天津市地下水超采区评价及综合治理成效分析

李 华，董晓敏，张 伟

（天津市水文水资源管理中心，天津 300061）

地下水尤其是深层地下水资源，对保障天津市的供水安全和可持续发展意义重大。但由于历史上长期过度开发利用地下水资源，目前已经引发了一系列生态环境问题：①水资源开发利用严重超载，人口经济与水资源承载能力严重失衡；②地下水严重超采，超采区范围涉及除蓟州区外的所有区，占市域面积的79.2%，地下水位持续下降，深层地下水埋深普遍达30~75 m，形成汉沽杨家泊、西青杨柳青和津南双港镇3 个地下水位降落漏斗，漏斗中心埋深最大达99 m；③地面沉降形势严峻，2018 年全市平原区平均年沉降量20 mm，但武清王庆坨、北辰双口—青光、静海台头、西青王稳庄、滨海新区杨家泊—寨上5 个地面沉降严重的地区形势依然严峻；④河湖生态严重损害，由于经济社会用水大幅增加以及资源型缺水，河道上游来水大量减少且水质较差，导致河湖生态状况恶化，河湖、湿地面积大幅减少，19 条一级河道中有17 条出现不同程度的断流或干涸[1]。因此，实施深层地下水压采和水源转换，开展深层地下水超采综合治理具有重要的社会效益和经济效益，而超采区评价则是检验超采区综合治理的有效手段之一。

1 地下水超采区评价

天津市在2004 年和2012 年开展过两次地下水超采区划定工作，并确定地下水禁采区和限采区，对天津市落实最严格的水资源管理制度、推进深层地下水压采、修复保护地下水环境发挥了重要作用。2019 年，为科学评估华北地区地下水超采综合治理成效，天津市再次开展地下水超采区评价工作。

评价范围为天津市平原区，总面积11 193 km2，评价的含水层组为平原区地下水开采的主要含水层组，即浅层地下水和第Ⅱ至Ⅴ组承压含水组。蓟州区北部山区岩溶裂隙水多年地下水动态基本平衡，故该区域不参加本次评价

评价期是2015—2018 年，评价初始水平年为2015年，评价现状水平年为2018年。

评价原则是因地下水开采量超过可开采量，造成地下水水位持续下降，或因开发地下水资源引起环境地质灾害和生态环境恶化现象的区域划定为超采区。

评价方法主要采用水位动态法、开采系数法和引发问题法[2]。

1.1 水位动态法

1.1.1 浅层地下水

不超采区域为孔隙水水位年均下降速率小于0的区域，一般超采区为孔隙水水位年均下降速率为0～1.0 m/a 的区域，严重超采区为孔隙水水位年均下降速率大于1.0 m/a的区域。

由于天津市浅层地下水埋深较浅，在利用水位动态法划分超采区时，要考虑天然降水对浅层地下水位下降速率的影响。2015—2018 年平均降水量559 mm，与多年平均降水量562 mm 基本一致。浅层淡水主要分布在北部地区，中南部浅层地下水一般为咸水，基本不开发利用，故不存在超采情况。各区逐年降水量变化趋势与全市降水量趋势相近，且各区2015—2018 年平均降雨量与多年平均降雨量基本持平。

2016 年蓟州区和宝坻区降水相比2015 年有所增加，同时典型地下水监测站埋深也同步减小；2017年宝坻区和武清区降水明显减少，埋深也同步增加，因此浅层地下水位受降水量因素影响较大，受开采因素影响相对较小。浅层地下水一般超采区分布于宝坻区道口、方家庄一带，面积约92 km2。

1.1.2 深层地下水

一般超采区为地下水位年均下降速率为0～2.0 m/a 的区域，严重超采区为地下水位年均下降速率大于2.0 m/a的区域。

综合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ组承压地下水位年均下降速率，深层地下水超采区主要分布在全淡水区分界线南侧地区，包括宝坻区中南部、宁河区大部、北辰区南部、西青区中东部、津南区中西部、静海区西部及南部、滨海新区及武清区零星区域，为一般超采区，面积约4 612 km2，没有严重超采区。

1.2 开采系数法

以地下水开采系数为评判指标进行超采区划分时，不超采区为评价期内年均地下水开采系数小于1.0的区域，一般超采区为年均地下水开采系数1.0～1.3的区域，严重超采区为年均地下水开采系数大于1.3的区域。

浅层地下水开采的区域年均开采系数均小于1.0，其中蓟州平原区0.82、宝坻区0.38、武清区0.53、宁河区0.56、静海区0.02、西青区0.36，深层地下水由于可开采资源量为0，开采即视为超采，因此浅层地下水不超采，深层地下水超采。根据各区开采系数，深层地下水超采区主要分布在武清区大王古庄、河西务、河北屯及宝坻区新开口、口东、八门城一线以南区域，面积9 427 km2。

