天津市地下水超采區評價及綜合治理成效分析

李 華，董曉敏，張 偉

（天津市水文水資源管理中心，天津 300061）

地下水尤其是深層地下水資源，對保障天津市的供水安全和可持續發展意義重大。但由于歷史上長期過度開發利用地下水資源，目前已經引發了一系列生態環境問題：①水資源開發利用嚴重超載，人口經濟與水資源承載能力嚴重失衡；②地下水嚴重超采，超采區范圍涉及除薊州區外的所有區，占市域面積的79.2%，地下水位持續下降，深層地下水埋深普遍達30~75 m，形成漢沽楊家泊、西青楊柳青和津南雙港鎮3 個地下水位降落漏斗，漏斗中心埋深最大達99 m；③地面沉降形勢嚴峻，2018 年全市平原區平均年沉降量20 mm，但武清王慶坨、北辰雙口—青光、靜海臺頭、西青王穩莊、濱海新區楊家泊—寨上5 個地面沉降嚴重的地區形勢依然嚴峻；④河湖生態嚴重損害，由于經濟社會用水大幅增加以及資源型缺水，河道上游來水大量減少且水質較差，導致河湖生態狀況惡化，河湖、濕地面積大幅減少，19 條一級河道中有17 條出現不同程度的斷流或干涸[1]。因此，實施深層地下水壓采和水源轉換，開展深層地下水超采綜合治理具有重要的社會效益和經濟效益，而超采區評價則是檢驗超采區綜合治理的有效手段之一。

1 地下水超采區評價

天津市在2004 年和2012 年開展過兩次地下水超采區劃定工作，并確定地下水禁采區和限采區，對天津市落實最嚴格的水資源管理制度、推進深層地下水壓采、修復保護地下水環境發揮了重要作用。2019 年，為科學評估華北地區地下水超采綜合治理成效，天津市再次開展地下水超采區評價工作。

評價范圍為天津市平原區，總面積11 193 km2，評價的含水層組為平原區地下水開采的主要含水層組，即淺層地下水和第Ⅱ至Ⅴ組承壓含水組。薊州區北部山區巖溶裂隙水多年地下水動態基本平衡，故該區域不參加本次評價

評價期是2015—2018 年，評價初始水平年為2015年，評價現狀水平年為2018年。

評價原則是因地下水開采量超過可開采量，造成地下水水位持續下降，或因開發地下水資源引起環境地質災害和生態環境惡化現象的區域劃定為超采區。

評價方法主要采用水位動態法、開采系數法和引發問題法[2]。

1.1 水位動態法

1.1.1 淺層地下水

不超采區域為孔隙水水位年均下降速率小于0的區域，一般超采區為孔隙水水位年均下降速率為0～1.0 m/a 的區域，嚴重超采區為孔隙水水位年均下降速率大于1.0 m/a的區域。

由于天津市淺層地下水埋深較淺，在利用水位動態法劃分超采區時，要考慮天然降水對淺層地下水位下降速率的影響。2015—2018 年平均降水量559 mm，與多年平均降水量562 mm 基本一致。淺層淡水主要分布在北部地區，中南部淺層地下水一般為咸水，基本不開發利用，故不存在超采情況。各區逐年降水量變化趨勢與全市降水量趨勢相近，且各區2015—2018 年平均降雨量與多年平均降雨量基本持平。

2016 年薊州區和寶坻區降水相比2015 年有所增加，同時典型地下水監測站埋深也同步減小；2017年寶坻區和武清區降水明顯減少，埋深也同步增加，因此淺層地下水位受降水量因素影響較大，受開采因素影響相對較小。淺層地下水一般超采區分布于寶坻區道口、方家莊一帶，面積約92 km2。

1.1.2 深層地下水

一般超采區為地下水位年均下降速率為0～2.0 m/a 的區域，嚴重超采區為地下水位年均下降速率大于2.0 m/a的區域。

綜合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ組承壓地下水位年均下降速率，深層地下水超采區主要分布在全淡水區分界線南側地區，包括寶坻區中南部、寧河區大部、北辰區南部、西青區中東部、津南區中西部、靜海區西部及南部、濱海新區及武清區零星區域，為一般超采區，面積約4 612 km2，沒有嚴重超采區。

1.2 開采系數法

以地下水開采系數為評判指標進行超采區劃分時，不超采區為評價期內年均地下水開采系數小于1.0的區域，一般超采區為年均地下水開采系數1.0～1.3的區域，嚴重超采區為年均地下水開采系數大于1.3的區域。

淺層地下水開采的區域年均開采系數均小于1.0，其中薊州平原區0.82、寶坻區0.38、武清區0.53、寧河區0.56、靜海區0.02、西青區0.36，深層地下水由于可開采資源量為0，開采即視為超采，因此淺層地下水不超采，深層地下水超采。根據各區開采系數，深層地下水超采區主要分布在武清區大王古莊、河西務、河北屯及寶坻區新開口、口東、八門城一線以南區域，面積9 427 km2。

