施小清，馮志祥，姚炳奎，黃曉燕，吳吉春

（1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，210023，南京；2.江蘇省水利廳，210029，南京；3.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，210018，南京）

江蘇省地處長(zhǎng)江、淮河兩大流域下游，跨江臨海，水網(wǎng)密布，河湖眾多，地表水資源豐富。20世紀(jì)80年代以來，隨著省內(nèi)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快推進(jìn)，地表水逐步受到污染，全省各地相繼大規(guī)模開發(fā)利用地下水資源。江蘇省地下水有孔隙水、巖溶水和裂隙水三種類型，其中孔隙水是全省地下水的主要類型，在平原區(qū)廣泛分布，面積約占全省的80%。按埋藏條件，自上而下可劃分為潛水、第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ承壓含水層；巖溶水主要分布在徐州市區(qū)及寧鎮(zhèn)、宜溧山區(qū)；裂隙水主要分布于新沂—東海贛榆、連云港云臺(tái)山、寧鎮(zhèn)山脈、宜溧、太湖沿岸等低山丘陵區(qū)?？傮w而言，江蘇省東部沿海平原含水巖組厚度大，層次多，水質(zhì)變化復(fù)雜；西部和北部山前地帶含水巖組厚度小，層次少，水質(zhì)亦簡(jiǎn)單；南部寧鎮(zhèn)揚(yáng)丘陵區(qū)，含水介質(zhì)多為下蜀組亞黏土，地下水貧乏。

江蘇省深層地下水開采始于20世紀(jì)初，20世紀(jì)70年代以前限于中心城市內(nèi)零星開采，20世紀(jì)80年代后伴隨人們對(duì)地下水的需求量不斷增加，深層地下水的開采也從城市向鄉(xiāng)村發(fā)展，形成了區(qū)域性開發(fā)利用的格局。全省各地區(qū)地下水的開發(fā)利用先后經(jīng)歷了發(fā)展、高峰及控制三個(gè)階段。蘇錫常地區(qū)在20世紀(jì)90年代中期達(dá)到開采的高峰，此后進(jìn)入控制壓縮階段，2000年后開始實(shí)施全面禁采；蘇北地區(qū)的地下水開采高峰出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中后期，2000年左右進(jìn)入地下水控制開采階段，開始逐步實(shí)施地下水開采總量控制。就全省整體情況而言，2000年以后地下水開采量開始逐步回落。至2006年，全省地下水開采總量基本穩(wěn)定在8.5億m3左右。

從開采層位來講，江蘇省主要開發(fā)利用的是第Ⅱ承壓、第Ⅲ承壓和巖溶地下水。以2010年為例，第Ⅲ承壓水開采量為2.70億m3，占總量的31.9%；其次是第Ⅱ承壓水和巖溶水，開采量分別為2.03億m3和2.13億m3，分別占總量的24.0%和25.1%。從地區(qū)分布上來看，全省地下水開采主要集中在蘇北。2010年，徐州地區(qū)年開采量達(dá)3.94億m3，占全省開采總量的46.6%，遠(yuǎn)大于省內(nèi)其他地區(qū)；其次是鹽城地區(qū)，年開采量達(dá)1.16億m3，占全省開采總量的13.7%。過量開采地下水導(dǎo)致江蘇省主采層地下水水位持續(xù)下降，形成區(qū)域性地下水水位降落漏斗，并在部分地區(qū)誘發(fā)了地面沉降、地裂縫、巖溶塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。

