地下水超采區劃定方法對比分析

何 曄

(1.自然資源部地面沉降監測與防治重點實驗室，上海 200072；2.上海地面沉降控制工程技術研究中心，上海 200072；3.上海市地質調查研究院，上海 200072)

地下水作為水資源的重要組成部分，既是維系區域生態環境的重要自然要素，也是保障社會穩定不可替代的基礎支柱。然而全球地下水資源在氣候變化和人類活動的影響下，消耗十分嚴重。近年來隨著城市發展及生活水平的不斷提高，地下水資源的供需矛盾日益突出，而地下水超采問題也日益嚴重，已經引起了諸如地面沉降、地裂縫、水質惡化和生態環境破壞等一系列與地下水超采相關的問題[1-8]。為加強地下水資源管理，保護優質的地下水資源，實現地下水資源可持續開發利用，保障經濟社會可持續發展，需開展地下水超采區劃定工作[9-12]，全面掌握地下水超采區現狀和發展趨勢，加快推進地下水超采區治理。

地下水超采區的劃定方法隨著劃定工作的開展也趨于多樣化并日益成熟，從最開始單一的開采系數法逐步演變為水位動態法、開采系數法和引發問題法等多種方法[13]。但無論水位動態法、開采系數法還是引發問題法都無法全面反映地下水超采情況，本文以上海市為例，對水位動態法、開采系數法和引發問題法等3種方法的劃定結果進行對比分析，以期為地下水超采區劃定及科學合理制定地下水資源保護措施提供依據和參考[14]。

1 區域概況

松散巖類孔隙水是上海地區主要的地下水類型，蘊含豐富的地下水資源，是本次地下水超采區劃定的對象。

按照地質時代、水動力條件和成因類型，將第四系松散巖類孔隙含水層劃分為全新統潛水含水層和微承壓含水層，上更新統第一、二承壓含水層，中更新統第三承壓含水層，下更新統第四、五承壓含水層。

上海淺層地下水資源的開發利用主要以鄉村分散的土井開6采為主，目前全市淺層地下水的開采程度很低，主要為以基坑工程為主的工程建設活動的降排地下水量。全市地下水資源開發利用以深層承壓水為主(即第二～第五承壓含水層)。為滿足工業生產和居民生活飲用等用途，自市區1860年開鑿第一口深井以來，長期開采深層地下水，導致較嚴重地面沉降現象。近年，通過壓采、調整開采層次和人工回灌等一系列措施，地面沉降逐步得到控制。

2 劃定

根據《地下水超采區評價導則》[15]，主要采用水位動態法、開采系數法和引發問題法3種方法。本次利用監測數據年份為2001—2016年，統計分析以行政區域為單元，其中上海市區(黃浦區、靜安區、徐匯區、長寧區、虹口區、普陀區、楊浦區)由于面積較小，合并為中心城區。

2.1 水位動態法

水位動態法是以地下水水位年均下降速率為評判指標進行超采區劃定的方法。因地下水開采造成地下水水位呈持續下降趨勢劃定為一般超采區，淺層孔隙水水位年均下降速率大于1.0m/a或深層孔隙水水位年均下降速率大于2.0m/a劃定為嚴重超采區。

本次利用水位監測數據，按各區統計水位動態變化趨勢，統計結果見表1。

表1 地下水水位年均變化速率統計 單位：m/a

由表1可知，上海市區各含水層地下水水位總體呈現上升態勢，僅局部地區地下水水位有略微下降。可知上海市區各含水層無地下水位持續下降地區，因此，根據地下水位變化動態特征，全市無地下水超采區。

2.2 開采系數法

開采系數法是以地下水開采系數為判別指標進行超采區劃定的方法。地下水實際開采量超過可開采量劃定為一般超采區，若年均地下水開采系數大于1.3，則劃定為嚴重超采區。

針對上海市實際情況，淺部潛水和第一承壓含水層地下水長期來未予開發利用，年度無計劃開采指標；深部第二、三、四、五承壓含水層地下水資源豐富且水質較好，是上海市常年開發利用的主采層。為此，根據開采系數法進行地下水超采區劃定時，對于淺部潛水和第一承壓含水層不予考慮地下水超采區劃定。各行政區含水層實際開采量、可開采資源量以及開采系數見表2。

表2 上海市第二、三、四、五含水層地下水開采系數統計 單位：m3

可知各區各含水層開采系數均遠小于1，故根據開采系數法，全市無地下水超采區。

2.3 引發問題法

引發問題法是以地下水開采誘發的生態與環境地質問題為評判指標進行超采區劃定的方法。上海市因地下水開采造成的生態與環境地質問題主要為地面沉降。根據引發問題法，因地下水開采引發了地面沉降則劃定為一般超采區；因地下水開采引發的年均地面沉降速率大于10mm/a劃定為嚴重超采區。

由表3可知，大部分區域多年平均沉降速率小于10mm/a，只有如崇明東灘新成陸區等局部區域沉降稍大，因此根據引發問題法劃定上海全市為一般超采區。

表3 上海市地面沉降速率統計 單位：mm/a

3 對比分析

可知3種方法得出的劃定結果不盡相同，對比分析主要原因如下。

(1)根據水位動態法劃定上海市無地下水超采區，這主要是由于上海隨著集約化供水能力不斷增大，全市通過地下水年度開采量持續壓減、調整開采層次和人工回灌等一系列措施，持續深化地下水資源管理，使得由于歷史超采造成的較低地下水位逐步恢復；可見水位動態法可以比較好的反映區域當下的超采情況，但水位動態法需要在各個區域不同含水層都有一定數量的長期水位監測井，根據長期監測數據才能比較全面的分析統計區域內地下水位的變化態勢，因此采用水位動態法對劃定區域內地下水的監測研究程度有一定要求。

(2)根據開采系數法，開采系數遠小于1，上海市無地下水超采區；可知開采系數法能比較直觀的反映地下水超采與否，但對地下水可開采資源量的計算精度及地下水實際開采量的統計都有較高要求。

(3)根據引發問題法上海全市被劃定為一般地下水超采區，這主要是由于地面沉降相對地下水位的滯后性及不可逆性，上海歷史地下水超采導致的累積地面沉降仍較大，且工程建設，特別是深基坑降水引發的局部區域差異沉降仍長期存在；可知引發問題法更反映劃定區域歷史的超采情況，在歷史上存在超采或已實行地下水管控的情況下，比較適用。

4 結論和建議

(1)水位動態法可以比較好的反映區域當下的超采情況，但對劃定區域內地下水的監測研究程度有一定要求。

(2)開采系數法能比較直觀的反映地下水超采與否，但對地下水可開采資源量及實際開采量的計算統計都有較高要求。

(3)引發問題法更反映劃定區域歷史的超采情況，在歷史上存在超采或已實行地下水管控的情況下，比較適用。

(4)不同方法劃定的結果存在差異，開展地下水超采區劃定時，應考慮綜合多種方法，全面分析地下水位、地下水采灌歷史及生態地質環境問題等，同時政府管控影響也應納入考慮，以期得到最適宜劃定結果。