保定市地下水壓采效果綜合評(píng)價(jià)

林振生，曹文庚，南 天，屈吉鴻

(1.華北水利水電大學(xué)，鄭州 450046； 2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，石家莊 050061； 3.自然資源部地下水科學(xué)與工程科普基地，石家莊 050061)

1 概 述

隨著地下水開(kāi)采活動(dòng)引發(fā)的資源環(huán)境問(wèn)題日益增多，地下水開(kāi)采-生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定相關(guān)性研究成為研究熱點(diǎn)。石建省[1]等以深層地下水可利用量和現(xiàn)狀開(kāi)采量為指標(biāo)體系，對(duì)地下水超采情況進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)；楊國(guó)強(qiáng)[2]等初步構(gòu)建了年均地下水水位持續(xù)下降速率、地下水開(kāi)采臨界水位等指標(biāo)作為地下水超采評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，并評(píng)價(jià)地下水水位變化；高玉陽(yáng)[3]研究人類(lèi)活動(dòng)影響下烏蘇市地下水水位變化趨勢(shì)，結(jié)合地下水開(kāi)采量、地表水引水量的指標(biāo)對(duì)地下水水位動(dòng)態(tài)演化趨勢(shì)進(jìn)行分析。

上述研究多數(shù)是從水位、地下水開(kāi)采量的指標(biāo)分析評(píng)價(jià)地下水水位動(dòng)態(tài)變化狀況。本文在前人的基礎(chǔ)上，從地下水供水結(jié)構(gòu)、水位變化、水資源3個(gè)角度出發(fā)，構(gòu)建地下水壓采效果評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，對(duì)地下水壓采實(shí)施后效果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，為地下水超采區(qū)治理工作提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

保定市平原研究區(qū)，北臨京廊，西依太行，東臨滄衡，南鄰石家莊，平原區(qū)面積約1.1×104km2(圖1)。據(jù)《保定市第二次水資源評(píng)價(jià)報(bào)告》顯示，保定平原多年平均地表水資源量為1.49×108m3/a，地下水資源量為15.79×108m3/a，淺層地下水可開(kāi)采資源量為15.39×108m3/a。自20世紀(jì)80年代開(kāi)始大規(guī)模開(kāi)采地下水，多年的地下水超采造成地下水水位持續(xù)下降，形成多個(gè)淺層地下水位降落漏斗[4]，2018年6月淺層地下水位等值線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖1 研究區(qū)范圍

圖2 2018年淺層地下水等水位線(xiàn)

3 研究方法

基于《華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動(dòng)方案》和2018年水資源公報(bào)資料的數(shù)據(jù)，通過(guò)層次分析法為各指標(biāo)賦權(quán)重。根據(jù)權(quán)重值，將各指標(biāo)加權(quán)疊加，從而得到地下水供水結(jié)構(gòu)、水位變化、水資源的指標(biāo)評(píng)價(jià)值；將三大評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果再次加權(quán)疊加，得到保定市的地下水壓采評(píng)價(jià)結(jié)果。

3.1 指標(biāo)體系法

3.1.1 地下水壓采評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

本次針對(duì)地下水的壓采效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系遵循科學(xué)性和簡(jiǎn)便性的原則，根據(jù)前人研究成果[5-15]并結(jié)合保定市水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，初步選定8個(gè)指標(biāo)。

3.1.2 地下水壓采評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

通過(guò)《北京市水資源公報(bào)》《天津市水資源公報(bào)》以及河北省各地級(jí)市水資源公報(bào)的數(shù)據(jù)，得出指標(biāo)的直方圖(圖3)。各指標(biāo)在“20%，40%，60%，80%”進(jìn)行斷點(diǎn)，華北平原在各指標(biāo)進(jìn)行“五分”，研究區(qū)的地下水壓采效果根據(jù)這4個(gè)指標(biāo)均可劃分為5個(gè)層級(jí)。

圖3 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)圖

實(shí)際水位控制指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)謝新民等[14-16]的研究可知，地下水水位可以根據(jù)研究區(qū)實(shí)際的水文地質(zhì)條件劃分為3個(gè)臨界水位。適宜水位：根據(jù)多年平均地下水位確定；預(yù)警水位：地下水位系列資料最低值在含水層頂板的1/3；禁采水位：地下水位系列資料最低值在含水層頂板的2/3[16]。

水位變幅根據(jù)《地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》中以地下水下降速率對(duì)超采區(qū)分級(jí)作為參考來(lái)劃分指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)，水資源開(kāi)發(fā)利用程度和超采區(qū)變化率的指標(biāo)采用分段線(xiàn)性隸屬函數(shù)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行劃分等級(jí)[17]。各評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)及分值對(duì)應(yīng)見(jiàn)表1。

表1 二級(jí)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化得分表

3.1.3 地下水壓采效果評(píng)價(jià)分級(jí)

