海河流域地下水資源利用狀況和保護對策研究

周根富，解文靜

（1.江蘇省水利防汛物資儲備中心，江蘇 南京 210029；2.水利部海河水利委員會，天津 300170）

20世紀60年代以來，伴隨著經濟社會快速發展，海河流域水資源需求增長較快。從2000年以來的海河流域歷年水資源公報統計數據來看，地下水資源支撐了一半以上的用水需求。由于長期過度開采，流域地下水資源衰減，地下水總儲量急劇減少[1]。研究表明，人類活動致使區域地下水補給、徑流和排泄條件均發生了變化[2]，而大規模開采地下水資源，使海河流域13.2×104km2的平原區淺層地下水水位在1959—2013年累計下降10.99 m[3]，該區域地下水資源的開發利用處于不可持續狀態[4]，在流域平原區產生了嚴重的生態環境問題，如地面沉降、地下水漏斗擴大、水質惡化、咸水入侵等[5]，加之海河流域地下水脆弱性比較嚴重，地下水資源危機已顯現[6]。總之，海河流域地下水資源問題應當引起高度關注，有必要對近年來特別是進入21世紀以來的地下水總體狀況以及人類活動對地下水的影響進行探討，為地下水資源管理和保護提供參考。

1 海河流域地下水資源總體情況

1.1 地下水資源量總體情況

據海河流域2000—2019年水資源公報，2000年以來，流域地下水資源量平均為224×108m3，與1956年以來的多年平均水資源量相比明顯減少，減少15%以上（圖1）。20年中的18個年份地下水資源量少于多年平均水平，占比90%。僅有2012年、2016年在多年平均水平以上，主要是因為該兩年降水量均在600 mm以上，比多年平均降水量增加一成以上。盡管如此，此兩年的地下水資源量也僅是略高于多年平均水平，分別僅比多年平均值高6%、3%。這20年，降水量高于多年平均降水量的年份有7年，其中有5年地下水資源量低于多年平均水平。以上分析表明，2000年以來，海河流域地下水資源量常年維持較低數值，即使在豐水年，轉化成的地下水資源量依然較少。流域地下水總體呈現水量少，且資源轉化率不高的特點。

圖1 海河流域地下水資源量與多年平均水平的對比

1.2 對降水的響應

點繪20年海河流域年平均降水量與年度地下水資源量的關系表明，作為主要的地下水補給源，降水量與地下水資源量呈現出較好的正相關關系（圖2）。

圖2 地下水資源量與降水量的相應關系

二者線性相關系數R為0.95。年降水量在400 mm左右時，地下水資源量約為150×108m3，降水轉化為地下水資源的比例約為11.7%；年降水量在600 mm左右時，地下水資源量約為280×108m3，降水轉化成地下水資源的比例約為14.6%。因此，降水是影響海河流域地下水資源量最主要的因素。此外，海河流域降水轉化成地下水資源的比例不高。

2 地下水資源供水變化趨勢

2.1 地下水供水情況

海河流域地下水供水量20年總體呈明顯減少趨勢（圖3）。2000—2007年間地下水供水量在250×108m3以上，維持在較高水平。2008—2012年基本維持在230～240×108m3之間，比以往有所減少。2014年年底南水北調中線通水后，下降趨勢較為明顯，到2019年流域地下水供水量減少至160×108m3。

南水北調通水后，海河流域使用的外調水逐年增加。2014年引黃和南水北調供水量約40×108m3，到2019年引黃和南水北調供水量約110×108m3。其間，海河流域對地下水的開采量呈現出逐年明顯減少的趨勢。因此，在總體缺水的形勢下，外調水對海河流域地下水的置換作用十分明顯。

2.2 地下水供水比例

與地下水年供水量變化趨勢相似，地下水供水量占海河流域總供水量的比例總體也呈下降趨勢（圖4）。2000—2013年，地下水供水比例基本保持在60%以上，較為穩定。2014年之后所占比例呈明顯下降趨勢，到2019年，地下水供水量占總供水量的42%。與此同時，隨著南水北調中線通水，外調水在總供水量中所占比例逐年上升，從2014年的11%上升到2019年的29%。

