學(xué)性提出了更高要求。《規(guī)范》充分考慮了漏斗研究、恢復(fù)和治理的專業(yè)需求，統(tǒng)一了漏斗劃分方法，具有推廣應(yīng)用的重要意義。同時，地下水水位降落漏斗規(guī)范、準確劃分以及深入研究，應(yīng)充分研究漏斗演化動態(tài)背景條件，把握漏斗劃分的關(guān)鍵問題。

下一步，應(yīng)關(guān)注解決影響漏斗劃分的具體問題，如：國家地下水監(jiān)測二期工程點位確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計，現(xiàn)狀地下水水位監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與完善或地下水水位降落漏斗專項監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，跨行政區(qū)邊界地下水水位控制點數(shù)據(jù)共享機制建立，河北平原不同水文地質(zhì)單元或行政區(qū)內(nèi)淺層地下水、深層地下水劃分具體依據(jù)，地下水流場圖編制規(guī)范制定等。