地下水超采综合治理方案与实践效果分析

钟泽文 广东省水利水电建设有限公司

地下水是重要的淡水资源之一，在我国地表水稀缺的北方地区是主要供水水源。随着经济发展和人口增加，社会对水资源需求量也持续增长。由于长期以来过度使用地下水，导致许多依赖地下水资源的地区出现了严重超采，并因此产生一系列问题，地下含水层疏干、地面沉降/开裂、滨海城市海水/咸水入侵、土地荒漠化、地下水污染等是其典型危害。超采地下水资源不仅影响国民经济可持续发展，而且威胁人的生存和健康。但治理地下水超采关联多种利益，为了平衡各种利益需进行综合治理。本文从水利工程角度探讨了地下水超采综合治理方案和实践效果。

1.地表水替代地下水

地下水超采的首要原因是水资源供求失衡，当水资源需求量大于当地水资源供应量时，超量开采地下水问题就出现了，所以治理地下水超采的一个重要措施即开源— 用地表水替代地下水。由于地下水超采地区本身地表水资源稀缺，所以一般会引入外来地表水，其中南水北调和引黄工程是两个外引地表水的案例。

1.1 南水北调工程

南水北调工程是从长江中上游取水，跨越多个省市的大型水利工程。该工程解决了水资源匮乏地区生产生活和工农业用水问题。以华北某市为例，在南水北调工程通水前，地下水开采量占当年总供水量的85%以上，根据地下水位等值线图，形成数个地下水位降落漏斗，漏斗总面积超过4000km。南水北调工程通水后，该地区10余条河流接受了外调生态补水，替代了相当部分的地下水资源，由于大幅度压减了地下水开采量，地下水位漏斗明显缓和，同时地下水水质明显改善，溶解性固体总量（TDS）和硬度也有所下降。

1.2 引黄工程

黄河流域周围城市可以通过引入黄河水替代地下水开采，但黄河水量不足，这些城市可以建设引黄水库，在汛期收集黄河水。水库容量和数量可以根据黄河汛期水量历史资料和该地区地下水超采量综合决定。以某地区引黄工程为例，建有2座引黄水库，总库容达2000万m，可代替地下水300万m。为此，铺设了水库管网，向部分用户供水，并通过干渠、泵站引水灌溉农田。

1.3 拦蓄雨洪水工程

北方地区雨季时间较短，但汛期仍有大量雨洪水，由于缺少拦蓄工程，这些地表水资源白白流失了，又因为较长的旱季缺水而大量开采地下水，导致地下水超采，针对这种情况可考虑建设雨洪拦蓄工程。以北方某市为例，现有水库容量较小，存蓄雨洪水能力不足，为此将库容扩大1倍以上，达到1000万m以上。实施该工程不仅提高了防洪能力，也极大缓解了当地开采地下水的压力。主要技术手段包括抬高坝顶、加宽坝宽、坝体坝基防渗、改善上游护坡、处理坝基液化等。该工程的建设增加雨洪拦蓄能力800万m，可替代地下水1.8万m/d，每年可减少地下水开采量657万m。

1.4 水系连通工程

河湖等水系连通，可以有效调配地表水资源，促进不同区域水资源协调分布，不仅解决了缺水地区地表水资源不足的问题，也改善了生态环境。例如某市有2条过境河流和1条跨境引黄干渠，将这些水系连通起来构成网状水系，促使各区域水资源供需平衡，减少地下水超采区域采水量。

2.高效节水

本文上1章分析了解决水资源供求失衡的措施之一— 开源，下面将讨论另一个重要措施— 节流，即通过采用高效节水技术减少水资源消耗量，从而降低地下水开采量。

2.1 节水灌溉

农业用水是水资源消耗的大户，一些地区农业用水占社会总用水量的70%以上，而农业用水主要是灌溉用水，所以节水灌溉的节水潜力巨大。节水灌溉分工程节水灌溉和非工程节水灌溉两个层面，本文主要讨论工程层面的节水灌溉措施。工程节水灌溉措施按照应用环节分为输水节水措施和田间灌水节水措施。输水节水措施又包括渠道防渗措施和管道输水措施，田间灌水节水措施根据灌溉方式分为喷灌、微灌等方式。

