李文鵬，王龍鳳，楊會峰，鄭躍軍，曹文庚，劉 可

（1.中國地質環(huán)境監(jiān)測院，100081，北京；2.中國地質科學院水文地質環(huán)境地質研究所，050061，石家莊）

一、華北平原水文地質與地下水分區(qū)特征

華北平原是指太行山以東、燕山以南、黃河以北、東瀕渤海的平原地區(qū)，即海河流域平原區(qū)，面積約13.9萬km2， 山前平原海拔不超過100 m，地形坡降由山前1‰～2‰， 漸變?yōu)闁|部濱海平原的0.1‰～0.2‰。自西至東發(fā)育有山前沖洪積傾斜平原、中部沖湖積平原和東部沖積海積平原，第四系松散含水層系統(tǒng)由單一厚層含水層逐漸過渡為多層含水層，含水層底板埋深達350～550 m， 具有明顯的水平分帶性。

山前傾斜平原由山前沖洪積扇單一潛水含水層和扇前微承壓含水層組成，顆粒較粗，地下水循環(huán)速度快。 中東部平原由沖湖積、沖積海積形成多層含水層系統(tǒng)， 顆粒明顯變細，地下水以垂直交換為主，水平徑流滯緩，自上而下劃分為4 個含水巖組， 按含水層的開啟程度和開采深度，習慣上將上部的第Ⅰ和第Ⅱ含水層組稱為淺層地下水，下部的第Ⅲ和第Ⅳ含水層組稱為深層承壓水，地下水年齡多超過2 萬年。 西部山前平原地下水均為淡水；中部平原地下水水質具有 “深淡中咸淺部咸淡相間”特點；東部濱海平原具有“深淡中咸淺部以咸為主”特點。

二、華北平原地下水超采治理成效

華北平原是我國乃至世界地下水超采最嚴重地區(qū)之一，亟須探索一條地下水可持續(xù)開發(fā)利用的科學途徑。 黨中央、國務院高度重視地下水超采問題，2013 年確定了北京、天津、河北、山東、河南南水北調受水區(qū)通過利用南水北調工程置換城區(qū)地下水開采。 截至2017 年年底，受水區(qū)5省（直轄市）實際消納南水北調水量60 億m3， 受水區(qū)城區(qū)已封填機井1.4萬余眼， 新建、 改建水廠近200 座。2014 年在華北平原啟動了河北省地下水超采綜合治理試點，2018 年將治理范圍擴大到山東、山西、河南3 省。2018—2019 年利用上游水庫蓄水、南水北調中線水源條件對河北省滹沱河、滏陽河、南拒馬河3 條河流開展生態(tài)補水達13.2 億m3， 并于2019 年印發(fā)實施《華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動方案》。 2020 年充分利用南水北調中線水源丹江口水庫汛前富余水量，4 月29 日—6 月21 日歷時50余天， 向沿線35 條河流生態(tài)補水9.5億m3，河道基流得以恢復，沿線地下水得到有效回補。

2014 年以來，由于南水北調工程供水及地下水超采綜合治理實施，華北平原2014—2018 年地下水年均超采 量 減 少 至31.9 億m3， 較2001—2013 年減少1/3。 2018 年地面沉降嚴重區(qū)面積比2017 年減少8 530 km2。地下水超采狀況及地面沉降趨勢有所緩解。

三、華北平原地下水超采成因與狀況

華北平原所在的海河流域多年平均水資源量為372 億m3，人均水資源量僅為305 m3，水資源開發(fā)利用強度已達101%，屬資源型缺水地區(qū)。 華北平原又是我國重要的糧食主產區(qū)，小麥需水關鍵期與降水不匹配。20 世紀70 年代以來，隨著鹽堿地改造、農田水利大量建設，地下水開采量急劇增加，農業(yè)灌溉用水量占地下水總開采量的79%；山區(qū)已建水庫總庫容達320 億m3， 控制山區(qū)流域面積85%，水庫過量蓄水，截斷了地下水通過河道的主要補給來源，部分城市開展河流生態(tài)修復，襯砌河床，河道滲透能力減弱，導致華北平原地下水系統(tǒng)長期采補失衡，含水層過度虧空，地下水資源大量耗竭， 從而形成了山前傾斜平原區(qū)和中東部平原深層承壓含水層區(qū)2 個帶狀巨型超采區(qū)。 山前傾斜平原區(qū)可進一步劃分為山前單一潛水含水層超采區(qū)和相鄰的弱承壓水超采區(qū)。 前者形成的主要原因是山區(qū)水庫過量蓄水大大減少了地下水的補給；后者形成的原因是地下水開采強度過大、水庫調度不規(guī)范及來自上游單一潛水含水層側向補給銳減。

