海河流域地下水资源利用状况和保护对策研究

2022-06-08周根富解文静

自然资源情报 2022年1期

周根富，解文静

（1.江苏省水利防汛物资储备中心，江苏南京 210029；2.水利部海河水利委员会，天津 300170）

20世纪60年代以来，伴随着经济社会快速发展，海河流域水资源需求增长较快。从2000年以来的海河流域历年水资源公报统计数据来看，地下水资源支撑了一半以上的用水需求。由于长期过度开采，流域地下水资源衰减，地下水总储量急剧减少[1]。研究表明，人类活动致使区域地下水补给、径流和排泄条件均发生了变化[2]，而大规模开采地下水资源，使海河流域13.2×104km2的平原区浅层地下水水位在1959—2013年累计下降10.99 m[3]，该区域地下水资源的开发利用处于不可持续状态[4]，在流域平原区产生了严重的生态环境问题，如地面沉降、地下水漏斗扩大、水质恶化、咸水入侵等[5]，加之海河流域地下水脆弱性比较严重，地下水资源危机已显现[6]。总之，海河流域地下水资源问题应当引起高度关注，有必要对近年来特别是进入21世纪以来的地下水总体状况以及人类活动对地下水的影响进行探讨，为地下水资源管理和保护提供参考。

1 海河流域地下水资源总体情况

1.1 地下水资源量总体情况

据海河流域2000—2019年水资源公报，2000年以来，流域地下水资源量平均为224×108m3，与1956年以来的多年平均水资源量相比明显减少，减少15%以上（图1）。20年中的18个年份地下水资源量少于多年平均水平，占比90%。仅有2012年、2016年在多年平均水平以上，主要是因为该两年降水量均在600 mm以上，比多年平均降水量增加一成以上。尽管如此，此两年的地下水资源量也仅是略高于多年平均水平，分别仅比多年平均值高6%、3%。这20年，降水量高于多年平均降水量的年份有7年，其中有5年地下水资源量低于多年平均水平。以上分析表明，2000年以来，海河流域地下水资源量常年维持较低数值，即使在丰水年，转化成的地下水资源量依然较少。流域地下水总体呈现水量少，且资源转化率不高的特点。

图1 海河流域地下水资源量与多年平均水平的对比

1.2 对降水的响应

点绘20年海河流域年平均降水量与年度地下水资源量的关系表明，作为主要的地下水补给源，降水量与地下水资源量呈现出较好的正相关关系（图2）。

图2 地下水资源量与降水量的相应关系

二者线性相关系数R为0.95。年降水量在400 mm左右时，地下水资源量约为150×108m3，降水转化为地下水资源的比例约为11.7%；年降水量在600 mm左右时，地下水资源量约为280×108m3，降水转化成地下水资源的比例约为14.6%。因此，降水是影响海河流域地下水资源量最主要的因素。此外，海河流域降水转化成地下水资源的比例不高。

2 地下水资源供水变化趋势

2.1 地下水供水情况

海河流域地下水供水量20年总体呈明显减少趋势（图3）。2000—2007年间地下水供水量在250×108m3以上，维持在较高水平。2008—2012年基本维持在230～240×108m3之间，比以往有所减少。2014年年底南水北调中线通水后，下降趋势较为明显，到2019年流域地下水供水量减少至160×108m3。

南水北调通水后，海河流域使用的外调水逐年增加。2014年引黄和南水北调供水量约40×108m3，到2019年引黄和南水北调供水量约110×108m3。其间，海河流域对地下水的开采量呈现出逐年明显减少的趋势。因此，在总体缺水的形势下，外调水对海河流域地下水的置换作用十分明显。

2.2 地下水供水比例

与地下水年供水量变化趋势相似，地下水供水量占海河流域总供水量的比例总体也呈下降趋势（图4）。2000—2013年，地下水供水比例基本保持在60%以上，较为稳定。2014年之后所占比例呈明显下降趋势，到2019年，地下水供水量占总供水量的42%。与此同时，随着南水北调中线通水，外调水在总供水量中所占比例逐年上升，从2014年的11%上升到2019年的29%。

