新时代北京地下水可持续发展工作探究

任永强

（北京市地质矿产勘查院，北京 100195）

摘 要：新中国成立后，系统的水文地质工作为首都社会经济发展提供了基础资源保障，但进入高质量发展的新时代后，如何满足新发展理念需求，成为当下面临的重要任务。回顾70年来北京水文地质普查、供水勘查、地下水资源环境调查评价、动态监测等成果，分析地下水位下降、地面沉降、地下水质超标等环境地质问题，以及未来可能的供水安全隐患和基础水文地质工作程度与新时代发展要求的差距，结合北京具体情况，提出未来几年实现地下水可持续发展的工作思路，以及建设地下水资源保障工程;构建地下水环境保护预警体系;开展地下水对生态环境保护支撑研究;创新和提升基础水文地质工作;推进新技术、新方法、新设备应用和研制;推动复杂条件地下水模拟模型;构建地下水资源空间信息系统等建议。

关键词：新时代;地下水;可持续发展;北

Discussion on sustainable groundwater development in new-era Beijing

REN  Yongqiang

（Beijing Institute of Geology， Beijing 100195， China）

Abstract： Systematic hydrogeological work after the founding of the People's Republic of China has provided the basic resources for the social and economic development of the capital city Beijing. But it still calls for actions to be taken in this field in order to meet the needs of the new development concept in the new era characterized by high-quality development. In this paper， the results of hydrogeological surveys， water supply surveys， groundwater resources and environmental surveys and groundwater monitoring in the past 70 years in Beijing have been reviewed ， and environmental geological problems， such as groundwater level declining， land subsidence and groundwater pollution， as well as the potential risks of water supply in the future have been analyzed. It is concluded that measures related to sustainable groundwater utilization are of great importance， such as launching groundwater resources guarantee project， establishing groundwater environment protection system; carrying out research about the supporting effect of groundwater on eco-environmental protection; upgrading the basic hydrogeological work， promoting the application of new technologies， methods and equipment， conducting groundwater simulation models for complex hydrogeological conditions， and building a groundwater resources spatial information system.

Keywords： new era; groundwater; sustainable development; Beijing

我國的现代化建设进程进入了新时代，经济、政治、文化、社会和生态文明建设五位一体总体推进，在注重经济社会高质量发展的同时，更重视生态环境保护。水资源具有资源、环境和生态多种功能和属性，稳定可靠的水资源供给对人类和社会经济可持续发展至关重要，同时又是生态环境的重要组成部分;地下水作为北京水资源的重要组成部分，在经济社会发展历程中发挥了重要作用，避免了多次连续干旱引起的供水危机，同时也出现了地下水超采、水质变差、湿地减少等问题，2014年12月7日南水北调江水进京，北京的水资源形势发生了新的变化，面对新发展形势，作为国民经济基础性、先行性的水文地质工作面临新的选择。

在回顾和总结70年来北京水文地质工作的基础上，根据新时代经济社会发展新需求，结合近几年新的水资源形势变化，查找现状工作存在的差距和问题，针对目前北京的现实情况，提出实现地下水可持续发展的工作思路与建议。

1 以往工作综述

北京开发利用地下水的历史久远，早在东周时就有瓦井和土井，至1949年北京市解放前夕共有机井123眼，农业主要是靠天吃饭（北京市地质矿产勘查开发局等，2008a）。解放后开展的水文地质工作紧密结合首都的经济和社会发展需求，成效显著。

