新時代北京地下水可持續發展工作探究

任永強

（北京市地質礦產勘查院，北京 100195）

摘 要：新中國成立后，系統的水文地質工作為首都社會經濟發展提供了基礎資源保障，但進入高質量發展的新時代后，如何滿足新發展理念需求，成為當下面臨的重要任務。回顧70年來北京水文地質普查、供水勘查、地下水資源環境調查評價、動態監測等成果，分析地下水位下降、地面沉降、地下水質超標等環境地質問題，以及未來可能的供水安全隱患和基礎水文地質工作程度與新時代發展要求的差距，結合北京具體情況，提出未來幾年實現地下水可持續發展的工作思路，以及建設地下水資源保障工程;構建地下水環境保護預警體系;開展地下水對生態環境保護支撐研究;創新和提升基礎水文地質工作;推進新技術、新方法、新設備應用和研制;推動復雜條件地下水模擬模型;構建地下水資源空間信息系統等建議。

關鍵詞：新時代;地下水;可持續發展;北

Discussion on sustainable groundwater development in new-era Beijing

REN? Yongqiang

（Beijing Institute of Geology， Beijing 100195， China）

Abstract： Systematic hydrogeological work after the founding of the People's Republic of China has provided the basic resources for the social and economic development of the capital city Beijing. But it still calls for actions to be taken in this field in order to meet the needs of the new development concept in the new era characterized by high-quality development. In this paper， the results of hydrogeological surveys， water supply surveys， groundwater resources and environmental surveys and groundwater monitoring in the past 70 years in Beijing have been reviewed ， and environmental geological problems， such as groundwater level declining， land subsidence and groundwater pollution， as well as the potential risks of water supply in the future have been analyzed. It is concluded that measures related to sustainable groundwater utilization are of great importance， such as launching groundwater resources guarantee project， establishing groundwater environment protection system; carrying out research about the supporting effect of groundwater on eco-environmental protection; upgrading the basic hydrogeological work， promoting the application of new technologies， methods and equipment， conducting groundwater simulation models for complex hydrogeological conditions， and building a groundwater resources spatial information system.

Keywords： new era; groundwater; sustainable development; Beijing

我國的現代化建設進程進入了新時代，經濟、政治、文化、社會和生態文明建設五位一體總體推進，在注重經濟社會高質量發展的同時，更重視生態環境保護。水資源具有資源、環境和生態多種功能和屬性，穩定可靠的水資源供給對人類和社會經濟可持續發展至關重要，同時又是生態環境的重要組成部分;地下水作為北京水資源的重要組成部分，在經濟社會發展歷程中發揮了重要作用，避免了多次連續干旱引起的供水危機，同時也出現了地下水超采、水質變差、濕地減少等問題，2014年12月7日南水北調江水進京，北京的水資源形勢發生了新的變化，面對新發展形勢，作為國民經濟基礎性、先行性的水文地質工作面臨新的選擇。

在回顧和總結70年來北京水文地質工作的基礎上，根據新時代經濟社會發展新需求，結合近幾年新的水資源形勢變化，查找現狀工作存在的差距和問題，針對目前北京的現實情況，提出實現地下水可持續發展的工作思路與建議。

1 以往工作綜述

北京開發利用地下水的歷史久遠，早在東周時就有瓦井和土井，至1949年北京市解放前夕共有機井123眼，農業主要是靠天吃飯（北京市地質礦產勘查開發局等，2008a）。解放后開展的水文地質工作緊密結合首都的經濟和社會發展需求，成效顯著。

