林 錦，李 偉，韓江波

（南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京水利科學(xué)研究院地下水研究中心，210029，南京）

地下水是我國(guó)的重要供水水源，在保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展用水安全、國(guó)家糧食安全、飲水安全等方面發(fā)揮著極其重要的作用。地下水賦存的隱蔽性決定了地下水管理與保護(hù)工作的復(fù)雜性。在過去較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)計(jì)量工作相對(duì)薄弱，突出表現(xiàn)在地下水水位監(jiān)測(cè)站網(wǎng)布局不夠合理、站網(wǎng)密度不夠，地下水取用水計(jì)量率不高、計(jì)量手段落后，地下水信息化工作滯后等方面，難以滿足地下水動(dòng)態(tài)化、精細(xì)化管理的需要。近年，為提升地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)計(jì)量水平，切實(shí)加強(qiáng)地下水管理能力，我國(guó)相繼啟動(dòng)了國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)一期、二期項(xiàng)目，開展了國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程建設(shè)。目前，國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)一期項(xiàng)目已經(jīng)建成，二期項(xiàng)目和國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程也即將完工，我國(guó)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與計(jì)量能力將得到顯著提升。系統(tǒng)集成應(yīng)用全國(guó)地下水水位監(jiān)測(cè)與開采量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，開展全國(guó)地下水開發(fā)利用動(dòng)態(tài)評(píng)估研究，支撐地下水資源動(dòng)態(tài)化、精細(xì)化管理的基礎(chǔ)條件已基本具備。

一、我國(guó)地下水開發(fā)利用亟待解決的技術(shù)問題

我國(guó)多年平均地下水資源量為8 218億m3，其中與地表水不重復(fù)計(jì)算量為1 024億m3。2016年，全國(guó)地下水開采總量1 057億m3，占供水總量的17.5%。“十二五”期間全國(guó)地下水年開發(fā)利用量基本穩(wěn)定在1 100億m3左右，地下水開發(fā)快速增長(zhǎng)勢(shì)頭得到初步遏制。地下水在支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的同時(shí)，也面臨著突出問題，主要表現(xiàn)在超采問題嚴(yán)重。目前，全國(guó)有20余個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）存在不同程度的地下水超采問題，主要集中在北方地區(qū)，其超采區(qū)面積占全國(guó)超采區(qū)面積的95%，超采量占全國(guó)超采量的99%。

近年，水利部門通過加快落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度，嚴(yán)格地下水管理和保護(hù)，加快國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程建設(shè)，健全地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系，有效推進(jìn)了地下水開發(fā)利用與保護(hù)工作。然而，由于長(zhǎng)期以來地下水監(jiān)管基礎(chǔ)薄弱、地下水重大科學(xué)技術(shù)問題研究不充分等原因，地下水開發(fā)、利用、管理與保護(hù)中仍有一些關(guān)鍵技術(shù)問題亟待解決。隨著最嚴(yán)格水資源管理制度、水污染防治行動(dòng)計(jì)劃、水生態(tài)文明建設(shè)等工作的深入推進(jìn)，解決這些瓶頸問題的需求尤顯迫切。

1.地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合分析能力薄弱

近幾年，隨著國(guó)家水資源管理信息系統(tǒng)、國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程、國(guó)土部門地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和完善，我國(guó)地下水監(jiān)測(cè)體系已基本形成。但由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)缺失、數(shù)據(jù)整合分析能力不足、地下水開發(fā)利用評(píng)估監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)尚未建立等現(xiàn)實(shí)問題，地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)還不能精準(zhǔn)、有效支撐地下水監(jiān)管工作。

2.地下水超采治理評(píng)估技術(shù)體系不完善

目前，盡管華北平原、南水北調(diào)東中線受水區(qū)等重點(diǎn)地區(qū)的地下水壓采工作取得了階段性成果，但地下水超采歸因分類不明、超采區(qū)評(píng)估綜合指標(biāo)體系不完善、地下水壓采量與水位恢復(fù)關(guān)系不清等問題仍未解決，可有效支撐地下水超采治理評(píng)估的綜合技術(shù)體系尚未建立，因此難以對(duì)地下水超采治理效果進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，不能有效支撐地下水超采治理評(píng)估和壓采考核工作。