山前單一潛水含水層超采區(qū)主要由一系列山前沖洪積扇組成，近60年水位整體下降了30~50 m， 如石家莊市區(qū)潛水位最大降幅達55 m。目前整體下降速率減緩，有的地區(qū)出現小幅回升（見圖1）。 弱承壓水超采區(qū)近60 年累計降幅50~90 m，地下水漏斗面積和體積逐年擴大加深并呈復合連 片 趨 勢。 根 據1959 年、1984 年、2005 年、2019 年華北平原地下水水位標高等值線及變差圖， 圈閉形成了9個山前平原地下水降落漏斗（圖2，表1）， 總面積由2005 年的0.97 萬km2增大至2019 年的1.4 萬km2。其中，北京順義-通州漏斗中心水位回升，其余8 個漏斗中心水位仍在下降。 最大漏斗位于石家莊南部農業(yè)開采區(qū)的寧柏隆漏斗， 面積由2005 年的0.23萬km2增 大 至2019 年 的0.37 萬km2，中心水位由2005 年的65.2 m 增大至2019 年的119.7 m。

潛水含水層超采區(qū)和相鄰的弱承壓含水層超采區(qū)具有密切的水力聯系，構成了山前平原巨型帶狀超采區(qū)。 近60 年地下水位持續(xù)下降導致儲存量累計減少約800 億m3，減少幅度較大的地區(qū)主要分布在西部山前平原的“保定-石家莊-邢臺”一帶，使部分城市地下水補給和賦存條件良好地下水源地減產甚至停產，形成了巨大的地下水調蓄空間。

圖1 山前傾斜平原典型監(jiān)測井地下水水位埋深動態(tài)曲線

中東部平原區(qū)深層承壓水超采區(qū)利用南水北調水源置換壓采，使地面沉降嚴重的北京、天津和滄州等大中城市區(qū)深層承壓水止跌回升，廣大農村地區(qū)水位下降幅度有所減緩（圖3），尚未達到采補平衡狀態(tài)，近60 年累計降幅70~80 m。 地區(qū)性深層地下水漏斗邊界逐步擴大并呈連片趨勢，形成更大的區(qū)域性漏斗。 根據1959年、1984 年、2005 年、2019 年 華 北 平原地下水水位等值線及變差圖， 圈閉形成“天津-滄州-衡水-德州-邢臺漏斗”等4 個深層地下水降落漏斗，形成7 個漏斗中心（圖2，表2），漏斗總面積由2005 年的1.2 萬km2增至2019年的2.7 萬km2，增大約2.2 倍。 其中，衡水-德州漏斗中心和滄州漏斗中心水位略有上升， 其余5 個漏斗中心水位仍然下降， 漏斗中心最大水位埋深位于衡水，達136.5 m。近60 年來地下水水位持續(xù)下降導致深層地下水儲存量累計減少約660 億m3，減少幅度最大的地區(qū)分布在中東部平原的“衡水-滄州-德州”一帶，誘發(fā)嚴重的地面沉降災害。截至2017 年，華北平原地面累計沉降量對應的體積約800 億m3，2016-2018 年沉降速率每年大于50 mm 且累計沉降量大于1 000 mm 的地區(qū)主要分布在北京朝陽、通州、昌平、天津武清、河北廊坊、保定、滄州、衡水等地。

中東部平原區(qū)淺層地下水水質差，地下水利用率較低，除局部形成地下水漏斗外，80 年代后水位基本處于自然波動狀態(tài)（圖3），地下水系統(tǒng)基本處于采補平衡狀態(tài)。

四、華北平原地下水超采治理存在的問題

地下水超采一詞， 很難全面反映引起華北平原地下水問題的本質，似乎地下水問題僅僅是過量開采引起的，所以治理的措施更偏向于壓采。一直以來， 國際上普遍應用地下水耗竭（Groundwater Depletion）一詞，以更科學合理地反映長期采補失衡引發(fā)地下水耗竭的過程和程度。究其原因，就是氣候變化和人類活動共同作用下，地下水系統(tǒng)長期處于補給量減少、 過量開采或二者共同作用的結果。

圖2 華北平原地下水降落漏斗分布

表1 山前傾斜平原地下水降落漏斗狀況（2019 年）

表2 中東部平原深層地下水降落漏斗狀況（2019 年）

圖3 中東部平原多層含水層典型監(jiān)測井（深層、淺層）地下水位埋深動態(tài)曲線

華北平原山前平原含水層虧空的主要原因不是超采，而是截斷了河道對地下水的補給途徑和補給水源。有的城市本來地處大型水源地周邊，卻花費巨資全面襯砌河道，關閉大型地下水水源地，浪費了天賜的巨型地下水庫，尚未認識到引起地下水超采的本質是補給量的持續(xù)減少；有的城市在山前平原開展新城規(guī)劃建設，對天然單一含水層地表水與地下水聯合調蓄和水源保護重視不夠，防污處理不當還會導致寶貴地下水水源的污染。 上述兩種情況必須引起地方政府的高度重視。

