實施最嚴格水資源管理制度下河北省石家莊市平原區地下水開采量控制評估指標初探

李明良，張石春，范素萍，郝曉莉

（1.河北省水文水資源勘測局，河北 石家莊 050031；2.河北建設勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050031；3.石家莊水文水資源勘測局，河北 石家莊 050011）

1 概述

為解決日益復雜的區域水資源問題，必須實行最嚴格的水資源管理制度，明確水資源開發利用紅線，嚴格實行用水總量控制[1，2]。在實施最嚴格的用水總量控制中，北方平原區農業用水量大且難以準確計量，實施定量考核缺乏有效的手段，這是當前水資源管理的難點。

根據我國的實際情況，近期安裝農業機井計量設施難以實現，只能采用間接的方法進行開采量調控和考核。在地下水開采程度較高的北方平原區，降水量、地下水動態監測已經運行多年，積累了豐富的歷史資料；同時，水資源綜合規劃開展了現狀水資源調查與評價[3]，對地下水開采量、降水量和地下水水位之間的關系有了更深一步的了解，通過相關研究可以實現地下水開采量控制的目的。這里以石家莊市平原區為示范區進行了相關研究。

2 技術思路

眾所周知，地下水系統屬于非常復雜的系統，影響因素眾多，各地對地下水含水層情況了解掌握程度不一，因此不宜采用需要眾多參數和資料的數值模型進行相關研究[4]，而應采用常規方法進行研究以便相關成果的推廣和應用。

歷年監測資料和用水量統計顯示，農業用水量占總用水量的70%以上且與降水量關系密切，工業開采量呈現相對穩定狀態，生活用水量呈現快速增長的態勢?？傮w來看，區域地下水開采量基本維持在一個開采水平上下波動，未隨著國民經濟的高速發展而快速增加，表明開采狀態近20年變化不大，可以用歷史資料進行開采量控制分析。

地下水具有多年調節的特點，枯水期開采量大，豐水期開采量少，以豐補歉，實現地下水多年均衡；由于華北地區呈現地下水超采狀態，這種均衡也表現為負均衡。北方平原區地下水均衡周期依賴于降水循環周期，應在能反映現狀開采水平的降水周期下研究地下水開采量控制問題。

（1）研究近期降水系列的代表性。該降水周期的均值、豐平枯組合等參數均與區域長系列降水周期參數相近或相差較小，具有較強的代表性。

（2）分析在近期代表降水周期中地下水動態變化，建立地下水位年變幅、年降水量、年地下水開采量相關關系，并把地下水位年變幅值作為開采量控制的評估指標，有效實現開采量控制和定量考核。

3 示范區概況

石家莊市位于河北省中南部，地處太行山東麓、華北平原西緣，總面積14 077 km2，其中示范區面積6 754.4 km2，共涉及13 個縣市（不含石家莊市的贊皇、靈壽、行唐3 個縣和全部山區縣）。示范區氣候特點為春季干燥、風沙盛行，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽、冷暖適中，冬季寒冷少雪。降水主要受大氣環流天氣系統和地形條件的影響，示范區多年平均年降水量489.2 mm，年內降水分配不均勻，全年降水量的75%～80%集中在6—9月的汛期[5]。

示范區生活、農業、工業用水均以開采地下水為主。據調查分析，2008年區內共有地下水開采井12.17 萬眼，其中農村生產井11.22 萬眼、農業生活井4 237 眼、城市生活井564 眼、工業生產井4 699眼。農業開采井占全部機井總數的92%。生活開采井主要開采層位60～400 m；農業開采井主要開采層位分布在40～100 m，以開采淺層地下水為主；工業開采井的主要開采層位位于100～400 m，開采中、深層地下水。據調查分析，自20 世紀90年代至今，開采層位和開采水平基本保持一致。

石家莊市的淺層地下水類型基本屬于入滲-開采排泄型[6]。淺埋深區分布于北部的新樂市、無極縣北部，西北部的行唐和靈壽的平原區、正定韓家樓-里雙店一帶，西南部的元氏和贊皇縣平原區。深埋深區分布在石家莊市區、趙縣-高邑一帶。

示范區地下水含水層均為松散巖類孔隙水含水巖組，主要由第四系松散沉積物組成，含水層多為亞砂土、砂、卵礫石，粒度粗、厚度大，水動力特征為潛水、微承壓水。大氣降水為主要補給來源，此外還有地表水體入滲、灌溉回歸水以及側向徑流補給等；地下水徑流條件較好，地下水排泄途徑以人工開采為主。

4 近期降水量代表周期

選取代表現狀開發利用水平的1991—2000年時段為計算時段，采用長短系列均值對比法和豐枯對比法，進行降水量系列代表性分析，來選定近期降水量代表周期。

4.1 均值對比

根據河北省水資源綜合規劃中水資源調查評價成果，1956—2000年降水量具有較好的代表性。因此，采用1956—2000年降水量系列作為長系列，進行近期降水量系列代表性分析。

經計算，示范區1991—2000 與1956—2000年年降水量系列均值分別為462.4 和489.2 mm，兩者的比值為0.95。從總體來說，示范區1991—2000年年降水量系列具有較好的代表性。

4.2 豐枯分析

經分析，示范區1956—2000年降水量系列中，豐水年出現6 次，占13.3%；偏豐水年出現9 次，占20.0%；平水年出現14 次，占31.1%；偏枯水年出現12 次，占26.6%；枯水年出現4 次，占9.0%。示范區1991—2000年降水量系列中，豐枯情況是：1996年為豐水年，占10%；1995年為偏豐水年，占10%；1991、1993、2000年為平水年，占30%；1992、1994、1998、1999年為偏枯水年，占40%；1997年為枯水年，占10%。

