实施最严格水资源管理制度下河北省石家庄市平原区地下水开采量控制评估指标初探

李明良，张石春，范素萍，郝晓莉

（1.河北省水文水资源勘测局，河北 石家庄 050031；2.河北建设勘察研究院有限公司，河北 石家庄 050031；3.石家庄水文水资源勘测局，河北 石家庄 050011）

1 概述

为解决日益复杂的区域水资源问题，必须实行最严格的水资源管理制度，明确水资源开发利用红线，严格实行用水总量控制[1，2]。在实施最严格的用水总量控制中，北方平原区农业用水量大且难以准确计量，实施定量考核缺乏有效的手段，这是当前水资源管理的难点。

根据我国的实际情况，近期安装农业机井计量设施难以实现，只能采用间接的方法进行开采量调控和考核。在地下水开采程度较高的北方平原区，降水量、地下水动态监测已经运行多年，积累了丰富的历史资料；同时，水资源综合规划开展了现状水资源调查与评价[3]，对地下水开采量、降水量和地下水水位之间的关系有了更深一步的了解，通过相关研究可以实现地下水开采量控制的目的。这里以石家庄市平原区为示范区进行了相关研究。

2 技术思路

众所周知，地下水系统属于非常复杂的系统，影响因素众多，各地对地下水含水层情况了解掌握程度不一，因此不宜采用需要众多参数和资料的数值模型进行相关研究[4]，而应采用常规方法进行研究以便相关成果的推广和应用。

历年监测资料和用水量统计显示，农业用水量占总用水量的70%以上且与降水量关系密切，工业开采量呈现相对稳定状态，生活用水量呈现快速增长的态势。总体来看，区域地下水开采量基本维持在一个开采水平上下波动，未随着国民经济的高速发展而快速增加，表明开采状态近20年变化不大，可以用历史资料进行开采量控制分析。

地下水具有多年调节的特点，枯水期开采量大，丰水期开采量少，以丰补歉，实现地下水多年均衡；由于华北地区呈现地下水超采状态，这种均衡也表现为负均衡。北方平原区地下水均衡周期依赖于降水循环周期，应在能反映现状开采水平的降水周期下研究地下水开采量控制问题。

（1）研究近期降水系列的代表性。该降水周期的均值、丰平枯组合等参数均与区域长系列降水周期参数相近或相差较小，具有较强的代表性。

（2）分析在近期代表降水周期中地下水动态变化，建立地下水位年变幅、年降水量、年地下水开采量相关关系，并把地下水位年变幅值作为开采量控制的评估指标，有效实现开采量控制和定量考核。

3 示范区概况

石家庄市位于河北省中南部，地处太行山东麓、华北平原西缘，总面积14 077 km2，其中示范区面积6 754.4 km2，共涉及13 个县市（不含石家庄市的赞皇、灵寿、行唐3 个县和全部山区县）。示范区气候特点为春季干燥、风沙盛行，夏季炎热多雨，秋季天高气爽、冷暖适中，冬季寒冷少雪。降水主要受大气环流天气系统和地形条件的影响，示范区多年平均年降水量489.2 mm，年内降水分配不均匀，全年降水量的75%～80%集中在6—9月的汛期[5]。

示范区生活、农业、工业用水均以开采地下水为主。据调查分析，2008年区内共有地下水开采井12.17 万眼，其中农村生产井11.22 万眼、农业生活井4 237 眼、城市生活井564 眼、工业生产井4 699眼。农业开采井占全部机井总数的92%。生活开采井主要开采层位60～400 m；农业开采井主要开采层位分布在40～100 m，以开采浅层地下水为主；工业开采井的主要开采层位位于100～400 m，开采中、深层地下水。据调查分析，自20 世纪90年代至今，开采层位和开采水平基本保持一致。

石家庄市的浅层地下水类型基本属于入渗-开采排泄型[6]。浅埋深区分布于北部的新乐市、无极县北部，西北部的行唐和灵寿的平原区、正定韩家楼-里双店一带，西南部的元氏和赞皇县平原区。深埋深区分布在石家庄市区、赵县-高邑一带。

示范区地下水含水层均为松散岩类孔隙水含水岩组，主要由第四系松散沉积物组成，含水层多为亚砂土、砂、卵砾石，粒度粗、厚度大，水动力特征为潜水、微承压水。大气降水为主要补给来源，此外还有地表水体入渗、灌溉回归水以及侧向径流补给等；地下水径流条件较好，地下水排泄途径以人工开采为主。

4 近期降水量代表周期

选取代表现状开发利用水平的1991—2000年时段为计算时段，采用长短系列均值对比法和丰枯对比法，进行降水量系列代表性分析，来选定近期降水量代表周期。

4.1 均值对比

根据河北省水资源综合规划中水资源调查评价成果，1956—2000年降水量具有较好的代表性。因此，采用1956—2000年降水量系列作为长系列，进行近期降水量系列代表性分析。

经计算，示范区1991—2000 与1956—2000年年降水量系列均值分别为462.4 和489.2 mm，两者的比值为0.95。从总体来说，示范区1991—2000年年降水量系列具有较好的代表性。

4.2 丰枯分析

经分析，示范区1956—2000年降水量系列中，丰水年出现6 次，占13.3%；偏丰水年出现9 次，占20.0%；平水年出现14 次，占31.1%；偏枯水年出现12 次，占26.6%；枯水年出现4 次，占9.0%。示范区1991—2000年降水量系列中，丰枯情况是：1996年为丰水年，占10%；1995年为偏丰水年，占10%；1991、1993、2000年为平水年，占30%；1992、1994、1998、1999年为偏枯水年，占40%；1997年为枯水年，占10%。

