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(duì)保障天津市的供水安全和可持續(xù)發(fā)展意義重大。但由于歷史上長(zhǎng)期過度開發(fā)利用地下水資源，目前已經(jīng)引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境問題：①水資源開發(fā)利用嚴(yán)重超載，人口經(jīng)濟(jì)與水資源承載能力嚴(yán)重失衡；②地下水嚴(yán)重超采，超采區(qū)范圍涉及除薊州區(qū)外的所有區(qū)，占市域面積的79.2%，地下水位持續(xù)下降，深層地下水埋深普遍達(dá)30~75 m，形成漢沽楊家泊、西青楊柳青和津南雙港鎮(zhèn)3 個(gè)地下水位降落漏斗，漏斗中心埋深最大達(dá)99 m；③地面沉降形勢(shì)嚴(yán)峻，2018 年全市平原區(qū)平均年沉降量20 mm，但武清王慶坨、北辰雙口—青光、靜海臺(tái)頭、西青王穩(wěn)莊、濱海新區(qū)楊家泊—寨上5 個(gè)地面沉降嚴(yán)重的地區(qū)形勢(shì)依然嚴(yán)峻；④河湖生態(tài)嚴(yán)重?fù)p害，由于經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(zhì)較差，導(dǎo)致河湖生態(tài)狀況惡化，河湖、濕地面積大幅減少，19 條一級(jí)河道中有17 條出現(xiàn)不同程度的斷流或干涸[1]。因此，實(shí)施深層地下水壓采和水源轉(zhuǎn)換，開展深層地下水超采綜合治理具有重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，而超采區(qū)評(píng)價(jià)則是檢驗(yàn)超采區(qū)綜合治理的有效手段之一。

1 地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)

天津市在2004 年和2012 年開展過兩次地下水超采區(qū)劃定工作，并確定地下水禁采區(qū)和限采區(qū)，對(duì)天津市落實(shí)最嚴(yán)格的水資源管理制度、推進(jìn)深層地下水壓采、修復(fù)保護(hù)地下水環(huán)境發(fā)揮了重要作用。2019 年，為科學(xué)評(píng)估華北地區(qū)地下水超采綜合治理成效，天津市再次開展地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)工作。

評(píng)價(jià)范圍為天津市平原區(qū)，總面積11 193 km2，評(píng)價(jià)的含水層組為平原區(qū)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(qū)北部山區(qū)巖溶裂隙水多年地下水動(dòng)態(tài)基本平衡，故該區(qū)域不參加本次評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)期是2015—2018 年，評(píng)價(jià)初始水平年為2015年，評(píng)價(jià)現(xiàn)狀水平年為2018年。

評(píng)價(jià)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(xù)下降，或因開發(fā)地下水資源引起環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境惡化現(xiàn)象的區(qū)域劃定為超采區(qū)。

評(píng)價(jià)方法主要采用水位動(dòng)態(tài)法、開采系數(shù)法和引發(fā)問題法[2]。

1.1 水位動(dòng)態(tài)法

1.1.1 淺層地下水

不超采區(qū)域?yàn)榭紫端荒昃陆邓俾市∮?的區(qū)域，一般超采區(qū)為孔隙水水位年均下降速率為0～1.0 m/a 的區(qū)域，嚴(yán)重超采區(qū)為孔隙水水位年均下降速率大于1.0 m/a的區(qū)域。

由于天津市淺層地下水埋深較淺，在利用水位動(dòng)態(tài)法劃分超采區(qū)時(shí)，要考慮天然降水對(duì)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(qū)，中南部淺層地下水一般為咸水，基本不開發(fā)利用，故不存在超采情況。各區(qū)逐年降水量變化趨勢(shì)與全市降水量趨勢(shì)相近，且各區(qū)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(qū)和寶坻區(qū)降水相比2015 年有所增加，同時(shí)典型地下水監(jiān)測(cè)站埋深也同步減??；2017年寶坻區(qū)和武清區(qū)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(duì)較小。淺層地下水一般超采區(qū)分布于寶坻區(qū)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(qū)為地下水位年均下降速率為0～2.0 m/a 的區(qū)域，嚴(yán)重超采區(qū)為地下水位年均下降速率大于2.0 m/a的區(qū)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(qū)主要分布在全淡水區(qū)分界線南側(cè)地區(qū)，包括寶坻區(qū)中南部、寧河區(qū)大部、北辰區(qū)南部、西青區(qū)中東部、津南區(qū)中西部、靜海區(qū)西部及南部、濱海新區(qū)及武清區(qū)零星區(qū)域，為一般超采區(qū)，面積約4 612 km2，沒有嚴(yán)重超采區(qū)。

