李 棟，張 健，李曉霜

（濟寧市水文中心，山東 濟寧 272000）

地下水超采區(qū)通常認為是人類活動開發(fā)利用地下水量超出了地下水可開采量，進而形成地下水位降落漏斗區(qū)，引發(fā)裂縫、地面沉降、海水入侵等地質災害。超采區(qū)劃分的前提是人類活動開采地下水超出了地下水的補給能力，破壞了地下水的采補平衡。但實際工作中受人類活動、底層結構、降雨等多種因素的綜合影響，一般認為具備地下水實際開采量超過可開采量、形成地下水位降落漏斗區(qū)、引發(fā)地質災害三項要素中的一項即可劃定為地下水超采區(qū)。

1 地下水超采區(qū)劃分標準和方法

1.1 地下水超采區(qū)劃分標準

1）嚴重超采區(qū)劃分標準。①淺層地下水年均地下水開采系數(shù)大于1.3；②淺層地下水水位年均下降速率大于1.0 m/a；③深層承壓水水位年均下降速率大于2.0 m/a；④因地下水開采引發(fā)了地面沉降，年均地面沉降速率大于10 mm/a；⑤因地下水開采引發(fā)了海（咸）水入侵，造成氯離子含量大于1 000 mg/L；⑥因地下水開采引發(fā)了地裂縫，在100 km2范圍內(nèi)有兩條以上地裂縫，或至少有一條地裂縫長度大于10 m 且地表面寬度大于0.05 m，深度大于0.5 m。

2）一般超采區(qū)劃分標準。未達到嚴重超采區(qū)劃分標準的地下水超采區(qū)域定為一般超采區(qū)。

1.2 地下水超采區(qū)劃分方法

地下水超采區(qū)劃定以水位動態(tài)法、開采系數(shù)法為主，引發(fā)問題法進行補充分析[1]。

1）開采系數(shù)法。根據(jù)地下水開采系數(shù)確定超采區(qū)范圍，現(xiàn)狀水平年地下水開采系數(shù)為：

式中：k 為年均地下水開采系數(shù)；Q實采為現(xiàn)狀水平年平原區(qū)地下水開采量，萬m3；Q可采為多年平均平原區(qū)地下水可開采量，萬m3。

現(xiàn)狀水平年地下水開采量通過分析地下水開采量變化趨勢確定。一般情況下，地下水開采量變化趨勢存在以下幾種情況：基本穩(wěn)定（或波動穩(wěn)定）、持續(xù)回升（或波動回升）、持續(xù)下降（或波動下降）、先降后升、先升后降。

對于開采量基本穩(wěn)定（或波動穩(wěn)定）情況，可按照統(tǒng)計時段地下水開采量平均值作為現(xiàn)狀水平年地下水開采量。

對于持續(xù)回升（或波動回升）、持續(xù)下降（或波動下降）、先降后升、先升后降情況，為反映最新的地下水超采情況，應結合降水豐枯情況，選擇最近的1～3 年作為代表性時段，計算其地下水開采量，作為現(xiàn)狀水平年地下水開采量。

開采系數(shù)通?？蓜澐譃? 個區(qū)，分別為：k＜0.9，0.9≤k＜1.0，1.0≤k＜1.3，k≥1.3，根據(jù)開采系數(shù)大小，初步圈出不同類型地下水超采區(qū)、臨界區(qū)邊界（包括臨界區(qū)、一般超采區(qū)和嚴重超采區(qū)）。

2）水位動態(tài)法。根據(jù)地下水水位年均變化速率確定地下水超采區(qū)范圍，地下水水位年均變化速率按式（2）計算：

式中：V 為年均地下水水位（埋深）變化速率，m/a；H1為起點年份地下水水位（埋深），m；H2為終點年份地下水水位（埋深），m；Δt 為起點與終點時間段，a。

計算地下水水位下降速率時，應綜合考慮降水豐枯變化、地下水水位變化過程。一般情況下，地下水水位變化趨勢存在以下幾種情況：基本穩(wěn)定（或波動穩(wěn)定）、持續(xù)回升（或波動回升）、持續(xù)下降（或波動下降）、先降后升、先升后降。

對于地下水水位基本穩(wěn)定（或波動穩(wěn)定）、持續(xù)回升（或波動回升）、持續(xù)下降（或波動下降）3種情況，按公式（2）計算地下水水位變化速率。

對于先降后升、先升后降兩種情況，應分析統(tǒng)計時段地下水水位變化過程，結合降水豐枯情況、地下水超采治理成效，在統(tǒng)計時段內(nèi)選擇反映近期地下水水位變化的代表性時段，一般不短于3 年，采用公式（2）計算地下水水位變化速率。

地下水水位變化分區(qū)精度應滿足：0~0.5 m/a，0.5~1.0 m/a，1.0~1.5 m/a，1.5~2.0 m/a，>2.0 m/a。按照監(jiān)測井地下水水位年均下降速率，確定地下水超采區(qū)的范圍。

