江苏省地下水超采区划分方法对比研究

黄晓燕，冯志祥，李 朗，姚炳魁，刘晓玲

(1.江苏省地质调查研究院，江苏南京 210018;2.国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室，江苏南京 210018;3.江苏省节约用水办公室，江苏南京 210029)

随着社会经济的快速发展，地下水不合理开采现象大量出现，造成严重的超采问题，如地面沉降、地裂缝、地面塌陷、海水入侵等［1～3］。合理划定地下水超采区域，摸清地下水超采现状，为统一规划、有效管理与保护地下水资源提供科学依据成为最严格水资源管理工作的重中之重［4～7］。因此，需要对地下水超采区进行重新划分与评价。

随着评价工作的成熟，地下水超采区的划分方法趋于多样化，从单一的开采系数法逐步演变为开采系数法、水位动态法、引发问题法等多种方法［8］。但无论开采系数法、水位动态法还是引发问题法多存在一定的局限性，如开采系数法受可采资源评价精度及开采量统计精度所限，水位动态法受监测时段及监测点布置所限，引发问题法受当地地质环境研究程度所限。各地在开展区域性地下水超采区评价时，应采用多种方法，在此基础上通过综合分析、统筹考虑，划分地下水超采区。笔者以江苏省为例，对不同方法的划分结果进行分析，以期为超采区划分提供依据和参考。

1 研究区概况

1.1 水文地质特征

江苏省地下水分为孔隙水、岩溶水和裂隙水三大类型。其中孔隙水是主要地下水类型，在广大平原地区分布广泛(分布面积约占江苏省80%)，具有含水层次多、厚度变化大、水质复杂、富水性较好等特点。孔隙含水层按埋藏条件自上而下可划分为潜水、第Ⅰ承压、第Ⅱ承压、第Ⅲ承压、第Ⅳ承压、第Ⅴ承压含水层，其中第Ⅱ承压、第Ⅲ承压含水层(盐城地区包括第Ⅳ承压)是江苏省地下水主要开采层;岩溶水主要分布在徐州及宁镇地区;裂隙水主要分布于省域北部、西南部低山丘陵区，受岩性和构造的控制，多呈网状分布，富水性变化大，总体上较为贫乏。

1.2 地下水开采特点

江苏省地下水开发利用先后经历了发展、高峰、控制三个阶段，但各地各阶段经历时间不尽相同。苏锡常地区地下水开采始于二十世纪七十年代，而后逐年增加，于二十世纪九十年代中期进入高峰阶段，此后进入控制压缩开采阶段，2000年后开始实施地下水禁采。苏北地区地下水开采始于二十世纪八十年代，高峰多在二十世纪九十年代中后期，2000年前后进入地下水控制开采阶段，逐步实施地下水开采计划制度。由于对水管理力度不断加强，2001～2010年间全省地下水年开采量由10×108m3减少到8.5×108m3。

1.3 地下水位动态及地质环境问题现状

由于二十世纪九十年代中期以前，地下水的开采多源于各开采单位的自发行为，部分地区地下水长期处于超采状态，造成地下水位持续下降，再加上特定的地质环境背景，引发了一系列地质环境问题。

1.3.1 地下水位现状

第Ⅱ承压水:长江以北水位埋深多在20m以浅，但在盐城市区、涟水等多个地级市及县级市区水位埋深超过20m，形成规模不等的地下水降落漏斗。苏锡常地区地下水降落漏斗面积缩至近1200km2(水位埋深40m范围)，中心最大水位埋深为71.4m(锡山洛社)。2001～2010年，苏南大部分地区第Ⅱ承压水水位呈快速回升趋势。苏北以基本稳定为主(水位变幅小于0.5m/a)，但在淮安北部-灌云灌南及丰沛局部地区水位呈下降趋势，年均降幅大于0.5m，其中涟水及灌南年均降幅大于1m;原来彼此独立的多个中小型地下水降落漏斗已扩展成一个大型地下水降落漏斗。

第Ⅲ承压水:水位埋深多在20m以浅，但在开采程度较高的南通、盐城、涟水、灌南等地，水位埋深超过30m，形成多个地下水降落漏斗区，最大水位埋深为54.4m(丰县城区)。第Ⅲ承压水水位下降区主要分布在丰沛及连云港的灌云、灌南、涟水地区，年均降幅多在0.5～1m，其余地区水位基本稳定。

第Ⅳ承压水:水位埋深多在10～20m，开采井较集中的盐城局部地区，水位埋深超过20m，最大为47.1m(盐城城区)，地下水降落漏斗(水位埋深40m范围)分布于盐城市区北部。大部分地区第Ⅳ承压水水位基本稳定(水位年均变幅小于0.5m/a)，仅建湖中部、射阳县城、滨海县城、海门县城等局部地区缓慢下降，2001～2010年间平均降幅在0.5～1m/a。

岩溶水:目前江苏省岩溶水开采主要集中在徐州茅村、七里沟、丁楼和张集水源地，由于开采井布局不合理，已形成一定规模的地下水降落漏斗。其中徐州丁楼水源地平均水位埋深29.4 m，最大水位埋深为44.9m(小山子水厂)，是江苏省形成时间最早、分布面积最大的岩溶水降落漏斗。近年来，徐州七里沟、丁楼水源地通过采取封井、水源替代等措施，水位稳中有升。