地下水管理一直以來多以控制開采量為主，但單純實(shí)行總量控制難以直觀判斷總量指標(biāo)是否合理。隨著最嚴(yán)格水資源管理制度的實(shí)施，地下水管理逐漸由單純的開采總量控制轉(zhuǎn)向開采量和水位“雙控制”的管理模式。水位控制可為總量控制提供直觀的“警示標(biāo)”和“導(dǎo)向牌”，有助于決策者及時(shí)判識(shí)總量指標(biāo)的合理性，適時(shí)因地制宜地對(duì)后期開采指標(biāo)計(jì)劃作出相應(yīng)調(diào)整。實(shí)行地下水水位控制，其核心任務(wù)是確定合理的水位管理目標(biāo)，并開展監(jiān)督性和預(yù)警性水位監(jiān)測(cè)。江蘇省地下水類型多樣、開發(fā)利用的層位復(fù)雜，紅線水位劃定具有較大的難度。本文根據(jù)江蘇省的水文地質(zhì)條件及地質(zhì)環(huán)境問題，確定了全省地下水水位控制紅線的劃定原則及不同管理分區(qū)的主要管理目標(biāo)層，并提出了紅線劃定的建議方法，在此基礎(chǔ)上，明確了全省不同管理分區(qū)不同主要管理目標(biāo)層的地下水控制紅線水位埋深，可為江蘇省實(shí)現(xiàn)地下水用水總量與水位“雙控制”提供技術(shù)支撐，同時(shí)也為全國(guó)其他?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的地下水水位控制紅線劃定提供借鑒和參考。

一、地下水水位紅線及其劃分的原則

1.地下水水位紅線

地下水控制水位是指具有明確物理概念的一系列水位值的總稱，對(duì)應(yīng)于地下水不同開發(fā)利用狀態(tài)下的一系列水位值。根據(jù)地下水水位升降所引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題，地下水控制水位可分為抬升型和下降型。抬升型控制水位是指地下水水位高于某一水位值后，可能引起土壤次生鹽漬（堿）化，甚至沼澤化等生態(tài)環(huán)境問題；下降型控制水位是指地下水水位低于某一水位值后，可能引起土壤沙化和荒漠化、地面沉降、地裂縫、海水入侵等生態(tài)、環(huán)境地質(zhì)問題。前者主要針對(duì)淺層地下水，控制的是水位上限；后者對(duì)淺層和深層地下水均適用，控制的是水位下限。根據(jù)江蘇省的地下水開發(fā)利用實(shí)際情況及不合理開發(fā)利用引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題，本文所指地下水水位控制紅線是指地下水水位埋深超過某個(gè)閾值后，可能引發(fā)含水層疏干、地面沉降、地裂縫、巖溶塌陷等環(huán)境地質(zhì)問題時(shí)所對(duì)應(yīng)的水位埋深值。根據(jù)江蘇省人民政府《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的實(shí)施意見》，確定禁采水位埋深為地下水水位紅線。為保證一般情況下不突破地下水水位紅線，在地下水水位達(dá)到紅線水位前，設(shè)置限采水位埋深對(duì)地下水水位進(jìn)行預(yù)警。

2.地下水水位紅線劃分原則

根據(jù)全省水文地質(zhì)條件、地下水開采狀況及其引發(fā)的主要地質(zhì)環(huán)境問題，確定地下水水位紅線劃分原則為以下幾點(diǎn)。

（1）促進(jìn)地下水資源可持續(xù)利用原則

地下水資源利用的可持續(xù)性主要包括代際公平和區(qū)域公平兩層含義。因此，在考慮全省的地質(zhì)條件和地下水補(bǔ)徑排的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)地質(zhì)環(huán)境條件較好，對(duì)地面沉降、巖溶塌陷不敏感地區(qū)，地下水控制紅線水位埋深應(yīng)突出保護(hù)地下水環(huán)境，防止出現(xiàn)疏干開采，引起地下水資源衰竭。

