地下水水位水量双控管理研究综述

孙雪峰 孙春峰

(1.河北省水资源研究与水利技术试验推广中心，河北 石家庄 050061；2.石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050041)

2011年，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出实行地下水取水总量与水位预警双重管理后，2012年，出台了《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》，要求严格地下水的管理和保护，加强地下水动态监测，实行地下水取用水总量控制和水位控制；2021年，国务院颁发《地下水管理条例》，实行地下水总量控制制度，各省在总量控制指标下，制定县级行政区的地下水取水总量控制指标和地下水水位控制指标。落实地下水水位水量双控管理工作，离不开各方面技术研究成果的支持，为了解目前地下水水位水量双控技术研究状况，本文通过分析与地下水水位水量双控相关的340篇文献，将地下水水位水量研究成果进行分类综述，可为同行业技术人员提供一定参考。

1 地下水水位水量双控管理区研究

地下水泛指地表以下的重力水，因地质条件不同，重力水存在的方式也不同，研究地下水水位水量需要按照一定的标准划定边界范围形成具体的区域，以便定量描述水量的多少和水位的高低。这就涉及到地下水水位水量双控管理区域划分问题，本文经过分类汇总文献内容，总结出以下3种分区方法。

1.1 分区分类划分

陈文芳[1]是较早系统研究地下水位控制的研究人员，虽然仅得到了从概念到理论推理的结论，但从全国范围对地下水的分布特点进行了分析，在地下水水位水量双控管理方面具有较强的启发性。在其《中国典型地区地下水位控制管理研究》一文中，得出了地下水管理分区是地下水位控制管理的基础的结论。中国地下水分布范围很广，受水文地质条件的复杂性、地下水开发利用类型以及开采程度差异性的影响，不同区域地下水开发利用产生的生态环境效应是不同的，导致的环境地质问题也有较大差异。因此，地下水位控制研究应分区域、分地下水类型，针对不同的地下水开采程度以及引起的环境问题选取典型地区进行研究。从全国地下水区域特点进行划分，可分为华北平原、西北地区和沿海地区3个类型区；结合地下水水位的发展趋势，可分为抬升型和下降型两种；结合地貌类型，可分为平原和山区两类。

1.2 分区分级划分

叶勇等[2]认为合理地进行管理分区划分是进行地下水资源管理的先决条件。但根据我国水资源分级管理特点，划分地下水控制性管理分区时需从流域分区、行政区划、水文地质单元、地下水资源开发利用特点和管理目标等方面予以考虑。结合我国水资源行政主管部门的实际情况，为了便于管理，将划分的管理分区与流域管理区及行政管理区相结合。即流域级管理分区下嵌套水资源二级分区、省级行政管理区和地下水一级水功能；省级管理分区下嵌套水资源三级分区、地(市)级行政管理区和地下水二级功能区；地级管理分区下嵌套水资源四级分区、县级行政区。

1.3 独立功能区划分

各级科研机构结合各自管理范围内的行政区和流域特点，探索了更细致的地下水双控管理分区方法，大部分是根据地下水开发利用问题导向结合功能进行划分的。

王金哲等[3]强调了地下水功能区划的重要性，以我国西北内陆平原区为例，把地下水分为生态功能保护区、基本农田质量保护区和可开采资源功能区,增强了最严格水资源“水位、水量”双控管理的针对性。闫学军等[4]以天津市地下水开发利用为例,以地面沉降为约束条件建立了地下水水位-水量数值模型。于璐等[5]专门研究了海水入侵区地下水管理控制水位划定方法,在对海水入侵区地下水管理控制水位概念界定的基础上,提出了地下水管理控制水位红线、黄线、蓝线分级模式。严格来说，管理分区与功能分区是不完全一致的，管理分区可能有很多功能区，但一个功能区只能有一个功能。

2 地下水总量控制与水位控制及其关系

地下水作为水资源的一部分，具有明显的特殊性。地下水储存于岩土空隙之中，与所依存的岩土构成一个有机整体。因此，地下水既具有水资源的属性，又具有水文地质构造的属性。地下水的地质属性与岩土不同，并没有固定的结构形态，受自然降水、蒸发蒸腾、土壤质地、地质构造、地形地貌的影响，地下水存储量、地下水水位埋深随季节变化而变化。地下水水位与水量都是表征地下水的指标，两者具有孪生性，一个水位对应着一个水量，地下水水位相当于地下水的开关，水位的高低决定着水资源量的多少。不仅如此，过高的地下水水位将造成土壤盐渍化，影响地面植被生长，产生的浮力使建筑物地基不稳；过低的地下水水位将产生地下水漏斗，引发地面沉降、诱发地震、土壤沙化等生态环境问题，对经济社会环境产生一系列的影响。从地下水水位具有的水量属性、环境属性特点来看，在研究地下水时，地下水水位埋深及其变化是一个重要课题。

