开展地下水人工调蓄研究刍议

李 伟 ，龙玉桥 ，钟华平

（1.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，210029，南京；2.南京水利科学研究院地下水研究中心，210029，南京）

地下水是水循环的关键环节，是水资源的重要组成部分。我国多年平均地下水资源量为8218亿m3，其中与地表水不重复计算量为1024亿m3。“十二五”期间全国地下水年开发利用量基本稳定在1100亿m3左右。2016年，全国地下水开采总量1057亿m3，占供水总量的17.5%。北方17个省（自治区、直辖市）地下水开采量约占全国总开采量的90%，占这些省份总供水量的32%，北方地区城市生活和工业用水量中地下水所占比例达到60%以上。

地下水在支撑经济社会快速发展的同时，也面临着突出问题，主要表现为地下水超采问题严重。目前，全国有20余个省（自治区、直辖市）存在不同程度的地下水超采问题，主要集中在北方地区，其超采区面积占全国超采区面积的95%，超采量占全国超采量的99%。由于地下水过度开发，导致出现地下水资源日益匮乏、地下水水位持续下降、地面沉降、海（咸）水入侵、土地荒漠化等生态环境问题。维持地下水资源的可持续性，保护和修复地下水系统，已刻不容缓。虽然地下水系统自身具备一定的天然调节能力，但在人类活动的强烈影响下，自我调节能力已日益退化，因此，地下水的人工调蓄已成为防止地下水资源持续匮乏、维护地下水系统活力的重要举措。

一些发达国家逐渐将调蓄水资源的重点由地表水库转移至地下含水层的调蓄运用方面，与此相关的理论和实践研究已成为地表水、地下水及各类非传统水源统一调度领域的热点问题。美国、瑞典、荷兰、德国、日本等国家自20世纪80年代以来便开始大力推广利用地下含水层调蓄水源的做法，并将其视为水资源管理的重要策略之一。美国、德国、荷兰、瑞士等国家地下水人工补给量已超过地下水供水量的20%。20世纪70年代，我国以控制地面沉降、防止海水入侵为目的人工回灌工程逐渐兴起，目前，上海、北京、河北、山东等地都建有不同规模的地下水人工调蓄工程，但由于相关技术发展滞后、管理经验缺乏、运行保障不力等，国内地下水人工调蓄工作尚未广泛开展，有关地下水人工调蓄的管理问题与技术问题还处于初期探索阶段，未形成系统的技术理论体系和完善的指导管理体系。

一、开展研究的意义

开展地下水人工调蓄研究是结合国家发展战略需求，实现多类水源统一配置、高效利用的重要手段。多种形式的地下储水空间、地下含水层不仅是地下水的赋存空间，更是存蓄地表径流、雨洪水、再生水的重要场所，地下水人工调蓄是实现多类水源统一配置，高效利用非传统水源的重要手段。

开展地下水人工调蓄研究是遏制地下水资源匮乏态势，增加可供水量，保障经济可持续发展的重要途径。通过人工措施主动积极干预地下水补径排过程，是缓解地下水资源过度开发、增加地下水可供水量的重要措施。地下水人工调蓄可显著提高地表水源特别是雨洪水、再生水等非传统水源的利用效率，在保障供水安全，维护区域经济持续健康发展方面有重要意义。

开展地下水人工调蓄研究是保护和修复地下水系统，构建生态文明的重要措施。伴随着地下水资源过度开发，地面塌陷沉降、咸水下移海水入侵、土地荒漠化等问题日益威胁着人类安全，很多地区的地下水系统已难以维持自身活力。地下水系统的修复有赖于科学合理的人工措施，地下水人工调蓄是保护修复地下水系统的重要技术措施。

