全國地下水開發(fā)利用動態(tài)評估研究工作總體構(gòu)想

林 錦，李 偉，韓江波

（南京水利科學研究院水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，南京水利科學研究院地下水研究中心，210029，南京）

地下水是我國的重要供水水源，在保障經(jīng)濟社會發(fā)展用水安全、國家糧食安全、飲水安全等方面發(fā)揮著極其重要的作用。地下水賦存的隱蔽性決定了地下水管理與保護工作的復(fù)雜性。在過去較長一段時期內(nèi)，地下水動態(tài)監(jiān)測計量工作相對薄弱，突出表現(xiàn)在地下水水位監(jiān)測站網(wǎng)布局不夠合理、站網(wǎng)密度不夠，地下水取用水計量率不高、計量手段落后，地下水信息化工作滯后等方面，難以滿足地下水動態(tài)化、精細化管理的需要。近年，為提升地下水動態(tài)監(jiān)測計量水平，切實加強地下水管理能力，我國相繼啟動了國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)一期、二期項目，開展了國家地下水監(jiān)測工程建設(shè)。目前，國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)一期項目已經(jīng)建成，二期項目和國家地下水監(jiān)測工程也即將完工，我國地下水動態(tài)監(jiān)測與計量能力將得到顯著提升。系統(tǒng)集成應(yīng)用全國地下水水位監(jiān)測與開采量監(jiān)控數(shù)據(jù)，開展全國地下水開發(fā)利用動態(tài)評估研究，支撐地下水資源動態(tài)化、精細化管理的基礎(chǔ)條件已基本具備。

一、我國地下水開發(fā)利用亟待解決的技術(shù)問題

我國多年平均地下水資源量為8 218億m3，其中與地表水不重復(fù)計算量為1 024億m3。2016年，全國地下水開采總量1 057億m3，占供水總量的17.5%。“十二五”期間全國地下水年開發(fā)利用量基本穩(wěn)定在1 100億m3左右，地下水開發(fā)快速增長勢頭得到初步遏制。地下水在支撐經(jīng)濟社會快速發(fā)展的同時，也面臨著突出問題，主要表現(xiàn)在超采問題嚴重。目前，全國有20余個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）存在不同程度的地下水超采問題，主要集中在北方地區(qū)，其超采區(qū)面積占全國超采區(qū)面積的95%，超采量占全國超采量的99%。

近年，水利部門通過加快落實最嚴格水資源管理制度，嚴格地下水管理和保護，加快國家地下水監(jiān)測工程建設(shè)，健全地下水動態(tài)監(jiān)測體系，有效推進了地下水開發(fā)利用與保護工作。然而，由于長期以來地下水監(jiān)管基礎(chǔ)薄弱、地下水重大科學技術(shù)問題研究不充分等原因，地下水開發(fā)、利用、管理與保護中仍有一些關(guān)鍵技術(shù)問題亟待解決。隨著最嚴格水資源管理制度、水污染防治行動計劃、水生態(tài)文明建設(shè)等工作的深入推進，解決這些瓶頸問題的需求尤顯迫切。

1.地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)融合分析能力薄弱

近幾年，隨著國家水資源管理信息系統(tǒng)、國家地下水監(jiān)測工程、國土部門地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建立和完善，我國地下水監(jiān)測體系已基本形成。但由于監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評價標準缺失、數(shù)據(jù)整合分析能力不足、地下水開發(fā)利用評估監(jiān)管服務(wù)平臺尚未建立等現(xiàn)實問題，地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)還不能精準、有效支撐地下水監(jiān)管工作。

2.地下水超采治理評估技術(shù)體系不完善

目前，盡管華北平原、南水北調(diào)東中線受水區(qū)等重點地區(qū)的地下水壓采工作取得了階段性成果，但地下水超采歸因分類不明、超采區(qū)評估綜合指標體系不完善、地下水壓采量與水位恢復(fù)關(guān)系不清等問題仍未解決，可有效支撐地下水超采治理評估的綜合技術(shù)體系尚未建立，因此難以對地下水超采治理效果進行科學準確評價，不能有效支撐地下水超采治理評估和壓采考核工作。

