劉 昕,肖 華,王 棟

(長江水利委員會水文局,武漢 430000)

0 引 言

地下水是水循環(huán)中的重要組成部分,在保障糧食安全、生活生產供水、維系良好生態(tài)環(huán)境以及支撐社會經濟高質量發(fā)展中都起到了重要的作用[1-2]。地下水具有分布區(qū)域廣、水質優(yōu)良、易于開采利用等特點,在全球氣候變化以及人類活動影響愈發(fā)劇烈的背景下,洪澇干旱事件頻發(fā)、突發(fā)水安全風險加大等現(xiàn)實問題都預示著地下水資源作為安全替代水源、儲備水源的地位在不斷上升[3-7]。

長江流域地表水資源量較豐富,地下水開采主要集中在幾個農業(yè)集中的平原區(qū)和局部工程性缺水地區(qū)?；诖?前人的研究主要集中在長江流域地下水資源量分布、地下水開采潛力、局部地區(qū)地下水開采現(xiàn)狀、局部地區(qū)地下水超采治理等方面[2,6,8-10],對于長江流域地下水水位變化特征、長江流域地下水開采分布、長江流域地下水超采問題研究較少。

長江流域地下水開采量較小,在水利高質量發(fā)展中仍起到不可替代的作用,主要表現(xiàn)在:①作為應急替代水源應對突發(fā)干旱或突發(fā)水污染事件;②維持地表植被、農作物生長;③維持地表河湖水生態(tài)健康;④工程性缺水地區(qū)供水補充等[7,11]。故而,研究合理開發(fā)利用長江流域地下水資源,有助于促進流域水資源可持續(xù)利用,落實以水定城、以水定地、以水定人、以水定產的發(fā)展思路[12]。

當前,中共中央、國務院印發(fā)了《國家水網(wǎng)建設規(guī)劃綱要》,提出大力推進河湖生態(tài)保護修復,加強地下水超采綜合治理,實現(xiàn)河湖功能永續(xù)利用。實施流域地下水超采治理工作,是可持續(xù)利用地下水資源、改善河湖生態(tài)環(huán)境、協(xié)調用水矛盾、實現(xiàn)高質量發(fā)展的迫切需要。因此,有必要系統(tǒng)地評估流域地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀及水位變化趨勢,確定合理的地下水水位、水量管控指標,為科學合理規(guī)劃地下水資源開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 長江流域地下水開發(fā)利用特征

長江流域地表水資源總量豐富,人類活動主要以利用地表水為主[2]。根據(jù)各省級行政區(qū)水資源公報統(tǒng)計數(shù)據(jù),以2020年為例,長江流域水資源總量為12 862.93億m3,其中地表水資源總量為12 741.69億m3,地下水資源總量為2 830.6億m3,地下水資源與地表水資源不重復量為121.24億m3。長江流域平原區(qū)地下水資源量為291.25億m3,山丘區(qū)地下水資源量為2 551.79億m3,平原區(qū)與山丘區(qū)之間的重復計算量為12.44億m3。地下水源供水量38.81億m3,占總供水量的1.98%。各省級行政區(qū)中,2020年長江片區(qū)地下水開采量最大的四川省開采地下水7.94億m3,其余地下水開發(fā)利用較多的省份有陜西、河南、湖南、湖北、江西等。長江流域各省級行政區(qū)2020年現(xiàn)狀地下水開采量分布見圖1、水資源利用量見表1。

表1 長江流域各省級行政區(qū)2020年水資源利用量統(tǒng)計

圖1 2020年長江流域地下水開采量分布

圖2為2011—2020年長江流域水資源利用變化趨勢,長江流域總用水量呈波動上升趨勢、地下水開采量呈下降趨勢。2011—2020年,長江流域生活和工業(yè)用水總量呈緩慢上升趨勢,農業(yè)用水總量則受氣候影響上下波動、變化不顯著。2011—2019年長江流域地下水開采量下降主要源于地下水替代工程和城市供水一體化工程的建設發(fā)展,農作物灌溉用水未發(fā)生明顯變化。2020年受新冠疫情影響,長江流域工業(yè)用水較前一年下降約204億m3,農業(yè)和生活用水均略有下降;其中湖南、河南、貴州、四川、湖北、江西六省地下水開采量分別下降8.50億、5.68億、1.98億、1.86億、0.89億、0.88億m3。