开展地下水人工调蓄研究是应对干旱、地表水源污染等突发水事件，发挥地下水源应急供水作用的有益补充。供水保障是人类生存的基本要素之一，然而地区性持续干旱问题、突发性地表水源污染问题却时常威胁着供水安全。与地表水源相比，地下水源受气候条件影响小、不易污染、径流速度慢等特性，使其成为应急备用水源的首要选择。开展地下水人工调蓄对于加强地下水资源管理、储备相关技术力量、充分发挥地下水源应急供水作用意义重大。

二、开展研究的迫切性

从增加供水的紧迫性来看，我国水资源短缺形势日益严峻，特别是在黄淮海平原区，供水保障面临严峻挑战，地下水资源已经难以维系经济持续健康发展。如何利用各类传统、非传统水源，增加可供水量，实现地表水与地下水的联合调度，是区域经济社会发展亟待解决的问题之一。

从改善环境的机遇性来看，伴随南水北调工程的逐步实施，华北地区过度依赖地下水的供水格局将发生改变，区域水资源供需矛盾得到一定缓解，受损地下水系统将面临难得的修复机遇。如何抓住这一历史性机遇，采用人工措施，促进受损地下水系统的逐步修复，从而改善地下水环境，是地区生态环境建设发展所面临的重要任务。

从地下水人工调蓄发展趋势来看，许多发达国家的地下水人工调蓄已跨出初期试验阶段，成为调蓄、保护地下水源的重要途径。相比之下，我国地下水人工调蓄发展缓慢，人工补给实施的规模较小,缺乏以调蓄水源为目的大规模示范性工程，无论是技术理论还是管理模式都处于探索阶段。因此，亟须开展有关研究，为我国地下水人工调蓄储备技术力量和示范管理经验。

三、研究目标与内容

1.研究目标

在分析评估国内外现有地下水人工调蓄技术和应用状况基础上，系统研究人工调蓄的理论、方法和技术，研究建立地下水人工调蓄模拟和管理模型，进行相关补给区建设模式、适宜性评价、效益评估、风险管理、监测网优化布设、生态环境影响评估等关键技术研究，开展地下水调蓄工程示范区建设，研究地下水人工调蓄规律，达到地表水地下水联合调控，充分利用雨洪资源，增加地下水可利用资源，缓解水资源供需矛盾，控制地下水开采，修复地下水系统，实现地下水资源可持续利用。

2.主要研究内容

（1）国内外地下水人工调蓄技术及其应用分析评估

在全面系统梳理国内外地下水人工调蓄技术与管理研究进展的基础上，总结各国实施地下水人工调蓄技术与工程的适用条件、应用范围、实施效果等，论证其优缺点及其应用于我国地下水调蓄的可能性，提出适用于我国地下水的调蓄推荐模式，为开展地下水人工调蓄研究和应用提供详实的基础资料，为促进科学的地下水管理提供参考依据。

（2）地下水人工调蓄关键技术研究

以地下水人工调蓄初期规划、中期建设、后期运行研究为主线，以相关理论技术研究为切入点，开展调蓄区选址及规划技术研究，建立调蓄区场地勘查技术理论体系和调蓄区适宜性评价指标体系。开展调蓄水源论证技术研究，提出可调蓄水源的数量评估技术和质量标准。开展地下水人工调蓄工程建设关键技术研究，提出补给工程关键技术参数优选设计及布设模式，结合典型区研究，提出调蓄区地下水开采优化布设方案，编制地下水人工调蓄区监测系统开发建设指南。开展运行风险分析研究，提出工程运行保障技术体系，提出水源污染风险控制技术、分级预警技术和应急预案，整合梳理各类关键技术，编制地下水人工调蓄技术规程。

（3）典型区地下水运动数值模拟与人工调蓄管理模型研究

揭示典型区含水层的结构、岩性和水力特性，识别人类活动影响下地下水的动态及其变化规律。建立典型区地下水运动三维数值模拟模型，为地下水动态模拟和预测提供计算工具。建立典型区地下水人工调蓄管理模型，为地下水人工调蓄提供决策支持工具，提出不同情景下研究区地下水人工调蓄合理方案和措施建议。