1.3 引發問題法

1.3.1 地面沉降分析

以開采地下水引起的生態環境或地質環境問題作為評判指標進行超采區劃分，結合天津市實際情況，主要考慮地面沉降速率，年均地面沉降速率大于10 mm/a劃分為嚴重超采區。

2018 年，寧河區、東麗區、津南區、濱海新區塘沽和大港部分地區沉降量小于10 mm。統計不同區2007—2018 年累計沉降量發現，東麗區、津南區、濱海新區的沉降量呈減小的趨勢，東麗區年沉降量由2007 年的40 mm 減小到2018 年的15 mm，津南區年沉降量由2007 年的64 mm 減小到2018 年的26 mm，濱海新區年沉降量由2007 年的35 mm 減小到2018年的17 mm，詳見表1。

表1 天津市2007—2018年各區累計沉降量和年平均沉降速率

深層地下水超采區分布范圍為武清區大王古莊、河西務、河北屯及寶坻區新開口、口東、八門城一線以南區域，面積9 427 km2。嚴重超采區分布于寶坻區西南部、武清區中南部、寧河區西南東南部分地區、北辰區、西青區、市內六區中北部、東麗區中北部、津南區中南部、靜海區及濱海新區部分地區，面積約7 447 km2。

1.3.2 水質情況分析

天津市深層承壓水污染主要是由報廢機井未及時回填引起咸水串層造成的，地下水埋深下降與地下水水質惡化的變化趨勢并不一致，故不選擇地下水水質惡化作為劃分天津市地下水超采區的標準。

2007—2017年薊州區和濱海新區漢沽地下水水質有所好轉，寧河區地下水水質惡化，主要原因為氨氮超標，其他各區地下水水質狀況總體平穩。造成地下水質量較差的主要原因是地下水中氨氮和氟化物超標，地下水中含有多種有害物質，其中多數是人為作用產生的，少數是自然作用產生的，主要包括鉛、氨氮、氟化物、氯化物、鐵、錳、石油、陰離子洗滌劑、有機氯等。

1.4 超采區劃分結果

根據3 種劃分方法的劃分結果，結合天津市現有監測資料和相關研究成果，采用以地面沉降分析為主、開采系數法和水位動態法為輔進行疊加，以咸淡水分界線為天津市超采區的邊界線，以10 mm地面沉降等值線為嚴重超采區的邊界線，確定天津市地下水超采區為深層承壓水超采區1個，面積9 427 km2，其中一般超采區面積1 980 km2、嚴重超采區面積7 447 km2。本次劃定的超采區面積比2012 年超采區面積減少13 km2，一般超采區面積增加380 km2，嚴重超采區面積減少393 km2。

2 地下水超采綜合治理措施

以2018 年為現狀水平年制定超采綜合治理實施計劃，通過“節”“控”“調”“管”治理措施，到2019年底，區政府所在地以上城鎮范圍全面禁采；到2020 年，地面沉降嚴重區和高鐵、高速公路等重大工程附近區域全面禁采。

2.1 落實“節”的措施

（1）大力推進農業節水。2019年高標準農田建設17 333.33 hm2，其中高效節水灌溉面積4 086.67 hm2；農機深松整地作業面積23 333.33 hm2。2020年高標準農田建設16 900 hm2，其中高效節水灌溉面積3 873.33 hm2；農機深松整地作業面積20 666.67 hm2。

（2）加強城鎮節水降損。2019 年推動各區制定海綿城市實施計劃，全市城鎮公共供水管網漏損率10.03%。2020 年改造城鎮老舊供水管網13 km；積極推進全市雨污分流改造，鋪設管道50 km；全市城鎮公共供水管網漏損率在10%以內，城鎮節水器具普及率100%，再生水利用率42%。

2.2 落實“控”的措施

（1）調整農業生產結構[3]。2019 年輪作休耕面積2 066.67 hm2，其中季節性休耕966.6 hm2、糧豆輪作1 100 hm2。2020年輪作休耕面積2 600 hm2，將地面沉降嚴重地區的1 646.6 hm2菜田調整出蔬菜生產功能區范圍；改變畜牧業發展模式，畜禽飼養規模化率達到82%，規模養殖場糞污處理設施配套率達到100%，糞污資源化利用達到86.5%。

（2）優化調整產業布局結構。2020 年完成壓減120萬t煉鐵、140萬t煉鋼產能任務。

2.3 落實“調”的措施

（1）增加水源補給。2019 年累計調引江水11.1億m3，引灤水6.96 億m3。2020 年累計調引江水12.9億m3，引灤水6.89 億m3；推動非常規水利用，全年處理量達到12.27億m3，利用淡化海水0.5億m3。