3）引發(fā)問題法。根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)因地下水開采引發(fā)的各種生態(tài)環(huán)境與地質環(huán)境問題確定超采區(qū)范圍，評價的主要參數(shù)有地面沉降速率、海（咸）水入侵、地裂縫、地面塌陷、土地沙化等突出現(xiàn)象。以地面沉降現(xiàn)象為例，年均地面沉降速率計算公式為：

式中：V沉為年均地面沉降速率，mm/a；Δt 為代表性時段，選用近1~3 年；ΔH為Δt 期間的地面沉降量，mm。

2 地下水超采區(qū)劃分案例

2.1 研究區(qū)域概況

本次以濟寧市的淺水層區(qū)域作為地下水超采評價對象。濟寧市位于山東省西南部，地處黃淮海平原與魯中南山地交接帶，地質構造屬華北地區(qū)魯西南斷塊凹陷區(qū)[2]。地下水超采區(qū)劃分采用濟寧市133 眼省控地下水監(jiān)測井2011—2022年水位監(jiān)測資料，由濟寧市水文中心提供。

2.2 開采系數(shù)法應用

以2011—2020 年年均淺層地下水開采量平均值作為現(xiàn)狀水平年開采量，各年度地下水開采量由濟寧市水行政主管部門提供。通過計算可以看出，濟寧市淺層地下水開采系數(shù)均未超過0.9，開采系數(shù)法分析濟寧市無超采區(qū)，濟寧市各縣、區(qū)淺層地下水開采系數(shù)見表1。

表1 濟寧市各縣（區(qū)）淺層地下水開采系數(shù)

2.3 水位動態(tài)法應用

對濟寧市133 眼地下水動態(tài)觀測井2011—2020 年地下水位變化過程進行分析，對于水位先升后降和先降后升兩種情況選取2015—2020 年近5 年水位作為代表時段計算水位變化速率，對于基本穩(wěn)定、持續(xù)上升、持續(xù)下降3 種情況選取2011—2020 年作為代表時段，同時考慮地下水位埋深大于10 m 的標準。通過分析可知，地下水位下降的區(qū)域位于嘉祥縣西北部、汶上縣東部、任城區(qū)東北部、兗州區(qū)北部和南部，監(jiān)測井水位下降速率均小于1 m/a，屬一般超采區(qū)，總面積為590.8 km2。不同趨勢代表井水位變化如圖1 所示。

圖1 不同趨勢代表井水位變化

2.4 引發(fā)問題法應用

濟寧市平原區(qū)的地質環(huán)境問題主要為地面沉降，產(chǎn)生地面沉降的原因有：1）自然因素。地殼運動造成地面沉降，根據(jù)濟寧地區(qū)地殼變形資料，嘉祥以西為相對上升區(qū)，上升量最高達40 mm，嘉祥斷裂帶至嶧山斷裂帶之間為下降區(qū)，濟寧市城區(qū)位于沉降中心[3]。2）人為因素。主要是煤炭資源開采。濟寧市淺層地下水開采沒有造成明顯地質環(huán)境問題。濟寧市未發(fā)現(xiàn)因地下水超采造成的地質問題，沒有引發(fā)問題法劃分的超采區(qū)。

2.5 地下水超采區(qū)綜合劃定

通過3 種方法對濟寧市超采區(qū)劃定出的范圍進行分析，應以水位動態(tài)法劃定結果為主，開采系數(shù)法和引發(fā)問題法作為補充，最終確定濟寧市淺層地下水超采區(qū)面積為590.8 km2。

2.6 濟寧市淺層地下水超采區(qū)變化

根據(jù)山東省人民政府批復的地下水超采狀況，濟寧市第一次超采區(qū)為2003 年劃定，淺層地下水超采區(qū)面積1 182.8 km2。第二次超采區(qū)為2013 年劃定，淺層地下水超采區(qū)654.9 km2。根據(jù)本次分析結果最終確定濟寧市淺層地下水超采區(qū)面積為590.8 km2?？梢钥闯?，濟寧市超采區(qū)治理取得了較為明顯的成效。

3 結 語

1）地下水超采區(qū)劃分的三種方法中，應以水位動態(tài)法、開采系數(shù)法為主，引發(fā)問題法為輔，綜合分析評判。

2）提升地下水取水計量精度。受監(jiān)測條件和技術手段的限制，地下水取水量難以實現(xiàn)監(jiān)測全覆蓋，會造成取水統(tǒng)計數(shù)據(jù)與實際取水量之間存在差異，提升取水計量精度是準確劃定超采區(qū)的重要條件。

3）通過對比前兩次地下水超采區(qū)劃分成果，本次分析確定的濟寧市淺層地下水超采區(qū)面積明顯減小，濟寧市超采區(qū)治理取得了明顯成效。