收稿日期：2023-12-01

作者簡介：楊玉良（1980—），男，河北滄州人，工程師，主要從事地下水研究。

摘 要：作為水資源的核心組成之一，地下水在保證我國城鎮(zhèn)與農(nóng)村居民的日常生活和生產(chǎn)用水、促進經(jīng)濟與社會發(fā)展，以及保持生態(tài)環(huán)境的健康循環(huán)等方面扮演著關(guān)鍵角色。深入分析了河北省地下水資源的承載能力及預(yù)警方法，旨在為河北省的地下水資源管理提供科學(xué)依據(jù)，促進水資源的可持續(xù)利用和生態(tài)保護。

關(guān)鍵詞：河北??；地下水資源；承載能力；預(yù)警方法；可持續(xù)管理

中圖分類號：P642.23 文獻標(biāo)志碼：B文章編號：2095–3305（2024）03–0-03

地下水資源作為一個地區(qū)水資源管理和生態(tài)平衡的關(guān)鍵，一直是水資源研究的重點，尤其是在河北省這種干旱和半干旱地區(qū)，地下水資源的合理開發(fā)與利用顯得尤為重要。通過對河北省地下水資源的全面評估，能夠為該省乃至其他地區(qū)的水資源管理提供參考。

1 河北省地下水資源開發(fā)現(xiàn)狀

1.1 水資源開發(fā)現(xiàn)狀

河北省在地下水資源開發(fā)方面具有其特殊性。2021年，河北省的地下水供水量為118.3億 m3，占總供水量的52.1%。其中，淺層地下水供水量達到109.6億 m3，占地下水總供水量的92.6%，主要分布在河北省的平原區(qū)、山間盆地和黃土丘陵區(qū)。這些區(qū)域的地下水具有埋藏淺、補給快、儲存條件好、富水性強、易于開采等特點，是地下水開發(fā)利用的主要對象。深層承壓水供水量則為8.7億 m3，占地下水總供水量的7.4%，主要用于工業(yè)、城鎮(zhèn)生活和農(nóng)村生活，分布在河北省的多個城市如石家莊、唐山、邯鄲、秦皇島等地。淺層地下水作為河北省主要的供水來源，其開采和利用受到高度重視，由于長期的過度開采，部分地區(qū)出現(xiàn)了地下水位的持續(xù)下降現(xiàn)象，尤其是在河北省的北部和東部地區(qū)，地下水位每年下降速度在1～3 m，這對地下水資源的可持續(xù)利用構(gòu)成了嚴重的威脅。

1.2 水資源超采問題

在華北平原，長期的地下水超采導(dǎo)致一系列嚴重的環(huán)境與社會問題，使該區(qū)域成為全球地下水過度抽取最嚴重的地區(qū)之一。尤其是在河北省，地下水的持續(xù)下降不僅會導(dǎo)致地面沉降問題的加劇，還會引發(fā)水文地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜變化。河北省地下水降落漏斗主要集中在冀棗衡、滄州和南宮等深層地下水區(qū)域，以及寧柏隆、高蠡清、肅寧和石家莊等淺層地下水區(qū)域。這些漏斗區(qū)的面積達到4.26萬 km2。在河北平原，地面沉降累計量超過1 000 mm的區(qū)域面積達到9 440 km2。尤其是在滄州市區(qū)，地面沉降的最大值已經(jīng)達到2.727 m。

這種持續(xù)的地下水位下降不僅會造成含水層疏干、水質(zhì)惡化等多種地質(zhì)環(huán)境問題，還會對地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟發(fā)展造成深遠的影響。

2 地下水資源承載能力評價

2.1 水資源承載能力分析

地下水資源的承載能力是指在不破壞地下水生態(tài)系統(tǒng)和確保水資源可持續(xù)利用的前提下，地下水能夠承載的最大開發(fā)和利用程度[1-3]。地下水資源的承載能力不僅關(guān)系到水資源的合理開發(fā)和利用，還與區(qū)域的生態(tài)安全、經(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)。