1.2 開采系數(shù)法

以地下水開采系數(shù)為評(píng)判指標(biāo)進(jìn)行超采區(qū)劃分時(shí)，不超采區(qū)為評(píng)價(jià)期內(nèi)年均地下水開采系數(shù)小于1.0的區(qū)域，一般超采區(qū)為年均地下水開采系數(shù)1.0～1.3的區(qū)域，嚴(yán)重超采區(qū)為年均地下水開采系數(shù)大于1.3的區(qū)域。

淺層地下水開采的區(qū)域年均開采系數(shù)均小于1.0，其中薊州平原區(qū)0.82、寶坻區(qū)0.38、武清區(qū)0.53、寧河區(qū)0.56、靜海區(qū)0.02、西青區(qū)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(jù)各區(qū)開采系數(shù)，深層地下水超采區(qū)主要分布在武清區(qū)大王古莊、河西務(wù)、河北屯及寶坻區(qū)新開口、口東、八門城一線以南區(qū)域，面積9 427 km2。

1.3 引發(fā)問題法

1.3.1 地面沉降分析

以開采地下水引起的生態(tài)環(huán)境或地質(zhì)環(huán)境問題作為評(píng)判指標(biāo)進(jìn)行超采區(qū)劃分，結(jié)合天津市實(shí)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(yán)重超采區(qū)。

2018 年，寧河區(qū)、東麗區(qū)、津南區(qū)、濱海新區(qū)塘沽和大港部分地區(qū)沉降量小于10 mm。統(tǒng)計(jì)不同區(qū)2007—2018 年累計(jì)沉降量發(fā)現(xiàn)，東麗區(qū)、津南區(qū)、濱海新區(qū)的沉降量呈減小的趨勢(shì)，東麗區(qū)年沉降量由2007 年的40 mm 減小到2018 年的15 mm，津南區(qū)年沉降量由2007 年的64 mm 減小到2018 年的26 mm，濱海新區(qū)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(qū)累計(jì)沉降量和年平均沉降速率

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

1.3.2 水質(zhì)情況分析

天津市深層承壓水污染主要是由報(bào)廢機(jī)井未及時(shí)回填引起咸水串層造成的，地下水埋深下降與地下水水質(zhì)惡化的變化趨勢(shì)并不一致，故不選擇地下水水質(zhì)惡化作為劃分天津市地下水超采區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。

2007—2017年薊州區(qū)和濱海新區(qū)漢沽地下水水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)，寧河區(qū)地下水水質(zhì)惡化，主要原因?yàn)榘钡瑯?biāo)，其他各區(qū)地下水水質(zhì)狀況總體平穩(wěn)。造成地下水質(zhì)量較差的主要原因是地下水中氨氮和氟化物超標(biāo)，地下水中含有多種有害物質(zhì)，其中多數(shù)是人為作用產(chǎn)生的，少數(shù)是自然作用產(chǎn)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(jī)氯等。

1.4 超采區(qū)劃分結(jié)果

根據(jù)3 種劃分方法的劃分結(jié)果，結(jié)合天津市現(xiàn)有監(jiān)測(cè)資料和相關(guān)研究成果，采用以地面沉降分析為主、開采系數(shù)法和水位動(dòng)態(tài)法為輔進(jìn)行疊加，以咸淡水分界線為天津市超采區(qū)的邊界線，以10 mm地面沉降等值線為嚴(yán)重超采區(qū)的邊界線，確定天津市地下水超采區(qū)為深層承壓水超采區(qū)1個(gè)，面積9 427 km2，其中一般超采區(qū)面積1 980 km2、嚴(yán)重超采區(qū)面積7 447 km2。本次劃定的超采區(qū)面積比2012 年超采區(qū)面積減少13 km2，一般超采區(qū)面積增加380 km2，嚴(yán)重超采區(qū)面積減少393 km2。