（2）因地制宜實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)原則

目前，江蘇省因地下水開采引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題表現(xiàn)不一。蘇錫常、蘇北沿海、豐沛等平原地區(qū)，因地下水過量開采引發(fā)了不同程度的地面沉降，徐州市區(qū)七里溝水源地因巖溶水開采引發(fā)了數(shù)次巖溶地面塌陷。在水位紅線劃分時(shí)，應(yīng)突出保護(hù)地質(zhì)環(huán)境原則，根據(jù)各地實(shí)際的地質(zhì)環(huán)境條件，劃分地下水水位紅線，控制地下水水位下降，在開發(fā)利用地下水的同時(shí)，切實(shí)保護(hù)地質(zhì)環(huán)境。

（3）從嚴(yán)控制原則

地下水超量開采引發(fā)的主要問題有地面沉降、地裂縫、巖溶地面塌陷、疏干開采等。在同一地區(qū)可能發(fā)生兩種甚至多種環(huán)境地質(zhì)問題。如蘇錫常地區(qū)地面沉降與地裂縫并存；徐州東部及宿遷地區(qū)隨著水位的持續(xù)下降，首先引起疏干開采，繼而發(fā)生地面沉降。這類地區(qū)在確定水位紅線時(shí)，將以地下水超采后首先發(fā)生的環(huán)境地質(zhì)問題為約束條件，從嚴(yán)控制本區(qū)的地下水水位紅線。

（4）注重實(shí)用，服務(wù)管理原則

由于環(huán)境地質(zhì)問題的產(chǎn)生及嚴(yán)重程度受到地質(zhì)環(huán)境背景及人為活動(dòng)強(qiáng)度等多種因素影響，即使是在發(fā)生條件相近的同一個(gè)區(qū)，同等水位降深條件下引發(fā)的地面沉降、巖溶地面塌陷等環(huán)境地質(zhì)問題也不盡相同。從水行政管理的可操作性角度出發(fā)，同一縣（市）級(jí)行政區(qū)盡可能統(tǒng)一控制目標(biāo)。兼顧地質(zhì)環(huán)境背景與行政區(qū)劃，對(duì)同一個(gè)水位紅線管理區(qū)，選取開發(fā)利用歷史相對(duì)較長(zhǎng)、開采井相對(duì)密集的地下水降落漏斗中心且具有水文地質(zhì)鉆孔資料的地區(qū)，采用定性、定量等多種分析方法劃分禁采水位埋深，以此作為該區(qū)的地下水水位紅線控制指標(biāo)。

二、水位紅線劃定分區(qū)及主要管理目標(biāo)層

由于江蘇省水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水資源分布不均，再加上各地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度差異較大，區(qū)域供水推進(jìn)步伐不一，地下水開發(fā)利用程度迥異，開采引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題不同。為合理利用地下水資源，保護(hù)地質(zhì)環(huán)境，需分區(qū)對(duì)全省開展地下水水位紅線控制管理，因地制宜地劃分水位紅線。

地下水水位紅線控制管理分區(qū)以水文地質(zhì)分區(qū)為基礎(chǔ)，兼顧地質(zhì)環(huán)境特征，充分考慮地下水與環(huán)境的相互制約關(guān)系，同時(shí)結(jié)合行政區(qū)劃界線以及各地區(qū)地下水開采特點(diǎn)，便于水行政主管部門管理。綜合上述因素，分為9個(gè)地下水水位紅線管理區(qū)（圖1）。確定地下水控制紅線水位埋深的主要管理目標(biāo)層及其適用范圍，詳見表1。

圖1 江蘇省地下水水位紅線圖

由圖1可以看出，由于水文地質(zhì)條件及開發(fā)利用狀況的差異，各區(qū)地下水水位紅線管理主要目標(biāo)層有所差異。全省地下水以松散巖類孔隙承壓水為主，總體地下水水位紅線管理主要目標(biāo)層為第Ⅱ承壓、第Ⅲ承壓含水層，鹽城濱海平原區(qū)兼第Ⅳ承壓含水層。南通地區(qū)因第Ⅱ承壓水水質(zhì)差，鮮有開采，地下水水位紅線管理主要目標(biāo)層為第Ⅲ承壓含水層。徐州中部賦存的地下水類型主要為巖溶水，故地下水水位紅線管理主要目標(biāo)層為碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水層。