中東部平原區(qū)深層地下水屬于半封閉的承壓含水層， 難以接受現代降水的補給，幾乎不參與現代水循環(huán)，其超采漏斗才是長期過量開采引起的。中東部平原區(qū)淺層地下水除個別地區(qū)有小規(guī)模的地下水降落漏斗外， 整體處于自然平衡狀態(tài)，超采問題不嚴重。

五、華北平原地下水超采治理對策

1.山丘區(qū)地下水壓采與水庫生態(tài)調蓄治理

華北平原西北部太行山、燕山山區(qū)以基巖山區(qū)為主，發(fā)育有山間盆地及河谷。 近年人工造林增多，植被覆蓋度變大，蒸散發(fā)增大，同時坡地改造梯田，種植玉米、蔬菜，灌溉用水增多，城市化使得工業(yè)用水、生活用水及城市景觀用水增加，山間盆地地下水開采量增大， 地下水水位下降明顯，包氣帶增厚。 在山區(qū)降水量沒有明顯減少的情況下，目前山區(qū)地表水資源量較20 世紀80 年代減少達32%，地下水補給量減少，進而導致河道基流衰減。 這充分說明，山區(qū)地下水過量開采已明顯影響地表河流生態(tài)系統(tǒng)。根據山區(qū)降水量和水資源稟賦，應適度控制人工造林規(guī)模， 調減農業(yè)灌溉面積，推廣高效節(jié)水技術，合理規(guī)劃城市規(guī)模和工業(yè)布局， 探索地下水壓采與山區(qū)水庫生態(tài)調蓄的河道生態(tài)基流調控機制，維系河道生態(tài)功能。

2.西部山前單一潛水含水層與弱承壓含水層區(qū)地表水與地下水聯合調蓄綠色回補與利用

華北平原西部山前沖洪積扇單一潛水含水層與弱承壓含水層區(qū)顆粒粗、垂向連續(xù)性好、滲透性強，是典型的山前巨型地下水庫，具有很大的調蓄空間，最主要補給來源便是河流出山口后來自河道的滲透補給，其次才是當地降水補給和山區(qū)側向滲流補給。 南水北調中線河北和北京段受水區(qū)沿線山前傾斜平原地下水超采形成的虧空體積達800 億m3，優(yōu)先選擇易補、易采、調蓄能力強的山前大厚度含水層區(qū)，修建地下水庫，減少水面無效蒸發(fā)。 清淤河道，保護原有河道入滲能力，嚴禁過度襯砌河床行為。充分利用南水北調中線工程水源區(qū)生態(tài)調水， 將山區(qū)水庫的地表供水功能變?yōu)樯絽^(qū)地表水庫、 跨流域調水與地下水庫聯合調蓄的生態(tài)供水系統(tǒng)，逐步恢復區(qū)域地下水水位，恢復停產的大型城市水源供水，建設城市應急水源地，保障山前沿線城市供水安全，也可為當地節(jié)水灌溉提供清潔水源。

3.中東部平原區(qū)多水源與淺層地下水系統(tǒng)互饋回補及淺層弱滲透含水層與微咸水層開發(fā)利用

中東部平原為多層含水層系統(tǒng)，主要為大氣降水及河道滲漏補給，淺層含水層顆粒較細，入滲和給水能力弱， 中淺部分布有大范圍微咸水、半咸水，資源量每年近40 億m3，尚未得以有效開發(fā)利用。 中部地區(qū)淺層地下水系統(tǒng)廣泛分布條帶狀古河道，透水和儲水能力較強，多賦存水質較好的淡水； 海河流域入海水量從20 世紀50 年 代 的155 億m3減 少 到2016 年的37 億m3，湖泊、濕地水面面積減少50%以上， 造成平原區(qū)地表水補給地下水的數量愈來愈少。 應利用現有河道、湖泊、古河道、渠系和坑塘，建立地表水與地下水系統(tǒng)良性互饋的雨洪水、南水北調水多水源回補利用網絡，充分利用古河道形成淺層地下水水庫，替代深層承壓水開采；開展弱滲透含水層利用技術和下覆咸水層的抽咸換淡技術研究， 發(fā)展微咸水灌溉技術及耐鹽農業(yè)， 鼓勵利用淺層微咸水灌溉，逐步改善淺層地下水水質，恢復河湖生態(tài)功能， 支撐農業(yè)適度發(fā)展。同時科學控制淺層地下水水位，防止水位過度回升導致農區(qū)土壤鹽漬化、 城市建成區(qū)地下空間和建筑地基失穩(wěn)等不良生態(tài)環(huán)境地質問題。