從示范區1956—2000年降水量系列和計算單元1991—2000年系列豐平枯年份出現的頻率來看，后者少了1 個偏豐年多了1 個偏枯年，總體來看兩者較為接近。即1991—2000年系列有較好的代表性。

綜合均值對比和豐枯分析成果，1991—2000年降水系列均值等參數以及豐枯組合均與1956—2000年長系列接近，能作為降水長系列的代表，選作近期降水量代表周期。

5 開采量調查與合理性分析

開采量調查首先要對當地現有的開采井數進行統計，同時統計開采量的不同用途，如生活用水、工業用水、農業用水、環境用水等等；收集現狀實際生活用水定額、工業用水定額、農業用水定額等資料。同時，為便于水資源的分析與管理，開采量的調查還要區分開采層位。

由于開采量調查途徑、統計標準、人為因素以及其他因素的影響，調查統計數字往往存在一些偏差和不合理成分，需要進行合理性校核與分析。分析方法主要有用水定額分析法、地下水動態分析法、單井出水量法、國內生產總值近似法、降水量相關法、系列分析法等等。通過大氣降水、地下水位監測、不同行業用水控制和關聯性分析，將調查統計中的不合理因素剔除，得到較為真實的地下水開采量成果。水資源綜合規劃時的水資源調查評價，是以縣級行政區為單位，用上述方法對調查開采量進行合理性分析，對調查統計數字進行了合理性修正。水資源調查評價地下水開采量成果，見表1[3]。

開采量統計中出現的偏差，不能真實地反映當地水資源的利用情況，也就不能進行有效的管理。在水資源緊缺地區，每一方水都是非常寶貴的，確保水資源可持續利用，必須實行最嚴格的水資源管理制度，促進全社會科學用水、合理用水、節約用水。

6 評估指標

根據降水量和地下水動態資料和水資源調查評價成果，示范區1991—2000年平均年降水量為467.4 mm，平均地下水年變幅為-0.87 m（負值為下降），平均地下水開采量為20.9 億m3。示范區地下水統計結果，見表1。

依據技術路線，采用多元回歸法建立示范區地下水水位年變幅、年開采量、年降水量的相關關系。多元回歸法是建立因變量y 與各自變量xj（j=1，2，3，…，n）之間的多元線性回歸模型：

式中：b0是回歸常數；bk（k=1，2，3，…，n）是回歸參數。

表1 示范區地下水統計

在本研究中因變量為地下水年變幅△H，自變量兩個分別是年降水量和年開采量。在統計軟件SPSS 的支持下，使用SPSS 的多元回歸分析模塊，其中自變量進入方式采用“Enter”選項，即強行進入法，所選擇的年降水量和年開采量兩個自變量全部進入回歸模型。

經分析計算，其多元回歸方程為：

式中：△H 為地下水位年變幅 （m）； P 為年降水量（mm）；Q 為地下水年開采量（億m3）。

多元回歸方程相關系數為0.983，標準誤差為0.29，回歸平方和為24.667，殘差平方和為0.431，總平方和為25.097，F 統計值為143.196，Sig.＜0.05，認為建立的回歸方程有效，并呈現較強的相關關系。

上述方程表明年降水量（P）與地下水水位年變幅（△H）呈現正相關，地下水年開采量（Q）與地下水水位年變幅（△H）呈現負相關，符合實際情況。

該地下水水位年變幅即為示范區地下水開采量評估指標和考核指標。在上年度末給出本年度開采量作為開采量控制指標，本年末根據年降水量就可計算得出示范區地下水年變幅計算值，與地下水年變幅實測值相比就可掌握本年度水資源管理績效并進行定量考核?？己宿k法可參見《年際地下水合理開發年際地下水水位合理變幅評估方法研究與示范》[7]相關成果。

依據示范區評估指標，若2010年度下達地下水開采量控制指標18 億m3，實測年降水量為470 mm，則地下水年變幅計算值為-0.644 m，實測地下水年變幅為-0.5 m，則本年度地下水開采未超過制定的控制指標。

同樣地，也可以通過實測年降水量和地下水年變幅實測值利用評估指標公式計算示范區地下水開采量，計算成果為該年度示范區地下水開采量為15.6 億m3，未超出本年度18 億m3的開采量控制指標，是為合格。

7 結語

依據水資源綜合規劃中水資源調查評價成果和積累的多年地下水、降水量資料，基于水均衡原理，在近期降水代表周期內利用地下水多年調節特性，在石家莊市平原區以地下水年變幅建立了地下水開采量控制評估指標，較好地解決了當前水資源管理中農業開采量難以計量帶來了水資源管理和定量考核難題，對農業開采為主的地區實施最嚴格水資源管理制度的制定提供了科學支撐，具有廣泛的應用價值。今后應加強降水年內分配對水資源管理的影響，進一步提高研究精度，為實施水資源利用紅線服務。

[1]胡四一. 強化制度建設和監督管理 確保最嚴格水資源管理制度穩步推進[J].中國水利，2010（6）.

[2]張建云. 重視氣候變化影響 做好最嚴格水資源管理制度體系設計[J].中國水利，2010（6）.

[3]河北省水利廳.河北省水資源評價（簡本）[R].石家莊：河北省水利廳，2004.

[4]任印國.石家莊市東部平原FEFLOW 地下水數值模擬與研究[J].水文，2009（10）.

[5]石家莊市水利局.河北省石家莊市水文水資源手冊[R].石家莊：石家莊市水利局，1996.

[6]陳望和.河北地下水[M].北京：地震出版社，1999.

[7]河北省水文水資源勘測局，山西省水文水資源勘測局.年際地下水合理開發年際地下水水位合理變幅評估方法研究與示范[R].石家莊，太原：河北省水文水資源勘測局，山西省水文水資源勘測局，2010.