（4）地下水人工调蓄效益评价与管理制度建设研究

研究提出地下水人工调蓄效益评估内容和方法，建立地下水人工调蓄效益评估指标体系。研究风险评估方法和风险管理制度，提出地下水人工调蓄工程风险评估和管理的理论体系。根据不同区域类型特点提出地下水人工调蓄的运行管理方法、管理体制机制以及工程和非工程保障措施。

（5）地下水人工调蓄工程管理与技术研究

在分析评估国内外地下水人工调蓄技术及其应用状况的基础上，开展地下水人工调蓄关键技术研究，提出人工调蓄适宜性评价指标体系，建立典型区地下水运动数值模拟与人工调蓄管理模型，分类型区开展地下水人工调蓄工程示范建设，研究探讨不同类型区地下水人工调蓄规律，对地下水人工调蓄工程进行风险管理研究、生态环境影响评估，提出相关管理政策措施建议。

四、关键技术研究

1.地下水人工调蓄区选址与规划技术研究

以传统水文调查、水文地质勘查技术方法为基础，开发遥感技术与现代物探技术相结合的调蓄区勘查选址技术，提出调蓄区场地勘查技术理论体系，绘制场地调查技术基本流程图。从调蓄水源条件、地下储水空间条件、经济技术条件、生态环境需求等方面，筛选指标，构建地下水人工调蓄区适宜性评价指标体系与方法，划分调蓄区类别与等级。以区域性总体规划为目标，以科学先进性、普遍适用性为原则，以地表、地下水源联合调蓄技术为重点，编制地下水人工调蓄规划工作大纲。

2.调蓄水源数量评估与质量标准研究

以水资源配置理论为依据，针对雨洪水、地表水库弃水、污水处理再生水等多类可调蓄水源，在生活、生产、生态用水之间进行水源调配，研究各类水源地下可调蓄水量及其保证率的分析计算方法，分别提出近期调蓄水源数量评价技术和远期调蓄水源潜力评估技术。针对不同调蓄水源，分类识别主要污染物，分析其在包气带及含水层中迁移转化规律，划定调蓄水源中主要污染物阈值，系统梳理总结国内外各类相关水质标准，提出地下水人工补给水源质量标准。

3.地下水人工补给工程建设关键技术研究

开展代表性补给工程调研，对现有的各类补给方式与技术方法进行系统归纳与分类，逐一阐述组成结构，阐明适用条件，针对不同区域，提出与区域特点相适应的地下水人工补给模式、技术方法。深入分析各类补给工程中制约补给效率的原因，识别主要影响因素，以物理模型试验和数学模拟分析为手段，揭示工程型态、构建方式对补给效率的影响特征，开展补给工程关键技术参数优选设计，提出补给工程优化建设方式及布设模式。揭示物理、生物、化学等主要堵塞过程的动态变化规律，开发滤料层铺设与土工织物相结合的堵塞防治技术。

4.调蓄区地下水开采优化与动态监测技术研究

以数学模拟模型为主要技术手段，结合典型区研究，针对不同开采方案，提出开采井的空间优化布设方式，提出开采量的空间及时间优化分配模式。研究调蓄区地表地下水质水量监测网优化布设技术，编制地下水人工调蓄区监测系统开发建设指南。

5.地下水人工调蓄运行风险及保障技术研究

基于风险分析理论方法，以风险因子识别、风险评估与预测、风险控制技术研究以及风险应急预案编制为主线，着重开展调蓄工程运行风险分析，建立调蓄工程运行维护保障技术体系。开展水源污染风险分析，结合监测网布设，研究调蓄区水源污染分级预警技术，编制调蓄区水源污染应急预案。结合开采井与补给工程布设，研究污染水源快速抽取排放技术以及地下污染水流快速阻渗技术。开展地下存储水量渗漏风险分析，提出地下储水空间防渗技术。系统梳理各类关键技术，编制地下水人工调蓄技术范本。 ■