王建華，陸垂裕

（中國水利水電科學(xué)研究院，流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100038，北京）

地下水供水保證率高，水質(zhì)優(yōu)良穩(wěn)定，是支撐我國特別是北方地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的戰(zhàn)略資源，在保障我國城鄉(xiāng)居民生活和生產(chǎn)供水、支持經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中具有重要作用。 地下水同時(shí)也是生態(tài)和環(huán)境的關(guān)鍵要素，對維持地表植被、調(diào)節(jié)江河徑流、維系良好生態(tài)環(huán)境具有十分重要的作用。 由于歷史原因，地下水超采是我國北方普遍存在的問題。 據(jù)2016 年檢查水法實(shí)施情況的報(bào)告，北方平原區(qū)地下水平均開發(fā)利用程度達(dá)到85%，全國超采面積近30 萬km2， 年超采量達(dá)170 億m3，累計(jì)超采量近2 500 億m3。全國21 個(gè)省份存在地下水超采，引發(fā)了包括地面沉降、海水入侵、土地荒漠化和基流衰竭在內(nèi)的一系列地質(zhì)生態(tài)與環(huán)境問題。

一、華北地區(qū)地下水超采治理進(jìn)程

實(shí)施地下水超采治理， 是黨中央、國務(wù)院為保障國家水安全作出的重大決策部署， 是保護(hù)地下水資源、改善生態(tài)環(huán)境、保障民生、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。華北地區(qū)地下水超采面積和超采量均占全國一半以上，是全國地下水超采最為嚴(yán)重的地區(qū)，在全國具有代表性、典型性。 2014年中央一號文件公布開展華北地下水超采漏斗區(qū)綜合治理工作；2015 年中共中央國務(wù)院印發(fā)《生態(tài)文明體制改革總體方案》， 提出推進(jìn)華北地區(qū)地下水超采綜合治理試點(diǎn)；2019 年初，水利部、財(cái)政部、國家發(fā)展改革委、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部聯(lián)合印發(fā)《華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動(dòng)方案》，提出到2022 年現(xiàn)狀超采量壓減率70%左右，2/3 地區(qū)做到采補(bǔ)平衡，特別是超采區(qū)城鎮(zhèn)， 力爭做到全部實(shí)現(xiàn)采補(bǔ)平衡，2035 年全面實(shí)現(xiàn)地下水采補(bǔ)平衡。

二、地下水超采治理的關(guān)鍵支撐技術(shù)

華北地區(qū)地下水超采問題從20世紀(jì)80 年代初現(xiàn)， 超采歷史持續(xù)至今已有近40 年，其超采面積廣，累積超采量大， 超采治理工作任重道遠(yuǎn)。為全面實(shí)現(xiàn)華北地區(qū)地下水采補(bǔ)平衡的目標(biāo)，在中央和地方重視、各級部門密切配合、各項(xiàng)綜合治理措施切實(shí)投入之外，亟須圍繞華北地區(qū)“有多少水、能用多少水、用了多少水、超用多少水、限用多少水”等實(shí)踐問題，在技術(shù)上做好支撐。

相比地表水資源，地下水監(jiān)管難度更大，技術(shù)要求更高，一是地下水埋藏于地下， 存在明顯的空間異質(zhì)性，系統(tǒng)監(jiān)測難度大；二是地下水資源的形成轉(zhuǎn)化過程和機(jī)制復(fù)雜，對其數(shù)量和分布定量困難；三是地下水資源開采利用分散，對其進(jìn)行計(jì)量和管理困難；四是地下水運(yùn)動(dòng)緩慢，對外界變化的響應(yīng)滯后，且與生態(tài)環(huán)境作用關(guān)系緊密，地下水系統(tǒng)一旦失衡修復(fù)起來十分困難。 這就要求對地下水從監(jiān)測預(yù)警、開采計(jì)量、評價(jià)預(yù)測、有效管控四個(gè)方面形成立體化的技術(shù)支撐體系。

1.地下水評價(jià)與預(yù)測技術(shù)