4.中東部平原地面沉降嚴重區(qū)優(yōu)先壓采深層承壓水和調整農業(yè)結構，探索開展井灌回補

中東部平原深層承壓水埋藏較深， 難以接受現代降水和河流補給，是地質歷史時期形成的淡水體，循環(huán)交替極為緩慢， 幾乎是用一點少一點。 開采過程中，弱透水層和透鏡體狀的黏性土壓縮呈塑性變形，即使深層地下水頭回升至天然狀態(tài)，深層地下水也不可完全恢復。 過量開采后形成巨大漏斗，地下水耗竭，同時誘發(fā)嚴重的地面沉降災害。 雖然南水北調通水以來，城市水源置換，北京、天津和滄州等大中城市地下水水位小幅回升，地面沉降減緩，但郊區(qū)新城和廣大農村地區(qū)依然開采深層地下水，地下水水位仍然呈下降趨勢。 該區(qū)農田灌溉水利用系數高達0.70，節(jié)水潛力有限， 建議優(yōu)化水土資源聯合配置，適度加大外流域調水，調整農業(yè)結構，壓減高耗水產業(yè)，實行土地輪耕制度， 適度減少冬小麥種植面積，減少小麥外銷量，全面壓減深層承壓水開采量， 增加地下水應急戰(zhàn)略儲備，減緩地面沉降災害，通過長期努力，實現從采補平衡到區(qū)域深層地下水水位逐步恢復。

在華北中東部平原地面沉降問題嚴重區(qū)和高鐵沿線帶等國家重大工程區(qū)， 優(yōu)先開展深層承壓水壓采；在有條件的地區(qū)開展地面沉降防控的井灌回補，根據國際慣例，深層回灌水質應達到飲用水標準，科學利用降落漏斗空間，探索開展利用南水北調中線引水進行深層承壓水井灌回補試驗，儲備應急戰(zhàn)略水源。

六、結論與建議

1.結論

①地下水超采是長期采補失衡形成的， 華北平原地下水超采經過治理取得明顯成效， 但問題依然存在。中東部平原的大中城市區(qū)地下水水位止跌回升，廣大農村地區(qū)地下水水位下降態(tài)勢有所緩解，但地下水降落漏斗仍在擴大呈連片趨勢，表明區(qū)域地下水系統(tǒng)尚未達到采補平衡狀態(tài)。

②山前傾斜平原單一潛水含水層與弱承壓含水層和中東部平原深層承壓含水層同樣處于超采狀態(tài)，但形成的主要原因不同。 前者山區(qū)水庫過度蓄水截斷河道對地下水的補給途徑和補給水源是主要原因，其次才是過量開采；后者是長期過量開采地下水所致。

③地下水超采治理不是一朝一夕的， 應綜合考慮區(qū)域水文地質分帶特征與地下水超采的主因，分區(qū)分層，精準施策，優(yōu)化體制機制，長期堅持，最終實現地下水系統(tǒng)健康協調可持續(xù)。

2.建議

基于生態(tài)優(yōu)先和系統(tǒng)治理的理念，對華北平原地下水超采治理提出以下6 點建議：①充分利用南水北調生態(tài)調水的優(yōu)質水源，首先補充山前單一含水層區(qū)地下水庫實現聯合供水，其次才是開展中下游河湖生態(tài)補水；②山區(qū)水庫應明確增加“蓄洪緩泄”功能，科學保護天然河道入滲通道，更好地回補地下水庫，實現地表水庫與地下水庫聯合調蓄，不應追求單一的水庫效益；③有效開發(fā)利用中東部淺部微咸水和半咸水，利用古河道與河道-渠系-坑塘網絡互饋回補，形成廣泛分布的小型淺層地下水庫；④壓采深層承壓水是治理超采和地面沉降防控的唯一途徑，利用淺層地下水和外調水置換深層地下水水源，通過休耕輪耕、抗旱良種、節(jié)水灌溉等，解決小麥種植基地與地下水超采的主要矛盾；⑤加強地下水監(jiān)管，強化監(jiān)測計量機制，保持農民收益與補貼政策可持續(xù)性，研究生態(tài)水庫運行機制和多水源聯合管理政策，支撐地下水超采治理順利實施；⑥華北平原第四系下腹的第三系孔隙含水層和古潛山型巖溶含水層，富含寶貴的地下熱水，但天然補給困難， 目前開發(fā)深部地熱方興未艾，已出現嚴重的采補失衡， 水位持續(xù)下降，急需加強監(jiān)測監(jiān)管， 嚴格執(zhí)行回灌制度，確保采補平衡，否則長久發(fā)展會面臨重大的地質環(huán)境隱患。