圖2 2011—2020年長江流域水資源利用變化趨勢

2 長江流域地下水水位變化特征

本次長江流域共統(tǒng)計地下水監(jiān)測井2 549眼,長江流域地下水監(jiān)測井分布見圖3,長江流域地下水監(jiān)測站網(wǎng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。從圖3可以看出,長江流域現(xiàn)狀監(jiān)測井主要集中在平原地帶和人口密集的城市地區(qū),尚存在大量的空白區(qū)。

表2 長江流域地下水監(jiān)測站網(wǎng)統(tǒng)計

圖3 長江流域地下水監(jiān)測井分布

本次統(tǒng)計的2 549眼監(jiān)測井,修正偶發(fā)性開采、洗井、地面積水等因素后地下水位基本穩(wěn)定或上升的監(jiān)測井有2 512眼,地下水水位呈下降趨勢的監(jiān)測井共有37眼,地下水水位下降的監(jiān)測井零星分布于河南、重慶、湖北、青海、云南等省級行政區(qū)。通過近年來流域內地下水監(jiān)測資料來看,長江流域地下水總體開發(fā)利用程度不高,地下水與降雨、地表水關系密切。流域內平原區(qū)地下水位主要受氣候影響,隨降水呈年內變化,雨季地下水位抬升,旱季地下水位下降。

3 長江流域地下水超采現(xiàn)狀分析

長江流域地下水開發(fā)利用程度較小,從省級行政區(qū)現(xiàn)狀地下水超采情況來看,長江流域地下水超采區(qū)主要集中在江西、河南2省。根據(jù)水利部2012—2014年開展的全國地下水超采區(qū)評價成果,江西省長江片區(qū)有9個地下水超采區(qū),均為小型超采區(qū),分布在7個縣級行政區(qū)內,超采區(qū)總面積65 km2;河南省長江片區(qū)有3個超采區(qū),均位于河南省南陽市,分布在鄧州市、唐河縣、新野縣3個縣級行政區(qū),超采區(qū)總面積293 km2。

3.1 江西省

2000—2010年江西省原劃定的9個地下水超采區(qū),萍鄉(xiāng)市地下水超采區(qū)年均地下水超采量為194.8萬m3,南昌市地下水超采區(qū)年均超采量為84.7萬m3,九江市地下水超采區(qū)年均地下水超采量為66.6萬m3,贛州市地下水超采區(qū)年均超采量為7.2萬m3,總計年均地下水超采353.3萬m3。

2011—2020年,江西省原劃定的9個地下水超采區(qū)內的工業(yè)地下水取水井全部陸續(xù)關停,城鄉(xiāng)生活用水全部使用城市管網(wǎng)供水統(tǒng)一替代,區(qū)域內僅存在江西理工大學、萍鄉(xiāng)學院、江西省化學工業(yè)學校等少量地下水開采以及零星農業(yè)灌溉井開采,總量不足20萬m3/a,區(qū)內已不存在地下水超采現(xiàn)象。

江西省平原區(qū)淺層地下水監(jiān)測井共73眼,地下水類型皆為孔隙水,其中50眼位于9個超采區(qū)范圍內,南昌市超采區(qū)內有監(jiān)測井11眼,贛州市超采區(qū)內有監(jiān)測井12眼,九江市2個超采區(qū)內有監(jiān)測井9眼,萍鄉(xiāng)市4個超采區(qū)內有監(jiān)測井18眼。

按照各監(jiān)測井代表時段內逐年年末地下水水位值,計算地下水水位變化速率綜合考慮來水豐枯變化,將地下水位變化趨勢劃分為5種水位變化類型:強上升(水位升幅≥1.0 m),弱上升(水位升幅0.5～1.0 m),基本穩(wěn)定(水位升、降幅度為0～0.5 m以內),弱下降(水位降幅0.5～1.0 m),強下降(水位降幅≥1.0 m)。

