海河流域地下水超采治理关键问题分析与对策初步研究

王 哲，李涛涛，朱静思

（1.海河水利委员会水文局，天津 300170；2.天津市水利勘测设计院，天津 300204）

我国水资源分布与土地资源和生产力布局极不匹配，为了维持经济社会的发展，不得不大量开采地下水，但是由于我国用水地点集中、用水量增长幅度过大、工业布局不够合理等原因，造成了局部地区特别是海河流域的地下水超采严重。

根据2017年海河流域水资源公报显示，2017年海河流域各类供水工程总供水量为369.78 亿m3，其中当地地表水占总供水量的23.9%，地下水占总供水量的50.0%，外调水占总供水量的19.9%，其他水源占总供水量的6.2%。地下水用水量的增加导致地下水开采量快速增加，特别是京津冀地区地下水超采尤为严重，地下水采量达到34.7 亿m3，导致地下水位下降、河湖水面萎缩、地面沉降、海水入侵等生态环境问题，对保障国家水安全和区域可持续发展构成严重威胁［1］。

1 海河流域地下水问题的产生和演变趋势

1.1 海河流域地下水开发利用分析

海河流域地下水资源在1960 年以前基本处于自然平衡状态，仅开采浅层的地下水，短时间能够通过自然补给恢复地下水水位。进入20世纪60年代，随着人口增加和经济发展的需要，开始出现规模化的机井，到1969 年将近20 万眼，局部地区浅层地下水出现超采，浅层地下水水位开始下降。进入20世纪70 年代，随着经济的快速发展，地下水开采进入深浅混合的状态，地下水成为经济和社会发展的主要水源，局部地区开始出现地下水水位降落漏斗。20 世纪80 年代至2014 年，社会经济迅猛发展，地下水资源过量消耗，与20世纪60年代相比海河流域浅层地下水水位普遍下降，水位降幅为4.8～22.2 m［2］。深层地下水降幅为12.9～53.8 m，漏斗逐年扩大，并出现严重的地面沉降、海水倒灌、水质污染等环境地质问题。

从2014 年开始，国家开始利用南水北调水置换受水区城区地下水，在河北省开展了地下水超采综合治理试点，并印发实施《全国地下水利用与保护规划》，明确了各省（区、市）地下水开采总量控制指标和压采目标，指导各省市制定地下水超采治理方案，组织划定了地下水禁采和限采范围，地下水年超采量开始减少，但是地下水水位仍然呈下降趋势。

1.2 海河流域地下水循环演变分析

海河流域地下水超采使得地下水与地表水、降水之间的区域循环发生了显著变化。首先是海河流域地下水水位下降，包气带厚度增加，在中东部平原地区，地下水水位埋深已由20 世纪60 年代的小于4 m，增大至4～8 m，降雨入渗系数由原来的0.11～0.25 增加到0.15～0.30［3］。海河流域平原区地下水流向的总趋势与地面倾斜方向、隐伏冲积扇延伸方向及河流流向等大体一致。但是由于平原区形成的20 多个常年性浅层水和深层水地下水水位降落漏斗（详见表1），平原北部由西北向东南流，中部由西向东（东北）流，南部由西向东转为由南向北及东北流，最后经沧州、廊坊地区向天津方向流去。同时地下水的排泄也由20 世纪60 年代以天然排泄为主转变为以人工开采排泄为主［4］。由于包气带厚度的增加，地下水的蒸发和侧向流出也大幅度减小。

表1 华北平原主要地下水漏斗基本情况（2016年）

2 海河流域地下水超采治理的关键问题

2.1 地下水超采评价方法不统一

《地下水超采区评价导则》（GB/T34968-2017）在综合考虑我国不同地下水系统和环境实际情况，总结现状地下水超采区评价方法并分析其不足的基础上，根据不同地区的特点，按照地下水系统理论，提出了地下水超采区划分方法，分为水位变幅法、开采系数法、沉降速率法、泉流量衰减法。但这些方法由于评价指标参数没有统一、参数值获取困难或准确性不够，导致现在的评价结果准确性受到影响，如对于地下水超采临界量的界定和计算至今仍没有统一，确定仍然十分困难，不同计算方法得到的结果也不尽相同，甚至差别很大。