華北地區(qū)“有多少水、能用多少水”， 需要通過地下水資源評價(jià)與預(yù)測技術(shù)來科學(xué)確定。 華北平原區(qū)位于半干旱半濕潤區(qū)，地下水資源主要來自降水入滲補(bǔ)給，少部分來自山前側(cè)滲和河道滲漏。 在當(dāng)前氣候變化、下墊面變化和人類長期活動(dòng)影響下，華北平原地下水循環(huán)補(bǔ)給機(jī)制發(fā)生了顯著變化， 近些年大規(guī)模的超采綜合治理又為地下水循環(huán)演變增添了較大的變數(shù)。 當(dāng)前超采綜合治理的各項(xiàng)措施除水源置換外，大部分為農(nóng)業(yè)節(jié)水工程與種植結(jié)構(gòu)調(diào)整等，一方面雖然有效減少了地下水開采量，但另一方面也必然對地下水補(bǔ)給過程和補(bǔ)給數(shù)量造成顯著影響?？茖W(xué)原理上， 地下水超采的減少量取決于地下水開采與補(bǔ)給兩方面， 地下水超采綜合治理若只關(guān)注開采量的減少，將開采的減少量等同于超采的減少量，而忽視了補(bǔ)給量的衰減，這種認(rèn)識是片面的。

長期以來，地下水資源評價(jià)與預(yù)測主要圍繞選取合理的“降水入滲補(bǔ)給系數(shù)”來進(jìn)行，然而“降水入滲補(bǔ)給系數(shù)”受多種因素影響，與年內(nèi)降雨的大小和分布、地表下墊面、作物種植、土壤前期墑情、灌溉方式等都有密切聯(lián)系，與地下水埋深也有一定關(guān)系，因此不是一成不變的，一般較難準(zhǔn)確確定。 在當(dāng)前模型技術(shù)已充分發(fā)展的情況下，以“四水轉(zhuǎn)化”（降水-土壤水-地表水-地下水） 研究為核心，開發(fā)服務(wù)于華北地區(qū)地下水資源評價(jià)與預(yù)測的地表-地下水精細(xì)化耦合模擬模型（圖1）具有很高的可行性和必要性，可為華北地下水資源動(dòng)態(tài)評價(jià)、地下水資源演變歸因分析、地下水超采綜合治理水量-水位效應(yīng)模擬、采補(bǔ)平衡狀況和演變趨勢預(yù)測等提供重要技術(shù)手段。

2.地下水監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

圖1 流域“四水轉(zhuǎn)化”模擬路徑圖

地下水監(jiān)測是了解地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的基礎(chǔ)性工作之一，“有多少水、能用多少水、超用多少水”都需要以地下水水位的動(dòng)態(tài)變化和水質(zhì)特征為依據(jù)進(jìn)行分析評價(jià)。 依托“國家地下水監(jiān)測工程”，在地下水水位、水質(zhì)和水溫監(jiān)測方面，水利和地質(zhì)部門已在華北黃淮海平原建立起 “國家-省-地（市）”三級地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，監(jiān)測站點(diǎn)達(dá)5 845 個(gè)，為全國監(jiān)測密度最高的地區(qū)，監(jiān)測覆蓋范圍和技術(shù)手段上已經(jīng)向發(fā)達(dá)國家看齊，為地下水動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了堅(jiān)實(shí)的信息基礎(chǔ)。 目前主要問題是數(shù)據(jù)共享機(jī)制不成熟、 對數(shù)據(jù)信息挖掘程度低、數(shù)據(jù)成果應(yīng)用不足等。

未來一方面需要充分依托信息化、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，利用海量數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用平臺開發(fā)， 如水源地安全運(yùn)行評估、海水入侵預(yù)警、名泉涌水量預(yù)測、 超采區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)水位修復(fù)效果評價(jià)等； 另一方面需要研究加強(qiáng)地下水信息共享平臺的建設(shè)， 提供地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)信息產(chǎn)品，為行業(yè)內(nèi)地下水資源調(diào)查評價(jià)、 地下水資源保護(hù)、開發(fā)利用規(guī)劃等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。