3.地下水取用水總量與水位雙控技術(shù)體系不健全

地下水雙控管理中，因地下水水位易于監(jiān)測(cè)，獲取方便，并與生態(tài)和地質(zhì)環(huán)境關(guān)系密切，水位控制可作為取用水總量控制的重要實(shí)現(xiàn)方式。地下水雙控制度實(shí)施多年來，地下水取用水總量控制指標(biāo)已基本得到分解落實(shí)，但是大部分地區(qū)地下水控制水位尚未清楚劃定，主要原因在于不同水文地質(zhì)單元和不同開采層位開采量與水位關(guān)系、地下水控制水位的代表性等方面仍存在若干亟待解決的技術(shù)問題，可支撐地下水取用水總量與水位雙控管理的技術(shù)體系仍不健全，導(dǎo)致地下水雙控管理的“兩手抓”出現(xiàn)明顯脫節(jié)現(xiàn)象，難以實(shí)現(xiàn)超采區(qū)防控的管理目標(biāo)。

二、動(dòng)態(tài)評(píng)估研究目標(biāo)與內(nèi)容

1.研究目標(biāo)

面向國(guó)家地下水資源管理需求，立足已有地下水開采量監(jiān)控、地下水水位水質(zhì)監(jiān)測(cè)、取水許可臺(tái)賬建設(shè)、水文地質(zhì)調(diào)查等成果，破解全國(guó)地下水開發(fā)利用評(píng)估監(jiān)管技術(shù)問題，構(gòu)建全國(guó)地下水開發(fā)利用評(píng)估監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)，形成全國(guó)地下水開發(fā)利用評(píng)估監(jiān)管支撐技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)體系，定期開展全國(guó)地下水開發(fā)利用動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)、地下水雙控管理支撐、地下水超采治理評(píng)估、地下水水源地安全評(píng)估等工作，為全國(guó)地下水開發(fā)利用信息發(fā)布、態(tài)勢(shì)研判、預(yù)測(cè)預(yù)警、調(diào)控監(jiān)管提供支撐，以期全面提升國(guó)家地下水資源管理決策能力。

2.主要研究?jī)?nèi)容

（1）地下水開發(fā)利用動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

以水文地質(zhì)單元套行政分區(qū)，劃分國(guó)家和省級(jí)層面地下水主要開采區(qū)；針對(duì)各主要開采區(qū)，基于開采量監(jiān)控和地下水水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，開展主要開采層位的水位、埋深、蓄變量和開采量動(dòng)態(tài)分析；開展地下水開采量和地下水水位變化規(guī)律研究，研判全國(guó)和省區(qū)地下水開發(fā)利用的總體態(tài)勢(shì)。

（2）地下水雙控管理支撐

分析區(qū)域地下水取用水總量控制指標(biāo)與控制水位之間的關(guān)系，分區(qū)分層劃定地下水控制水位；分析區(qū)域地下水實(shí)際取用水總量與控制指標(biāo)之間的關(guān)系，以及現(xiàn)狀地下水水位與控制水位之間的關(guān)系；預(yù)測(cè)分析新增或壓減地下水開采量與區(qū)域地下水水位動(dòng)態(tài)關(guān)系，為地下水取水許可審批、取用水布局調(diào)整、雙控管理等工作提供支撐。

（3）地下水超采治理評(píng)估

制定超采區(qū)評(píng)估綜合指標(biāo)體系，從地下水蓄變量、開采量、超采量、平均水位、中心水位等多個(gè)維度綜合評(píng)估超采區(qū)動(dòng)態(tài)；分析不同地區(qū)地下水超采原因和超采區(qū)變化規(guī)律；分析超采區(qū)地下水主要取用水行業(yè)和用水時(shí)段，輔助制定超采區(qū)壓采措施；構(gòu)建地下水壓采量與水位定量關(guān)系，以地下水水位為主要判定依據(jù)，開展超采區(qū)治理成效核查評(píng)估。

（4）地下水水源地安全評(píng)估

開展國(guó)家和省區(qū)重要地下水水源地蓄變量、開采量、水位、埋深、水質(zhì)動(dòng)態(tài)分析，預(yù)測(cè)分析不同開采條件下水源地蓄變量、水位和主要水質(zhì)指標(biāo)變化趨勢(shì)；識(shí)別潛在污染風(fēng)險(xiǎn)，制定風(fēng)險(xiǎn)防控預(yù)案，為地下水水源地水量、水質(zhì)安全保障提供決策支持。

三、總體技術(shù)思路

1.數(shù)據(jù)融合與信息展示技術(shù)

基于相關(guān)分析、時(shí)序分析、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模型，綜合運(yùn)用GIS、大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，從國(guó)家水資源管理信息系統(tǒng)、國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程、國(guó)土部門地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)等各類數(shù)據(jù)源中融合生成地下水監(jiān)測(cè)要素信息，以專題地圖形式展示主要信息時(shí)空分布特征。

2.地下水動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)技術(shù)

基于地下水開采量在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和地下水水位在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)主要開采區(qū)地下水蓄變量、開采量、開發(fā)利用程度、開采強(qiáng)度、水位、埋深，形成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)成果。