三、水位紅線劃定的約束條件及方法

根據(jù)江蘇省地質(zhì)環(huán)境背景條件及現(xiàn)有調(diào)查研究結(jié)果，全省地下水開采尚未引發(fā)海水入侵、水質(zhì)咸化等問題，主要引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題有地面沉降、地裂縫、巖溶地面塌陷和疏干開采。由于地裂縫是地面沉降發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，控制了地面沉降的發(fā)生發(fā)展也就能控制地裂縫。因此，根據(jù)地形、地質(zhì)環(huán)境發(fā)生機(jī)理、資料情況、控制目標(biāo)等因素，全省在劃分地下水控制紅線時(shí)需考慮三種約束類型，選擇確定合適的劃定方法。

1.以控制巖溶地面塌陷為約束條件

涵蓋了徐州市區(qū)大部分地區(qū)，地貌上屬低山丘陵崗地區(qū)，山前平原地面標(biāo)高多在30～50 m。主要賦存的地下水類型為巖溶水，地下水超量開采后引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題主要是巖溶地面塌陷。由于巖溶塌陷的發(fā)生是在一定的地質(zhì)環(huán)境背景下，在水位下降的外力作用下產(chǎn)生，難以準(zhǔn)確刻畫水位與巖溶塌陷的關(guān)系式，建議通過定性分析徐州已有巖溶塌陷的空間分布規(guī)律及形成機(jī)理劃分水位紅線。

2.以控制地面沉降為約束條件

包括了蘇錫常大部分地區(qū)、沿海平原地區(qū)、揚(yáng)泰、徐州豐沛等地區(qū)。該區(qū)主要賦存孔隙水，含水層厚度大、壓縮性強(qiáng)，地下水超采后引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題主要是地面沉降。據(jù)《江蘇省地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)要求》，累計(jì)地面沉降量大于800 mm時(shí)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性多為中等至高級(jí)，結(jié)合江蘇省地面沉降現(xiàn)狀及各地地質(zhì)環(huán)境特征，確定地面標(biāo)高在40 m左右的豐沛地區(qū)累計(jì)地面沉降量控制目標(biāo)為800 mm，徐州東部及宿遷市累計(jì)地面沉降量控制目標(biāo)為700 mm，其他地區(qū)為600 mm。對(duì)以控制地面沉降為約束條件的平原區(qū)承壓水，根據(jù)地面沉降研究程度，建議采用相關(guān)分析、模型計(jì)算或類比分析等方法。

3.以防止疏干開采為約束條件

包括徐州市邳州、睢寧、新沂及宿遷市，多屬新沂—泗洪波狀平原水文地質(zhì)亞區(qū)。地面標(biāo)高多在10～30 m，松散層厚80～200 m，主要開采第Ⅱ承壓、第Ⅲ承壓含水層。該區(qū)松散層沉積明顯受郯廬斷裂構(gòu)造影響，含水層厚度及頂板埋深變化較大，松散層沉積時(shí)代相對(duì)較老。隨著地下水水位的持續(xù)下降，該平原區(qū)最早出現(xiàn)的環(huán)境地質(zhì)問題是疏干開采。因此，由于該地區(qū)可壓縮的松散層厚度小、時(shí)代老、抗壓縮性強(qiáng)，不易產(chǎn)生地面沉降等特點(diǎn)，對(duì)該區(qū)禁采水位埋深的劃定，不能只考慮保護(hù)地質(zhì)環(huán)境，更要突出保護(hù)地下水環(huán)境，通過定性分析當(dāng)?shù)亻_采井主要開采層、已有水文地質(zhì)鉆孔中含水層頂板埋深等，防止疏干開采，避免地下水資源衰竭。