（1）20世纪50—70年代

新中国成立后组建了专业水文地质队伍，在城近郊区和房山、大兴、通州、顺义等区县进行了水文地质普查，在永定河冲洪积扇开展局部1∶50 000和区域1∶100 000供水水文地质勘测，为规划工业、生活和市郊农业灌溉用水提供了基础资料，为新建第五、第七水厂，扩建第二、第三、第四水厂提供了水源地。70年代初期北京连续干旱，城区地下水位下降，自来水厂供水不足，在潮白河冲洪积扇打井31眼，为市第八水厂提供水源。在房山、大兴、通州等郊区县开展了1∶50 000农田供水勘测，并掀起抗旱打井熱潮，到70年代末，农业井数达到3万余眼，确保了农业旱涝保收。1956年陆续开展地下水位和水质监测，水位监测范围由城近郊区逐渐扩展到了8个郊区县，水质监测覆盖城近郊1100 km2（北京市地质矿产勘查开发局，2008b）。

（2）20世纪80—90年代

80年代初期北京连续5年干旱，密云、官厅两水库上游来水减少，地表供水减半，为确保城市供水不得不继续挖掘地下水潜力，工作逐渐由市区到郊区，从浅层到深层，从第四系孔隙水到岩溶裂隙水，先后开展了通县摇不动地区、黄村和通县卫星城、大兴念坛、通州龙旺庄和第三水厂、石景山水厂扩建，燕山石化、东方化工厂等供水勘查工作。农田水文地质工作逐步转向了农业区划方向。这个阶段地下水占城市总供水的70%左右，超采维持时间最长。后期逐步开展了地下水污染调查、城市垃圾填埋对地下水环境影响评价、地下水人工调蓄试验以及地面沉降和地下水开采关系等综合水文地质工作。

（3）21世纪初—2014年

21世纪初北京再次出现连续枯水年份，为确保城市供水和奥运盛会等重要活动用水需求，地下水勘查围绕城市应急水源地开展，完成了怀柔、平谷、房山张坊和昌平马池口等应急水源地的勘查评价和施工。结合国土资源大调查相继开展了首都地区地下水资源和环境调查评价、华北平原地下水可持续利用调查评价（北京）工作，在地下水系统划分、水质分层评价、垃圾填埋场地环境效应评价、有机污染调查、地下水资源计算评价、循环演化规律和信息系统建设等方面取得重要成果;在北京市多参数立体地质调查工作中对地下水资源潜力进行了评价;在开展的北京市平原区地下水环境监测与初步整治方案项目中整合、补充和完善了北京平原区地下水环境监测点，建成了平原区地下水环境监测网。系统开展了岩溶水资源勘查评价工作，完成了系统划分、资源评价、监测体系建设、开发利用保护规划，遴选了两处应急水源地靶区（北京市水文地质工程地质大队，2014）。

（4）2015年以来

2014年底南水北调水正式进京，随着南水的不断增加，为减采和养蓄地下水创造了条件。近几年来，地下水压采和局部回补措施使得地下水位呈现回升趋势，面对新形势，开展了基于新水情下的北京地下水资源可持续利用调查评价和地下水位上升对地下水环境影响研究工作;随后进行了冬奥会延庆场馆水源保障勘查、城市副中心海绵城市地下水环境详查、第八水厂水源地上游地下水污染调查、北京地区泉水调查和南水北调进京后北京市主要地下水库调蓄调查及优化研究等工作。为更加全面掌握北京地下水环境状况，及时了解南水北调水进京对地下水的影响，建设了覆盖全市域立体分层的地下水环境监测站网。

2 存在问题和不足

70年来，北京市的水文地质工作在服务国民经济发展，保障首都城市供水安全，农业旱涝保收、城市规划和建设等方面取得了巨大成就，但与新发展阶段要求相比存在以下问题和不足：

（1）地质环境问题依然突出

地质环境是自然环境系统中影响人类生存与发展最重要的组成部分，地下水资源的过度开发，引发了地下水位持续下降、地面沉降、地裂缝和地下水质超标等地质环境问题以及地下水溢出消失、湿地退化和泉水枯竭等生态环境问题。

