哈爾濱市地下水超采區分析方法探討與展望

吳 限，孫 雷

(黑龍江省水文水資源中心哈爾濱分中心，哈爾濱 150010)

1 概 況

1.1 研究的意義及目的

地下水具有重要的資源和生態屬性，對保障人類生產生活和自然循環有著重要作用。但長期以來，受到我國水資源時空不均衡誘發的水資源緊缺影響，導致地下水開采量在很長一段時間內一直維持在高位，地下水在中國北方地區占總供水量達38%。縱向來看，從20世紀70年代以來，地下水供水量每10年翻一番[1]。地下水資源遭到不同程度的破壞。進入新世紀以來，隨著《中華人民共和國水法》、《地下水管理條例》等各項法律法規的出臺，地下水資源逐漸受到保護。針對地下水超采區問題，哈爾濱市積極應對，落實最嚴格的水資源管理制度，近年來工作效果顯著。文章根據2016-2021年哈爾濱市市區地下水位自動監測井實測數據資料，對哈爾濱是地下水超采區情況進行動態分析。

1.2 自然概況及水文地質

哈爾濱市位于中國東北松嫩平原東南部，E125°42′-130°10′，N44°04′-46°40′。地勢東南高，西北低。依據《黑龍江省水資源綜合規劃地下水資源評價報告》(2005年)，哈爾濱市區地下水補給量為17849.22×104m3/a，平均可開采模數為9.74×104m3/a·km2，略高于全國平均水平9.29×104m3/a·km2。20世紀70年代以來由于地下水的大量開采，哈爾濱高平原區東部水位已經低于含水層頂板，形成層間無壓水(2000年水位低于含水層頂板1m-21m)；西部承壓水頭也有所降低，2000年為1-16m。

2 地下水動態分析

2.1 資料分析

共選取50眼連續性較好的地下水專用監測井作為評價資料依據，其中30眼位于河谷平原區，20眼位于高平原區。河谷平原區逐年地下水位均在119.42-163.11m，高于“臨界地下水水位”107m。因此河谷平原區不存在地下水超采區，見表1。

位于哈爾濱市高平原區共有20眼連續性較好的地下水專用監測井。通過2021年水位與2016年對比，其中水位上漲超過10m的監測井有2眼，5-10m的監測井有10眼，5m以內的有8眼，水位上漲明顯，地下水水位恢復較快，見圖1-4。

2.2 超采區水位等高線繪制

哈爾濱市一般超采區范圍劃定依據地下水開采水位控制法，即根據評價區當地水文地質條件、確定承壓含水層頂板高程，作為評價區分析地下水超采狀況、確定地下水超采區的標準。

表1 河谷平原區地下水位變化幅度統計表

利用已有數據，結合Arcgis與Surfer軟件對地下水位等高線進行逐年點繪，這兩種軟件廣泛應用于氣象學、地質學等領域[2]。以2021年數據為例，生成承壓含水層頂板標高等值線與地下水位等值線圖。在生成等高線方式上，Arcgis與Surfer本質上都是主要采用克里金法(Kriging)差值生成等高線，即通過一組具有Z值的分散點生成估計表面的統計過程。但是Arcgis本身的插件在使用克里金法差值時很難得到理想的結果，曲線在平滑度和合理性上均不理想，需要大量的后期人工修繕。Surfer軟件中的克里金插件就可以很好的生成光滑合理的等高線，之后將生成的JSON曲線文件通過Arcgis插件中的JSON To Features工具即可轉化為shp文件，插入Arcgis圖層中。即可將Surfer生成的等高線與Arcgis軟件等高線對比分析，結合使用。

2.3 超采區面積分析

以2021年為例，對等高線高程逐線逐點分析。繪制超采區范圍后，再提取特征點在兩種等高線圖中高程數值進行驗證。見表2。

表2 2021年特征點水位、頂板高程對比表

根據現有資料確定，2021年高平原區內監測井水位均高于承壓含水層頂板，2021年哈爾濱市不存在超采區。但由于地下水位呈波動性變化，且個別監測井水位接近含水層頂板，超采區是否永久性消失，仍需持續監測分析。其余年份超采區面積變化見表3。

表3 2016-2020哈爾濱地下水超采區面積統計表

3 結論與展望

綜上分析，2016年后哈爾濱地下水超采區面積逐年縮小，并且縮小速率有逐年遞增趨勢。以目前數據資料來看，2021年豐水期時已不存在超采區。一方面是哈爾濱市嚴格限制地下水開采帶來的積極成果。另一方面從地下水開采系數來看，哈爾濱市本身地下水可開采系數(ρ)較高，達到91.2%，可見哈爾濱市在兼顧生產與環境治理中，摸索出了科學有效的方法。對于高平原區超采區縮小(消失)因素，即地下水補給要素分析，在將來仍需繼續探討。作為城區或近郊區域，基本排除水庫、灌溉、渠系滲水補給，主要考慮其降水入滲補給和側向徑流補給[3]。通過對地下水補給和消耗要素分析，建立水量平衡方程，對于長期有效治理地下水超采或內澇是有益的。