何 曄

(1.自然資源部地面沉降監(jiān)測(cè)與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200072；2.上海地面沉降控制工程技術(shù)研究中心，上海 200072；3.上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海 200072)

地下水作為水資源的重要組成部分，既是維系區(qū)域生態(tài)環(huán)境的重要自然要素，也是保障社會(huì)穩(wěn)定不可替代的基礎(chǔ)支柱。然而全球地下水資源在氣候變化和人類活動(dòng)的影響下，消耗十分嚴(yán)重。近年來(lái)隨著城市發(fā)展及生活水平的不斷提高，地下水資源的供需矛盾日益突出，而地下水超采問(wèn)題也日益嚴(yán)重，已經(jīng)引起了諸如地面沉降、地裂縫、水質(zhì)惡化和生態(tài)環(huán)境破壞等一系列與地下水超采相關(guān)的問(wèn)題[1-8]。為加強(qiáng)地下水資源管理，保護(hù)優(yōu)質(zhì)的地下水資源，實(shí)現(xiàn)地下水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，需開(kāi)展地下水超采區(qū)劃定工作[9-12]，全面掌握地下水超采區(qū)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，加快推進(jìn)地下水超采區(qū)治理。

地下水超采區(qū)的劃定方法隨著劃定工作的開(kāi)展也趨于多樣化并日益成熟，從最開(kāi)始單一的開(kāi)采系數(shù)法逐步演變?yōu)樗粍?dòng)態(tài)法、開(kāi)采系數(shù)法和引發(fā)問(wèn)題法等多種方法[13]。但無(wú)論水位動(dòng)態(tài)法、開(kāi)采系數(shù)法還是引發(fā)問(wèn)題法都無(wú)法全面反映地下水超采情況，本文以上海市為例，對(duì)水位動(dòng)態(tài)法、開(kāi)采系數(shù)法和引發(fā)問(wèn)題法等3種方法的劃定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以期為地下水超采區(qū)劃定及科學(xué)合理制定地下水資源保護(hù)措施提供依據(jù)和參考[14]。

1 區(qū)域概況

松散巖類孔隙水是上海地區(qū)主要的地下水類型，蘊(yùn)含豐富的地下水資源，是本次地下水超采區(qū)劃定的對(duì)象。

按照地質(zhì)時(shí)代、水動(dòng)力條件和成因類型，將第四系松散巖類孔隙含水層劃分為全新統(tǒng)潛水含水層和微承壓含水層，上更新統(tǒng)第一、二承壓含水層，中更新統(tǒng)第三承壓含水層，下更新統(tǒng)第四、五承壓含水層。

上海淺層地下水資源的開(kāi)發(fā)利用主要以鄉(xiāng)村分散的土井開(kāi)6采為主，目前全市淺層地下水的開(kāi)采程度很低，主要為以基坑工程為主的工程建設(shè)活動(dòng)的降排地下水量。全市地下水資源開(kāi)發(fā)利用以深層承壓水為主(即第二～第五承壓含水層)。為滿足工業(yè)生產(chǎn)和居民生活飲用等用途，自市區(qū)1860年開(kāi)鑿第一口深井以來(lái)，長(zhǎng)期開(kāi)采深層地下水，導(dǎo)致較嚴(yán)重地面沉降現(xiàn)象。近年，通過(guò)壓采、調(diào)整開(kāi)采層次和人工回灌等一系列措施，地面沉降逐步得到控制。

2 劃定

根據(jù)《地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》[15]，主要采用水位動(dòng)態(tài)法、開(kāi)采系數(shù)法和引發(fā)問(wèn)題法3種方法。本次利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)年份為2001—2016年，統(tǒng)計(jì)分析以行政區(qū)域?yàn)閱卧?，其中上海市區(qū)(黃浦區(qū)、靜安區(qū)、徐匯區(qū)、長(zhǎng)寧區(qū)、虹口區(qū)、普陀區(qū)、楊浦區(qū))由于面積較小，合并為中心城區(qū)。

2.1 水位動(dòng)態(tài)法

水位動(dòng)態(tài)法是以地下水水位年均下降速率為評(píng)判指標(biāo)進(jìn)行超采區(qū)劃定的方法。因地下水開(kāi)采造成地下水水位呈持續(xù)下降趨勢(shì)劃定為一般超采區(qū)，淺層孔隙水水位年均下降速率大于1.0m/a或深層孔隙水水位年均下降速率大于2.0m/a劃定為嚴(yán)重超采區(qū)。

本次利用水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按各區(qū)統(tǒng)計(jì)水位動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 地下水水位年均變化速率統(tǒng)計(jì) 單位：m/a

由表1可知，上海市區(qū)各含水層地下水水位總體呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，僅局部地區(qū)地下水水位有略微下降?？芍虾Ｊ袇^(qū)各含水層無(wú)地下水位持續(xù)下降地區(qū)，因此，根據(jù)地下水位變化動(dòng)態(tài)特征，全市無(wú)地下水超采區(qū)。

2.2 開(kāi)采系數(shù)法

開(kāi)采系數(shù)法是以地下水開(kāi)采系數(shù)為判別指標(biāo)進(jìn)行超采區(qū)劃定的方法。地下水實(shí)際開(kāi)采量超過(guò)可開(kāi)采量劃定為一般超采區(qū)，若年均地下水開(kāi)采系數(shù)大于1.3，則劃定為嚴(yán)重超采區(qū)。