20世纪70年代末，北京多次出现连续枯水年，地表水严重不足，不得不超采地下水，地下水位总体处于持续下降状态，部分地区形成降落漏斗;北京地面沉降现象发生较早，20世纪70—80年代开始大面积形成，后期仍呈现不断发展趋势;从多年监测结果看，北京浅层地下水水质超标问题突出，超标范围（与2011年同期相比）仍然在扩大（北京市水文地质工程地质大队，2019）。地下水位的大幅度下降，土壤包气带变厚，溢出带消失，地面植被不能吸取土壤水分，破坏了自然生态环境，出现湿地退化、土地沙化问题;山前部分泉水，如玉泉山泉、白浮泉等已消失。随着南水北调水进京，落实压采措施，并相继实施潮白河、永定河和部分河湖生态补水工作，近几年平原区地下水位有回升态势，但总体来看地质环境问题依然突出。

（2）水资源保障体系安全风险依然存在

保障水资源绝对安全是首都水文地质工作者的首要任务，南水进京以后，北京市的水源构成发生了变化，2019年全市总供水量 41.7 亿m3，地下水 15.4 亿m3，占总供水量的 36.9%（北京市水务局，2020a）;再生水、南水北调水和本地地表水累加占总供水量的63.1%，历史经验告诉我们，地表水受降水量影响年际变化大，南水由于长距离输水和被污染风险大，再生水的大规模利用存在污染地下水环境隐患。

地下水超采引起的地下水位下降，在水源地区域可以直接造成水源地出水能力下降;北京主要地下水源地位于永定河和潮白河两大冲洪积扇顶部区域，天然防污性能脆弱，极易受到工业、生活污水以及上游再生水影响。

截至2020年11月底，南水北调工程调江水入京水量已经超过60亿m3，其中向水源地补水7.2亿多方（北京市水务局，2020b），如何高效利用南水对现有水源地蓄养是当下面临的现实问题。

（3）对生态环境工作支撑不足

生态文明建设挑战很多、矛盾突出，推进生态文明建设还有不少难关要过。近几年北京市的生态环境质量持续改善，但是距离发达国家世界城市水平和人民群众美好生态环境期待还有很大距离。

生态环境是自然环境系统中影响人类生存与发展的重要组成部分，受自然环境中的气候环境、水环境、地质环境和土壤环境的相互影响和制约。水文地质工作内容和研究对象是地下水含水层和地下水环境，地下水环境保护是生态环境保护的重要组成部分。生态环境的治理和修复是一项复杂的系统工程，需要多部门、多学科配合（中国科学院，2018），生态文明建设过程给水文地质工作者提出了更高的要求，现有工作难以满足生态文明建设过程需求。

（4）基础水文地质工作程度亟待提升

以往一些基础性水文地质工作，仅仅满足當时的基本需求，随着政府部门职能调整以及对河湖林田草等自然资源统一管控和多规合一政策实施，现有成果无论是比例尺、工作精度还是成果内容难以满足现实需求，无法支撑水资源确权和流域生态环境保护工作。以往成果报告提出的建议在实用性、可操作性和科学性等方面有待进一步提高。

人类活动以及自然条件变化，地下水补径排条件的变化，地下水位的下降使得包气带、含水层的厚度和取水层位发生了很大变化，用于地下水资源计算评价的现有基础参数难以满足计算评价成果的质量和精度。

几十年来积累了大量的调查、监测成果和原始数据，但对其综合分析研究程度不够，对地下水系统物质和能量交换以及溶质运移规律的认识有限，无法支撑资源与环境承载力预警预报体系建设和生态环境修复治理效果评估。

（5）空间信息系统建设需要与时俱进

70多年来取得了大量的技术成果报告和图件，积累了巨量的地层、水位、水量、水温、水质等资料信息，建立了一些空间数据信息系统，随着信息技术特别是互联网、物联网和人工智能技术的飞速发展，政府多规合一和山水林田湖的统一管控对水文地质成果需求也发生了新的变化，政府和社会对水文地质成果质量、表达方式、便利程度等提出了很高的要求。