2.1 地下水由水量管理到水位水量双控管理的历史演变

为了控制地下水超采问题，最初的设想是控制地下水开采量，即把地下水开采量保持在一个合理的水平，即不超过地下水的最大允许开采量。最早具有普遍性的研究地下水合理开采量的是全国各级水行政主管部门开展的地下水资源评价，其中最主要的内容就是确定地下水允许开采量，并作为区域地下水的合理开采量。但是由于地下水开采没有计量，因此，允许开采量就无法得到具体落实，也就是说通过允许开采量来控制地下水超采的方法未起到作用。随着地下水超采引发的环境地质灾害问题越来越严重，与之密切相关的地下水水位越来越受到重视。许一川[6]认为由于地下水位易于监测的特点，相对于总量控制，水位变化能更直观、更真实地反映地下水资源变化状况，更能体现管理者在地下水管理中的绩效。超采地下水引起的环境地质问题，其实是地下水水位下降引起的，地下水漏斗、地面沉降、海水入侵、湿地和泉水消失，都直接或间接地与地下水水位变化有关，可通过合理调整地下水水位下降幅度进行改善，最终归结为地下水水位控制的问题。因此，地下水管理从水量管理逐步向水位水量双控管理转变。

2.2 地下水水量和地下水水位对应关系探索

地下水水位作为地下水的一个重要指标，对地下水水量的利用有控制与指示作用。本文仅就地下水水位下降问题进行讨论研究。在水量向水位水量双控管理转变初期，主要是在地下水水量与水位的对应关系上进行了探索，如李春俊[7]以平度市北胶莱河地下水水源地地质单元为例，把可开采量与最严格水资源管理制度中最小值作为总量控制的标准，用含水层厚度疏干率计算水量对应的基准水位，在此基础上利用均衡法划定警戒水位，按照供水保证时间划分为黄色警戒水位(保证供水3个月)、橙色警戒水位(保证供水2个月)、红色警戒水位(保证供水1个月)；孙才志等[8]以辽河平原为研究对象,构建了两套地下水生态水位标准,利用生态水位标准反算需水量，再进行平衡分析；闫学军等[4]针对传统地下水资源管理以“可开采量”作为地下水开发利用控制指标导致的环境问题,以天津市为例,建立以地面沉降为约束条件的地下水水位-水量数值模型,利用GMS软件模拟不同时期各含水层的控制水位,提出了地下水水位、水量“二元”指标管理新模式。

2.3 地下水控制水位的研究

随着水量与水位对应关系研究的深入，专家学者开始专门就地下水控制水位进行探索，结合研究范围提出各自的观点。

2.3.1 地下水控制水位概念的提出

马小雷等[9]对地下水控制性水位进行了定义，指出：地下水控制性水位是指为了保护地下水，促进地下水可持续利用，合理有效地开发利用地下水资源，在考虑地下水综合功能的条件下，确定的水位值的总称。叶勇等[2]也提出了类似的观点，即地下水控制性水位是指具有明确物理概念的一系列水位值的总称，对应地下水不同开发利用状态的一系列水位值，或对应地下水不同可开采量的一系列水位值。并进一步提出，地下水控制性水位并不是静态数值或阈值，而是由受年内水文气象和地下水开发利用状况等影响的一组数值或阈值构成。地下水控制性水位是为了实施地下水目标管理而设定的一些期望(目标)水位值或阈值，是一个反映水行政主管部门不同时期管理目标、理念、意志和偏好的表征指标，具有鲜明的时代特色，不同地区不同发展阶段所制定的控制性水位可能不同。

2.3.2 控制性水位的划分

目前，已有专家学者在地下水控制管理水位划分方面进行了积极探索，提出了将警戒水位、限采水位、禁采水位、水位控制黄线与红线理论、临界水位等作为控制性水位。

张海涛等[10]认为控制性地下水水位一般包括地下水红线水位和地下水管理水位，地下水红线水位包括地下水红线水位上限和下限。红线上限水位限制地下水水位过高或地下水埋深过浅，红线下限水位保护水文地质环境。

唐克旺等[11]认为确定地下水控制水位之前首先要明确控制水位的目的，地下水具有资源供给、环境地质灾害预防、生态系统维系3方面的功能，因此地下水控制水位指标可分为资源型水位、环境型水位和生态型水位。不同的类型选用的指标也不同，资源型控制水位指标采用地下水红线下限水位，计算方法主要有开采设计参数法、含水层厚度法，也可采用历史资料法和含水层厚度法相结合的方法；环境型地下水控制下限水位是地下水水位下降引发地面沉降、海水入侵、地面塌陷等环境地质问题的临界深度；生态型控制水位是为了维系与地下水系统紧密相关的地表生态系统(包括湖泊、沼泽、河道基流、泉水、干旱区植被等)而设定的地下水水位阈值。