3.大尺度地下水均衡分析技術(shù)

融合降水、開采量、水位等多維信息，總體研判大區(qū)域地下水補(bǔ)徑排關(guān)系；采用遙感解譯、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法，開展大尺度地下水量平衡計(jì)算分析，分析省區(qū)層面的地下水資源及其開發(fā)利用宏觀態(tài)勢(shì)。

4.中小尺度地下水精細(xì)模擬技術(shù)

基于區(qū)域水文地質(zhì)條件，針對(duì)不同水文地質(zhì)單元的主要開采含水層，選擇適用模擬技術(shù)方法，建立水文地質(zhì)單元或水源地層面的地下水動(dòng)態(tài)仿真模型，精細(xì)分析地下水取用水量與水位、水質(zhì)動(dòng)態(tài)關(guān)系，預(yù)測(cè)分析其變化趨勢(shì)。

圖1 地下水開發(fā)利用評(píng)估技術(shù)框架圖

5.重點(diǎn)區(qū)域地下水水位控制管理技術(shù)

針對(duì)京津冀、雄安新區(qū)、“一帶一路”沿線缺水地區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域，分析地下水水位動(dòng)態(tài)的各類主要影響因素及其影響程度；根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件和地下水取用水總量控制管理需求，模擬分析區(qū)域地下水取用水總量控制指標(biāo)與水位之間的關(guān)系，分區(qū)分層劃定地下水控制水位；根據(jù)區(qū)域地下水流場(chǎng)特征，優(yōu)化篩選地下水水位控制站點(diǎn)，綜合利用多個(gè)控制站點(diǎn)水位，實(shí)現(xiàn)區(qū)域地下水水位控制管理，防控地下水超采。

6.地下水開采管理優(yōu)化技術(shù)

根據(jù)地下水管理具體需求，建立區(qū)域地下水多目標(biāo)優(yōu)化管理模型，在地下水取用水總量及水位控制目標(biāo)約束下，開展地下水開采方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整優(yōu)化地下水開采布局，輔助決策地下水取水許可審批、地下水取水計(jì)劃管理。

7.地下水水源地污染風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)

從水源地周邊環(huán)境、包氣帶防污性能、地下水徑流特征等方面，識(shí)別地下水水源地水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)因子，分析水源地污染風(fēng)險(xiǎn)程度，繪制污染風(fēng)險(xiǎn)圖。針對(duì)地下水水源地高污染風(fēng)險(xiǎn)因子和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，從完善風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)防范等方面提出避免或降低地下水水源地水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)的防控預(yù)案。

主要研究?jī)?nèi)容與上述7大技術(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

四、能力建設(shè)

1.建設(shè)多源信息共享數(shù)據(jù)庫(kù)

以國(guó)家水資源管理信息系統(tǒng)地下水開采量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程地下水水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為主體，匯聚全國(guó)水文地質(zhì)數(shù)據(jù)、部分省區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地下水開采統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等多源信息，通過原始采集數(shù)據(jù)交換、加工成果數(shù)據(jù)服務(wù)推送等方式，搭建分布式數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，建設(shè)地下水多源信息共享數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)處理融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享和總體數(shù)據(jù)定期更新。

2.建設(shè)評(píng)估監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)

在國(guó)家水資源管理信息系統(tǒng)中央平臺(tái)下，搭建全國(guó)地下水開發(fā)利用評(píng)估監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)，提供地下水開發(fā)利用區(qū)、地下水超采區(qū)、地下水水源地等不同管理對(duì)象的監(jiān)測(cè)評(píng)估服務(wù)和動(dòng)態(tài)可視化分析展示，實(shí)現(xiàn)全國(guó)地下水開發(fā)利用的水量、水位、水質(zhì)綜合監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)評(píng)估和決策支持。

3.建立地下水開發(fā)利用評(píng)估監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)體系

總結(jié)地下水開發(fā)利用評(píng)估監(jiān)管的主要技術(shù)方法，編制地下水開發(fā)利用動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、地下水雙控管理技術(shù)規(guī)程、地下水超采區(qū)治理評(píng)估技術(shù)要求等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建立地下水開發(fā)利用評(píng)估監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)體系。

4.建立一體化定期評(píng)估機(jī)制

運(yùn)用評(píng)估監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)，逐年開展全國(guó)主要地下水開發(fā)利用區(qū)和重要地下水超采區(qū)的動(dòng)態(tài)評(píng)估、重要地下水水源地的動(dòng)態(tài)評(píng)估，及時(shí)掌握全國(guó)地下水開發(fā)利用情勢(shì)，定期形成評(píng)估監(jiān)管報(bào)告。