哈尔滨市地下水超采区分析方法探讨与展望

吴 限，孙 雷

(黑龙江省水文水资源中心哈尔滨分中心，哈尔滨 150010)

1 概 况

1.1 研究的意义及目的

地下水具有重要的资源和生态属性，对保障人类生产生活和自然循环有着重要作用。但长期以来，受到我国水资源时空不均衡诱发的水资源紧缺影响，导致地下水开采量在很长一段时间内一直维持在高位，地下水在中国北方地区占总供水量达38%。纵向来看，从20世纪70年代以来，地下水供水量每10年翻一番[1]。地下水资源遭到不同程度的破坏。进入新世纪以来，随着《中华人民共和国水法》、《地下水管理条例》等各项法律法规的出台，地下水资源逐渐受到保护。针对地下水超采区问题，哈尔滨市积极应对，落实最严格的水资源管理制度，近年来工作效果显著。文章根据2016-2021年哈尔滨市市区地下水位自动监测井实测数据资料，对哈尔滨是地下水超采区情况进行动态分析。

1.2 自然概况及水文地质

哈尔滨市位于中国东北松嫩平原东南部，E125°42′-130°10′，N44°04′-46°40′。地势东南高，西北低。依据《黑龙江省水资源综合规划地下水资源评价报告》(2005年)，哈尔滨市区地下水补给量为17849.22×104m3/a，平均可开采模数为9.74×104m3/a·km2，略高于全国平均水平9.29×104m3/a·km2。20世纪70年代以来由于地下水的大量开采，哈尔滨高平原区东部水位已经低于含水层顶板，形成层间无压水(2000年水位低于含水层顶板1m-21m)；西部承压水头也有所降低，2000年为1-16m。

2 地下水动态分析

2.1 资料分析

共选取50眼连续性较好的地下水专用监测井作为评价资料依据，其中30眼位于河谷平原区，20眼位于高平原区。河谷平原区逐年地下水位均在119.42-163.11m，高于“临界地下水水位”107m。因此河谷平原区不存在地下水超采区，见表1。

位于哈尔滨市高平原区共有20眼连续性较好的地下水专用监测井。通过2021年水位与2016年对比，其中水位上涨超过10m的监测井有2眼，5-10m的监测井有10眼，5m以内的有8眼，水位上涨明显，地下水水位恢复较快，见图1-4。

2.2 超采区水位等高线绘制

哈尔滨市一般超采区范围划定依据地下水开采水位控制法，即根据评价区当地水文地质条件、确定承压含水层顶板高程，作为评价区分析地下水超采状况、确定地下水超采区的标准。

表1 河谷平原区地下水位变化幅度统计表

利用已有数据，结合Arcgis与Surfer软件对地下水位等高线进行逐年点绘，这两种软件广泛应用于气象学、地质学等领域[2]。以2021年数据为例，生成承压含水层顶板标高等值线与地下水位等值线图。在生成等高线方式上，Arcgis与Surfer本质上都是主要采用克里金法(Kriging)差值生成等高线，即通过一组具有Z值的分散点生成估计表面的统计过程。但是Arcgis本身的插件在使用克里金法差值时很难得到理想的结果，曲线在平滑度和合理性上均不理想，需要大量的后期人工修缮。Surfer软件中的克里金插件就可以很好的生成光滑合理的等高线，之后将生成的JSON曲线文件通过Arcgis插件中的JSON To Features工具即可转化为shp文件，插入Arcgis图层中。即可将Surfer生成的等高线与Arcgis软件等高线对比分析，结合使用。

2.3 超采区面积分析

以2021年为例，对等高线高程逐线逐点分析。绘制超采区范围后，再提取特征点在两种等高线图中高程数值进行验证。见表2。

表2 2021年特征点水位、顶板高程对比表

根据现有资料确定，2021年高平原区内监测井水位均高于承压含水层顶板，2021年哈尔滨市不存在超采区。但由于地下水位呈波动性变化，且个别监测井水位接近含水层顶板，超采区是否永久性消失，仍需持续监测分析。其余年份超采区面积变化见表3。

表3 2016-2020哈尔滨地下水超采区面积统计表

3 结论与展望

综上分析，2016年后哈尔滨地下水超采区面积逐年缩小，并且缩小速率有逐年递增趋势。以目前数据资料来看，2021年丰水期时已不存在超采区。一方面是哈尔滨市严格限制地下水开采带来的积极成果。另一方面从地下水开采系数来看，哈尔滨市本身地下水可开采系数(ρ)较高，达到91.2%，可见哈尔滨市在兼顾生产与环境治理中，摸索出了科学有效的方法。对于高平原区超采区缩小(消失)因素，即地下水补给要素分析，在将来仍需继续探讨。作为城区或近郊区域，基本排除水库、灌溉、渠系渗水补给，主要考虑其降水入渗补给和侧向径流补给[3]。通过对地下水补给和消耗要素分析，建立水量平衡方程，对于长期有效治理地下水超采或内涝是有益的。