全国地下水开发利用动态评估研究工作总体构想

2018-08-01韩江波

中国水利 2018年13期

林锦，李伟，韩江波

（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，南京水利科学研究院地下水研究中心，210029，南京）

地下水是我国的重要供水水源，在保障经济社会发展用水安全、国家粮食安全、饮水安全等方面发挥着极其重要的作用。地下水赋存的隐蔽性决定了地下水管理与保护工作的复杂性。在过去较长一段时期内，地下水动态监测计量工作相对薄弱，突出表现在地下水水位监测站网布局不够合理、站网密度不够，地下水取用水计量率不高、计量手段落后，地下水信息化工作滞后等方面，难以满足地下水动态化、精细化管理的需要。近年，为提升地下水动态监测计量水平，切实加强地下水管理能力，我国相继启动了国家水资源监控能力建设一期、二期项目，开展了国家地下水监测工程建设。目前，国家水资源监控能力建设一期项目已经建成，二期项目和国家地下水监测工程也即将完工，我国地下水动态监测与计量能力将得到显著提升。系统集成应用全国地下水水位监测与开采量监控数据，开展全国地下水开发利用动态评估研究，支撑地下水资源动态化、精细化管理的基础条件已基本具备。

一、我国地下水开发利用亟待解决的技术问题

我国多年平均地下水资源量为8 218亿m3，其中与地表水不重复计算量为1 024亿m3。2016年，全国地下水开采总量1 057亿m3，占供水总量的17.5%。“十二五”期间全国地下水年开发利用量基本稳定在1 100亿m3左右，地下水开发快速增长势头得到初步遏制。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，主要表现在超采问题严重。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%。

近年，水利部门通过加快落实最严格水资源管理制度，严格地下水管理和保护，加快国家地下水监测工程建设，健全地下水动态监测体系，有效推进了地下水开发利用与保护工作。然而，由于长期以来地下水监管基础薄弱、地下水重大科学技术问题研究不充分等原因，地下水开发、利用、管理与保护中仍有一些关键技术问题亟待解决。随着最严格水资源管理制度、水污染防治行动计划、水生态文明建设等工作的深入推进，解决这些瓶颈问题的需求尤显迫切。

1.地下水监测数据融合分析能力薄弱

近几年，随着国家水资源管理信息系统、国家地下水监测工程、国土部门地下水动态监测数据库的建立和完善，我国地下水监测体系已基本形成。但由于监测数据质量评价标准缺失、数据整合分析能力不足、地下水开发利用评估监管服务平台尚未建立等现实问题，地下水监测数据还不能精准、有效支撑地下水监管工作。

2.地下水超采治理评估技术体系不完善

目前，尽管华北平原、南水北调东中线受水区等重点地区的地下水压采工作取得了阶段性成果，但地下水超采归因分类不明、超采区评估综合指标体系不完善、地下水压采量与水位恢复关系不清等问题仍未解决，可有效支撑地下水超采治理评估的综合技术体系尚未建立，因此难以对地下水超采治理效果进行科学准确评价，不能有效支撑地下水超采治理评估和压采考核工作。

3.地下水取用水总量与水位双控技术体系不健全

地下水双控管理中，因地下水水位易于监测，获取方便，并与生态和地质环境关系密切，水位控制可作为取用水总量控制的重要实现方式。地下水双控制度实施多年来，地下水取用水总量控制指标已基本得到分解落实，但是大部分地区地下水控制水位尚未清楚划定，主要原因在于不同水文地质单元和不同开采层位开采量与水位关系、地下水控制水位的代表性等方面仍存在若干亟待解决的技术问题，可支撑地下水取用水总量与水位双控管理的技术体系仍不健全，导致地下水双控管理的“两手抓”出现明显脱节现象，难以实现超采区防控的管理目标。

二、动态评估研究目标与内容

1.研究目标

面向国家地下水资源管理需求，立足已有地下水开采量监控、地下水水位水质监测、取水许可台账建设、水文地质调查等成果，破解全国地下水开发利用评估监管技术问题，构建全国地下水开发利用评估监管服务平台，形成全国地下水开发利用评估监管支撑技术体系和标准体系，定期开展全国地下水开发利用动态评价、地下水双控管理支撑、地下水超采治理评估、地下水水源地安全评估等工作，为全国地下水开发利用信息发布、态势研判、预测预警、调控监管提供支撑，以期全面提升国家地下水资源管理决策能力。