2 地下水超采綜合治理措施

以2018 年為現(xiàn)狀水平年制定超采綜合治理實(shí)施計(jì)劃，通過“節(jié)”“控”“調(diào)”“管”治理措施，到2019年底，區(qū)政府所在地以上城鎮(zhèn)范圍全面禁采；到2020 年，地面沉降嚴(yán)重區(qū)和高鐵、高速公路等重大工程附近區(qū)域全面禁采。

2.1 落實(shí)“節(jié)”的措施

（1）大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水。2019年高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)17 333.33 hm2，其中高效節(jié)水灌溉面積4 086.67 hm2；農(nóng)機(jī)深松整地作業(yè)面積23 333.33 hm2。2020年高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)16 900 hm2，其中高效節(jié)水灌溉面積3 873.33 hm2；農(nóng)機(jī)深松整地作業(yè)面積20 666.67 hm2。

（2）加強(qiáng)城鎮(zhèn)節(jié)水降損。2019 年推動(dòng)各區(qū)制定海綿城市實(shí)施計(jì)劃，全市城鎮(zhèn)公共供水管網(wǎng)漏損率10.03%。2020 年改造城鎮(zhèn)老舊供水管網(wǎng)13 km；積極推進(jìn)全市雨污分流改造，鋪設(shè)管道50 km；全市城鎮(zhèn)公共供水管網(wǎng)漏損率在10%以內(nèi)，城鎮(zhèn)節(jié)水器具普及率100%，再生水利用率42%。

2.2 落實(shí)“控”的措施

（1）調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)[3]。2019 年輪作休耕面積2 066.67 hm2，其中季節(jié)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(yán)重地區(qū)的1 646.6 hm2菜田調(diào)整出蔬菜生產(chǎn)功能區(qū)范圍；改變畜牧業(yè)發(fā)展模式，畜禽飼養(yǎng)規(guī)模化率達(dá)到82%，規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理設(shè)施配套率達(dá)到100%，糞污資源化利用達(dá)到86.5%。

（2）優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局結(jié)構(gòu)。2020 年完成壓減120萬t煉鐵、140萬t煉鋼產(chǎn)能任務(wù)。

2.3 落實(shí)“調(diào)”的措施

（1）增加水源補(bǔ)給。2019 年累計(jì)調(diào)引江水11.1億m3，引灤水6.96 億m3。2020 年累計(jì)調(diào)引江水12.9億m3，引灤水6.89 億m3；推動(dòng)非常規(guī)水利用，全年處理量達(dá)到12.27億m3，利用淡化海水0.5億m3。

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

2020年累計(jì)生態(tài)調(diào)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(yùn)河上游來水4.29 億m3、北水南調(diào)調(diào)引潮白新河上游來水0.49億m3（下豐莊泵站計(jì)量）；利用上游河道來水向七里海濕地補(bǔ)水0.41億m3，向大黃堡濕地補(bǔ)水0.8億m3，向團(tuán)泊洼濕地補(bǔ)水1.12 億m3；利用再生水向其他河道補(bǔ)水9.83億m3。

（3）進(jìn)一步實(shí)施水源置換。2019 年通過建設(shè)水廠和鋪設(shè)輸配水管網(wǎng)、建設(shè)加壓泵站、改造村內(nèi)管網(wǎng)等工程，解決1 157個(gè)村、129.9萬人農(nóng)村飲水安全問題，企事業(yè)單位水源轉(zhuǎn)換280 家，農(nóng)業(yè)水源轉(zhuǎn)換6 333.33 hm2。2020年通過農(nóng)村飲水提質(zhì)增效工程、企事業(yè)單位水源轉(zhuǎn)換和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水源轉(zhuǎn)換，置換深層地下水0.5億m3。

