海河流域地下水超采治理關鍵問題分析與對策初步研究

王 哲，李濤濤，朱靜思

（1.海河水利委員會水文局，天津 300170；2.天津市水利勘測設計院，天津 300204）

我國水資源分布與土地資源和生產力布局極不匹配，為了維持經濟社會的發展，不得不大量開采地下水，但是由于我國用水地點集中、用水量增長幅度過大、工業布局不夠合理等原因，造成了局部地區特別是海河流域的地下水超采嚴重。

根據2017年海河流域水資源公報顯示，2017年海河流域各類供水工程總供水量為369.78 億m3，其中當地地表水占總供水量的23.9%，地下水占總供水量的50.0%，外調水占總供水量的19.9%，其他水源占總供水量的6.2%。地下水用水量的增加導致地下水開采量快速增加，特別是京津冀地區地下水超采尤為嚴重，地下水采量達到34.7 億m3，導致地下水位下降、河湖水面萎縮、地面沉降、海水入侵等生態環境問題，對保障國家水安全和區域可持續發展構成嚴重威脅［1］。

1 海河流域地下水問題的產生和演變趨勢

1.1 海河流域地下水開發利用分析

海河流域地下水資源在1960 年以前基本處于自然平衡狀態，僅開采淺層的地下水，短時間能夠通過自然補給恢復地下水水位。進入20世紀60年代，隨著人口增加和經濟發展的需要，開始出現規模化的機井，到1969 年將近20 萬眼，局部地區淺層地下水出現超采，淺層地下水水位開始下降。進入20世紀70 年代，隨著經濟的快速發展，地下水開采進入深淺混合的狀態，地下水成為經濟和社會發展的主要水源，局部地區開始出現地下水水位降落漏斗。20 世紀80 年代至2014 年，社會經濟迅猛發展，地下水資源過量消耗，與20世紀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，漏斗逐年擴大，并出現嚴重的地面沉降、海水倒灌、水質污染等環境地質問題。

從2014 年開始，國家開始利用南水北調水置換受水區城區地下水，在河北省開展了地下水超采綜合治理試點，并印發實施《全國地下水利用與保護規劃》，明確了各省（區、市）地下水開采總量控制指標和壓采目標，指導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。

1.2 海河流域地下水循環演變分析

海河流域地下水超采使得地下水與地表水、降水之間的區域循環發生了顯著變化。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，地下水水位埋深已由20 世紀60 年代的小于4 m，增大至4～8 m，降雨入滲系數由原來的0.11～0.25 增加到0.15～0.30［3］。海河流域平原區地下水流向的總趨勢與地面傾斜方向、隱伏沖積扇延伸方向及河流流向等大體一致。但是由于平原區形成的20 多個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，南部由西向東轉為由南向北及東北流，最后經滄州、廊坊地區向天津方向流去。同時地下水的排泄也由20 世紀60 年代以天然排泄為主轉變為以人工開采排泄為主［4］。由于包氣帶厚度的增加，地下水的蒸發和側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鍵問題

2.1 地下水超采評價方法不統一

《地下水超采區評價導則》（GB/T34968-2017）在綜合考慮我國不同地下水系統和環境實際情況，總結現狀地下水超采區評價方法并分析其不足的基礎上，根據不同地區的特點，按照地下水系統理論，提出了地下水超采區劃分方法，分為水位變幅法、開采系數法、沉降速率法、泉流量衰減法。但這些方法由于評價指標參數沒有統一、參數值獲取困難或準確性不夠，導致現在的評價結果準確性受到影響，如對于地下水超采臨界量的界定和計算至今仍沒有統一，確定仍然十分困難，不同計算方法得到的結果也不盡相同，甚至差別很大。

2.2 地下水開發利用與保護準則欠缺適用性

《全國地下水利用與保護規劃》明確了各省（區、市）地下水開采總量控制指標和壓采目標。流域各個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、地下水戰略儲備等標準確定的準則和方法，沒有提出重點地區地下水開發利用與保護標準閾值。對地下水補給量、開采量的準確、科學的調查統計目前也有一定的困難，特別是對農業灌溉地下水開采量的統計，可靠性就更差。在難以準確計算地下水補給量和開采量的情況下，各種方法的準確性就受到嚴重影響。針對不同類型超采區，缺乏統一的評判含水層超采狀態的指示性指標及等級劃分標準。沒有分區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，沒有劃分地下水戰略儲備區，亦沒有分析地下水戰略儲備量。