2.主要研究内容

（1）地下水开发利用动态评价

以水文地质单元套行政分区，划分国家和省级层面地下水主要开采区；针对各主要开采区，基于开采量监控和地下水水位监测数据，开展主要开采层位的水位、埋深、蓄变量和开采量动态分析；开展地下水开采量和地下水水位变化规律研究，研判全国和省区地下水开发利用的总体态势。

（2）地下水双控管理支撑

分析区域地下水取用水总量控制指标与控制水位之间的关系，分区分层划定地下水控制水位；分析区域地下水实际取用水总量与控制指标之间的关系，以及现状地下水水位与控制水位之间的关系；预测分析新增或压减地下水开采量与区域地下水水位动态关系，为地下水取水许可审批、取用水布局调整、双控管理等工作提供支撑。

（3）地下水超采治理评估

制定超采区评估综合指标体系，从地下水蓄变量、开采量、超采量、平均水位、中心水位等多个维度综合评估超采区动态；分析不同地区地下水超采原因和超采区变化规律；分析超采区地下水主要取用水行业和用水时段，辅助制定超采区压采措施；构建地下水压采量与水位定量关系，以地下水水位为主要判定依据，开展超采区治理成效核查评估。

（4）地下水水源地安全评估

开展国家和省区重要地下水水源地蓄变量、开采量、水位、埋深、水质动态分析，预测分析不同开采条件下水源地蓄变量、水位和主要水质指标变化趋势；识别潜在污染风险，制定风险防控预案，为地下水水源地水量、水质安全保障提供决策支持。

三、总体技术思路

1.数据融合与信息展示技术

基于相关分析、时序分析、地质统计分析等数据统计分析模型，综合运用GIS、大数据处理等技术，从国家水资源管理信息系统、国家地下水监测工程、国土部门地下水动态监测数据库等各类数据源中融合生成地下水监测要素信息，以专题地图形式展示主要信息时空分布特征。

2.地下水动态实时评价技术

基于地下水开采量在线监控数据和地下水水位在线监测数据，实时评价主要开采区地下水蓄变量、开采量、开发利用程度、开采强度、水位、埋深，形成实时动态评价成果。

3.大尺度地下水均衡分析技术

融合降水、开采量、水位等多维信息，总体研判大区域地下水补径排关系；采用遥感解译、数理统计等方法，开展大尺度地下水量平衡计算分析，分析省区层面的地下水资源及其开发利用宏观态势。

4.中小尺度地下水精细模拟技术

基于区域水文地质条件，针对不同水文地质单元的主要开采含水层，选择适用模拟技术方法，建立水文地质单元或水源地层面的地下水动态仿真模型，精细分析地下水取用水量与水位、水质动态关系，预测分析其变化趋势。

图1 地下水开发利用评估技术框架图

5.重点区域地下水水位控制管理技术

针对京津冀、雄安新区、“一带一路”沿线缺水地区等重点区域，分析地下水水位动态的各类主要影响因素及其影响程度；根据区域水文地质条件和地下水取用水总量控制管理需求，模拟分析区域地下水取用水总量控制指标与水位之间的关系，分区分层划定地下水控制水位；根据区域地下水流场特征，优化筛选地下水水位控制站点，综合利用多个控制站点水位，实现区域地下水水位控制管理，防控地下水超采。

6.地下水开采管理优化技术

根据地下水管理具体需求，建立区域地下水多目标优化管理模型，在地下水取用水总量及水位控制目标约束下，开展地下水开采方案优化设计，调整优化地下水开采布局，辅助决策地下水取水许可审批、地下水取水计划管理。

7.地下水水源地污染风险防控技术

从水源地周边环境、包气带防污性能、地下水径流特征等方面，识别地下水水源地水质污染风险因子，分析水源地污染风险程度，绘制污染风险图。针对地下水水源地高污染风险因子和高风险区域，从完善风险监测、加强风险预警、实施风险防范等方面提出避免或降低地下水水源地水质污染风险的防控预案。

主要研究内容与上述7大技术之间的对应关系如图1所示。

四、能力建设

1.建设多源信息共享数据库

以国家水资源管理信息系统地下水开采量监控数据和国家地下水监测工程地下水水位监测数据为主体，汇聚全国水文地质数据、部分省区监测数据、地下水开采统计数据等多源信息，通过原始采集数据交换、加工成果数据服务推送等方式，搭建分布式数据共享平台，建设地下水多源信息共享数据库，运用大数据处理融合技术，实现关键数据实时共享和总体数据定期更新。