1.3.2 地质环境问题

地质环境问题主要是地面沉降、地裂缝与岩溶地面塌陷。地面沉降主要发生在开采孔隙承压水的平原地区，目前苏锡常地区、沿海平原区、丰沛平原区等区域水位降落漏斗分布区均发生了不同程度的地面沉降，其中以苏锡常和沿海平原区最为严重;地裂缝主要发生在苏锡常地区，主要由地面的不均匀沉降引起;岩溶地面塌陷主要分布在徐州市区，1986～2000年共发生小型塌陷10次，2000年后又发生两起岩溶地面塌陷。

2 超采区划分方法及标准

地下水超采区是指在某一范围内，在某一时期，地下水开采量超过了该范围内的地下水可开采量，造成地下水水位持续下降的区域;或指某一范围内，在某一时期，因过量开采地下水而引发了地质环境灾害或生态环境恶化现象的区域［9］。

地下水超采区划分方法主要有水位动态法、引发问题法、开采系数法三种。

水位动态法划分标准根据《地下水超采区评价导则》并结合江苏省实际情况，细化为现状水位埋深超过限采水位埋深且水位埋深年均下降速率大于0.5m/a时划为超采区;孔隙承压水水位埋深年均下降速率大于2m/a，岩溶水水位埋深年均下降速率大于1.5m/a时划为严重超采区。

引发问题法及开采系数法划分标准直接引用《地下水超采区评价导则》［9］。

3 评价过程及划分结果

评价期为2001～2010年，2001年为初始水平年，2010年为现状水平年。

3.1 水位埋深动态法

以评价期内监测井水位埋深年均变化速率及水位埋深现状作为评判指标。

以各监测点现状水平年年均水位埋深监测值及2001～2010年水位变化速率为依据(资料空白地区参考2009年、2008年监测点水位埋深监测值)，采用GIS软件的空间分析功能绘制全省水位埋深等值线与变化速率图，而后依据前述划分标准划出地下水超采区。

该方法划分结果全省地下水超采区面积约4454.6 km2，主要分布在盐城市、淮安市，其次是连云港市、徐州市、南通市，宿迁及泰州也有小范围分布。其中宿迁市洋河—洋北及连云港市灌云燕尾港—灌南堆沟水位埋深年均下降速率大于2m/a，为严重超采区(图1)。

3.2 引发问题法

以地下水开采引发的生态与地质环境问题作为评判指标进行超采区划分。结合江苏省地下水环境实际情况，选取地面沉降、地裂缝、岩溶地面塌陷和水质污染四种评价指标。

图1 水位埋深动态法划分结果Fig．1 Partition with the method of dynamic water-level depth

据前述划分标准，依据水利及国土部门已有调查成果［10～11］，采用引发问题法划分的地下水超采区面积达9494.3km2，主要分布在苏锡常、盐城、南通及徐州。除苏锡常局部、徐州市丰沛城区、淮安市涟水城区、连云港市灌云燕尾港一带、盐城市滨海城区、南通市海门城区等地2010年地面沉降速率大于10mm/a，为严重超采区外，其余均为一般超采区(表1，图2)。徐州市区地下水超采区是由于2002年引发了岩溶地面塌陷，其余超采区均是由于曾经或现在地下水超量开采引起地面沉降所致。

3.3 开采系数法

孔隙水以各县级行政单位为基本计算单元，岩溶水以水源地为基本计算单元，采用地下水开采系数为评判指标。地下水开采系数由计算单元评价期(2001～2010年)地下水实际开采量与地下水可开采资源量的比值确定。

据上述划分标准，该方法划分的地下水超采区面积为6168km2，主要分布在连云港市灌南、淮安市涟水及盐城市区、响水，及徐州丁楼岩溶水水源地，见图3。

表1 引发问题法划分结果一览表Table 1 Division results with the method of initiation problems

图2 引发问题法划分结果图Fig．2 Partition from the method of initiation problems

图3 开采系数法划分结果Fig．3 Partition from the method of exploitation coefficient

3.4 不同方法结果分析

不同方法划分得到的结果不尽相同(表2)，主要原因:

(1)地面沉降的滞后性及不可逆性

目前苏锡常大部分地区地下水水位明显恢复，年均升幅在1m以上。但由于地面沉降相对地下水位变化的滞后性及不可逆性［12～14］，导致该区域的累计沉降量仍较大。依据地下水超采区定义及划分标准，引发问题法仍将其识别为地下水超采区，采用水位埋深动态法及开采系数法均不属于地下水超采区。南通市区、盐城大丰、东台等地类似，二十世纪九十年代开始对地下水实施限采措施，评价期内地下水位尚未出现持续下降局面，但由于2000年以前的地下水超量开采，引发了不同程度的地面沉降，引发问题法将上述区域划分为地下水超采区。