3.地下水取用水總量與水位雙控技術(shù)體系不健全

地下水雙控管理中，因地下水水位易于監(jiān)測，獲取方便，并與生態(tài)和地質(zhì)環(huán)境關(guān)系密切，水位控制可作為取用水總量控制的重要實現(xiàn)方式。地下水雙控制度實施多年來，地下水取用水總量控制指標已基本得到分解落實，但是大部分地區(qū)地下水控制水位尚未清楚劃定，主要原因在于不同水文地質(zhì)單元和不同開采層位開采量與水位關(guān)系、地下水控制水位的代表性等方面仍存在若干亟待解決的技術(shù)問題，可支撐地下水取用水總量與水位雙控管理的技術(shù)體系仍不健全，導(dǎo)致地下水雙控管理的“兩手抓”出現(xiàn)明顯脫節(jié)現(xiàn)象，難以實現(xiàn)超采區(qū)防控的管理目標。

二、動態(tài)評估研究目標與內(nèi)容

1.研究目標

面向國家地下水資源管理需求，立足已有地下水開采量監(jiān)控、地下水水位水質(zhì)監(jiān)測、取水許可臺賬建設(shè)、水文地質(zhì)調(diào)查等成果，破解全國地下水開發(fā)利用評估監(jiān)管技術(shù)問題，構(gòu)建全國地下水開發(fā)利用評估監(jiān)管服務(wù)平臺，形成全國地下水開發(fā)利用評估監(jiān)管支撐技術(shù)體系和標準體系，定期開展全國地下水開發(fā)利用動態(tài)評價、地下水雙控管理支撐、地下水超采治理評估、地下水水源地安全評估等工作，為全國地下水開發(fā)利用信息發(fā)布、態(tài)勢研判、預(yù)測預(yù)警、調(diào)控監(jiān)管提供支撐，以期全面提升國家地下水資源管理決策能力。

2.主要研究內(nèi)容

（1）地下水開發(fā)利用動態(tài)評價

以水文地質(zhì)單元套行政分區(qū)，劃分國家和省級層面地下水主要開采區(qū)；針對各主要開采區(qū)，基于開采量監(jiān)控和地下水水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，開展主要開采層位的水位、埋深、蓄變量和開采量動態(tài)分析；開展地下水開采量和地下水水位變化規(guī)律研究，研判全國和省區(qū)地下水開發(fā)利用的總體態(tài)勢。

（2）地下水雙控管理支撐

分析區(qū)域地下水取用水總量控制指標與控制水位之間的關(guān)系，分區(qū)分層劃定地下水控制水位；分析區(qū)域地下水實際取用水總量與控制指標之間的關(guān)系，以及現(xiàn)狀地下水水位與控制水位之間的關(guān)系；預(yù)測分析新增或壓減地下水開采量與區(qū)域地下水水位動態(tài)關(guān)系，為地下水取水許可審批、取用水布局調(diào)整、雙控管理等工作提供支撐。

（3）地下水超采治理評估

制定超采區(qū)評估綜合指標體系，從地下水蓄變量、開采量、超采量、平均水位、中心水位等多個維度綜合評估超采區(qū)動態(tài)；分析不同地區(qū)地下水超采原因和超采區(qū)變化規(guī)律；分析超采區(qū)地下水主要取用水行業(yè)和用水時段，輔助制定超采區(qū)壓采措施；構(gòu)建地下水壓采量與水位定量關(guān)系，以地下水水位為主要判定依據(jù)，開展超采區(qū)治理成效核查評估。

（4）地下水水源地安全評估

開展國家和省區(qū)重要地下水水源地蓄變量、開采量、水位、埋深、水質(zhì)動態(tài)分析，預(yù)測分析不同開采條件下水源地蓄變量、水位和主要水質(zhì)指標變化趨勢；識別潛在污染風險，制定風險防控預(yù)案，為地下水水源地水量、水質(zhì)安全保障提供決策支持。

三、總體技術(shù)思路

1.數(shù)據(jù)融合與信息展示技術(shù)

基于相關(guān)分析、時序分析、地質(zhì)統(tǒng)計分析等數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模型，綜合運用GIS、大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，從國家水資源管理信息系統(tǒng)、國家地下水監(jiān)測工程、國土部門地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫等各類數(shù)據(jù)源中融合生成地下水監(jiān)測要素信息，以專題地圖形式展示主要信息時空分布特征。

2.地下水動態(tài)實時評價技術(shù)

基于地下水開采量在線監(jiān)控數(shù)據(jù)和地下水水位在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時評價主要開采區(qū)地下水蓄變量、開采量、開發(fā)利用程度、開采強度、水位、埋深，形成實時動態(tài)評價成果。

3.大尺度地下水均衡分析技術(shù)