（1）20世紀50—70年代

新中國成立后組建了專業水文地質隊伍，在城近郊區和房山、大興、通州、順義等區縣進行了水文地質普查，在永定河沖洪積扇開展局部1∶50 000和區域1∶100 000供水水文地質勘測，為規劃工業、生活和市郊農業灌溉用水提供了基礎資料，為新建第五、第七水廠，擴建第二、第三、第四水廠提供了水源地。70年代初期北京連續干旱，城區地下水位下降，自來水廠供水不足，在潮白河沖洪積扇打井31眼，為市第八水廠提供水源。在房山、大興、通州等郊區縣開展了1∶50 000農田供水勘測，并掀起抗旱打井熱潮，到70年代末，農業井數達到3萬余眼，確保了農業旱澇保收。1956年陸續開展地下水位和水質監測，水位監測范圍由城近郊區逐漸擴展到了8個郊區縣，水質監測覆蓋城近郊1100 km2（北京市地質礦產勘查開發局，2008b）。

（2）20世紀80—90年代

80年代初期北京連續5年干旱，密云、官廳兩水庫上游來水減少，地表供水減半，為確保城市供水不得不繼續挖掘地下水潛力，工作逐漸由市區到郊區，從淺層到深層，從第四系孔隙水到巖溶裂隙水，先后開展了通縣搖不動地區、黃村和通縣衛星城、大興念壇、通州龍旺莊和第三水廠、石景山水廠擴建，燕山石化、東方化工廠等供水勘查工作。農田水文地質工作逐步轉向了農業區劃方向。這個階段地下水占城市總供水的70%左右，超采維持時間最長。后期逐步開展了地下水污染調查、城市垃圾填埋對地下水環境影響評價、地下水人工調蓄試驗以及地面沉降和地下水開采關系等綜合水文地質工作。

（3）21世紀初—2014年

21世紀初北京再次出現連續枯水年份，為確保城市供水和奧運盛會等重要活動用水需求，地下水勘查圍繞城市應急水源地開展，完成了懷柔、平谷、房山張坊和昌平馬池口等應急水源地的勘查評價和施工。結合國土資源大調查相繼開展了首都地區地下水資源和環境調查評價、華北平原地下水可持續利用調查評價（北京）工作，在地下水系統劃分、水質分層評價、垃圾填埋場地環境效應評價、有機污染調查、地下水資源計算評價、循環演化規律和信息系統建設等方面取得重要成果;在北京市多參數立體地質調查工作中對地下水資源潛力進行了評價;在開展的北京市平原區地下水環境監測與初步整治方案項目中整合、補充和完善了北京平原區地下水環境監測點，建成了平原區地下水環境監測網。系統開展了巖溶水資源勘查評價工作，完成了系統劃分、資源評價、監測體系建設、開發利用保護規劃，遴選了兩處應急水源地靶區（北京市水文地質工程地質大隊，2014）。

（4）2015年以來

2014年底南水北調水正式進京，隨著南水的不斷增加，為減采和養蓄地下水創造了條件。近幾年來，地下水壓采和局部回補措施使得地下水位呈現回升趨勢，面對新形勢，開展了基于新水情下的北京地下水資源可持續利用調查評價和地下水位上升對地下水環境影響研究工作;隨后進行了冬奧會延慶場館水源保障勘查、城市副中心海綿城市地下水環境詳查、第八水廠水源地上游地下水污染調查、北京地區泉水調查和南水北調進京后北京市主要地下水庫調蓄調查及優化研究等工作。為更加全面掌握北京地下水環境狀況，及時了解南水北調水進京對地下水的影響，建設了覆蓋全市域立體分層的地下水環境監測站網。

2 存在問題和不足

70年來，北京市的水文地質工作在服務國民經濟發展，保障首都城市供水安全，農業旱澇保收、城市規劃和建設等方面取得了巨大成就，但與新發展階段要求相比存在以下問題和不足：

（1）地質環境問題依然突出

地質環境是自然環境系統中影響人類生存與發展最重要的組成部分，地下水資源的過度開發，引發了地下水位持續下降、地面沉降、地裂縫和地下水質超標等地質環境問題以及地下水溢出消失、濕地退化和泉水枯竭等生態環境問題。

