河北省地下水水位降落漏斗划分关键问题分析

赵伟玲，唐立强，李晓明，高春星

（1.河北省地质环境监测院，050021，石家庄；2.河北省地质资源环境监测与保护重点实验室，050021，石家庄；3.河北省正定县自然资源和规划局，050080，正定）

2023 年，河北省发布《地下水位降落漏斗划分规范》（DB13/T 5704—2023）（以下简称《规范》），为地下水水位降落漏斗识别、划分方法提供了依据和参考。规范、准确划分以及深入研究地下水水位降落漏斗，应在深入研究漏斗演化特征、漏斗与区域流场的关系基础上，明确划分前置条件、技术要点及管理需求等，以科学开展地下水水位降落漏斗治理和修复等工作。

一、河北省地下水水位降落漏斗情况

1.地下水水位降落漏斗发育程度和特征

河北省为资源型缺水地区，水资源供需矛盾较为突出。自20世纪70年代以来，为支撑经济社会发展和生产生活需求，河北省长期持续超采地下水资源，导致地下水水位大幅度下降，诱发了诸多以开采区为中心的地下水水位降落漏斗，形成了世界上最大的复合型漏斗。目前，河北平原浅层地下水漏斗有雄县-固安漏斗、高阳-蠡县-深州漏斗、宁柏隆漏斗、肥乡-临漳漏斗等，深层地下水水位降落漏斗有廊坊漏斗、霸州东部漏斗、沧州漏斗、武邑-东光-景县-吴桥漏斗、广平-肥乡-曲周漏斗等。

近50年来河北省地下水水位降落漏斗演化具有如下特征：

①数量较多。1995年全省存在各类地下水水位降落漏斗25个，2021年全省公布规模以上地下水水位降落漏斗数量8个。

②类型多样。在水文地质条件、开采特征、存在时间等因素影响下，形成了各种类型地下水水位降落漏斗，包括浅层地下水漏斗和深层地下水漏斗、单体漏斗和复合漏斗、正漏斗和反漏斗、长年性漏斗和季节性漏斗、收缩型漏斗和发展型漏斗等。

③形态复杂。在区位条件和开采特征等共同作用下，地下水水位降落漏斗在平面上呈现的直观形态特征较为复杂，比如全封闭态、半封闭态、单分水岭控制、多分水岭控制、单珠状、串珠状等。

④规模不一。若按分布面积简单划分地下水水位降落漏斗规模，可划分为小于100 km2、100～500 km2、500～1000 km2、1000～2000 km2、大于2000 km2的不同类型。河北省各个类型均有，且大型、小型漏斗规模差距大。

⑤分布集中。地下水水位降落漏斗平面分布格局与地下水开采特征具有高度一致性，浅层地下水漏斗集中分布在山前平原全淡水区，深层地下水漏斗集中分布在中部平原、东部平原咸水区。

⑥动态显著。长期来看，河北省地下水水位降落漏斗多以动态发展为主，表现在横向控制范围、垂向影响深度的变化，比如20世纪70年代后形成的宁柏隆漏斗、沧州市区漏斗，受区域地下水开采条件和水文地质条件影响，宁柏隆漏斗呈现中心垂向深度增加、水平范围不断扩张特征，沧州市区漏斗因控采效果显著，持续快速扩大的发展趋势得以遏制。

此外，河北平原地下水水位降落漏斗因规模大、发展迅速、危害大而引发广泛关注，成为专家学者研究的热点，华北平原大漏斗已开展重点治理与修复。

综上，河北省地下水水位降落漏斗发育程度高、类型全面、形态及演化特征复杂、研究程度高。这为漏斗划分方法归纳提供了丰富的样本和成熟的技术条件，同时，指明须从水平、垂向和时间三个尺度开展漏斗演化研究。

