地下水超采区划定方法对比分析

何 晔

(1.自然资源部地面沉降监测与防治重点实验室，上海 200072；2.上海地面沉降控制工程技术研究中心，上海 200072；3.上海市地质调查研究院，上海 200072)

地下水作为水资源的重要组成部分，既是维系区域生态环境的重要自然要素，也是保障社会稳定不可替代的基础支柱。然而全球地下水资源在气候变化和人类活动的影响下，消耗十分严重。近年来随着城市发展及生活水平的不断提高，地下水资源的供需矛盾日益突出，而地下水超采问题也日益严重，已经引起了诸如地面沉降、地裂缝、水质恶化和生态环境破坏等一系列与地下水超采相关的问题[1-8]。为加强地下水资源管理，保护优质的地下水资源，实现地下水资源可持续开发利用，保障经济社会可持续发展，需开展地下水超采区划定工作[9-12]，全面掌握地下水超采区现状和发展趋势，加快推进地下水超采区治理。

地下水超采区的划定方法随着划定工作的开展也趋于多样化并日益成熟，从最开始单一的开采系数法逐步演变为水位动态法、开采系数法和引发问题法等多种方法[13]。但无论水位动态法、开采系数法还是引发问题法都无法全面反映地下水超采情况，本文以上海市为例，对水位动态法、开采系数法和引发问题法等3种方法的划定结果进行对比分析，以期为地下水超采区划定及科学合理制定地下水资源保护措施提供依据和参考[14]。

1 区域概况

松散岩类孔隙水是上海地区主要的地下水类型，蕴含丰富的地下水资源，是本次地下水超采区划定的对象。

按照地质时代、水动力条件和成因类型，将第四系松散岩类孔隙含水层划分为全新统潜水含水层和微承压含水层，上更新统第一、二承压含水层，中更新统第三承压含水层，下更新统第四、五承压含水层。

上海浅层地下水资源的开发利用主要以乡村分散的土井开6采为主，目前全市浅层地下水的开采程度很低，主要为以基坑工程为主的工程建设活动的降排地下水量。全市地下水资源开发利用以深层承压水为主(即第二～第五承压含水层)。为满足工业生产和居民生活饮用等用途，自市区1860年开凿第一口深井以来，长期开采深层地下水，导致较严重地面沉降现象。近年，通过压采、调整开采层次和人工回灌等一系列措施，地面沉降逐步得到控制。

2 划定

根据《地下水超采区评价导则》[15]，主要采用水位动态法、开采系数法和引发问题法3种方法。本次利用监测数据年份为2001—2016年，统计分析以行政区域为单元，其中上海市区(黄浦区、静安区、徐汇区、长宁区、虹口区、普陀区、杨浦区)由于面积较小，合并为中心城区。

2.1 水位动态法

水位动态法是以地下水水位年均下降速率为评判指标进行超采区划定的方法。因地下水开采造成地下水水位呈持续下降趋势划定为一般超采区，浅层孔隙水水位年均下降速率大于1.0m/a或深层孔隙水水位年均下降速率大于2.0m/a划定为严重超采区。

本次利用水位监测数据，按各区统计水位动态变化趋势，统计结果见表1。

表1 地下水水位年均变化速率统计 单位：m/a

由表1可知，上海市区各含水层地下水水位总体呈现上升态势，仅局部地区地下水水位有略微下降。可知上海市区各含水层无地下水位持续下降地区，因此，根据地下水位变化动态特征，全市无地下水超采区。

2.2 开采系数法

开采系数法是以地下水开采系数为判别指标进行超采区划定的方法。地下水实际开采量超过可开采量划定为一般超采区，若年均地下水开采系数大于1.3，则划定为严重超采区。

针对上海市实际情况，浅部潜水和第一承压含水层地下水长期来未予开发利用，年度无计划开采指标；深部第二、三、四、五承压含水层地下水资源丰富且水质较好，是上海市常年开发利用的主采层。为此，根据开采系数法进行地下水超采区划定时，对于浅部潜水和第一承压含水层不予考虑地下水超采区划定。各行政区含水层实际开采量、可开采资源量以及开采系数见表2。

表2 上海市第二、三、四、五含水层地下水开采系数统计 单位：m3

可知各区各含水层开采系数均远小于1，故根据开采系数法，全市无地下水超采区。

2.3 引发问题法

引发问题法是以地下水开采诱发的生态与环境地质问题为评判指标进行超采区划定的方法。上海市因地下水开采造成的生态与环境地质问题主要为地面沉降。根据引发问题法，因地下水开采引发了地面沉降则划定为一般超采区；因地下水开采引发的年均地面沉降速率大于10mm/a划定为严重超采区。

由表3可知，大部分区域多年平均沉降速率小于10mm/a，只有如崇明东滩新成陆区等局部区域沉降稍大，因此根据引发问题法划定上海全市为一般超采区。

表3 上海市地面沉降速率统计 单位：mm/a

3 对比分析

可知3种方法得出的划定结果不尽相同，对比分析主要原因如下。

(1)根据水位动态法划定上海市无地下水超采区，这主要是由于上海随着集约化供水能力不断增大，全市通过地下水年度开采量持续压减、调整开采层次和人工回灌等一系列措施，持续深化地下水资源管理，使得由于历史超采造成的较低地下水位逐步恢复；可见水位动态法可以比较好的反映区域当下的超采情况，但水位动态法需要在各个区域不同含水层都有一定数量的长期水位监测井，根据长期监测数据才能比较全面的分析统计区域内地下水位的变化态势，因此采用水位动态法对划定区域内地下水的监测研究程度有一定要求。

(2)根据开采系数法，开采系数远小于1，上海市无地下水超采区；可知开采系数法能比较直观的反映地下水超采与否，但对地下水可开采资源量的计算精度及地下水实际开采量的统计都有较高要求。

(3)根据引发问题法上海全市被划定为一般地下水超采区，这主要是由于地面沉降相对地下水位的滞后性及不可逆性，上海历史地下水超采导致的累积地面沉降仍较大，且工程建设，特别是深基坑降水引发的局部区域差异沉降仍长期存在；可知引发问题法更反映划定区域历史的超采情况，在历史上存在超采或已实行地下水管控的情况下，比较适用。

4 结论和建议

(1)水位动态法可以比较好的反映区域当下的超采情况，但对划定区域内地下水的监测研究程度有一定要求。

(2)开采系数法能比较直观的反映地下水超采与否，但对地下水可开采资源量及实际开采量的计算统计都有较高要求。

(3)引发问题法更反映划定区域历史的超采情况，在历史上存在超采或已实行地下水管控的情况下，比较适用。

(4)不同方法划定的结果存在差异，开展地下水超采区划定时，应考虑综合多种方法，全面分析地下水位、地下水采灌历史及生态地质环境问题等，同时政府管控影响也应纳入考虑，以期得到最适宜划定结果。