从示范区1956—2000年降水量系列和计算单元1991—2000年系列丰平枯年份出现的频率来看，后者少了1 个偏丰年多了1 个偏枯年，总体来看两者较为接近。即1991—2000年系列有较好的代表性。

综合均值对比和丰枯分析成果，1991—2000年降水系列均值等参数以及丰枯组合均与1956—2000年长系列接近，能作为降水长系列的代表，选作近期降水量代表周期。

5 开采量调查与合理性分析

开采量调查首先要对当地现有的开采井数进行统计，同时统计开采量的不同用途，如生活用水、工业用水、农业用水、环境用水等等；收集现状实际生活用水定额、工业用水定额、农业用水定额等资料。同时，为便于水资源的分析与管理，开采量的调查还要区分开采层位。

由于开采量调查途径、统计标准、人为因素以及其他因素的影响，调查统计数字往往存在一些偏差和不合理成分，需要进行合理性校核与分析。分析方法主要有用水定额分析法、地下水动态分析法、单井出水量法、国内生产总值近似法、降水量相关法、系列分析法等等。通过大气降水、地下水位监测、不同行业用水控制和关联性分析，将调查统计中的不合理因素剔除，得到较为真实的地下水开采量成果。水资源综合规划时的水资源调查评价，是以县级行政区为单位，用上述方法对调查开采量进行合理性分析，对调查统计数字进行了合理性修正。水资源调查评价地下水开采量成果，见表1[3]。

开采量统计中出现的偏差，不能真实地反映当地水资源的利用情况，也就不能进行有效的管理。在水资源紧缺地区，每一方水都是非常宝贵的，确保水资源可持续利用，必须实行最严格的水资源管理制度，促进全社会科学用水、合理用水、节约用水。

6 评估指标

根据降水量和地下水动态资料和水资源调查评价成果，示范区1991—2000年平均年降水量为467.4 mm，平均地下水年变幅为-0.87 m（负值为下降），平均地下水开采量为20.9 亿m3。示范区地下水统计结果，见表1。

依据技术路线，采用多元回归法建立示范区地下水水位年变幅、年开采量、年降水量的相关关系。多元回归法是建立因变量y 与各自变量xj（j=1，2，3，…，n）之间的多元线性回归模型：

式中：b0是回归常数；bk（k=1，2，3，…，n）是回归参数。

表1 示范区地下水统计

在本研究中因变量为地下水年变幅△H，自变量两个分别是年降水量和年开采量。在统计软件SPSS 的支持下，使用SPSS 的多元回归分析模块，其中自变量进入方式采用“Enter”选项，即强行进入法，所选择的年降水量和年开采量两个自变量全部进入回归模型。

经分析计算，其多元回归方程为：

式中：△H 为地下水位年变幅 （m）； P 为年降水量（mm）；Q 为地下水年开采量（亿m3）。

多元回归方程相关系数为0.983，标准误差为0.29，回归平方和为24.667，残差平方和为0.431，总平方和为25.097，F 统计值为143.196，Sig.＜0.05，认为建立的回归方程有效，并呈现较强的相关关系。

上述方程表明年降水量（P）与地下水水位年变幅（△H）呈现正相关，地下水年开采量（Q）与地下水水位年变幅（△H）呈现负相关，符合实际情况。

该地下水水位年变幅即为示范区地下水开采量评估指标和考核指标。在上年度末给出本年度开采量作为开采量控制指标，本年末根据年降水量就可计算得出示范区地下水年变幅计算值，与地下水年变幅实测值相比就可掌握本年度水资源管理绩效并进行定量考核。考核办法可参见《年际地下水合理开发年际地下水水位合理变幅评估方法研究与示范》[7]相关成果。

依据示范区评估指标，若2010年度下达地下水开采量控制指标18 亿m3，实测年降水量为470 mm，则地下水年变幅计算值为-0.644 m，实测地下水年变幅为-0.5 m，则本年度地下水开采未超过制定的控制指标。

同样地，也可以通过实测年降水量和地下水年变幅实测值利用评估指标公式计算示范区地下水开采量，计算成果为该年度示范区地下水开采量为15.6 亿m3，未超出本年度18 亿m3的开采量控制指标，是为合格。

7 结语

依据水资源综合规划中水资源调查评价成果和积累的多年地下水、降水量资料，基于水均衡原理，在近期降水代表周期内利用地下水多年调节特性，在石家庄市平原区以地下水年变幅建立了地下水开采量控制评估指标，较好地解决了当前水资源管理中农业开采量难以计量带来了水资源管理和定量考核难题，对农业开采为主的地区实施最严格水资源管理制度的制定提供了科学支撑，具有广泛的应用价值。今后应加强降水年内分配对水资源管理的影响，进一步提高研究精度，为实施水资源利用红线服务。

[1]胡四一. 强化制度建设和监督管理 确保最严格水资源管理制度稳步推进[J].中国水利，2010（6）.

[2]张建云. 重视气候变化影响 做好最严格水资源管理制度体系设计[J].中国水利，2010（6）.

[3]河北省水利厅.河北省水资源评价（简本）[R].石家庄：河北省水利厅，2004.

[4]任印国.石家庄市东部平原FEFLOW 地下水数值模拟与研究[J].水文，2009（10）.

[5]石家庄市水利局.河北省石家庄市水文水资源手册[R].石家庄：石家庄市水利局，1996.

[6]陈望和.河北地下水[M].北京：地震出版社，1999.

[7]河北省水文水资源勘测局，山西省水文水资源勘测局.年际地下水合理开发年际地下水水位合理变幅评估方法研究与示范[R].石家庄，太原：河北省水文水资源勘测局，山西省水文水资源勘测局，2010.