20世紀70年代末，北京多次出現連續枯水年，地表水嚴重不足，不得不超采地下水，地下水位總體處于持續下降狀態，部分地區形成降落漏斗;北京地面沉降現象發生較早，20世紀70—80年代開始大面積形成，后期仍呈現不斷發展趨勢;從多年監測結果看，北京淺層地下水水質超標問題突出，超標范圍（與2011年同期相比）仍然在擴大（北京市水文地質工程地質大隊，2019）。地下水位的大幅度下降，土壤包氣帶變厚，溢出帶消失，地面植被不能吸取土壤水分，破壞了自然生態環境，出現濕地退化、土地沙化問題;山前部分泉水，如玉泉山泉、白浮泉等已消失。隨著南水北調水進京，落實壓采措施，并相繼實施潮白河、永定河和部分河湖生態補水工作，近幾年平原區地下水位有回升態勢，但總體來看地質環境問題依然突出。

（2）水資源保障體系安全風險依然存在

保障水資源絕對安全是首都水文地質工作者的首要任務，南水進京以后，北京市的水源構成發生了變化，2019年全市總供水量 41.7 億m3，地下水 15.4 億m3，占總供水量的 36.9%（北京市水務局，2020a）;再生水、南水北調水和本地地表水累加占總供水量的63.1%，歷史經驗告訴我們，地表水受降水量影響年際變化大，南水由于長距離輸水和被污染風險大，再生水的大規模利用存在污染地下水環境隱患。

地下水超采引起的地下水位下降，在水源地區域可以直接造成水源地出水能力下降;北京主要地下水源地位于永定河和潮白河兩大沖洪積扇頂部區域，天然防污性能脆弱，極易受到工業、生活污水以及上游再生水影響。

截至2020年11月底，南水北調工程調江水入京水量已經超過60億m3，其中向水源地補水7.2億多方（北京市水務局，2020b），如何高效利用南水對現有水源地蓄養是當下面臨的現實問題。

（3）對生態環境工作支撐不足

生態文明建設挑戰很多、矛盾突出，推進生態文明建設還有不少難關要過。近幾年北京市的生態環境質量持續改善，但是距離發達國家世界城市水平和人民群眾美好生態環境期待還有很大距離。

生態環境是自然環境系統中影響人類生存與發展的重要組成部分，受自然環境中的氣候環境、水環境、地質環境和土壤環境的相互影響和制約。水文地質工作內容和研究對象是地下水含水層和地下水環境，地下水環境保護是生態環境保護的重要組成部分。生態環境的治理和修復是一項復雜的系統工程，需要多部門、多學科配合（中國科學院，2018），生態文明建設過程給水文地質工作者提出了更高的要求，現有工作難以滿足生態文明建設過程需求。

（4）基礎水文地質工作程度亟待提升

以往一些基礎性水文地質工作，僅僅滿足當時的基本需求，隨著政府部門職能調整以及對河湖林田草等自然資源統一管控和多規合一政策實施，現有成果無論是比例尺、工作精度還是成果內容難以滿足現實需求，無法支撐水資源確權和流域生態環境保護工作。以往成果報告提出的建議在實用性、可操作性和科學性等方面有待進一步提高。

人類活動以及自然條件變化，地下水補徑排條件的變化，地下水位的下降使得包氣帶、含水層的厚度和取水層位發生了很大變化，用于地下水資源計算評價的現有基礎參數難以滿足計算評價成果的質量和精度。

幾十年來積累了大量的調查、監測成果和原始數據，但對其綜合分析研究程度不夠，對地下水系統物質和能量交換以及溶質運移規律的認識有限，無法支撐資源與環境承載力預警預報體系建設和生態環境修復治理效果評估。

（5）空間信息系統建設需要與時俱進

70多年來取得了大量的技術成果報告和圖件，積累了巨量的地層、水位、水量、水溫、水質等資料信息，建立了一些空間數據信息系統，隨著信息技術特別是互聯網、物聯網和人工智能技術的飛速發展，政府多規合一和山水林田湖的統一管控對水文地質成果需求也發生了新的變化，政府和社會對水文地質成果質量、表達方式、便利程度等提出了很高的要求。

