地下水雙控指標體系構建研究

一、前言

由于地下水開發利用不合理、區域超采，引發了一系列水資源和生態環境問題，《國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》（國發〔2012〕3號）要求地下水管理要實行取用水總量控制和水位控制“雙控管理”，做到科學、合理開發利用地下水資源，為最嚴格水資源管理制度的實施提供技術支撐和科學依據。由于地下水開采與水位變化密切相關，在總量控制的前提下，進一步加強地下水位監控，實施地下水“雙控”管理，是新時期地下水管理工作的重要命題。

平度位于膠東半島西部，地下水長期以來作為當地人民生活和工農業生產的重要供水水源，開采程度較高。平度北膠萊河水源地地質單元較為獨立和完整，受外界干擾較小，適宜作為地下水“雙控”典型區域。

二、地下水位與降雨量、開采量的多元回歸分析

1.數據資料

（1）降水量

本次研究選取了北膠萊河區內鄭家、曹家、北昌村、楊家、黃山后、北臺、王仙莊、玉石頭、蓼蘭、平度、荊蘭莊雨量站點，采用算術平均法求得了該區逐年降水量（1956—2014年），見圖1。

（2）地下水水位

選取有代表性地下水監測站，采用算術平均法分別求得各分區1980—2014年逐年水位，見圖2。

（3）地下水開采量

地下水開采量取自2002—2013年《青島市水資源公報》，北膠萊河區年地下水開采量歷年變化見圖3。

2.多元回歸模型建立

研究區地下水主要類型為第四系松散巖類孔隙潛水，地下水主要補給來源為降水，主要排泄途徑為人工開采，地下水位受降水和開采影響最為顯著。因此，為實現地下水雙控管理，需要對以上因子間關系進行研究，本次選用多元線性回歸方法研究地下水水位與降水量、開采量的關系。

根據北膠萊河區多年的開采量、降水以及地下水位監測資料，建立北膠萊河區年水位變幅、地下水開采量和降水量三者的回歸模型為：

Y=12.85X1+1.47X2-9.29

式中：Y為年水位變幅（mm），X1為年降水量（mm），X2為年開采量（m3）。

計算得北膠萊河區水位變幅、地下水開采量和降水量三者間的相關系數為0.96，相關性很高。復測定系數為0.92，表明降水和開采量可以解釋地下水位變幅變差的92%。另外，F檢驗中Significance F遠小于0.05，顯著回歸。自變量和隨機變量的回歸系數t統計量的P值均小于顯著性水平0.05，顯著回歸。

圖1 北膠萊河區歷年降水量變化曲線圖

圖2 北膠萊河區歷年平均地下水位變化曲線圖

3.模型驗證

選用Nash-Sutcliffe系數（以下簡稱Ens）和偏差百分比Rs 兩種有效評價模擬效果的指標，來檢驗模型的模擬效果。選取2011—2013年地下水位變幅觀測值分別針對北膠萊河區回歸模型模擬效果進行驗證，得Ens=0.898，大于0.75，且Rs=0.318，小于0.5，綜合判定評價結果為優秀。

三、地下水“雙控”指標建立

1.開采量控制指標建立

開采量指標選用地下水可開采量與最嚴格水資源管理制度控制指標值的較小者。最終確定北膠萊河區地下水開采量控制指標為1.037億m3。

2.水位控制指標建立

首先利用含水層厚度比例法初步確定基準水位。根據水源地一帶水文地質條件和鉆探資料，地下水位達到開發利用目標含水層組厚度的2/3時劃定為基準水位，對應地下水埋深為16.93m。在基準水位確定的基礎上，采用水均衡法劃定地下水位警戒線。水均衡方程為：

W可=Q總補-Q總排+102（h1-h基）μF

式中：

W可—計算時段內，計算區內可供開采的地下水量，萬m3；

Q總補—計算時段內，計算區內總補給量，萬m3；

圖3 北膠萊河區歷年開采量變化曲線圖

表1 北膠萊河區水位模擬結果表

Q總排—計算時段內，計算區內總排泄量，萬m3；

h1、h基—計算區的計算時段初及基準水位，m；

μ—給水度，0.13；

F—水源地面積，14461.5km2。

以基準水位為起點，基準水位以上滿足3個月、2個月、1個月正常供水水量所對應的代表水位作為黃色警戒線、橙色警戒線、紅色警戒線。

求得北膠萊河區黃色警戒水位、橙色警戒水位、紅色警戒水位對應的地下水埋深分別為16.16m、16.35m、16.61m。

四、地下水“雙控”下的回歸模擬

將已建立的回歸模型應用在青島市最嚴格水資源管理制度下的水位模擬中，對比警戒水位劃定結果判斷該水位模擬值是否合理。分別選取豐平枯年份的降水量作為輸入量，模擬豐平枯降水條件下的地下水水位。模擬結果見表1。在青島市最嚴格水資源管理制度用水總量控制指標下，豐平枯年份北膠萊河區地下水埋深均控制在各警戒線水位之上。

五、結論與展望

在對北膠萊河區降水量、開采量、地下水位及其他相關資料充分收集整理的基礎上，采用回歸分析的方法建立了回歸方程，經驗證明擬合效果較好；另外，采用青島市現行的地下水位雙控管理思路劃定了北膠萊河區黃、橙、紅警戒水位線，結果表明，北膠萊河區建立的回歸模型可應用于該地區的地下水位預測工作，且在最嚴格水資源管理制度下對于指導和管理地下水開采工作具有重要意義■