王 哲，楊建青，李 宇，馬 歡

（1.水利部海河水利委員會水文局，310070，天津；2.水利部海河水利委員會，310070，天津）

海河流域地處華北平原，據(jù)統(tǒng)計，流域近40%的供水量依靠地下水源供給。由于流域水資源稟賦差、剛性需求強，長期大量開采地下水，導(dǎo)致局部地下水超采嚴重，引發(fā)了地下水水位下降、河道斷流、湖泊濕地萎縮、地面沉降、海水入侵等生態(tài)環(huán)境問題。

做好地下水水文監(jiān)測是推進地下水超采治理和地下水管理保護的重要基礎(chǔ)和前提。2019年1月《華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動方案》印發(fā)實施以來，海河流域水文部門全過程監(jiān)測地表水與地下水水量、水質(zhì)、水生態(tài)，動態(tài)跟蹤河湖生態(tài)補水進展和補水效果，開展超采區(qū)地下水評價預(yù)警，定期評估地下水超采治理效果，構(gòu)建科學(xué)高效的水文監(jiān)測體系，為華北地區(qū)地下水超采綜合治理取得新成效提供了有力支撐。

一、海河流域地下水演變趨勢分析

海河流域地下水水位動態(tài)變化受降水、蒸發(fā)、人類開采等多種因素影響。根據(jù)統(tǒng)計資料分析，海河流域地下水大致分為天然平衡期、局部下降期、全面下降期、下降減緩期和止跌回升期五個時期。

1.天然平衡期（1960年以前）

1960年以前，海河流域地表水資源豐富，僅有少量的淺層地下水取水井，深層地下水未開發(fā)。流域地下水、地表水和降雨蒸發(fā)之間處于天然循環(huán)狀態(tài)，山前地下水對河流、濕地補給明顯，地下水埋深在山前平原淺層為1～3 m，在濱海平原地區(qū)為0～1 m；深層地下水水位標(biāo)高均高于海平面，濱海平原水頭一般高出地面1～3 m，形成了大面積的自流水區(qū)。這一時期地下水開采的形式主要是土井、磚井、壓水井。根據(jù)統(tǒng)計，20世紀50年代末期京津冀平原地區(qū)地下水年均開采量僅為30億～40億m3，地下水開發(fā)利用極少，流域地下水處于天然平衡。

2.局部下降期（1960—1979年）

進入20世紀70年代，海河流域經(jīng)濟社會開始快速發(fā)展，人們對地下水含水層儲水能力的認識水平逐步提升，打井技術(shù)日漸成熟，地下水開采由點狀向面狀發(fā)展。這個時期地下水供水水源地、工業(yè)自備井和農(nóng)業(yè)開采井成為地下水開采的主要方式，地下水資源成為社會發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)最快捷可靠的供水水源。流域大清河、子牙河平原區(qū)地下水水位出現(xiàn)下降，淺層地下水水位下降速率為0.4～0.5 m/a，深層地下水水位下降速率為0.6～0.7 m/a，海河流域平原區(qū)地下水年均開采量達到156億m3，年均開采強度為11.13億m3/km2。石家莊、衡水等城市區(qū)域開始出現(xiàn)地下水漏斗，原有的天然水平衡開始打破，流域局部地區(qū)地下水水位出現(xiàn)明顯下降。

3.全面下降期（1980—2000年）

1980—2000年，隨著改革開放，流域經(jīng)濟社會發(fā)展水平迅速提升，流域總?cè)丝谠鲩L30%，城鎮(zhèn)化率增加12%，GDP翻了近三番。經(jīng)濟社會快速發(fā)展，水資源需求量增大，加之降雨補給偏少，流域形成了比較大的地下水漏斗。其中冀棗衡等深層漏斗區(qū)地下水水位下降速率達到2～3 m/a，高蠡清、寧柏隆等淺層漏斗區(qū)地下水水位下降速率達到0.6～0.9 m/a。據(jù)統(tǒng)計，這一時期流域淺層地下水資源量為140.9億m3，1980年、1985年、1990年、1995年、2000年淺層地下水平均開采量為155.6億m3，淺層地下水總體開發(fā)利用程度為110.4%，造成流域平原區(qū)地下水累計虧損量達409億m3。除徒駭-馬頰河外，流域其他水資源二級區(qū)均處于地下水超采狀態(tài)，其中以海河南系最為嚴重，淺層地下水開發(fā)率達到了133.7%，其次為灤河及冀東沿海平原，為113.5%，海河北系平原為111.9%。太行山前平原和山間盆地平原區(qū)呈現(xiàn)大范圍整體性超采，北部燕山平原區(qū)出現(xiàn)局部超采，流域地下水水位進入全面下降時期。