3 可持续发展工作建议

3.1 建设地下水资源保障工程

北京拥有永定河和潮白河两大冲洪积扇，地下水储存量大，具有多年调节的条件，历史上曾经多次化解供水危机，可以说地下水是北京市安全供水的压舱石，因此北京的供水要立足于本地水源不动摇，建立地下水安全保障工程非常必要。包括以下几个方面：

深入调查研究现有地下水源地现状，加强现有地下水源地（包括应急水源地）的保护，提升可持续开采能力，以备遇到连续干旱或其他突发情况发生时能够及时提供充足的水资源保障能力。

继续开展城市应急集中地下水源地的勘查评价，选择可供应急备用水源地靶区，评价其应急期以内的可开采量，保证水质符合饮用水标准，同时要建设配套工程，确保在非常时期满足用水需要。

为高效开展南水北调水养蓄地下水资源，加大地下水涵养力度，要开展基于生态环境良性循环的地表水与地下水联合调蓄工程与调蓄模式实施研究工作。在潮白河和永定河冲洪积扇的中上部，具有开展地表水与地下水联合调蓄的良好条件，利用河道、砂石坑、大口井及渗水廊道等建设调蓄工程;继续开展建设地下水库工程勘察评价研究工作，为建设地下水库工程提供技术支撑，以提高地下水供水保证率。

3.2 构建地下水环境保护预警体系

继续开展地下水污染现状以及每5年开展一轮污染源调查，以掌握全市污染源变化情况;开展重点污染源专项调查，以查清污染特征、追溯污染来源，评估污染风险。

进一步完善地下水环境监测网。在面对地下水污染形势的复杂局面，针对已建成的地下水环境监测网络，要在监测点位、层位、监测频率以及检验测试项目等方面进一步优化;随着工业化进程加快，人工合成的各种化合物使用，地下水中各种化学组分变化较大，再加上分析测试技术不断进步，要按照新的国标开展地下水环境监测工作，以全方位掌握地下水环境动态，为建设预警预报系统提供基础资料。

开展以保护永定河和潮白河冲洪积扇地区等重要地下水水源地区域为重点的地下水资源环境综合地质勘查工作，提出保护北京市两大地下水储存空间的具体措施。构建针对地层天然防护性能差，地表水地下水水力联系密切，地下水极易受到外界污染的大型地下水源地污染预警防控体系。

开展再生水利用地质适应性评价，研究制定再生水利用排放技术规范，为再生水安全利用提供技术支撑。 选择成熟地区建设地下水污染修复示范工程，开展修复实验，积累技术经验。

3.3 开展地下水科学对生态环境保护工作研究

开展全市生态水文地质调查工作，选择跟地下水文要素变化有关的生态环境问题进行研究。分析地下水的水位、水质、水量、水温及包气带的含水率、含盐量、温度等水文要素与生态环境之间的关系，确定影响生态环境的主要地下水特征参数，指导地下水资源合理开发和生态环境保护的实践。

针对北京的重要大泉和湿地恢复开展综合水文地质工作，深入分析泉水断流和湿地退化的自然和人为因素，通过建立数学模型等手段优选泉水和湿地恢复方案。

3.4 提升基础工作水平

加强变化环境下水循环演变问题研究。查明人类活动和自然变化影响下水文参数变化、水循环通量及要素的演变特征，全面更新水资源基础数据;以地球系统科学理念开展流域水资源调查工作，针对重大地质问题开展专题研究，提升水资源评价精度和管理水平，为生态文明建设和国家重大规划提供服务与支撑。

按流域开展相应水文地质和水资源调查工作。 针对政府机构职能调整和对河、湖、林、田、草等自然资源统一管控和空间规划要求，按流域开展相应的水文地质工作，充分集成以往各类调查评价资料，尤其是利用中大比例尺水文地质调查工作，开展适度补充调查，进行流域水资源评价，为水资源确权和流域水资源水生态及承载能力综合评价提供基础资料。