江西省50眼超采區(qū)內的監(jiān)測井年末水位變化趨勢均屬于強上升、弱上升或基本穩(wěn)定,該水位變化趨勢與江西省地下水開采量下降的變化規(guī)律基本相符。

3.2 河南省

2000—2010年河南省長江片區(qū)原劃定的3個超采區(qū)均位于南陽市,年均地下水超采量為768萬m3。2011—2020年河南省長江片區(qū)地下水超采量略有上升,2020年河南省長江片區(qū)地下水超采量為1 779萬m3,較之前超采量增加1 012萬m3,地下水超采區(qū)域分布在南陽市區(qū)、唐河縣、新野縣、鎮(zhèn)平縣、鄧州市。

河南省長江片區(qū)共有261眼監(jiān)測井,其中59眼監(jiān)測井屬于水位上升趨勢,194眼監(jiān)測井水位基本穩(wěn)定,8眼監(jiān)測井屬于水位弱下降趨勢。水位弱下降趨勢的監(jiān)測井有1眼位于鄧州市、2眼位于唐河縣、2眼位于鎮(zhèn)平縣、1眼位于方城縣、1眼位于社旗縣、1眼位于南陽市區(qū)。

河南省長江流域地下水主要以供應農業(yè)為主, 農作物灌溉用水約占地下水開采總量的71.4%, 農村生活用水、 工業(yè)生活用水、 城鎮(zhèn)生活用水分別占地下水開采總量的7.1%、 15.1%、 5.0%。 故而, 河南省長江流域地下水開采受大氣降雨影響較顯著, 枯水年份地下水補給量減少、 地下水開采量增大, 導致地下水水位呈下降趨勢。 如圖4所示, 2011—2020年南陽市豐水年份為2017年、 2020年, 枯水年份為2013年、 2019年。 以南陽市唐河縣、 新野縣為例, 圖5為2011—2020年地下水開采量-地下水水位逐年變化趨勢圖, 多年來唐河縣、 新野縣地下水開采量基本大于地下水可開采量, 地下水水位呈下降趨勢,僅有部分豐水年地下水水位有一定回升。 這個現(xiàn)象揭示南陽市地下水資源無法滿足農業(yè)生產需求, 急需建設替代水源工程補充灌溉用水缺口。

圖4 南陽市降水量逐年變化趨勢

圖5 唐河縣和新野縣平原區(qū)地下水開采量-水位逐年變化趨勢

4 地下水超采治理對策分析

從流域地下水超采區(qū)總體情況來看,超采區(qū)現(xiàn)存問題主要可歸結為3點:①局部地區(qū)農作物灌溉用水量較大,地區(qū)水資源總量明顯欠缺;②局部區(qū)域水資源配置尚需完善,工程性缺水問題急需解決;③地下水超采監(jiān)管仍有上升空間,部分超采區(qū)監(jiān)測井密度不足。

圍繞流域地下水超采現(xiàn)存問題,充分考慮現(xiàn)有水資源配置潛力和建設現(xiàn)代水利設施體系的總體思路,從提高水資源保障、提升水資源節(jié)約集約利用、加強地下水監(jiān)管等方面提出幾點地下水超采治理對策。

(1)加快推進替代水源工程規(guī)劃建設。對于城鎮(zhèn)生活和農業(yè)灌溉用水來源不足且用水總量不宜大幅削減的地區(qū),應考慮地區(qū)社會經濟發(fā)展、水資源供需矛盾和水安全保障等問題,配套建設替代水源工程、擴大城鄉(xiāng)供水覆蓋區(qū)域,為壓減地下水開采量提供充足的水源保障[13-14]。

(2)優(yōu)化調整農作物結構。對于農業(yè)灌溉用水量過大的地區(qū),宜考慮地區(qū)水源條件,基于不同品種農作物用水需求,科學合理開展農作物生產,平衡土地利用規(guī)模和地下水可開采量之間的矛盾。酌情減少需要大量抽取地下水的作物,改用需水量較小的農作物進行替代,通過生態(tài)保護補償機制等方式調動農戶壓減地下水開采[11]。