4.下降減緩期（2001—2016年）

大范圍超采地下水造成海河流域地下水水位持續(xù)下降，由此導(dǎo)致了一系列生態(tài)環(huán)境問題，流域及地方政府開展了引黃濟津、引黃入冀、地下水取水許可、限采等措施，深層地下水水位下降速率開始減緩，天津、滄州等部分大中型城市地區(qū)地下水水位還出現(xiàn)回升，流域大型深層漏斗區(qū)地下水水位下降速率由3 m/a下降至2 m/a，淺層漏斗區(qū)下降速率由0.9 m/a下降至0.6 m/a。但受水資源配置和用水結(jié)構(gòu)影響，地下水水位仍在大幅下降。

5.止跌回升期（2016年至今）

2014年中央一號文件明確提出“開展華北地下水超采漏斗區(qū)綜合治理”，隨后財政部、水利部、原農(nóng)業(yè)部、原國土資源部四部委聯(lián)合部署河北省地下水超采綜合治理工作。2019年水利部、財政部、國家發(fā)展改革委、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部聯(lián)合印發(fā)《華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動方案》，要求系統(tǒng)推進華北地區(qū)地下水超采治理。借助于南水北調(diào)東、中線，通過開展實施全社會節(jié)水、引足用好外調(diào)水、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、河湖生態(tài)補水、河湖庫塘蓄水、地下水嚴格管控的“節(jié)、引、調(diào)、補、蓄、管”六大舉措，京津冀地下水水位開始出現(xiàn)回升。北京市地下水水位連續(xù)6年回升，2021年平原區(qū)地下水平均埋深為16.39 m，比2014年同期回升9.14 m；天津深層地下水埋深由2017年的57.98 m回 升至2021年的49.06 m；河北省超采區(qū)深、淺層地下水水位同比分別回升5.12 m、1.87 m。地下水水位持續(xù)下降趨勢得到初步扭轉(zhuǎn)。

二、海河流域地下水現(xiàn)狀分析

1.地下水資源稟賦差

根據(jù)第三次全國水資源調(diào)查評價成果，海河流域多年平均地下水資源量為223.54億m3，約占流域水資源總量的48%，地下水資源量模數(shù)為8.0萬m3/km2，低于全國平均值9.5萬m3/km2。與第二次全國水資源調(diào)查評價成果相比，海河流域地下水資源量減少4.7%，其中平原區(qū)地下水可開采量減少11%，流域地下水資源量和平原區(qū)地下水可開采量均呈減少趨勢。

2.空間分布不均

流域平原區(qū)的地下水資源量模數(shù)大于山丘區(qū)，南部大于北部，北京、天津、河南、山東大于其他省份。在一般平原區(qū)中，地處永定河與潮白河兩大沖積扇交匯處的北京市，地下水資源量模數(shù)達30萬～45萬m3/km2；其他山前地帶和中部沖積湖積平原地下水資源量模數(shù)為10萬～20萬m3/km2；大清河淀東河北及黑龍港運東地區(qū)，因補給和儲存條件差，地下水資源量模數(shù)僅為7萬～10萬m3/km2。

3.采補不平衡

海河流域地下水資源91%由降水補給形成，9%由地表水體補給形成。但是自20世紀中期以來，流域總體處于枯水段，降水量少，加上地下水超采嚴重，流域地下水水位持續(xù)下降，先后經(jīng)過了天然平衡、局部下降、全面下降、下降減緩和止跌回升的動態(tài)變化過程。目前，流域山前平原區(qū)地下水埋深大部分超過20 m，中部平原地下水淡水分布區(qū)域地下水埋深大部分超過10 m。受地下水水位下降、包氣帶增厚、入滲系數(shù)減小的共同影響，地下水補給量大幅減少，地表水體對地下水的補給量較第一次、第二次全國水資源調(diào)查評價分別減少13.55億m3、3.75億m3。

三、海河流域地下水監(jiān)測工作進展

1.構(gòu)建立體水文監(jiān)測體系

海河流域充分發(fā)揮水文監(jiān)測站網(wǎng)、專業(yè)技術(shù)和人員隊伍優(yōu)勢，建設(shè)了基于衛(wèi)星遙感、無人機掃描、水文站點監(jiān)測和地下水自動監(jiān)測的立體水文監(jiān)測體系，力求監(jiān)測精準、數(shù)據(jù)精確、服務(wù)精細。