2.地下水水位降落漏斗研究与管理的需求

目前，针对河北省地下水水位降落漏斗的研究多为定性分析漏斗分布特征、形成机制、发展趋势等，而定量监测漏斗的规模对于监测网络规划、水位动态监测及漏斗修复等工作具有现实指导意义。国家地下水监测工程一期（河北自然资源部分）以及河北省地下水地质环境监测网络优化与能力建设项目实施过程中，将漏斗区控制作为一条重要布网原则，基于漏斗分布特征确定监测站网精度、点位和井结构。在开展地下水水位动态自动化监测时，首先重点分析漏斗中心区水位动态特征，根据中心水位、水位变幅等选择适合的设备量程、适时调整传感器位置。探索在深层地下水漏斗中心区及地面沉降严重区进行井灌加压回补时，可根据漏斗中心区范围和水位恢复特征，精准确定回补范围、数量等方案。

河北省地下水水位降落漏斗监测成果通过《河北省水资源公报》向社会公布。2000—2022年，河北省持续向社会公布漏斗要素特征、分布面积和水位动态变化、漏斗的呈现与消失等情况，满足社会公众了解漏斗发展状态的需求。

《河北省地下水管理条例》中明确“在深层地下水漏斗区，对取用深层地下水的农业灌溉井按照计划予以关停”。该项措施落实范围取决于深层地下水漏斗的分布范围，鉴于此，科学、准确、规范划分地下水水位降落漏斗需求迫切。

二、漏斗划分重要前置条件

1.地下水水位降落漏斗区监测站网密度应高于区域监测站网密度

河北省区域地下水监测站网可满足对全省地下水流场进行控制性监测需要，但达不到对地下水水位降落漏斗精准控制。因此对地下水水位降落漏斗监控应按专项监测要求加密部署监测站点，形成以漏斗中心为中心、相对垂直的监测剖面，准确控制漏斗动态特征。此外，为保障漏斗区监测数据序列持续时间在1年以上，其监测站点应相对固定。

2.地下水水位降落漏斗划分应以地下水水位（水头）等值线图为基础进行

以往各相关部门在划分漏斗时，地下水水位等值线、地下水水位埋深等值线均有采用。以地下水水位埋深等值线为基础划分漏斗，受地形条件影响较大。当地势平坦时，两种方式划分漏斗的形态范围相差不大，但随着地势变化加大，差异越来越大。为消除地势变化造成的漏斗范围扩大或缩小的假象，应将基础图件统一为地下水水位等值线图。

三、地下水水位等值线图编制关键问题

地下水水位等值线图应根据监测精度按不同含水岩组或浅层、深层地下水分别编图。山前平原部分区域因地层连通性较好，浅层、深层地下水水位相近；其余大部分区域各含水岩组之间存在稳定的隔水层，水力联系较弱，水位差异较大，浅层、深层地下水水位差异同样较大。因此，如不同含水岩组或浅层、深层地下水混合编图，将无法客观、准确反映区域含水层内地下水水位状况。

地下水水位等值线图编图比例尺和对应的等值线步长应统一要求，以减小基础图件造成漏斗圈定误差。河北省有关部门基于常规监测工作精度进行编图，一般全省或地级市采用1∶50 万、1∶20 万比例尺，县域或地级市城市区采用1∶10万、1∶5万比例尺。基于此，可以将等值线步长相应地定为2 m、1 m，这样可以相对准确刻画地下水水位降落漏斗形态。

此外，代表性水位和工作区边界水位控制多被忽视，但这些指标却是地下水水位等值线图能否如实反映工作区内特定含水层流场特征的关键。代表性水位可通过监测点位、监测目的层以及水位稳定性等条件综合判断获得。工作区边界水位控制包括对边界内和边界外水位控制。一般边界内、外均有相应的控制站点，可通过共享获取边界外控制水位。这对于准确刻画工作区边缘流场、保证工作区流场形态与全省的一致性至关重要，也可省略传统接图工作。

四、地下水水位降落漏斗识别与划分

1.漏斗识别

首先，区别季节性和长年性地下水水位降落漏斗。降落漏斗是地下水开采过程中产生的一种现象，当地下水采补平衡时，可形成稳定的漏斗范围与降深。季节性地下水水位降落漏斗随着地下水开采停止，在侧向径流补给下，流场逐渐恢复到相对平缓状态，漏斗形态会逐渐消失。