3 可持續發展工作建議

3.1 建設地下水資源保障工程

北京擁有永定河和潮白河兩大沖洪積扇，地下水儲存量大，具有多年調節的條件，歷史上曾經多次化解供水危機，可以說地下水是北京市安全供水的壓艙石，因此北京的供水要立足于本地水源不動搖，建立地下水安全保障工程非常必要。包括以下幾個方面：

深入調查研究現有地下水源地現狀，加強現有地下水源地（包括應急水源地）的保護，提升可持續開采能力，以備遇到連續干旱或其他突發情況發生時能夠及時提供充足的水資源保障能力。

繼續開展城市應急集中地下水源地的勘查評價，選擇可供應急備用水源地靶區，評價其應急期以內的可開采量，保證水質符合飲用水標準，同時要建設配套工程，確保在非常時期滿足用水需要。

為高效開展南水北調水養蓄地下水資源，加大地下水涵養力度，要開展基于生態環境良性循環的地表水與地下水聯合調蓄工程與調蓄模式實施研究工作。在潮白河和永定河沖洪積扇的中上部，具有開展地表水與地下水聯合調蓄的良好條件，利用河道、砂石坑、大口井及滲水廊道等建設調蓄工程;繼續開展建設地下水庫工程勘察評價研究工作，為建設地下水庫工程提供技術支撐，以提高地下水供水保證率。

3.2 構建地下水環境保護預警體系

繼續開展地下水污染現狀以及每5年開展一輪污染源調查，以掌握全市污染源變化情況;開展重點污染源專項調查，以查清污染特征、追溯污染來源，評估污染風險。

進一步完善地下水環境監測網。在面對地下水污染形勢的復雜局面，針對已建成的地下水環境監測網絡，要在監測點位、層位、監測頻率以及檢驗測試項目等方面進一步優化;隨著工業化進程加快，人工合成的各種化合物使用，地下水中各種化學組分變化較大，再加上分析測試技術不斷進步，要按照新的國標開展地下水環境監測工作，以全方位掌握地下水環境動態，為建設預警預報系統提供基礎資料。

開展以保護永定河和潮白河沖洪積扇地區等重要地下水水源地區域為重點的地下水資源環境綜合地質勘查工作，提出保護北京市兩大地下水儲存空間的具體措施。構建針對地層天然防護性能差，地表水地下水水力聯系密切，地下水極易受到外界污染的大型地下水源地污染預警防控體系。

開展再生水利用地質適應性評價，研究制定再生水利用排放技術規范，為再生水安全利用提供技術支撐。 選擇成熟地區建設地下水污染修復示范工程，開展修復實驗，積累技術經驗。

3.3 開展地下水科學對生態環境保護工作研究

開展全市生態水文地質調查工作，選擇跟地下水文要素變化有關的生態環境問題進行研究。分析地下水的水位、水質、水量、水溫及包氣帶的含水率、含鹽量、溫度等水文要素與生態環境之間的關系，確定影響生態環境的主要地下水特征參數，指導地下水資源合理開發和生態環境保護的實踐。

針對北京的重要大泉和濕地恢復開展綜合水文地質工作，深入分析泉水斷流和濕地退化的自然和人為因素，通過建立數學模型等手段優選泉水和濕地恢復方案。

3.4 提升基礎工作水平

加強變化環境下水循環演變問題研究。查明人類活動和自然變化影響下水文參數變化、水循環通量及要素的演變特征，全面更新水資源基礎數據;以地球系統科學理念開展流域水資源調查工作，針對重大地質問題開展專題研究，提升水資源評價精度和管理水平，為生態文明建設和國家重大規劃提供服務與支撐。

按流域開展相應水文地質和水資源調查工作。 針對政府機構職能調整和對河、湖、林、田、草等自然資源統一管控和空間規劃要求，按流域開展相應的水文地質工作，充分集成以往各類調查評價資料，尤其是利用中大比例尺水文地質調查工作，開展適度補充調查，進行流域水資源評價，為水資源確權和流域水資源水生態及承載能力綜合評價提供基礎資料。