2014年之前，深层地下水供水量在地下水总供水量中占比在20%以上，其中，2002年占比最高，为28.7%；2014年后降至20%以下，且占比逐年递减，2019年占比降至14.2%。因此，南水北调对优化海河流域供水结构，改善地下水高强度开采的状况具有十分重要的作用。

2.3 地下水开发利用程度

20世纪70年代以来，华北地区地下水开采量快速增加[7]，海河流域地下水开发利用程度长期维持在很高的强度。这20年来地下水开发强度依然很高，直到近年来才有所缓解，地下水年供水量与各年地下水资源量的对比如图5所示。

这20年，地下水总供水量与地下水资源量的比值为1.03，地下水开采总体仍为“入不敷出”状态。特别是2011年之前，流域地下水供水量一直高于当年地下水资源量，当年地下水资源量基本处于“吃干喝净”状况，且地下水储量资源一直被开采，因此超采现象明显。

2012年之后，地下水开采形势有所缓和，地下水总供水量与地下水资源量的比值下降至0.84。每年地下水供水量基本在当年地下水资源量以下，仅在2014年降水量极少的年份超过了当年地下水资源量。2016年和2018年地下水供水量与地下水资源量的比值最小，分别为0.70、0.68。因此，虽然近年来地下水开采强度总体呈减小趋势，但仍有较大的压采空间。

3 地下水水位和漏斗区变化趋势

由于多年高强度开采，海河流域地下水水位下降的面积占平原区面积比重较高，地下水水位一直呈现下降趋势。2019年水位降幅超过0.5 m的面积为5.54×104km2，占流域整个平原区面积的49%。

20年以来，每年均有地下水水位下降的区域。下降区面积同地下水开发利用程度呈现出较明显的正相关关系，相关系数R为0.73（图6）。随着地下水供水量占地下水资源量比例的提高，水位下降区面积总体呈直线增大趋势。因此，地下水开采强度对地下水水位具有十分重大的影响。

这20年来，海河流域地下水漏斗区总体仍呈扩大趋势（图7）。2000—2004年漏斗区面积增大较快，从2000年的1.8×104km2增至2004年的2.8×104km2。此后，2005—2013年漏斗区面积较为稳定，维持在2.9×104km2左右。2014年之后漏斗区面积保持在历史最高值，超过3.5×104km2。流域地下水水位下降趋势尚未得到根本遏制。

图7 地下水漏斗区面积变化趋势

4 对策措施

基于以上分析，海河流域地下水补给主要受天然降水影响，在排泄端受人类开采活动影响十分显著，控制地下水开发利用程度极为重要。应采取多种措施，系统推进海河流域地下水保护和治理，遏制地下水高强度开采态势和地下水水位下降趋势。

一是从需求端控制用水总量需求。继续实施华北地区地下水超采综合治理，重点加快推进农业地下水综合治理工作，调整种植结构，增加节水作物比例，压减地下水开采量。持续开展国家和各省节水行动，强化海河流域节水控水，推进农业节水增效、工业节水减排和生活节水降损，深入挖掘海河流域节水潜力。

二是从供给端优化供水结构。坚持开源与节流相结合，充分利用南水北调中线一期工程、东线一期北延应急供水工程，以及引黄入冀补淀工程、万家寨引黄入晋工程，保障和增加外调水水量，进行地下水开采置换，减少地下水开采。鉴于海河流域长期缺水导致的包气带增厚、河道水流下渗强烈的特点，结合京津冀协同发展六河五湖综合治理与生态修复等行动，持续实施大清河、南运河、白洋淀等重要河湖生态水量调度，通过河湖补水回补地下水。

三是从管理端实行动态预警。构建地下水水位监测网，加快推进国家地下水监测二期工程建设，重点加密地下水超采区、生态补水区、生态脆弱区等特殊类型区监测站点。构建地下水动态分析评估和预警系统，建立地下水数字流场模型，实现区域地下水水位预测预警，为地下水超采治理提供信息化支撑。