融合降水、開采量、水位等多維信息，總體研判大區(qū)域地下水補徑排關(guān)系；采用遙感解譯、數(shù)理統(tǒng)計等方法，開展大尺度地下水量平衡計算分析，分析省區(qū)層面的地下水資源及其開發(fā)利用宏觀態(tài)勢。

4.中小尺度地下水精細模擬技術(shù)

基于區(qū)域水文地質(zhì)條件，針對不同水文地質(zhì)單元的主要開采含水層，選擇適用模擬技術(shù)方法，建立水文地質(zhì)單元或水源地層面的地下水動態(tài)仿真模型，精細分析地下水取用水量與水位、水質(zhì)動態(tài)關(guān)系，預(yù)測分析其變化趨勢。

圖1 地下水開發(fā)利用評估技術(shù)框架圖

5.重點區(qū)域地下水水位控制管理技術(shù)

針對京津冀、雄安新區(qū)、“一帶一路”沿線缺水地區(qū)等重點區(qū)域，分析地下水水位動態(tài)的各類主要影響因素及其影響程度；根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件和地下水取用水總量控制管理需求，模擬分析區(qū)域地下水取用水總量控制指標與水位之間的關(guān)系，分區(qū)分層劃定地下水控制水位；根據(jù)區(qū)域地下水流場特征，優(yōu)化篩選地下水水位控制站點，綜合利用多個控制站點水位，實現(xiàn)區(qū)域地下水水位控制管理，防控地下水超采。

6.地下水開采管理優(yōu)化技術(shù)

根據(jù)地下水管理具體需求，建立區(qū)域地下水多目標優(yōu)化管理模型，在地下水取用水總量及水位控制目標約束下，開展地下水開采方案優(yōu)化設(shè)計，調(diào)整優(yōu)化地下水開采布局，輔助決策地下水取水許可審批、地下水取水計劃管理。

7.地下水水源地污染風險防控技術(shù)

從水源地周邊環(huán)境、包氣帶防污性能、地下水徑流特征等方面，識別地下水水源地水質(zhì)污染風險因子，分析水源地污染風險程度，繪制污染風險圖。針對地下水水源地高污染風險因子和高風險區(qū)域，從完善風險監(jiān)測、加強風險預(yù)警、實施風險防范等方面提出避免或降低地下水水源地水質(zhì)污染風險的防控預(yù)案。

主要研究內(nèi)容與上述7大技術(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

四、能力建設(shè)

1.建設(shè)多源信息共享數(shù)據(jù)庫

以國家水資源管理信息系統(tǒng)地下水開采量監(jiān)控數(shù)據(jù)和國家地下水監(jiān)測工程地下水水位監(jiān)測數(shù)據(jù)為主體，匯聚全國水文地質(zhì)數(shù)據(jù)、部分省區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)、地下水開采統(tǒng)計數(shù)據(jù)等多源信息，通過原始采集數(shù)據(jù)交換、加工成果數(shù)據(jù)服務(wù)推送等方式，搭建分布式數(shù)據(jù)共享平臺，建設(shè)地下水多源信息共享數(shù)據(jù)庫，運用大數(shù)據(jù)處理融合技術(shù)，實現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)實時共享和總體數(shù)據(jù)定期更新。

2.建設(shè)評估監(jiān)管服務(wù)平臺

在國家水資源管理信息系統(tǒng)中央平臺下，搭建全國地下水開發(fā)利用評估監(jiān)管服務(wù)平臺，提供地下水開發(fā)利用區(qū)、地下水超采區(qū)、地下水水源地等不同管理對象的監(jiān)測評估服務(wù)和動態(tài)可視化分析展示，實現(xiàn)全國地下水開發(fā)利用的水量、水位、水質(zhì)綜合監(jiān)測、動態(tài)評估和決策支持。

3.建立地下水開發(fā)利用評估監(jiān)管標準體系

總結(jié)地下水開發(fā)利用評估監(jiān)管的主要技術(shù)方法，編制地下水開發(fā)利用動態(tài)評價標準、地下水雙控管理技術(shù)規(guī)程、地下水超采區(qū)治理評估技術(shù)要求等標準規(guī)范，建立地下水開發(fā)利用評估監(jiān)管標準體系。

4.建立一體化定期評估機制

運用評估監(jiān)管服務(wù)平臺，逐年開展全國主要地下水開發(fā)利用區(qū)和重要地下水超采區(qū)的動態(tài)評估、重要地下水水源地的動態(tài)評估，及時掌握全國地下水開發(fā)利用情勢，定期形成評估監(jiān)管報告。