2014年之前，深層地下水供水量在地下水總供水量中占比在20%以上，其中，2002年占比最高，為28.7%；2014年后降至20%以下，且占比逐年遞減，2019年占比降至14.2%。因此，南水北調對優化海河流域供水結構，改善地下水高強度開采的狀況具有十分重要的作用。

2.3 地下水開發利用程度

20世紀70年代以來，華北地區地下水開采量快速增加[7]，海河流域地下水開發利用程度長期維持在很高的強度。這20年來地下水開發強度依然很高，直到近年來才有所緩解，地下水年供水量與各年地下水資源量的對比如圖5所示。

這20年，地下水總供水量與地下水資源量的比值為1.03，地下水開采總體仍為“入不敷出”狀態。特別是2011年之前，流域地下水供水量一直高于當年地下水資源量，當年地下水資源量基本處于“吃干喝凈”狀況，且地下水儲量資源一直被開采，因此超采現象明顯。

2012年之后，地下水開采形勢有所緩和，地下水總供水量與地下水資源量的比值下降至0.84。每年地下水供水量基本在當年地下水資源量以下，僅在2014年降水量極少的年份超過了當年地下水資源量。2016年和2018年地下水供水量與地下水資源量的比值最小，分別為0.70、0.68。因此，雖然近年來地下水開采強度總體呈減小趨勢，但仍有較大的壓采空間。

3 地下水水位和漏斗區變化趨勢

由于多年高強度開采，海河流域地下水水位下降的面積占平原區面積比重較高，地下水水位一直呈現下降趨勢。2019年水位降幅超過0.5 m的面積為5.54×104km2，占流域整個平原區面積的49%。

20年以來，每年均有地下水水位下降的區域。下降區面積同地下水開發利用程度呈現出較明顯的正相關關系，相關系數R為0.73（圖6）。隨著地下水供水量占地下水資源量比例的提高，水位下降區面積總體呈直線增大趨勢。因此，地下水開采強度對地下水水位具有十分重大的影響。

這20年來，海河流域地下水漏斗區總體仍呈擴大趨勢（圖7）。2000—2004年漏斗區面積增大較快，從2000年的1.8×104km2增至2004年的2.8×104km2。此后，2005—2013年漏斗區面積較為穩定，維持在2.9×104km2左右。2014年之后漏斗區面積保持在歷史最高值，超過3.5×104km2。流域地下水水位下降趨勢尚未得到根本遏制。

圖7 地下水漏斗區面積變化趨勢

4 對策措施

基于以上分析，海河流域地下水補給主要受天然降水影響，在排泄端受人類開采活動影響十分顯著，控制地下水開發利用程度極為重要。應采取多種措施，系統推進海河流域地下水保護和治理，遏制地下水高強度開采態勢和地下水水位下降趨勢。

一是從需求端控制用水總量需求。繼續實施華北地區地下水超采綜合治理，重點加快推進農業地下水綜合治理工作，調整種植結構，增加節水作物比例，壓減地下水開采量。持續開展國家和各省節水行動，強化海河流域節水控水，推進農業節水增效、工業節水減排和生活節水降損，深入挖掘海河流域節水潛力。

二是從供給端優化供水結構。堅持開源與節流相結合，充分利用南水北調中線一期工程、東線一期北延應急供水工程，以及引黃入冀補淀工程、萬家寨引黃入晉工程，保障和增加外調水水量，進行地下水開采置換，減少地下水開采。鑒于海河流域長期缺水導致的包氣帶增厚、河道水流下滲強烈的特點，結合京津冀協同發展六河五湖綜合治理與生態修復等行動，持續實施大清河、南運河、白洋淀等重要河湖生態水量調度，通過河湖補水回補地下水。

三是從管理端實行動態預警。構建地下水水位監測網，加快推進國家地下水監測二期工程建設，重點加密地下水超采區、生態補水區、生態脆弱區等特殊類型區監測站點。構建地下水動態分析評估和預警系統，建立地下水數字流場模型，實現區域地下水水位預測預警，為地下水超采治理提供信息化支撐。

5 結語

對于海河流域的地下水，降水補給因素難以控制，目前唯有控制和引導人類活動，尤其要通過綜合施策控制地下水開采量，遏制地下水水位下降趨勢。對于各種措施作用的量化，也有待進一步通過地下水模擬進行研究，為制定更精確的地下水綜合治理方案提供依據。