针对南水北调水进京，地下水有序减采，局部地区地下水位有逐步回升趋势，要深入开展地下水位上升引起的地质环境影响变化，与相关单位合作开展对城市基础设施安全的影响研究，建立有效的预测预警机制，确保城市安全运行。

继续开展基础地质地层和地质构造勘查研究，深入分析地质构造条件对深部地下水空间分布、循环以及基岩水与第四系地下水水力联系影响，为集中开采水源地的遴选和精确评价地下水资源量提供基础资料。

做好地下水动态监测和地下水质量监测工作，建设和完善覆盖全市乃至京津冀地区的地下水监测系统，为政府和社会及时提供水位和水质信息，为相关地下水项目研究积累基础数据，为水资源统一调配管理和提高水资源精细化管理水平提供基础支撑（吕晓俭，2016）。

3.5 技术方法更新

充分消化和吸收国内外先进的自动监测和水文地质勘探、测试、模拟、遥感、同位素等新技术新方法;引进和更新一批先进的勘探和实验设备;探索和研究地下水资源环境承载力评估、含水层修复、新型污染物调查、水土污染快速调查分析、水质动态监测预警、污染源及污染途径快速识别技术方法。

完善现有一系列地下水系统水流、水质模拟模型，随着对水文地质条件认识程度的提高进一步更新優化地下水系统空间结构模型;加强对复杂系统基岩裂隙水流、岩溶大孔隙水流模拟方法研究;探索建立基于地质环境条件、建筑基础安全、生态友好等多约束条件的地下水优化管理以及区域尺度的地表水—地下水相互作用与联合调度的地下水管理模型;提出南水北调进京后等新水情下地下水的优化开采配置方案，提供水源地最优开采方案、地下水库优化调蓄方案、地下水可持续开发利用最优决策、流域水资源优化配置与调控、管理方案等。

3.6 建立地下水资源空间信息系统

利用GIS技术建立空间数据库系统，实现与水文地质相关的时空信息一体化存储，实时查询，在此基础上利用海量数据发布技术实现地下水资源信息的科学化规范化管理。研究3S、虚拟现实（VR）、专家系统（ES）、决策支持（DSS）等技术，结合大量区域水文、水文地质调查资料、卫星数据、水文地质剖面探索构建真实再现水文地质体的三维可视化模型，实现各种信息的多维可视化、查询和输出，实现流域水资源的统一管理。

4 结语

进入新发展阶段，北京地下水可持续发展工作要立足本地水资源不动摇，地下水环境保护不放松，在聚焦建设地下水资源保障系统，构建地下水环境保护预警体系，夯实基础水文地质工作，构建空间信息系统等工作同时，要更加注重对生态环境保护、治理工作和生态修复工程的技术支撑。但面临着地质环境问题突出和地下水污染治理修复存在巨大困难等严峻挑战，需多学科融合，多部门配合，不断实践总结，突破关键技术，为生态文明建设做出贡献。

参考文献：

北京市地质矿产勘查开发局， 北京市水文地质工程地质大队，2008a. 北京地下水[M].北京：中国大地出版社.

北京市地质矿产勘查开发局，2008b. 北京地质工作五十年[M]. 北京：中国大地出版社.

北京市水务局，2020a. 北京市水资源公报2019[EB/OL]. http：//swj.beijing.gov.cn/zwgk/szygb/202009/t20200918_2067751.html

北京市水务局，2020b. 北京南水北调工程调江水入京水量达到60亿立方米[EB/OL].http：//swj.beijing.gov.cn/swdt/swyw/202011/t20201127_2152522.html

北京市水文地质工程地质大队，2014. 北京岩溶水资源勘查评价工程[R].

北京市水文地质工程地质大队，2019. 北京市平原区地下水环境监测网运行[R].

吕晓俭，2016. 北京水文地质工作回顾与展望[J]. 城市地质，11（1）：1-3.

中国科学院，2018. 中国学科发展战略：地下水科学[M]. 北京：科学出版社.