全域規(guī)劃站網(wǎng)監(jiān)測體系。圍繞河湖生態(tài)補水工作，每年編制《華北地區(qū)地下水超采綜合治理河湖生態(tài)補水水文監(jiān)測方案》，明確了包括172處河湖水文站、75處水質(zhì)監(jiān)測站、930處地下水監(jiān)測站的綜合監(jiān)測站網(wǎng)體系，確定了監(jiān)測時間、監(jiān)測頻次、監(jiān)測手段、監(jiān)測方法、成果質(zhì)量等技術(shù)要求，實現(xiàn)對生態(tài)補水河湖的精準監(jiān)測。

全面推行先進監(jiān)測技術(shù)。充分利用11顆國產(chǎn)高分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，每季度對水利部實施生態(tài)補水的15條河流、7個湖泊的水面面積、補水河長、清理整治情況開展遙感分析；充分利用無人機設(shè)備，對布設(shè)的194個河湖水文站周邊監(jiān)測數(shù)據(jù)進行驗證復(fù)核，力求做到監(jiān)測精準。

全力開展巡測復(fù)核工作。自2018年開展河湖生態(tài)補水以來，先后投入監(jiān)測人員150人次，累計開展500站次地表水水量巡測和400站次地下水水位復(fù)核工作，編制完成《河湖地下水回補試點巡測、監(jiān)測復(fù)核報告》60期，發(fā)布調(diào)水信息日報418期，為河湖生態(tài)復(fù)蘇提供了有力支撐。

2.建立地下水超采治理評估機制

進一步健全完善工作機制，創(chuàng)新評價方式方法，動態(tài)跟蹤評價河湖生態(tài)補水情況，開展地下水水位變化預(yù)警和重點區(qū)域超采治理評估，不斷提升水文服務(wù)能力，強化河湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇支撐。

按月跟蹤評價河湖生態(tài)補水和地下水水位。每月編制《華北地區(qū)地下水超采綜合治理河湖生態(tài)補水水文監(jiān)測簡報》，對水利部確定實施生態(tài)補水的15條河流和7個湖泊的濕地補水量、水質(zhì)情況和地下水水位進行動態(tài)分析。每月編制《華北地區(qū)地下水超采區(qū)地下水水位變化預(yù)警簡報》，對華北地下水超采區(qū)33個地市級行政區(qū)、149個行政縣開展地下水水位變化預(yù)警分析，并為南水北調(diào)東、中線受水區(qū)地下水壓采評估等超采治理工作提供技術(shù)支撐。

按年度定期評估地下水超采治理情況。以京津冀平原區(qū)為工作單元，充分利用地下水自動監(jiān)測數(shù)據(jù)和長系列人工監(jiān)測數(shù)據(jù)，從時間尺度上刻畫地下水水位變化過程，從空間尺度上刻畫超采區(qū)分布情況，開展超采面積和漏斗變化情況對比。以華北地下水超采治理區(qū)為評估區(qū)域，聯(lián)合相關(guān)單位開展華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動年度總結(jié)評估，對重點領(lǐng)域節(jié)水、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、多渠道調(diào)水補水、嚴格管水等超采治理措施進行評估，支撐海河流域地下水超采區(qū)劃定、“十四五”京津冀重點區(qū)域地下水超采治理與保護方案制定等工作。

3.建設(shè)地下水超采治理信息系統(tǒng)

按照《華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動方案》確定的治理目標(biāo)以及5大重點治理行動、18項具體任務(wù)措施，以“一張表、一套圖、一個清單、一個系統(tǒng)”的評估體系為核心，梳理300多項治理指標(biāo)和7大類監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用B/S架構(gòu)，開發(fā)信息采集、數(shù)據(jù)中心、支撐平臺、業(yè)務(wù)應(yīng)用等功能模塊，構(gòu)建了華北地區(qū)地下水超采綜合治理信息管理系統(tǒng)，基于移動端和網(wǎng)頁端，實現(xiàn)了對京津冀3省（直轄市）、11個地市、149個縣（區(qū)）總面積約8.7萬km2地下水超采區(qū)“節(jié)”“控”“調(diào)”“管”指標(biāo)等數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)測、分析評價和綜合管理。

四、海河流域地下水監(jiān)測的后續(xù)重點工作

結(jié)合流域“四個統(tǒng)一”新要求，將對照《華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動方案》確定的全面實現(xiàn)地下水采補平衡和水資源開發(fā)利用率進一步降低的總體目標(biāo)，進一步加快地下水監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)，著力提升地下水“四預(yù)”能力，不斷加強地下水基礎(chǔ)研究，全面提高水文支撐服務(wù)能力水平，為實現(xiàn)海河流域地下水采補平衡和河湖生態(tài)復(fù)蘇提供強有力的支撐和保障。

1.推進地下水監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)