除傳統(tǒng)監(jiān)測站網(wǎng)之外， 發(fā)展于2002 年的GRACE 重力衛(wèi)星技術(shù)可通過觀測地球重力場變化對含水層儲水量的變化進(jìn)行評估， 也成為當(dāng)前地下水監(jiān)測研究的熱點(diǎn)之一， 如中國科學(xué)院測量與地球物理研究所等單位利用GRACE 衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)和土壤水資料定量估計(jì)了近十年來華北地下水儲量變化的時(shí)空分布和長期趨勢。 當(dāng)前主要問題在于其數(shù)據(jù)分辨率不高， 只能在經(jīng)緯度級宏觀尺度供科學(xué)研究使用，未來可密切跟蹤其技術(shù)發(fā)展情況，在技術(shù)相對成熟、 分辨率和精度滿足需求的情況下進(jìn)行生產(chǎn)應(yīng)用推廣。

3.地下水開采計(jì)量技術(shù)

除地下水水位、 水質(zhì)的監(jiān)測之外，還有一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作是地下水的開采計(jì)量，這是搞清楚“用了多少水”的關(guān)鍵。 目前城市工業(yè)、生活利用地下水主要通過水源地及供水管網(wǎng)系統(tǒng)供水，計(jì)量規(guī)范化程度高，統(tǒng)計(jì)相對準(zhǔn)確。 農(nóng)業(yè)地下水開采是華北地區(qū)地下水開發(fā)利用的主要組成部分。 長期以來，由于絕大多數(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)井開采缺乏計(jì)量， 農(nóng)業(yè)地下水開采量主要依靠調(diào)查估算， 數(shù)據(jù)精度十分有限，這不僅影響農(nóng)業(yè)灌溉用水的控制，更影響區(qū)域地下水資源管理。

圖2 “以電折水”原理示意圖

長遠(yuǎn)來看，對農(nóng)業(yè)機(jī)井實(shí)施全面的設(shè)施計(jì)量是落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度的必然要求，只有在掌握每口機(jī)井開采量信息的基礎(chǔ)上，才能夠以用戶為單位精準(zhǔn)實(shí)施 “總量控制、定額管理”。 但鑒于農(nóng)業(yè)機(jī)井?dāng)?shù)量極為龐大，短時(shí)期內(nèi)全面普及計(jì)量設(shè)施難度很大。 目前全國電網(wǎng)基本上實(shí)現(xiàn)了全覆蓋，農(nóng)業(yè)機(jī)井的用電量數(shù)據(jù)均有記錄，在一定區(qū)域范圍內(nèi)，含水層性質(zhì)、機(jī)井泵型、農(nóng)戶的灌溉習(xí)慣、地下水埋深等影響因素較為相似， 發(fā)展“以電折水” 統(tǒng)計(jì)核算技術(shù)具有較好的基礎(chǔ)和推廣應(yīng)用前景（圖2）。

技術(shù)實(shí)施上包括根據(jù)水文地質(zhì)條件和開采特征進(jìn)行 “以電折水”統(tǒng)計(jì)核算分區(qū)；選取一定數(shù)量的代表性機(jī)井開展“以電折水”參數(shù)實(shí)驗(yàn)，研究“每度電開采量” 參數(shù)的分布范圍和規(guī)律；研究獲取和分離農(nóng)灌開采用電量數(shù)據(jù)的途徑，以及規(guī)范“以電折水”核算統(tǒng)計(jì)的辦法等。 當(dāng)前華北地區(qū)的河北省推行的農(nóng)業(yè)“以電折水”辦法為推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取用水水量核定提供了有效技術(shù)支撐，可供其他類似地區(qū)參考借鑒。

4.地下水量位雙控技術(shù)

地下水科學(xué)管控包括兩方面內(nèi)容，一是在明晰了地區(qū)“有多少水、可用多少水”的基礎(chǔ)上，根據(jù)以水定需原則，對“限用多少水”進(jìn)行劃定并嚴(yán)格執(zhí)行；二是在監(jiān)管考核過程中對地區(qū)“用了多少水”進(jìn)行準(zhǔn)確核算，對“超用多少水” 進(jìn)行監(jiān)督管理。 管好地下水，科學(xué)制定標(biāo)尺，即地下水管控指標(biāo)是關(guān)鍵。 由于地下水取用量和地下水水位的相關(guān)性， 地下水管控指標(biāo)一般應(yīng)包括取用水量指標(biāo)和水位指標(biāo)。