(3)適時開展地下水開采井封填工程。結合替代水源配套工程推進建設進度,適時開展重點地區(qū)特別是水位下降地區(qū)的開采井封填工程,將部分關停的開采井改造為監(jiān)測井,加強水位下降地區(qū)地下水監(jiān)管。完善城市統(tǒng)一供水管網(wǎng)后,分批封存地下水賦存條件較差的開采井,保留部分地下水賦存條件較好的開采井轉為應急備用井,作為地下水儲備區(qū)進行管控,可根據(jù)地下水儲備預案有序啟用應急備用井。

(4)推廣非常規(guī)水源開發(fā)利用的發(fā)展模式:①擴大城市再生水的利用規(guī)模和比例,對具備使用非常規(guī)水源條件的企業(yè)積極引導,嚴格相關項目的取水量管理,政策激勵再生水循環(huán)利用配套工程建設。②扎實推進雨洪資源利用。對于缺水地區(qū)特別是儲水能力較弱地區(qū),基于地區(qū)自身特性,積極推進海綿城市建設,構建可持續(xù)利用的水循環(huán)系統(tǒng),實現(xiàn)人與自然和諧共生。③開展礦井和城市建設基坑疏干排水回灌利用的技術研發(fā)與應用工作,探索減少地下水資源浪費的技術方法,有效治理地下水超采,提高地下水可持續(xù)利用能力[15-16]。

(5)強化節(jié)水型社會建設。發(fā)揮政策調控作用,執(zhí)行梯級水價制度,加大用水調控力度,規(guī)范公眾用水行為,有效利用價格機制調節(jié)用水需求和引導節(jié)水行為,抑制不合理的用水需求。在農業(yè)灌溉、工業(yè)生產、公共場所和供水管理等方面同時乏力,建設節(jié)水型城市,提升節(jié)水效率,樹立節(jié)水先進標桿,貫徹落實節(jié)水行動[16-17]。

(6)完善地下水管理措施。落實水資源管理制度要求,依據(jù)地下水管控指標要求,嚴格執(zhí)行水資源論證制度,控制地下水取水工程的審批。按照地下水開采量規(guī)模,分行業(yè)逐步提高地下水取水計量率,加大違法違規(guī)取水查處力度。完善地下水取水臺帳,定期巡查重要取水井,確保取用水戶依法依規(guī)取用地下水。落實地下水壓采責任考核和監(jiān)督考核,充分利用價格經濟杠桿,推動地下水資源保護和節(jié)約用水工作,促進節(jié)約用水和污水減量排放[18-19]。

(7)加強地下水監(jiān)測工程建設,填補重要區(qū)域水位監(jiān)測空白。長江流域地下水監(jiān)測站網(wǎng)建設仍較為薄弱,應結合流域地下水開采現(xiàn)狀和地下水監(jiān)測站點分布,繼續(xù)加強地下水開采計量和水位監(jiān)測體系建設,實現(xiàn)地下水開采重點區(qū)的監(jiān)測站點加密、地下水監(jiān)測空白區(qū)的監(jiān)測站點填補、地下水監(jiān)測預警體系的自動化和智能化,為后續(xù)地下水管控和地下水治理成效評估提供數(shù)據(jù)支撐。同時,加強對監(jiān)測井的保護力度,規(guī)范地下水監(jiān)測井的建設、管理與保護,提高監(jiān)測站點的使用壽命和利用效率[20]。

5 結束語

地下水超采治理,是十六字治水方針具體落實的一個工作方向,也是協(xié)調社會經濟發(fā)展用水需求和水資源承載能力矛盾的重要舉措。長江流域地下水開采量相對較小,地下水保護和治理工作尚處于發(fā)展和完善階段,需要對地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀和地下水管控需求進行審慎研究。本文圍繞地下水水位、水量管控核心,詳述了近十年長江流域地下水開采量現(xiàn)狀、地下水水位變化趨勢、地下水超采現(xiàn)狀等問題。要推進長江流域地下水保護工作,解決部分地區(qū)地下水超采的問題,需要在替代水源工程建設、地下水監(jiān)測工程建設、地下水開采壓減等方向共同努力。