2.4 落實(shí)“管”的措施

嚴(yán)格禁限采區(qū)管理，嚴(yán)控水資源利用總量，推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革。加強(qiáng)地下水取用水戶水量監(jiān)控，非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用機(jī)井全部安裝計(jì)量設(shè)施，農(nóng)業(yè)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(jì)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(yán)重超采區(qū)面積減少393 km2。2020年，全市平原區(qū)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(qū)域面積減少2 281 km2，沉降大于30 mm區(qū)域面積減少1 349 km2，沉降大于50 mm 區(qū)域面積減少645 km2，沉降大于70 mm區(qū)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(wěn)定態(tài)勢(shì)，下降幅度0.01 m；深層地下水整體呈現(xiàn)穩(wěn)定及弱上升態(tài)勢(shì)，上升幅度在1.14 m。淺層地下水監(jiān)測(cè)井出現(xiàn)回升、穩(wěn)定和下降速率變緩的監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)為66 眼，深層地下水監(jiān)測(cè)井出現(xiàn)回升、穩(wěn)定和下降速率變緩的監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)為227眼。

與2019年比較，2020年全市淺層地下水位整體呈穩(wěn)定態(tài)勢(shì)，平均上升約0.20 m；深層地下水位整體呈現(xiàn)穩(wěn)定及上升態(tài)勢(shì)，平均上升約2.0 m左右。寶坻區(qū)東部、寧河區(qū)西部、武清區(qū)西部和中東部、靜海區(qū)中部水位下降，下降幅度小于1.0 m，武清區(qū)西部大桃園3 監(jiān)測(cè)站下降超1.0 m；其余地區(qū)水位均呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，武清區(qū)中東部、濱海新區(qū)塘沽西部、東麗區(qū)東部、北辰區(qū)中部和北部、武清區(qū)南部、西青區(qū)西部、靜海區(qū)西南部上升幅度超過2.0 m。淺層地下水監(jiān)測(cè)井出現(xiàn)回升、穩(wěn)定和下降速率變緩的監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)為88 眼，深層地下水監(jiān)測(cè)井出現(xiàn)回升、穩(wěn)定和下降速率變緩的監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)為229眼。

天津市實(shí)施地下水超采綜合治理以來，2019 年計(jì)劃轉(zhuǎn)換深層地下水0.48億m3，實(shí)際完成0.64億m3；關(guān)停機(jī)井3 607眼，其中回填1 363眼、封存2 175眼、轉(zhuǎn)為監(jiān)測(cè)井55 眼、消防備用14 眼。2020 年計(jì)劃轉(zhuǎn)換深層地下水0.50 億m3，實(shí)際完成0.51 億m3；關(guān)停機(jī)井4 303 眼，其中回填402 眼、封存3 568 眼、轉(zhuǎn)為監(jiān)測(cè)井6眼、消防備用327眼。各區(qū)轉(zhuǎn)換水量及關(guān)停機(jī)井?dāng)?shù)，詳見表2。

表2 天津市2019—2020年各區(qū)轉(zhuǎn)換水量及關(guān)停機(jī)井?dāng)?shù)轉(zhuǎn)換水量：萬m3；關(guān)停機(jī)井?dāng)?shù)：眼

4 結(jié)論

采用3 種不同方法進(jìn)行超采區(qū)劃定，通過邊界調(diào)整與修正，確定以引發(fā)問題法中的地面沉降分析為主、開采系數(shù)法和水位動(dòng)態(tài)法為輔進(jìn)行疊加，確定天津市地下水超采區(qū)范圍，為相同水文地質(zhì)條件和地下水開發(fā)利用程度區(qū)域地下水超采區(qū)劃定提供了參考依據(jù)。通過強(qiáng)化各業(yè)節(jié)水、實(shí)施水源轉(zhuǎn)換和強(qiáng)化水源調(diào)度實(shí)施地下水超采綜合治理，關(guān)停超采區(qū)機(jī)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(wěn)回升、河湖和濕地生態(tài)環(huán)境有所改善等一系列成效。因此，應(yīng)在全市推廣有效治理措施及管理手段，為下一步持續(xù)推進(jìn)超采區(qū)綜合治理提供借鑒依據(jù)。