針對(duì)上海市實(shí)際情況，淺部潛水和第一承壓含水層地下水長(zhǎng)期來(lái)未予開(kāi)發(fā)利用，年度無(wú)計(jì)劃開(kāi)采指標(biāo)；深部第二、三、四、五承壓含水層地下水資源豐富且水質(zhì)較好，是上海市常年開(kāi)發(fā)利用的主采層。為此，根據(jù)開(kāi)采系數(shù)法進(jìn)行地下水超采區(qū)劃定時(shí)，對(duì)于淺部潛水和第一承壓含水層不予考慮地下水超采區(qū)劃定。各行政區(qū)含水層實(shí)際開(kāi)采量、可開(kāi)采資源量以及開(kāi)采系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 上海市第二、三、四、五含水層地下水開(kāi)采系數(shù)統(tǒng)計(jì) 單位：m3

可知各區(qū)各含水層開(kāi)采系數(shù)均遠(yuǎn)小于1，故根據(jù)開(kāi)采系數(shù)法，全市無(wú)地下水超采區(qū)。

2.3 引發(fā)問(wèn)題法

引發(fā)問(wèn)題法是以地下水開(kāi)采誘發(fā)的生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題為評(píng)判指標(biāo)進(jìn)行超采區(qū)劃定的方法。上海市因地下水開(kāi)采造成的生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題主要為地面沉降。根據(jù)引發(fā)問(wèn)題法，因地下水開(kāi)采引發(fā)了地面沉降則劃定為一般超采區(qū)；因地下水開(kāi)采引發(fā)的年均地面沉降速率大于10mm/a劃定為嚴(yán)重超采區(qū)。

由表3可知，大部分區(qū)域多年平均沉降速率小于10mm/a，只有如崇明東灘新成陸區(qū)等局部區(qū)域沉降稍大，因此根據(jù)引發(fā)問(wèn)題法劃定上海全市為一般超采區(qū)。

表3 上海市地面沉降速率統(tǒng)計(jì) 單位：mm/a

3 對(duì)比分析

可知3種方法得出的劃定結(jié)果不盡相同，對(duì)比分析主要原因如下。

(1)根據(jù)水位動(dòng)態(tài)法劃定上海市無(wú)地下水超采區(qū)，這主要是由于上海隨著集約化供水能力不斷增大，全市通過(guò)地下水年度開(kāi)采量持續(xù)壓減、調(diào)整開(kāi)采層次和人工回灌等一系列措施，持續(xù)深化地下水資源管理，使得由于歷史超采造成的較低地下水位逐步恢復(fù)；可見(jiàn)水位動(dòng)態(tài)法可以比較好的反映區(qū)域當(dāng)下的超采情況，但水位動(dòng)態(tài)法需要在各個(gè)區(qū)域不同含水層都有一定數(shù)量的長(zhǎng)期水位監(jiān)測(cè)井，根據(jù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)才能比較全面的分析統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)地下水位的變化態(tài)勢(shì)，因此采用水位動(dòng)態(tài)法對(duì)劃定區(qū)域內(nèi)地下水的監(jiān)測(cè)研究程度有一定要求。

(2)根據(jù)開(kāi)采系數(shù)法，開(kāi)采系數(shù)遠(yuǎn)小于1，上海市無(wú)地下水超采區(qū)；可知開(kāi)采系數(shù)法能比較直觀的反映地下水超采與否，但對(duì)地下水可開(kāi)采資源量的計(jì)算精度及地下水實(shí)際開(kāi)采量的統(tǒng)計(jì)都有較高要求。

(3)根據(jù)引發(fā)問(wèn)題法上海全市被劃定為一般地下水超采區(qū)，這主要是由于地面沉降相對(duì)地下水位的滯后性及不可逆性，上海歷史地下水超采導(dǎo)致的累積地面沉降仍較大，且工程建設(shè)，特別是深基坑降水引發(fā)的局部區(qū)域差異沉降仍長(zhǎng)期存在；可知引發(fā)問(wèn)題法更反映劃定區(qū)域歷史的超采情況，在歷史上存在超采或已實(shí)行地下水管控的情況下，比較適用。

4 結(jié)論和建議

(1)水位動(dòng)態(tài)法可以比較好的反映區(qū)域當(dāng)下的超采情況，但對(duì)劃定區(qū)域內(nèi)地下水的監(jiān)測(cè)研究程度有一定要求。

(2)開(kāi)采系數(shù)法能比較直觀的反映地下水超采與否，但對(duì)地下水可開(kāi)采資源量及實(shí)際開(kāi)采量的計(jì)算統(tǒng)計(jì)都有較高要求。

(3)引發(fā)問(wèn)題法更反映劃定區(qū)域歷史的超采情況，在歷史上存在超采或已實(shí)行地下水管控的情況下，比較適用。

(4)不同方法劃定的結(jié)果存在差異，開(kāi)展地下水超采區(qū)劃定時(shí)，應(yīng)考慮綜合多種方法，全面分析地下水位、地下水采灌歷史及生態(tài)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題等，同時(shí)政府管控影響也應(yīng)納入考慮，以期得到最適宜劃定結(jié)果。