表1 全省地下水水位紅線主要管理目標(biāo)層及紅線水位埋深

四、地下水水位控制紅線劃定結(jié)果

根據(jù)紅線劃定約束條件及方法，各區(qū)以同一約束條件下不同分析方法劃分禁采水位埋深，取其平均值（Ⅰ區(qū)例外）作為本區(qū)該約束條件下的水位紅線，不同約束條件下劃分的水位紅線，按照就小原則得到本區(qū)最終的地下水水位紅線。劃定的地下水紅線水位埋深控制結(jié)果詳見表1。

為保證一般情況下不突破地下水水位紅線，在地下水水位達(dá)到紅線水位前，設(shè)置限采水位埋深對(duì)地下水水位進(jìn)行預(yù)警。采用《江蘇省水資源綜合規(guī)劃》中地下水可開采量計(jì)算時(shí)對(duì)應(yīng)的控制水位埋深，作為相應(yīng)區(qū)域的地下水限采水位埋深。對(duì)孔隙承壓水，開采多層地下水的地區(qū)，第Ⅱ承壓水水位埋深控制在20 m，第Ⅲ承壓水水位埋深控制在30m，第Ⅳ承壓水水位埋深控制在40m（揚(yáng)泰沿江第Ⅱ承壓、第Ⅲ承壓含水層水位埋深分別控制在15 m、25 m）；開采單層地下水地區(qū)，控制目標(biāo)比開采多層地下水地區(qū)增大5m。對(duì)第Ⅱ、Ⅲ承壓混合開采的徐宿連地區(qū)，水位埋深控制在25 m。對(duì)巖溶水，丁樓水源地限采水位埋深控制在30 m，其他水源地限采水位埋深控制在20 m。

五、結(jié) 語(yǔ)

江蘇省區(qū)域面積大，地下水分布類型多樣，采用地下水開采量單一控制指標(biāo)難以滿足最嚴(yán)格水資源管理制度的實(shí)施要求，因此，根據(jù)全省地下水開發(fā)利用概況及地質(zhì)環(huán)境問題，確定地下水水位的控制紅線，實(shí)現(xiàn)水量、水位雙重控制管理。

①本文將全省劃分為9個(gè)地下水水位紅線管理分區(qū)，總體以第Ⅱ承壓、第Ⅲ承壓含水層為主，鹽城濱海平原區(qū)兼顧第Ⅳ承壓含水層，蘇錫常地區(qū)為第Ⅱ承壓含水層，南通地區(qū)為第Ⅲ承壓含水層，徐州中部為碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水層。

②根據(jù)各地下水水位紅線控制管理分區(qū)的地質(zhì)環(huán)境特征，提出控制巖溶地面塌陷、控制地面沉降、防止疏干開采等不同約束條件。針對(duì)各區(qū)不同的約束條件及水文地質(zhì)、地面沉降研究程度等，因地制宜地采用多種方法合理劃分地下水水位紅線。對(duì)地面沉降敏感的平原區(qū)的孔隙承壓水，采用相關(guān)分析、模型計(jì)算或類比分析等方法劃分禁采水位埋深；對(duì)地面沉降不敏感的平原區(qū)孔隙承壓水，以防止疏干開采、避免資源枯竭為主，通過收集鉆孔資料、分析主采層頂板埋深劃分禁采水位埋深；對(duì)巖溶水，通過定性分析已有巖溶地面塌陷的空間分布規(guī)律及形成機(jī)理劃分禁采水位埋深。

③劃分了各管理分區(qū)主要開采層地下水水位紅線。為實(shí)現(xiàn)地下水資源可持續(xù)利用，保護(hù)地質(zhì)環(huán)境，確定江蘇省平原區(qū)第Ⅱ承壓水紅線水位埋深27～53 m；第Ⅲ承壓水紅線水位埋深35～53 m；第Ⅳ承壓水紅線水位埋深45 m；徐州市區(qū)巖溶水紅線水位埋深25～40 m。

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