渠道防渗节水效果分析：根据实测数据分析，土渠水利用系数约为0.51，即输送1m水将有0.51m水得到利用。如果采用浆砌石防渗可减少渗漏损失约55%，如果采用混凝土护面防渗可减少渗漏损失约65%，如果采用塑料薄膜防渗可减少渗漏损失约75%，渠道防渗处理后平均水利用系数可达0.72，所以渠道防渗节水效果还是比较明显的。

采用混凝土管、塑料管替代渠道输水，可减少输水沿程中的渗漏损失和蒸发损失，水利用系数可达0.95以上，比渠道防渗节水20%以上。

喷灌是利用水泵加压或自然落差的重力势能加压送到田间，经喷头喷射为细小水滴，均匀灌溉到田间作物及土壤中，在风力不大地区使用，水利用系数可达0.9以上，与传统地面灌溉相比，可节水40%左右，同时还使农作物增产20%。

微灌是根据农作物需水要求，利用管道和灌水器将水及肥药送至农作物根部的土壤中，节水效率比喷灌高20%，与传统地面灌溉相比，可节水55%左右。微灌只将水作用于农作物需水的根部，所以也称作局部灌溉法，按照工作方式分为膜下滴灌、棚室雾灌、露地渗灌等。

2.2 其他领域节水

工业、生活、第三产业等也可以采取相应的措施节水，例如改造供水管网（降低管网漏损率）、分质供水、普及节水工艺（循环用水）、推广节水器具等，均可在这些领域取得显著节水效果。

3.地下水回灌

当地下水严重超采形成地下水位降落漏斗后，靠地表水替代和高效节水措施虽可缓解水资源供需矛盾，遏制地下水位持续下降势头，但要恢复到大规模开采地下水以前的状态仍然需要很长时间，尤其是承压水区域的水位降落漏斗恢复更慢。为了充分修复地下水超采带来的环境、地质问题，保障地下水资源安全，回灌地下水是根本措施。

3.1 地下水回灌模式

目前，地下水回灌分为地表回灌、管井回灌和地表、管井结合回灌三种模式。地表回灌模式利用地表渗透方式回灌，适于浅层地下水回灌，例如利用干枯河床、回灌场进行回灌。管井回灌模式通过管井直接向地下含水层注水回灌，适于承压水层回灌。地表、管井结合回灌模式是将地表回灌模式与管井回灌模式相结合的回灌方式。回灌水源主要是地表水，也可以采用雨洪水、再生水以及自来水。

3.2 地表回灌工程

地表回灌的原理是利用浅层地层的渗透能力进行回灌，回灌量可按坑塘渗漏水量公式计算，平均渗透速度取决于浅层地层的渗透系数。北方某市地下水超采面积近10km，超采系数最高时≥1.5，如果仅以自然补给恢复到地下水超采前的状态，至少需要20年时间，所以采取人工回灌方式是必要的。该工程以某座水库弃水作为回灌水源，输水管道采用该水库引水灌溉的防渗渠道，全长近40km，渠道输水流量4～5m/s，回灌场选在洪积扇顶部，下部即地下水埋藏区域。扣除输水损失，每月可回灌1000万m，能满足每月最大回灌水量200万m的要求。

3.3 管井回灌工程

如前所述，回灌深层的承压水层靠地表渗透很难实现，管井回灌才是首选方式。以北方某市为例，该地区由于地下水超采，形成了20km的地下水位漏斗区。为了涵养地下水资源，利用自来水管网管井回灌地下水层。该自来水管网水源来自该市的一座地表水源地水库，其水质较优，水量较大，符合回灌水源要求。回灌系统由井管、水泵、水表、水位仪、进排管路、输水管路、扬水阀、进水阀等组成，水泵的作用是给水加压。回灌流量可按承压水回灌井流量公式计算。地下水位深90m以上，经过5年回灌，累积回灌量超过150万m，水位抬升2～3m，地质环境明显改善。

4.结语

目前，针对地下水超采的综合治理方案主要是开源节流和回灌地下水，开源即采用地表水替代地下水，节流即应用高效节水措施减少水资源的消耗，回灌地下水可较快地恢复地下水原始状态，这些措施的综合运用可从工程角度解决地下水超采造成的种种问题。