河北省的地下水水位和資源數(shù)據(jù)主要收集自該省多年的地下水和地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作，主要根據(jù)《河北省地質(zhì)環(huán)境圖集》整理地下水資源量的信息。此外，地下水的開采數(shù)據(jù)主要來自歷年發(fā)布的水利部門公報和水利統(tǒng)計年報。

2.2 水資源承載力評估指標(biāo)體系

河北省的水資源承載能力評估指標(biāo)體系是一個多維度、綜合性的分析框架，旨在全面評估和監(jiān)控地下水資源的可持續(xù)性和承載力。主要從社會經(jīng)濟、地下水資源及自然生態(tài)環(huán)境等方面構(gòu)建該指標(biāo)體系，評估指標(biāo)體系見表1[4]。

2.3 承載能力評估方法

河北省地下水資源承載能力的評估是一個復(fù)雜的多維度過程，涉及水文地質(zhì)、社會經(jīng)濟以及環(huán)境保護等方面，該過程旨在量化地下水資源的可持續(xù)利用程度，以便為資源管理和政策制定提供科學(xué)依據(jù)。承載能力的評估公式可表示為：

C=f（W，R，P，E）（1）

式（1）中，C代表地下水資源承載能力；W代表水文地質(zhì)因素的影響；R代表社會經(jīng)濟因素的影響；P代表環(huán)境因素的影響；E其他額外因素[5-9]。

為反映地下水資源承載能力的實時狀態(tài)和長期趨勢，需要綜合考慮地下水資源的多維度特性和動態(tài)變化，計算公式為：

C=α（βiGi）+γ（δiSi）+ε（ζkEk）（2）

式（2）中，α、γ、ε是權(quán)重系數(shù)，用于調(diào)整不同類別因素對承載能力的影響程度；βi、δi、ζk是各個因素的影響系數(shù)。

2.4 水資源承載能力等級劃分

在地下水資源承載能力的分析中，對水資源承載能力進行等級劃分是關(guān)鍵步驟之一，目的是建立一個明確、可量化的標(biāo)準，用以評估地區(qū)水資源的可持續(xù)性和管理效率[10-14]。為了定量化地下水資源承載能力的評估，可以采用綜合評價模型，具體公式可以表示為：

承載能力綜合評分=wixi（3）

式（3）中，wi表示第i個指標(biāo)的權(quán)重，xi代表第i個指標(biāo)的實際觀測值。

3 地下水資源預(yù)警方法

地下水資源預(yù)警方法的核心在于準確預(yù)測水資源的變化趨勢，并及時采取措施以避免資源過度開發(fā)，利用先進的監(jiān)控技術(shù)持續(xù)追蹤地下水位和質(zhì)量的變化，結(jié)合氣象、地質(zhì)和水文數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)分析方法進行綜合評估[15]。建立地下水動態(tài)預(yù)測模型，通過模擬不同情景下地下水資源的變化趨勢，預(yù)測可能出現(xiàn)的超采或短缺情況，計算公式為：

Pt=α（Wt-Wt-1）+β（Rt-Rt-1）+γEt+δ（4）

式（4）中，Pt代表預(yù)警指數(shù)；Wt、Wt-1分別為當(dāng)前和前一時期的地下水位；Rt、Rt-1為相應(yīng)時期的降雨量；Et為環(huán)境因素的綜合評分。根據(jù)預(yù)警指數(shù)的高低，將地下水資源的狀態(tài)劃分為不同的預(yù)警等級，從而為決策者提供明確的指導(dǎo)，水資源預(yù)警等級劃分見表3。

藍色預(yù)警表示地下水資源狀況良好，無需立即采取行動；黃色預(yù)警表示地下水資源存在輕度超載，應(yīng)開始關(guān)注并采取預(yù)防措施；橙色預(yù)警表示地下水資源出現(xiàn)中度超載，需要采取緊急措施以防止進一步惡化；紅色預(yù)警表示地下水資源處于重度超載狀態(tài)，需要立即采取有效的措施以恢復(fù)水資源平衡。