對(duì)一級(jí)指標(biāo)值計(jì)算時(shí)需要對(duì)各二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行累加，因此需要對(duì)二級(jí)指標(biāo)分配相應(yīng)權(quán)重。一級(jí)指標(biāo)計(jì)算公式可表示為：

(1)

式中：EEI為一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)值；w為二級(jí)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)；β為一級(jí)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)。

最終根據(jù)目標(biāo)層總得分評(píng)價(jià)壓采效果，評(píng)價(jià)結(jié)果一般可以分為3～5級(jí)。本次工作將其分為4級(jí)，得分對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)見(jiàn)表2。

表2 壓采效果評(píng)價(jià)分級(jí)

3.2 層次分析法

本次確定權(quán)重的方法采用的是層次分析法，其優(yōu)勢(shì)在于：通過(guò)建立地下水壓采效果評(píng)價(jià)體系進(jìn)行多項(xiàng)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，降低了單一劃分方法的不穩(wěn)定性，使地下水壓采效果評(píng)價(jià)更科學(xué)。見(jiàn)表3。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

4 結(jié)果與分析

4.1 指標(biāo)層權(quán)重結(jié)果

通過(guò)一些專(zhuān)家打分構(gòu)建各層指標(biāo)的判斷矩陣，用SPASS軟件得到一致性指標(biāo)CI值和一致性比例CR值。結(jié)果表明，準(zhǔn)則層對(duì)子準(zhǔn)則層以及層次的總排序滿(mǎn)足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，最終確定的各層指標(biāo)權(quán)重見(jiàn)表4。

表4 壓采效果評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

4.2 地下水壓采效果評(píng)價(jià)結(jié)果

通過(guò)查閱《保定市水資源公報(bào)》，得到2018的保定市各縣的原始數(shù)據(jù)，計(jì)算出8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值，見(jiàn)圖4。最后計(jì)算得到保定市壓采效果評(píng)價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)的得分，見(jiàn)表5。

圖4 評(píng)價(jià)指標(biāo)值

表5 壓采效果評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化得分表

通過(guò)式(1)，計(jì)算出保定市各縣壓采效果的綜合指標(biāo)值并評(píng)價(jià)保定市各縣的壓采效果，見(jiàn)圖5。

圖5 保定市各縣壓采效果

根據(jù)上述評(píng)價(jià)結(jié)果可知各分區(qū)地下水壓采效果狀況。保定市區(qū)、順平縣和易縣地下水壓采效果差，說(shuō)明地下水超采未得到有效控制，主要原因是區(qū)域的水位變幅在-2～-4 m，水位下降大；此外水資源開(kāi)發(fā)利用程度在1.0～1.2之間，水資源開(kāi)發(fā)利用量超出水資源可利用量，導(dǎo)致水位恢復(fù)效果差。徐水縣、蠡縣、唐縣、雄縣、安新縣和容城縣的壓采效果等級(jí)為有限，地下水供水占比0.7～1，該區(qū)域?qū)Φ叵滤墓┧枨筝^大，但是水位變幅在-2～-1 m,水位下降幅度比較小，使得壓采效果有所提升。滿(mǎn)城縣和高陽(yáng)縣的地下水壓采效果良好，表明水資源利用分配合理，地下水水位恢復(fù)較為理想，原因是該區(qū)水位恢復(fù)的各項(xiàng)指標(biāo)和水資源開(kāi)發(fā)利用程度指標(biāo)都表現(xiàn)得較為良好，水位得到了較好的恢復(fù)；其次該區(qū)的居民、農(nóng)業(yè)、工業(yè)在地下水供水量相對(duì)減少，說(shuō)明已找到替代水源來(lái)滿(mǎn)足用水需求，減少了對(duì)地下水的開(kāi)發(fā)利用，因此該區(qū)地下水壓采效果較好。

5 結(jié) 論

1) 本文以保定市地下水開(kāi)采區(qū)為研究對(duì)象，運(yùn)用指標(biāo)體系對(duì)地下水超采區(qū)實(shí)施壓采措施的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)保定市自然地理、水文地質(zhì)條件、水資源利用現(xiàn)狀，從地下水供水結(jié)構(gòu)、水位變化和水資源三方面建立地下水壓采效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)地下水壓采實(shí)施后效果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，以支撐地下水壓采工作的推進(jìn)與完善。

2) 通過(guò)構(gòu)建的地下水壓采效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，評(píng)價(jià)了保定市各縣市的壓采效果，保定市區(qū)、順平縣和易縣地下水壓采效果差，因?yàn)槲茨芎侠淼胤峙渌Y源量，使水資源利用量超出水資源的可利用量，阻礙水位的恢復(fù)；滿(mǎn)城縣和高陽(yáng)縣的壓采效果等級(jí)為良好，人們減少了地下水的開(kāi)發(fā)利用，找到替代水源滿(mǎn)足用水需求，使得水位恢復(fù)效果良好。