希腊的城市遍布图书馆，给科学的发展提供了契机。欧几里得总结前人经验创立了系统的几何学，他的《几何原理》直到现在都是欧洲大学里流行的教材；阿基米德从洗澡盆溢出的水里悟出浮力的存在，他从科学中得到力量和自信，声称如果给他一个支点他将撬动整个地球。希腊科学家自由的精神鼓励着后人对真理不懈追求，希腊人在天文学领域也成就斐然，他们把神话赋予扑朔迷离的天穹并将其划分成星座：仙女星座、猎户星座、天狼星座、大熊星座、小熊星座。此外，希腊人在植物学、动物学、医学等各方面都取得了探索性的成果，为现代学科发展奠定了扎实的基础。

同时，从实行最严格的水资源管理制度、保护地质环境和生态环境的角度出发，苏锡常大部分地区仍宜划为地下水超采区，一方面该区仍符合地下水超采区的特征，另一方面该区于2000年已由江苏省人大以法律的形式将其划为地下水禁采区，因此不论其目前开采与否，仍需划为地下水超采区，以继续严格限制其开采，进一步涵养水源，保护地质环境。

(2)不同划分方法统计口径的差异

开采系数法采用的计算单元是县级行政单元，而水位埋深动态法及引发问题法统计数据则来自乡镇级行政单元，导致出现以下冲突，一个开采井分布相对集中而各乡镇地下水开发利用程度差异较大的县级市，采用开采系数法划分结果往往不是超采区，而采用水位埋深动态法及引发问题法则可能有部分乡镇划为超采区。例如开采系数大于1的连云港市灌南、淮安市涟水及盐城市区、响水等地，实际上也只是部分开采井集中的乡镇有超采现象，并不是全县所有乡镇都超采。

(3)各地区地面沉降研究程度的差异

江苏省地面沉降调查监测与防治工作首先由苏锡常地区开始，目前已将长江三角洲地区全部覆盖，沿海地区地面沉降调查监测与防治工作正在不断推进，省内其它地区鲜有地面沉降方面的工作成果。所以采用引发问题法划分的超采区多分布在苏锡常地区及苏北沿海平原地区。

4 最终划分结果及开发利用建议

4.1 最终划分结果

将采用三种方法均被划为超采区的区域确定为超采区，对于三种方法划分结果不一致的区域，综合考虑水文地质条件、开采条件、超采区划分精度、基础资料可靠性、评价期前地下水超采情况等因素。最终对水位埋深动态法及引发问题法划为超采区的区域一概划为地下水超采区;对开采系数法划出的孔隙承压水超采区，要分析其评价期内水位埋深动态变化，对于其中引起了地下水位持续下降的区域，也就是满足水位埋深动态法划分标准的区域，才最终确定为地下水超采区;开采系数法划出的岩溶水超采区出于防止岩溶地面塌陷的目的也一概划为地下水超采区。据此原则，全省地下水超采区总面积约16596.8km2，其中一般超采区面积约7683.0km2，主要位于盐城市、南通市、淮安市及徐州市;严重超采区面积约8913.8km2，主要位于苏锡常地区及南通海门，此外，徐州市丰县、沛县、淮安市涟水、盐城市滨海等多个城区及连云港灌云、灌南局部地段也为严重超采区(图4)。

图4 江苏省地下水超采区分布图Fig．4 Distribution of the over-exploitation region in Jiangsu

4.2 开发利用建议

地下水的开发利用应以可持续利用为宗旨，在目前全面禁采、限采有困难的情况下，应重点对超采区地下水开发利用加以限制，以实现资源开发与环境保护双赢。

对于一般超采区，当地人民政府应加强替代水源建设，逐步压缩超采区地下水开采量，严格控制新增开采井数量。新增地下水取水井主要用于地表水供水管网未到达地区生活用水以及食品、饮料、医药等特殊行业用水。

对于严重超采区，如已实现区域供水管网全覆盖、具备替代水源条件的苏锡常地区及南通海门地区，建议除食品、饮料、医药等特殊行业用水和留存少量应急备用井外，一律实行“水到井封”。其它严重超采区科学编制地下水限采方案，根据地下水开采布局、水资源利用现状和存在问题，统筹配置地表水、地下水和非传统水源，不再新增开采井数量。确需凿井的，实行“打一封一”制度，新增地下水取水主要用于地表水供水管网未到达地区生活用水以及特殊行业用水。

5 结论

(1)由于地面沉降相对水位变化的滞后性、不同方法依据的统计数据口径差异、地面沉降研究程度的地区差异等原因，不同方法的划分结果不尽相同。

(2)各划分方法有其最佳适用范围。在监测资料的数量和质量有保证的前提下，宜首选水位埋深动态法;对于目前已实施地下水控制开采甚至禁采的地区，诱发问题法无疑是最适合的超采区划分方法;对于开采系数法，则需视计算单元的选取、开采量统计精度、可采资源量计算精度等多种因素而定，超采区评价时可作为前两种方法的补充。

(3)开展区域性地下水超采区评价时应综合各种方法的划分结果，全面分析水文地质条件、开采条件、划分计算单元、基础资料可靠性、评价期前地下水超采情况、开采引发的地质环境问题等因素，统筹考虑，以得到最符合实际的评价结果。

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