指標(biāo)的制定應(yīng)以問題和現(xiàn)實(shí)需求為導(dǎo)向，因地制宜，既要滿足經(jīng)濟(jì)社會對地下水資源的必要需求， 又要實(shí)現(xiàn)超采區(qū)治理的目標(biāo)， 以保障地下水的長期可持續(xù)利用。在落實(shí)管控上，地下水管控指標(biāo)還需考慮不同水文地質(zhì)單元、超采區(qū)分布和超采程度等，在流域?qū)用婧褪?、市、縣三級行政區(qū)進(jìn)行逐次分解，明確各級管控單元。

另外，對于以農(nóng)業(yè)開采為主的華北地區(qū)，由于地下水取用水量和水位波動(dòng)對年降水的豐枯變化十分敏感，管控指標(biāo)的制定還應(yīng)進(jìn)一步分為不同年型的管控指標(biāo)和多年的累積管控指標(biāo)，避免出現(xiàn)地下水監(jiān)管考核不公允的情況。 一些重點(diǎn)防治地區(qū)，如重點(diǎn)泉域、生態(tài)脆弱區(qū)、海水入侵區(qū)、鹽堿化易發(fā)區(qū)等敏感地區(qū)，由于地下水水位長期趨勢性變動(dòng)可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)和環(huán)境地質(zhì)問題，有些影響甚至是不可逆的，因此管控指標(biāo)的制定應(yīng)比一般開采區(qū)要更加嚴(yán)格。

2020 年2 月，水利部印發(fā)《水利部辦公廳關(guān)于開展地下水管控指標(biāo)確定工作的通知》，根據(jù)通知要求，華北地區(qū)將開展地下水管控指標(biāo)確定工作，從而建立一套科學(xué)合理的量化標(biāo)準(zhǔn)，這將是促進(jìn)地下水強(qiáng)監(jiān)管的一大進(jìn)步。

三、華北地區(qū)地下水超采治理保障建議

除技術(shù)支撐之外， 地下水超采綜合治理的多方保障機(jī)制也是關(guān)鍵因素。

①法律保障和標(biāo)準(zhǔn)制定。 建議加快地下水保護(hù)條例的出臺，并制定地下水計(jì)量、監(jiān)測、井型結(jié)構(gòu)、風(fēng)險(xiǎn)評估等多方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，為地下水保護(hù)管理提供法制保障。

②優(yōu)化區(qū)域糧食安全基本定位。當(dāng)前華北地區(qū)既是地下水超采治理區(qū)，又是糧食功能區(qū)，地下水保護(hù)與糧食生產(chǎn)保障之間一定程度上存在矛盾，建議根據(jù)華北地區(qū)地下水資源承載能力適當(dāng)調(diào)減糧食生產(chǎn)指標(biāo)，形成水利、農(nóng)業(yè)、國土多部門對地下水超采的合作共治。

③充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)和公眾參與的作用。 有效運(yùn)用經(jīng)濟(jì)杠桿這只看不見的手，創(chuàng)新定額階梯、提補(bǔ)結(jié)合、水電捆綁等農(nóng)業(yè)地下水水費(fèi)有效收取模式，在不增加農(nóng)民合理用水經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的同時(shí)促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水。

④加大嚴(yán)重超采區(qū)外部引水。 華北地區(qū)嚴(yán)重缺水，特別是深層承壓水超采區(qū)，外部引水替代地下水是不可或缺的治理措施。 建議近期保障嚴(yán)重超采區(qū)引黃水量，在南水北調(diào)中線水源區(qū)水量充沛條件下，相機(jī)向農(nóng)業(yè)和生態(tài)補(bǔ)水，并實(shí)施生態(tài)和農(nóng)業(yè)用水價(jià)格優(yōu)惠政策，遠(yuǎn)期加快南水北調(diào)東線二期工程建設(shè)實(shí)施，使各地能夠更好地利用引調(diào)水置換地下水，治理地下水超采。