1.3 引发问题法

1.3.1 地面沉降分析

以开采地下水引起的生态环境或地质环境问题作为评判指标进行超采区划分，结合天津市实际情况，主要考虑地面沉降速率，年均地面沉降速率大于10 mm/a划分为严重超采区。

2018 年，宁河区、东丽区、津南区、滨海新区塘沽和大港部分地区沉降量小于10 mm。统计不同区2007—2018 年累计沉降量发现，东丽区、津南区、滨海新区的沉降量呈减小的趋势，东丽区年沉降量由2007 年的40 mm 减小到2018 年的15 mm，津南区年沉降量由2007 年的64 mm 减小到2018 年的26 mm，滨海新区年沉降量由2007 年的35 mm 减小到2018年的17 mm，详见表1。

表1 天津市2007—2018年各区累计沉降量和年平均沉降速率

深层地下水超采区分布范围为武清区大王古庄、河西务、河北屯及宝坻区新开口、口东、八门城一线以南区域，面积9 427 km2。严重超采区分布于宝坻区西南部、武清区中南部、宁河区西南东南部分地区、北辰区、西青区、市内六区中北部、东丽区中北部、津南区中南部、静海区及滨海新区部分地区，面积约7 447 km2。

1.3.2 水质情况分析

天津市深层承压水污染主要是由报废机井未及时回填引起咸水串层造成的，地下水埋深下降与地下水水质恶化的变化趋势并不一致，故不选择地下水水质恶化作为划分天津市地下水超采区的标准。

2007—2017年蓟州区和滨海新区汉沽地下水水质有所好转，宁河区地下水水质恶化，主要原因为氨氮超标，其他各区地下水水质状况总体平稳。造成地下水质量较差的主要原因是地下水中氨氮和氟化物超标，地下水中含有多种有害物质，其中多数是人为作用产生的，少数是自然作用产生的，主要包括铅、氨氮、氟化物、氯化物、铁、锰、石油、阴离子洗涤剂、有机氯等。

1.4 超采区划分结果

根据3 种划分方法的划分结果，结合天津市现有监测资料和相关研究成果，采用以地面沉降分析为主、开采系数法和水位动态法为辅进行叠加，以咸淡水分界线为天津市超采区的边界线，以10 mm地面沉降等值线为严重超采区的边界线，确定天津市地下水超采区为深层承压水超采区1个，面积9 427 km2，其中一般超采区面积1 980 km2、严重超采区面积7 447 km2。本次划定的超采区面积比2012 年超采区面积减少13 km2，一般超采区面积增加380 km2，严重超采区面积减少393 km2。

2 地下水超采综合治理措施

以2018 年为现状水平年制定超采综合治理实施计划，通过“节”“控”“调”“管”治理措施，到2019年底，区政府所在地以上城镇范围全面禁采；到2020 年，地面沉降严重区和高铁、高速公路等重大工程附近区域全面禁采。

2.1 落实“节”的措施

（1）大力推进农业节水。2019年高标准农田建设17 333.33 hm2，其中高效节水灌溉面积4 086.67 hm2；农机深松整地作业面积23 333.33 hm2。2020年高标准农田建设16 900 hm2，其中高效节水灌溉面积3 873.33 hm2；农机深松整地作业面积20 666.67 hm2。

（2）加强城镇节水降损。2019 年推动各区制定海绵城市实施计划，全市城镇公共供水管网漏损率10.03%。2020 年改造城镇老旧供水管网13 km；积极推进全市雨污分流改造，铺设管道50 km；全市城镇公共供水管网漏损率在10%以内，城镇节水器具普及率100%，再生水利用率42%。

2.2 落实“控”的措施

（1）调整农业生产结构[3]。2019 年轮作休耕面积2 066.67 hm2，其中季节性休耕966.6 hm2、粮豆轮作1 100 hm2。2020年轮作休耕面积2 600 hm2，将地面沉降严重地区的1 646.6 hm2菜田调整出蔬菜生产功能区范围；改变畜牧业发展模式，畜禽饲养规模化率达到82%，规模养殖场粪污处理设施配套率达到100%，粪污资源化利用达到86.5%。

（2）优化调整产业布局结构。2020 年完成压减120万t炼铁、140万t炼钢产能任务。

2.3 落实“调”的措施

（1）增加水源补给。2019 年累计调引江水11.1亿m3，引滦水6.96 亿m3。2020 年累计调引江水12.9亿m3，引滦水6.89 亿m3；推动非常规水利用，全年处理量达到12.27亿m3，利用淡化海水0.5亿m3。