針對南水北調水進京，地下水有序減采，局部地區地下水位有逐步回升趨勢，要深入開展地下水位上升引起的地質環境影響變化，與相關單位合作開展對城市基礎設施安全的影響研究，建立有效的預測預警機制，確保城市安全運行。

繼續開展基礎地質地層和地質構造勘查研究，深入分析地質構造條件對深部地下水空間分布、循環以及基巖水與第四系地下水水力聯系影響，為集中開采水源地的遴選和精確評價地下水資源量提供基礎資料。

做好地下水動態監測和地下水質量監測工作，建設和完善覆蓋全市乃至京津冀地區的地下水監測系統，為政府和社會及時提供水位和水質信息，為相關地下水項目研究積累基礎數據，為水資源統一調配管理和提高水資源精細化管理水平提供基礎支撐（呂曉儉，2016）。

3.5 技術方法更新

充分消化和吸收國內外先進的自動監測和水文地質勘探、測試、模擬、遙感、同位素等新技術新方法;引進和更新一批先進的勘探和實驗設備;探索和研究地下水資源環境承載力評估、含水層修復、新型污染物調查、水土污染快速調查分析、水質動態監測預警、污染源及污染途徑快速識別技術方法。

完善現有一系列地下水系統水流、水質模擬模型，隨著對水文地質條件認識程度的提高進一步更新優化地下水系統空間結構模型;加強對復雜系統基巖裂隙水流、巖溶大孔隙水流模擬方法研究;探索建立基于地質環境條件、建筑基礎安全、生態友好等多約束條件的地下水優化管理以及區域尺度的地表水—地下水相互作用與聯合調度的地下水管理模型;提出南水北調進京后等新水情下地下水的優化開采配置方案，提供水源地最優開采方案、地下水庫優化調蓄方案、地下水可持續開發利用最優決策、流域水資源優化配置與調控、管理方案等。

3.6 建立地下水資源空間信息系統

利用GIS技術建立空間數據庫系統，實現與水文地質相關的時空信息一體化存儲，實時查詢，在此基礎上利用海量數據發布技術實現地下水資源信息的科學化規范化管理。研究3S、虛擬現實（VR）、專家系統（ES）、決策支持（DSS）等技術，結合大量區域水文、水文地質調查資料、衛星數據、水文地質剖面探索構建真實再現水文地質體的三維可視化模型，實現各種信息的多維可視化、查詢和輸出，實現流域水資源的統一管理。

4 結語

進入新發展階段，北京地下水可持續發展工作要立足本地水資源不動搖，地下水環境保護不放松，在聚焦建設地下水資源保障系統，構建地下水環境保護預警體系，夯實基礎水文地質工作，構建空間信息系統等工作同時，要更加注重對生態環境保護、治理工作和生態修復工程的技術支撐。但面臨著地質環境問題突出和地下水污染治理修復存在巨大困難等嚴峻挑戰，需多學科融合，多部門配合，不斷實踐總結，突破關鍵技術，為生態文明建設做出貢獻。

參考文獻：

北京市地質礦產勘查開發局， 北京市水文地質工程地質大隊，2008a. 北京地下水[M].北京：中國大地出版社.

北京市地質礦產勘查開發局，2008b. 北京地質工作五十年[M]. 北京：中國大地出版社.

北京市水務局，2020a. 北京市水資源公報2019[EB/OL]. http：//swj.beijing.gov.cn/zwgk/szygb/202009/t20200918_2067751.html

北京市水務局，2020b. 北京南水北調工程調江水入京水量達到60億立方米[EB/OL].http：//swj.beijing.gov.cn/swdt/swyw/202011/t20201127_2152522.html

北京市水文地質工程地質大隊，2014. 北京巖溶水資源勘查評價工程[R].

北京市水文地質工程地質大隊，2019. 北京市平原區地下水環境監測網運行[R].

呂曉儉，2016. 北京水文地質工作回顧與展望[J]. 城市地質，11（1）：1-3.

中國科學院，2018. 中國學科發展戰略：地下水科學[M]. 北京：科學出版社.