2.2 地下水开发利用与保护准则欠缺适用性

《全国地下水利用与保护规划》明确了各省（区、市）地下水开采总量控制指标和压采目标。流域各个省市也制定了地下水超采治理方案，组织划定了地下水禁采和限采范围［5］。但是目前没有统一的海河流域的地下水开采量控制、地下水水位控制、地下水战略储备等标准确定的准则和方法，没有提出重点地区地下水开发利用与保护标准阈值。对地下水补给量、开采量的准确、科学的调查统计目前也有一定的困难，特别是对农业灌溉地下水开采量的统计，可靠性就更差。在难以准确计算地下水补给量和开采量的情况下，各种方法的准确性就受到严重影响。针对不同类型超采区，缺乏统一的评判含水层超采状态的指示性指标及等级划分标准。没有分区分类型提出地下水开采量与地下水水位控制的合理阈值与阶段性目标，没有划分地下水战略储备区，亦没有分析地下水战略储备量。

2.3 地下水预测预警技术支撑不够

目前海河流域地下水预测预警还是简单地从地下水水位或者埋深数据进行单一的预警，没有结合不同地区不同类型地下水开发利用现状及问题根源进行预警分析。同时预测预警监测站网有的采用省级监测井，有的采用国家级监测井，深浅层的划分标准与潜水井和承压水井不一致，导致各地区进行地下水预测预警时没有服从地下水管控需求，地下水水量、水质、水温等方面的指标也欠缺。

2.4 地下水超采区治理修复技术适用性分析不足

虽然《华北地区地下水超采综合治理行动方案》统筹提出华北地区地下水超采综合治理的总体思路、治理目标、重点举措和保障措施，明确提出5 项治理行动和18 项具体任务措施，确定了2022 和2035 年的治理目标，但是还缺乏针对不同地区地下水超采问题形成的原因及产生的影响与危害的分析，“一增、一减”措施体系的标准值不明确，地下水压采、地表水地下水联合利用、地下水回补等措施的关键影响因素、适用条件、实施路径与效果跟踪方法等多项措施综合实施的技术方法适用性研究不够等。

3 完善海河流域地下水超采治理的对策建议

3.1 开展海河流域地下水循环规律与演变趋势分析

系统整理海河流域地下水动态基础台账，以行政区套水资源分区，并考虑地貌类型分区为基本单元，构建地下水均衡模型，分析不同地区水资源循环特点、地下水形成特征、地表水与地下水相互转化关系，揭示不同地区地下水循环规律与演变趋势。诊断海河流域地下水超采状况，从丰枯周期变化、补径排条件改变，特别是人类开发影响等方面剖析不同地区超采区的形成原因，并分析其发展趋势与自然可恢复性等。

3.2 研究海河流域地下水开发利用与保护阈值

基于区域地下水资源形成与赋存条件、日常开发利用需求，以及区域气候条件变化趋势等，研究地下水战略储备区划定的原则与方法、不同地区地下水储备量确定的原则与方法、储备区管理与保护的原则及储备量动用的技术要求。以水资源分区套行政分区，同时进一步考虑水文地质单元分区与超采状况分区，分区分类型提出地下水开采量与地下水水位控制的合理阈值与阶段性目标，划分地下水战略储备区，分析地下水战略储备量。

3.3 建立海河流域地下水预测预警指标体系

在分析数值法、多元统计分析方法、时间序列分析方法、人工神经网络方法［6］、遗传算法等方法的适用性与应用条件的基础上，分区域分类型提出基于现状监测管理水平的、可用于指导具体操作的各项指标安全阈值与预警标准的确定方法，研究提出地下水超采状况及治理效果动态跟踪指标体系，提出面向地下水超采区强监管对象的分级预警标准。

3.4 研发海河流域地下水超采区治理修复技术

研究基于经济社会发展动态数据信息、水文气候条件数据动态信息、地下水动态监测数据信息等数据的区域地下水开采量统计技术与方法以及“以电折水”等方法。研究节水、农业种植结构调整、水源置换等主要地下水压采措施实施需要考虑的关键因素、适用条件、实施路径，以及多项措施综合实施的优化技术方法。针对地下水回补对涵养地下水资源、增加可供水源、防止海水入侵、预防地面沉降等方面的作用，提出地下水回补技术关键影响因素、适用区域与条件、实施路径与效果等。

4 结论

地下水资源作为海河流域重要的水资源之一，在社会经济发展、粮食安全、饮水安全等方面发挥着不可或缺的作用。近年来，由于地下水不合理开发利用，引发了一系列生态与地质环境问题。实施地下水超采治理，全面揭示海河流域地下水资源循环特点与演变趋势，研究提出地下水开发利用与保护标准准则，建立地下水预测预警指标体系，研究地下水压采综合技术、地表水地下水联合应用技术、地下水回补技术，以及地下水资源管理技术，为全面、长效解决海河流域地下水超采问题提供支撑具有重要意义。