4 結(jié)果與分析

4.1 水資源承載能力評價結(jié)果

河北省的地下水資源承載能力表現(xiàn)出顯著的地域差異（圖1）。在全省范圍內(nèi)，具有較高或高的地下水承載能力的縣區(qū)占比約為45%，主要集中在燕山南麓和太行山東麓的豐富水資源地區(qū)；承載能力低或較低的縣區(qū)占全省的18%，主要分布在太行山北部、壩上高原及濱海平原的東部區(qū)域。在河北省的平原區(qū)，超載現(xiàn)象普遍存在，覆蓋全省約70%的區(qū)域。而地下水資源盈余的縣區(qū)僅占全省的10%左右，主要分布在太行山區(qū)。

此外，地下水資源承載能力的極端分化在河北省表現(xiàn)得尤為明顯，位于太行山中南部山區(qū)和燕山南麓平原的西部具備強或較強承載能力的縣區(qū)占比約為40%，而河北平原中部的湖泊平原及張家口、承德的壩上地區(qū)承載能力較弱的縣區(qū)占比達到30%。

4.2 水資源預(yù)警結(jié)果

基于對河北省地下水資源承載能力的評估，進行了預(yù)警級別的研究（圖2）。河北省地下水資源面臨較高風(fēng)險的區(qū)域主要集中在河北平原中部的湖泊平原地區(qū)，尤其是滄州和衡水地區(qū)。太行山東麓的平原地區(qū)，尤其是邯鄲和邢臺交界的區(qū)域，以及城市郊區(qū)，也顯示出紅色和橙色的預(yù)警級別。

圖2? 河北省水資源承載能力預(yù)警等級的分布特征

4.3 預(yù)警結(jié)果分析

一方面，河北省的地下水承載狀況主要受到人類活動的影響，尤其是地下水的過度開采。太行山區(qū)水資源較為充沛，其開發(fā)和利用水平相對較低，一般不超過70%。相比之下，河北平原作為一個經(jīng)濟和工農(nóng)業(yè)高度發(fā)展的區(qū)域，大多數(shù)地區(qū)的地下水開采率超過100%。以1999年為例，河北省的地下水開采程度高達128%。將地下水承載能力的評價結(jié)果與河北省政府公布的地下水超采區(qū)、禁采區(qū)和限采區(qū)的范圍進行對比，其顯示出高達93%的一致性，說明地下水承載能力的評估與河北省地下水的實際超采狀況基本吻合。

另一方面，河北省地下水資源的紅色和橙色預(yù)警區(qū)主要集中在3個關(guān)鍵區(qū)域。由于市區(qū)及其周邊地區(qū)的經(jīng)濟快速發(fā)展和人口增長，工業(yè)和生活用水的需求超過地下水的可承載量；太行山前平原的邯鄲和邢臺交界區(qū)，在過去5年中，雖然深層地下水位的下降幅度通常小于5 m，但淺層水位卻普遍下降超過5 m，這種淺層水位的顯著下降是導(dǎo)致該區(qū)域紅色預(yù)警的主要原因；在河北平原中部的沖洪湖積平原區(qū)的深層水位大多呈下降趨勢，尤其是在衡水地區(qū)，過去5年間地下水水位變化范圍大多在6～10 m之間。這些預(yù)警結(jié)果與河北省地下水的實際狀況及由此產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)問題相符合。

5 結(jié)束語

分析了河北省地下水資源的開發(fā)現(xiàn)狀、承載能力及預(yù)警方法，深入探討了水資源承載能力的概念、評估指標(biāo)體系和評估方法，得出了河北省地下水資源承載能力的具體等級劃分。研究結(jié)果顯示，河北省地下水資源面臨著超采等挑戰(zhàn)，相關(guān)部門需要采取更為有效的管理措施來確保資源的可持續(xù)利用。

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