地下水双控指标体系构建研究

一、前言

由于地下水开发利用不合理、区域超采，引发了一系列水资源和生态环境问题，《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》（国发〔2012〕3号）要求地下水管理要实行取用水总量控制和水位控制“双控管理”，做到科学、合理开发利用地下水资源，为最严格水资源管理制度的实施提供技术支撑和科学依据。由于地下水开采与水位变化密切相关，在总量控制的前提下，进一步加强地下水位监控，实施地下水“双控”管理，是新时期地下水管理工作的重要命题。

平度位于胶东半岛西部，地下水长期以来作为当地人民生活和工农业生产的重要供水水源，开采程度较高。平度北胶莱河水源地地质单元较为独立和完整，受外界干扰较小，适宜作为地下水“双控”典型区域。

二、地下水位与降雨量、开采量的多元回归分析

1.数据资料

（1）降水量

本次研究选取了北胶莱河区内郑家、曹家、北昌村、杨家、黄山后、北台、王仙庄、玉石头、蓼兰、平度、荆兰庄雨量站点，采用算术平均法求得了该区逐年降水量（1956—2014年），见图1。

（2）地下水水位

选取有代表性地下水监测站，采用算术平均法分别求得各分区1980—2014年逐年水位，见图2。

（3）地下水开采量

地下水开采量取自2002—2013年《青岛市水资源公报》，北胶莱河区年地下水开采量历年变化见图3。

2.多元回归模型建立

研究区地下水主要类型为第四系松散岩类孔隙潜水，地下水主要补给来源为降水，主要排泄途径为人工开采，地下水位受降水和开采影响最为显著。因此，为实现地下水双控管理，需要对以上因子间关系进行研究，本次选用多元线性回归方法研究地下水水位与降水量、开采量的关系。

根据北胶莱河区多年的开采量、降水以及地下水位监测资料，建立北胶莱河区年水位变幅、地下水开采量和降水量三者的回归模型为：

Y=12.85X1+1.47X2-9.29

式中：Y为年水位变幅（mm），X1为年降水量（mm），X2为年开采量（m3）。

计算得北胶莱河区水位变幅、地下水开采量和降水量三者间的相关系数为0.96，相关性很高。复测定系数为0.92，表明降水和开采量可以解释地下水位变幅变差的92%。另外，F检验中Significance F远小于0.05，显著回归。自变量和随机变量的回归系数t统计量的P值均小于显著性水平0.05，显著回归。

图1 北胶莱河区历年降水量变化曲线图

图2 北胶莱河区历年平均地下水位变化曲线图

3.模型验证

选用Nash-Sutcliffe系数（以下简称Ens）和偏差百分比Rs 两种有效评价模拟效果的指标，来检验模型的模拟效果。选取2011—2013年地下水位变幅观测值分别针对北胶莱河区回归模型模拟效果进行验证，得Ens=0.898，大于0.75，且Rs=0.318，小于0.5，综合判定评价结果为优秀。

三、地下水“双控”指标建立

1.开采量控制指标建立

开采量指标选用地下水可开采量与最严格水资源管理制度控制指标值的较小者。最终确定北胶莱河区地下水开采量控制指标为1.037亿m3。

2.水位控制指标建立

首先利用含水层厚度比例法初步确定基准水位。根据水源地一带水文地质条件和钻探资料，地下水位达到开发利用目标含水层组厚度的2/3时划定为基准水位，对应地下水埋深为16.93m。在基准水位确定的基础上，采用水均衡法划定地下水位警戒线。水均衡方程为：

W可=Q总补-Q总排+102（h1-h基）μF

式中：

W可—计算时段内，计算区内可供开采的地下水量，万m3；

Q总补—计算时段内，计算区内总补给量，万m3；

图3 北胶莱河区历年开采量变化曲线图

表1 北胶莱河区水位模拟结果表

Q总排—计算时段内，计算区内总排泄量，万m3；

h1、h基—计算区的计算时段初及基准水位，m；

μ—给水度，0.13；

F—水源地面积，14461.5km2。

以基准水位为起点，基准水位以上满足3个月、2个月、1个月正常供水水量所对应的代表水位作为黄色警戒线、橙色警戒线、红色警戒线。

求得北胶莱河区黄色警戒水位、橙色警戒水位、红色警戒水位对应的地下水埋深分别为16.16m、16.35m、16.61m。

四、地下水“双控”下的回归模拟

将已建立的回归模型应用在青岛市最严格水资源管理制度下的水位模拟中，对比警戒水位划定结果判断该水位模拟值是否合理。分别选取丰平枯年份的降水量作为输入量，模拟丰平枯降水条件下的地下水水位。模拟结果见表1。在青岛市最严格水资源管理制度用水总量控制指标下，丰平枯年份北胶莱河区地下水埋深均控制在各警戒线水位之上。

五、结论与展望

在对北胶莱河区降水量、开采量、地下水位及其他相关资料充分收集整理的基础上，采用回归分析的方法建立了回归方程，经验证明拟合效果较好；另外，采用青岛市现行的地下水位双控管理思路划定了北胶莱河区黄、橙、红警戒水位线，结果表明，北胶莱河区建立的回归模型可应用于该地区的地下水位预测工作，且在最严格水资源管理制度下对于指导和管理地下水开采工作具有重要意义■