（2）实施河湖生态补水。2019 年累计利用外调水源和雨洪资源生态补水15.48 亿m3，其中利用引江中线水源生态补水2.46 亿m3、引滦水源生态补水9.9亿m3、雨洪资源向湿地和河道生态补水2.92亿m3、南水北调东线北延应急试通水向北大港及南部河流补水0.2亿m3；利用外调水源和雨洪资源向七里海湿地补水0.6亿m3，向大黄堡湿地补水0.81亿m3，向北大港湿地补水2.65亿m3，向团泊洼湿地补水0.34亿m3。

2020年累计生态调水14.26亿m3（不含再生水）[4]，其中引江水2.93 亿m3、引滦水4.22 亿m3、北运河上游来水4.29 亿m3、北水南调调引潮白新河上游来水0.49亿m3（下丰庄泵站计量）；利用上游河道来水向七里海湿地补水0.41亿m3，向大黄堡湿地补水0.8亿m3，向团泊洼湿地补水1.12 亿m3；利用再生水向其他河道补水9.83亿m3。

（3）进一步实施水源置换。2019 年通过建设水厂和铺设输配水管网、建设加压泵站、改造村内管网等工程，解决1 157个村、129.9万人农村饮水安全问题，企事业单位水源转换280 家，农业水源转换6 333.33 hm2。2020年通过农村饮水提质增效工程、企事业单位水源转换和农业生产水源转换，置换深层地下水0.5亿m3。

2.4 落实“管”的措施

严格禁限采区管理，严控水资源利用总量，推进农业水价综合改革。加强地下水取用水户水量监控，非农业生产用机井全部安装计量设施，农业用水通过“以电折水”推算。

3 地下水超采综合治理成效

截至2020年底，地下水年开采量由上世纪80年代初的10.38 亿m3降至3.01 亿m3，深层地下水开采量从2001 年5.72 亿m3降至0.65 亿m3；严重超采区面积减少393 km2。2020年，全市平原区平均地面沉降12 mm，比2019 年减小7 mm，地面沉降总体趋缓[5]。与2018年相比，沉降大于10 mm区域面积减少2 281 km2，沉降大于30 mm区域面积减少1 349 km2，沉降大于50 mm 区域面积减少645 km2，沉降大于70 mm区域面积减少约145 km2。

与2018年比较，2019年全市浅层地下水位整体呈稳定态势，下降幅度0.01 m；深层地下水整体呈现稳定及弱上升态势，上升幅度在1.14 m。浅层地下水监测井出现回升、稳定和下降速率变缓的监测井数为66 眼，深层地下水监测井出现回升、稳定和下降速率变缓的监测井数为227眼。

与2019年比较，2020年全市浅层地下水位整体呈稳定态势，平均上升约0.20 m；深层地下水位整体呈现稳定及上升态势，平均上升约2.0 m左右。宝坻区东部、宁河区西部、武清区西部和中东部、静海区中部水位下降，下降幅度小于1.0 m，武清区西部大桃园3 监测站下降超1.0 m；其余地区水位均呈现上升态势，武清区中东部、滨海新区塘沽西部、东丽区东部、北辰区中部和北部、武清区南部、西青区西部、静海区西南部上升幅度超过2.0 m。浅层地下水监测井出现回升、稳定和下降速率变缓的监测井数为88 眼，深层地下水监测井出现回升、稳定和下降速率变缓的监测井数为229眼。

天津市实施地下水超采综合治理以来，2019 年计划转换深层地下水0.48亿m3，实际完成0.64亿m3；关停机井3 607眼，其中回填1 363眼、封存2 175眼、转为监测井55 眼、消防备用14 眼。2020 年计划转换深层地下水0.50 亿m3，实际完成0.51 亿m3；关停机井4 303 眼，其中回填402 眼、封存3 568 眼、转为监测井6眼、消防备用327眼。各区转换水量及关停机井数，详见表2。

表2 天津市2019—2020年各区转换水量及关停机井数转换水量：万m3；关停机井数：眼

4 结论

采用3 种不同方法进行超采区划定，通过边界调整与修正，确定以引发问题法中的地面沉降分析为主、开采系数法和水位动态法为辅进行叠加，确定天津市地下水超采区范围，为相同水文地质条件和地下水开发利用程度区域地下水超采区划定提供了参考依据。通过强化各业节水、实施水源转换和强化水源调度实施地下水超采综合治理，关停超采区机井，大力压减深层地下水开采量等方式，取得了地面沉降趋缓、地下水水位企稳回升、河湖和湿地生态环境有所改善等一系列成效。因此，应在全市推广有效治理措施及管理手段，为下一步持续推进超采区综合治理提供借鉴依据。