2.3 地下水預測預警技術支撐不夠

目前海河流域地下水預測預警還是簡單地從地下水水位或者埋深數據進行單一的預警，沒有結合不同地區不同類型地下水開發利用現狀及問題根源進行預警分析。同時預測預警監測站網有的采用省級監測井，有的采用國家級監測井，深淺層的劃分標準與潛水井和承壓水井不一致，導致各地區進行地下水預測預警時沒有服從地下水管控需求，地下水水量、水質、水溫等方面的指標也欠缺。

2.4 地下水超采區治理修復技術適用性分析不足

雖然《華北地區地下水超采綜合治理行動方案》統籌提出華北地區地下水超采綜合治理的總體思路、治理目標、重點舉措和保障措施，明確提出5 項治理行動和18 項具體任務措施，確定了2022 和2035 年的治理目標，但是還缺乏針對不同地區地下水超采問題形成的原因及產生的影響與危害的分析，“一增、一減”措施體系的標準值不明確，地下水壓采、地表水地下水聯合利用、地下水回補等措施的關鍵影響因素、適用條件、實施路徑與效果跟蹤方法等多項措施綜合實施的技術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策建議

3.1 開展海河流域地下水循環規律與演變趨勢分析

系統整理海河流域地下水動態基礎臺賬，以行政區套水資源分區，并考慮地貌類型分區為基本單元，構建地下水均衡模型，分析不同地區水資源循環特點、地下水形成特征、地表水與地下水相互轉化關系，揭示不同地區地下水循環規律與演變趨勢。診斷海河流域地下水超采狀況，從豐枯周期變化、補徑排條件改變，特別是人類開發影響等方面剖析不同地區超采區的形成原因，并分析其發展趨勢與自然可恢復性等。

3.2 研究海河流域地下水開發利用與保護閾值

基于區域地下水資源形成與賦存條件、日常開發利用需求，以及區域氣候條件變化趨勢等，研究地下水戰略儲備區劃定的原則與方法、不同地區地下水儲備量確定的原則與方法、儲備區管理與保護的原則及儲備量動用的技術要求。以水資源分區套行政分區，同時進一步考慮水文地質單元分區與超采狀況分區，分區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，劃分地下水戰略儲備區，分析地下水戰略儲備量。

3.3 建立海河流域地下水預測預警指標體系

在分析數值法、多元統計分析方法、時間序列分析方法、人工神經網絡方法［6］、遺傳算法等方法的適用性與應用條件的基礎上，分區域分類型提出基于現狀監測管理水平的、可用于指導具體操作的各項指標安全閾值與預警標準的確定方法，研究提出地下水超采狀況及治理效果動態跟蹤指標體系，提出面向地下水超采區強監管對象的分級預警標準。

3.4 研發海河流域地下水超采區治理修復技術

研究基于經濟社會發展動態數據信息、水文氣候條件數據動態信息、地下水動態監測數據信息等數據的區域地下水開采量統計技術與方法以及“以電折水”等方法。研究節水、農業種植結構調整、水源置換等主要地下水壓采措施實施需要考慮的關鍵因素、適用條件、實施路徑，以及多項措施綜合實施的優化技術方法。針對地下水回補對涵養地下水資源、增加可供水源、防止海水入侵、預防地面沉降等方面的作用，提出地下水回補技術關鍵影響因素、適用區域與條件、實施路徑與效果等。

4 結論

地下水資源作為海河流域重要的水資源之一，在社會經濟發展、糧食安全、飲水安全等方面發揮著不可或缺的作用。近年來，由于地下水不合理開發利用，引發了一系列生態與地質環境問題。實施地下水超采治理，全面揭示海河流域地下水資源循環特點與演變趨勢，研究提出地下水開發利用與保護標準準則，建立地下水預測預警指標體系，研究地下水壓采綜合技術、地表水地下水聯合應用技術、地下水回補技術，以及地下水資源管理技術，為全面、長效解決海河流域地下水超采問題提供支撐具有重要意義。