（2）實施河湖生態補水。2019 年累計利用外調水源和雨洪資源生態補水15.48 億m3，其中利用引江中線水源生態補水2.46 億m3、引灤水源生態補水9.9億m3、雨洪資源向濕地和河道生態補水2.92億m3、南水北調東線北延應急試通水向北大港及南部河流補水0.2億m3；利用外調水源和雨洪資源向七里海濕地補水0.6億m3，向大黃堡濕地補水0.81億m3，向北大港濕地補水2.65億m3，向團泊洼濕地補水0.34億m3。

2020年累計生態調水14.26億m3（不含再生水）[4]，其中引江水2.93 億m3、引灤水4.22 億m3、北運河上游來水4.29 億m3、北水南調調引潮白新河上游來水0.49億m3（下豐莊泵站計量）；利用上游河道來水向七里海濕地補水0.41億m3，向大黃堡濕地補水0.8億m3，向團泊洼濕地補水1.12 億m3；利用再生水向其他河道補水9.83億m3。

（3）進一步實施水源置換。2019 年通過建設水廠和鋪設輸配水管網、建設加壓泵站、改造村內管網等工程，解決1 157個村、129.9萬人農村飲水安全問題，企事業單位水源轉換280 家，農業水源轉換6 333.33 hm2。2020年通過農村飲水提質增效工程、企事業單位水源轉換和農業生產水源轉換，置換深層地下水0.5億m3。

2.4 落實“管”的措施

嚴格禁限采區管理，嚴控水資源利用總量，推進農業水價綜合改革。加強地下水取用水戶水量監控，非農業生產用機井全部安裝計量設施，農業用水通過“以電折水”推算。

3 地下水超采綜合治理成效

截至2020年底，地下水年開采量由上世紀80年代初的10.38 億m3降至3.01 億m3，深層地下水開采量從2001 年5.72 億m3降至0.65 億m3；嚴重超采區面積減少393 km2。2020年，全市平原區平均地面沉降12 mm，比2019 年減小7 mm，地面沉降總體趨緩[5]。與2018年相比，沉降大于10 mm區域面積減少2 281 km2，沉降大于30 mm區域面積減少1 349 km2，沉降大于50 mm 區域面積減少645 km2，沉降大于70 mm區域面積減少約145 km2。

與2018年比較，2019年全市淺層地下水位整體呈穩定態勢，下降幅度0.01 m；深層地下水整體呈現穩定及弱上升態勢，上升幅度在1.14 m。淺層地下水監測井出現回升、穩定和下降速率變緩的監測井數為66 眼，深層地下水監測井出現回升、穩定和下降速率變緩的監測井數為227眼。

與2019年比較，2020年全市淺層地下水位整體呈穩定態勢，平均上升約0.20 m；深層地下水位整體呈現穩定及上升態勢，平均上升約2.0 m左右。寶坻區東部、寧河區西部、武清區西部和中東部、靜海區中部水位下降，下降幅度小于1.0 m，武清區西部大桃園3 監測站下降超1.0 m；其余地區水位均呈現上升態勢，武清區中東部、濱海新區塘沽西部、東麗區東部、北辰區中部和北部、武清區南部、西青區西部、靜海區西南部上升幅度超過2.0 m。淺層地下水監測井出現回升、穩定和下降速率變緩的監測井數為88 眼，深層地下水監測井出現回升、穩定和下降速率變緩的監測井數為229眼。

天津市實施地下水超采綜合治理以來，2019 年計劃轉換深層地下水0.48億m3，實際完成0.64億m3；關停機井3 607眼，其中回填1 363眼、封存2 175眼、轉為監測井55 眼、消防備用14 眼。2020 年計劃轉換深層地下水0.50 億m3，實際完成0.51 億m3；關停機井4 303 眼，其中回填402 眼、封存3 568 眼、轉為監測井6眼、消防備用327眼。各區轉換水量及關停機井數，詳見表2。

表2 天津市2019—2020年各區轉換水量及關停機井數轉換水量：萬m3；關停機井數：眼

4 結論

采用3 種不同方法進行超采區劃定，通過邊界調整與修正，確定以引發問題法中的地面沉降分析為主、開采系數法和水位動態法為輔進行疊加，確定天津市地下水超采區范圍，為相同水文地質條件和地下水開發利用程度區域地下水超采區劃定提供了參考依據。通過強化各業節水、實施水源轉換和強化水源調度實施地下水超采綜合治理，關停超采區機井，大力壓減深層地下水開采量等方式，取得了地面沉降趨緩、地下水水位企穩回升、河湖和濕地生態環境有所改善等一系列成效。因此，應在全市推廣有效治理措施及管理手段，為下一步持續推進超采區綜合治理提供借鑒依據。