保定市地下水压采效果综合评价

林振生，曹文庚，南 天，屈吉鸿

(1.华北水利水电大学，郑州 450046； 2.中国地质科学院 水文地质环境地质研究所，石家庄 050061； 3.自然资源部地下水科学与工程科普基地，石家庄 050061)

1 概 述

随着地下水开采活动引发的资源环境问题日益增多，地下水开采-生态系统稳定相关性研究成为研究热点。石建省[1]等以深层地下水可利用量和现状开采量为指标体系，对地下水超采情况进行了分析和评价；杨国强[2]等初步构建了年均地下水水位持续下降速率、地下水开采临界水位等指标作为地下水超采评价的指标体系，并评价地下水水位变化；高玉阳[3]研究人类活动影响下乌苏市地下水水位变化趋势，结合地下水开采量、地表水引水量的指标对地下水水位动态演化趋势进行分析。

上述研究多数是从水位、地下水开采量的指标分析评价地下水水位动态变化状况。本文在前人的基础上，从地下水供水结构、水位变化、水资源3个角度出发，构建地下水压采效果评价的指标体系，对地下水压采实施后效果进行评价分析，为地下水超采区治理工作提供科学依据。

2 研究区概况

保定市平原研究区，北临京廊，西依太行，东临沧衡，南邻石家庄，平原区面积约1.1×104km2(图1)。据《保定市第二次水资源评价报告》显示，保定平原多年平均地表水资源量为1.49×108m3/a，地下水资源量为15.79×108m3/a，浅层地下水可开采资源量为15.39×108m3/a。自20世纪80年代开始大规模开采地下水，多年的地下水超采造成地下水水位持续下降，形成多个浅层地下水位降落漏斗[4]，2018年6月浅层地下水位等值线见图2。

图1 研究区范围

图2 2018年浅层地下水等水位线

3 研究方法

基于《华北地区地下水超采综合治理行动方案》和2018年水资源公报资料的数据，通过层次分析法为各指标赋权重。根据权重值，将各指标加权叠加，从而得到地下水供水结构、水位变化、水资源的指标评价值；将三大评价指标结果再次加权叠加，得到保定市的地下水压采评价结果。

3.1 指标体系法

3.1.1 地下水压采评价指标选取

本次针对地下水的压采效果进行评价，建立评价指标体系遵循科学性和简便性的原则，根据前人研究成果[5-15]并结合保定市水资源开发利用现状，初步选定8个指标。

3.1.2 地下水压采评价指标标准化

通过《北京市水资源公报》《天津市水资源公报》以及河北省各地级市水资源公报的数据，得出指标的直方图(图3)。各指标在“20%，40%，60%，80%”进行断点，华北平原在各指标进行“五分”，研究区的地下水压采效果根据这4个指标均可划分为5个层级。

图3 评价指标分级图

实际水位控制指标分级标准化根据谢新民等[14-16]的研究可知，地下水水位可以根据研究区实际的水文地质条件划分为3个临界水位。适宜水位：根据多年平均地下水位确定；预警水位：地下水位系列资料最低值在含水层顶板的1/3；禁采水位：地下水位系列资料最低值在含水层顶板的2/3[16]。

水位变幅根据《地下水超采区评价导则》中以地下水下降速率对超采区分级作为参考来划分指标评价等级，水资源开发利用程度和超采区变化率的指标采用分段线性隶属函数对指标进行划分等级[17]。各评价指标分级及分值对应见表1。

表1 二级指标标准化得分表

3.1.3 地下水压采效果评价分级

对一级指标值计算时需要对各二级指标进行累加，因此需要对二级指标分配相应权重。一级指标计算公式可表示为：

(1)

式中：EEI为一级评价指标值；w为二级指标权重系数；β为一级指标权重系数。

最终根据目标层总得分评价压采效果，评价结果一般可以分为3～5级。本次工作将其分为4级，得分对应的评价等级见表2。

表2 压采效果评价分级

3.2 层次分析法

本次确定权重的方法采用的是层次分析法，其优势在于：通过建立地下水压采效果评价体系进行多项指标综合评价，降低了单一划分方法的不稳定性，使地下水压采效果评价更科学。见表3。

表3 评价指标体系

4 结果与分析

4.1 指标层权重结果

通过一些专家打分构建各层指标的判断矩阵，用SPASS软件得到一致性指标CI值和一致性比例CR值。结果表明，准则层对子准则层以及层次的总排序满足检验标准，最终确定的各层指标权重见表4。

表4 压采效果评价指标权重值

4.2 地下水压采效果评价结果

通过查阅《保定市水资源公报》，得到2018的保定市各县的原始数据，计算出8个评价指标值，见图4。最后计算得到保定市压采效果评价各项指标的得分，见表5。

图4 评价指标值

表5 压采效果评价指标标准化得分表

通过式(1)，计算出保定市各县压采效果的综合指标值并评价保定市各县的压采效果，见图5。

图5 保定市各县压采效果

根据上述评价结果可知各分区地下水压采效果状况。保定市区、顺平县和易县地下水压采效果差，说明地下水超采未得到有效控制，主要原因是区域的水位变幅在-2～-4 m，水位下降大；此外水资源开发利用程度在1.0～1.2之间，水资源开发利用量超出水资源可利用量，导致水位恢复效果差。徐水县、蠡县、唐县、雄县、安新县和容城县的压采效果等级为有限，地下水供水占比0.7～1，该区域对地下水的供水需求较大，但是水位变幅在-2～-1 m,水位下降幅度比较小，使得压采效果有所提升。满城县和高阳县的地下水压采效果良好，表明水资源利用分配合理，地下水水位恢复较为理想，原因是该区水位恢复的各项指标和水资源开发利用程度指标都表现得较为良好，水位得到了较好的恢复；其次该区的居民、农业、工业在地下水供水量相对减少，说明已找到替代水源来满足用水需求，减少了对地下水的开发利用，因此该区地下水压采效果较好。

5 结 论

1) 本文以保定市地下水开采区为研究对象，运用指标体系对地下水超采区实施压采措施的效果进行评价。通过保定市自然地理、水文地质条件、水资源利用现状，从地下水供水结构、水位变化和水资源三方面建立地下水压采效果评价指标体系，对地下水压采实施后效果进行评价分析，以支撑地下水压采工作的推进与完善。

2) 通过构建的地下水压采效果评价指标体系，评价了保定市各县市的压采效果，保定市区、顺平县和易县地下水压采效果差，因为未能合理地分配水资源量，使水资源利用量超出水资源的可利用量，阻碍水位的恢复；满城县和高阳县的压采效果等级为良好，人们减少了地下水的开发利用，找到替代水源满足用水需求，使得水位恢复效果良好。