緊密結(jié)合地下水超采綜合治理和河湖生態(tài)復(fù)蘇等業(yè)務(wù)需求，統(tǒng)籌水文地質(zhì)單元和行政區(qū)劃管理要求，強化地下水監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)。在行政區(qū)域方面，實現(xiàn)流域318個縣級行政區(qū)地下水監(jiān)測站點全覆蓋，平原區(qū)站網(wǎng)密度達到12～18站/1 000 km2，山丘區(qū)站網(wǎng)密度達到8～12站/1 000 km2。在地下水超采區(qū)方面，以控制地下水降落漏斗為目標(biāo)，在保定、邢臺等大型漏斗的中心區(qū)、過渡區(qū)、邊緣區(qū)加密布設(shè)監(jiān)測站點，站網(wǎng)密度提高到30～60站/1 000 km2，實現(xiàn)對地下水超采區(qū)水位的動態(tài)監(jiān)控。在生態(tài)功能區(qū)方面，重點在滹沱河、滏陽河和南拒馬河等生態(tài)補水河流左右岸兩側(cè)，白洋淀、七里海等湖泊（濕地）岸線周邊10 km范圍內(nèi)加密布設(shè)監(jiān)測站點，站網(wǎng)密度達到30站/1 000 km2，形成完整統(tǒng)一、科學(xué)合理的海河流域國家級地下水自動監(jiān)測站網(wǎng)體系。

2.提升地下水“四預(yù)”能力

對照數(shù)字孿生流域及數(shù)字孿生工程建設(shè)的總體要求，以服務(wù)華北地區(qū)地下水超采綜合治理為首要目標(biāo)，深化地下水業(yè)務(wù)系統(tǒng)“四預(yù)”建設(shè)。在預(yù)測預(yù)報方面，深入研究地下水運動規(guī)律，推進建設(shè)海河流域平原區(qū)、雄安新區(qū)、滄州地區(qū)地面沉降區(qū)和河湖生態(tài)補水區(qū)的地下水?dāng)?shù)值模型及統(tǒng)計模型，細化源匯項精度，實現(xiàn)不同尺度水文地質(zhì)單元、流域區(qū)域單元的水均衡模擬和水位預(yù)測預(yù)報功能，提高地下水水位預(yù)測預(yù)報的準確性。在預(yù)警預(yù)演方面，推進建設(shè)面向超采區(qū)動態(tài)評估、“雙控”管理、生態(tài)補水等場景的流域地下水預(yù)警系統(tǒng)平臺。選擇典型生態(tài)補水河流構(gòu)建生態(tài)補水區(qū)數(shù)字孿生底板，以“一張圖”形式展示生態(tài)補水區(qū)時間維度、空間維度的地下水態(tài)勢變化信息，實現(xiàn)對補水區(qū)動態(tài)的立體監(jiān)測和精準展示，為刻畫補水區(qū)地表地下細節(jié)、呈現(xiàn)地下水流場特征、推演地下水水位未來趨勢變化提供綜合信息載體。

3.加強地下水基礎(chǔ)研究

以華北地區(qū)地下水超采治理為契機，結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目《超采區(qū)地下水循環(huán)演變機理及多水源調(diào)控研究》等科研項目，加強地下水科學(xué)研究。

在地下水超采評價方面，綜合國內(nèi)外地下水超采評價技術(shù)理論體系，組織編制《地下水水位降落漏斗評價技術(shù)指南》《地下水動態(tài)分析評價技術(shù)指南》《地下水水位變化預(yù)警技術(shù)指南》，細化實化地下水狀況的評價指標(biāo)、評價標(biāo)準、評價方法以及評價程序，精準支撐地下水超采區(qū)治理監(jiān)管工作。

在河湖生態(tài)補水方面，針對《“十四五”華北地區(qū)河湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇行動方案》明確的48處河湖，加大空、天、地遙感技術(shù)應(yīng)用力度，強化動態(tài)監(jiān)測、遙感影像解譯、數(shù)值模擬等定量與定性分析結(jié)合，加強補水前后河道形態(tài)與生態(tài)、河道水量與水質(zhì)、地下水水位與水質(zhì)變化對比分析研究，助力復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)河湖功能永續(xù)利用。

在水資源優(yōu)化配置方面，按照地下水取水總量、水位“雙控”管理要求，從維持地下水合理水位和調(diào)蓄空間角度，把握區(qū)域水文地質(zhì)情況和地下水系統(tǒng)水動力特征，深入研究環(huán)境變化背景下海河流域水文特征演變規(guī)律，支撐海河流域地表水、地下水、外調(diào)水和再生水等多水源水量平衡及優(yōu)化配置，全面提升海河流域水資源集約節(jié)約安全利用水平。