陈文芳[1]根据地下水水位的抬升或下降对地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能等造成的影响程度，选择适宜水位和危急水位作为地下水水位的控制指标。适宜水位指地下水处于良性循环，即地下水处于多年平均采补均衡状态或者准均衡状态的一系列水位值或水位阈值；危急水位指地下水良性循环被打破，即地下水处于多年平均采补负均衡状态(下降型)或者多年处于过渡补充状态(上升型)的一系列水位值或水位阈值。

2.3.3 控制水位的计算方法

陈文芳[1]提出山前平原区危急水位的确定方法主要有地下水开采系数法、临界水位埋深法和综合指数法3种。胡琪坤等[12]在地下水功能区划的基础上，利用ArcGIS软件将各指标值在空间上进行分布,结合层次分析法建立了地下水开发利用风险与地下水控制性关键水位对应的关系,从而确定了不同含水层不同规划期的控制性关键水位，为地下水资源管理、水生态修复提供了依据。于璐等[5]针对地下水不同阶段的管理需求,构建了基于人工神经网络方法的地下水合理水位计算方法和基于水资源调控模型的地下水管理控制水位计算方法。

3 存在问题

3.1 研究仍停留在从概念到理论的阶段

虽然提出了要实行地下水水位水量双控，但是由于地下水的复杂性和不可见性，在实践中大部分还停留在从概念到理论的阶段。如陈文芳[1]认为由于地下水的管理主要偏重于对地下水可开采量的控制，对地下水位的控制和管理程度不够，且未建立起地下水管理分区域与地下水位控制之间的关系，使我国地下水资源管理尚未实现量化管理、动态管理和科学管理；许一川[6]认为针对不同区域如何科学合理划定水位控制线、如何与今后的水位控制管理相结合，还未形成较为成熟的理论和做法，深入研究水位管理是难点之一。

3.2 地下水控制水位的参照标准不明确

通过对目前研究成果进行全面分析，发现了一个基础性问题，即地下水控制水位的参照标准不明确。地下水及地下水水位的概念源于水文地质、地质勘探等行业，在长期的实践中形成了比较完整的体系，因此水利行业涉及地下水内容的，以地质行业的勘察成果为主要依据。地下水资源开发利用过程中涉及地下水的开采量、地下水水位、潜水和承压水、地下水下降漏斗等概念。地下水水位是一个常用的概念，但是不同的行业，如水文地质、土木工程设计、水资源开发利用等使用的目的不同。由于使用地下水的目的不同，有些概念各行业在表述上会有所不同，在实行地下水水位水量双控管理制度后，有必要对地下水水位的相关概念进行统一，以便各行业各部门更好地开展工作。

3.3 从供水侧计算水位的研究较多，从需水侧计算水位的研究较少

在采用地下水水量反算水位时，通常把资源、环境、生态的可供水水量或允许开采量作为约束条件，计算控制水位，从经济生产用水量的角度对地下水水位进行控制的研究较少。地下水开发利用的目的是促进经济社会环境协调发展，在控制地下水开采时，应充分考虑经济社会发展用水，如是否能保证粮食安全，如不能满足，有什么补救措施。研究经济发展用水是保证水位水量双控设计落实的基础，因此应详细研究经济发展对地下水水位的约束条件和影响。

3.4 研究直接控制水位的实用技术较少

建立地下水控制水位的目的是控制地下水超采以及由此引发的环境地质灾害问题。为达到此目的，需要能够直接实现在控制水位停泵或预警的技术。目前,恢复地下水水位的措施主要是补水。从目前的成果来看，主要分为两类，一类是实证分析，分析河道补水间接提升地下水水位、减轻环境地质灾害问题等，如王槿妍等[13]通过对永定河春季生态补水期间的实测数据进行分析，证明了河道补水对地下水水位恢复有明显效果；李丽君等[14]分析了我国自2000年起向塔里木河下游实施了18次以生态建设和环境保护为目的的生态输水，可发现持续性输水是保证下游脆弱的生态环境稳定好转的根本途径，输水使下游生态环境得到明显改善,生态植被得到恢复,地下水位逐步抬升,地下水水质明显好转，采用汛期输水和间歇机动式调度可使输水效益达到最大化。从严格意义上说，补水措施并不是控制水位的技术，但从研究的成果中可看出，与控制水位最相关的论文基本为补水类，几乎没有具体的控制水位技术。另一类是理论分析，提出了控制水位的原则和原理、控制方法和控制目标，但是没有进一步研究可操作的水位控制技术，如文献[1]、文献[2]等。综合来看，能够直接使用水泵控制水位停止开采地下水的技术仍较少。

4 结 语

通过分析，可以看出地下水水位水量双控研究正在成为地下水资源研究的热点，2010年以来的研究已经取得了较多成果。且从2021年的学位论文数量来看，专门研究地下水水位水量控制的文献明显增加，说明地下水水位水量控制研究是当前研究的热点。但总的来看，目前基础理论研究多，从概念到概念的推理多，从理论走向实际应用的研究较少，在今后的研究工作中仍需加强。