然后，识别单体漏斗、复合漏斗。单体漏斗需要联合区内控制点和封闭等水位线数量进行判断。在对河北平原各漏斗演变过程分析后得出：①当等水位线步长为2 m时，漏斗区内控制点不少于3个，封闭等值线不少于3条；②当等水位线步长为1 m时，漏斗区内控制点不少于5个，封闭等值线不少于5条；③季节性漏斗或暂时性漏斗区内控制点一般少于3 个，封闭等值线少于3 条。因此，利用不同比例尺条件下控制点和封闭等值线数量确定单体漏斗。复合漏斗由单体漏斗发展复合而来，准确识别复合体内的单体漏斗是关键。从河北平原浅层、深层地下水复合漏斗多年形态来看，涉及复合的单体漏斗外围一般有3～7 条封闭等值线。因此，可将3条外围封闭等值线作为基本判定依据。

2.漏斗划分

目前，地下水水位降落漏斗划分常用方法是查找并确定因地下水开采导致在区域地下水流场产生明显弯曲的各点所连接而成的界线，及因地下水开采导致区域地下水流场产生的最大封闭等水位线。这两种方法存在没有明确判断标准、圈定漏斗面积明显偏小等问题。《规范》划分方法则以地下水分水岭中心点作为漏斗边界或边界划分的控制点。其中边界识别是准确划分漏斗的关键，单体漏斗是复合漏斗划分的基础。

（1）地下水分水岭边界条件

地下水分水岭是地下水流场显著界线，将其作为地下水水位降落漏斗的边界线具有水文地质学上的合理性，也是目前公认的漏斗界线。实际工作中，区域地下水流场多呈现复杂的多分水岭特征，给漏斗划分增加了难度。

单分水岭边界时，以分水岭中心点为漏斗边界起点，沿最外围封闭等水位线和相邻未封闭等水位线中间圈定漏斗边界。如此可实现漏斗界线各处水位基本保持一致且不超过分水岭，固定界线行走路径从而较大程度减小人为偏差，有效避开圈定面积相对偏小的弊端，兼顾漏斗内部总体变化趋势，漏斗边界的划定更符合实际情况。

多个分水岭边界时，首先判断分水岭水位是否相等。相等时，以各分水岭中心点为控制点，沿最外围封闭等水位线与未封闭等水位线中间圈定漏斗边界。不相等时，以各分水岭中心点为控制点，如果以分水岭水位较低处为起点，漏斗边界沿最外围封闭等水位线与相邻未封闭等水位线中间圈定，会形成封闭漏斗界线，但圈定的漏斗范围明显偏小；以水位最高中心点为起点，沿最外围封闭等水位线与相邻未封闭等水位线中间走线，并在水位较低的分水岭一侧穿越未封闭等水位线，最终在分水岭中线附近形成封闭边界，此种圈定方法最接近于漏斗实际形态和范围。

（2）常见的隔水和流量边界条件

河北省地下水流场常见的隔水边界有三种：一是岩溶水分布区的控水构造，如向斜构造边缘与隔水岩组交界带所形成的隔水边界；二是岩溶水分布区以隔水断层所形成的隔水边界；三是在平原区中部咸淡水接触带附近，因含水层尖灭而形成隔水边界。山间盆地、坝上高原及岩溶水分布区的漏斗边界延伸至地质隔水边界时，以地质隔水边界作为漏斗边界；含水层尖灭界线附近，若等水位线尖灭界线相交时有闭合趋势，视为封闭界线。

流量边界多见于山区平原接触地带和海岸带附近。在山区平原接触带附近、河流进入山区地段，普遍存在含水层逐渐变薄、连通甚至出露地表的现象，其含水层多呈疏干状态，即透水而不含水。当上游补水后，形成地下水径流并向下游流动，地下水水位受补给影响而处于不稳定状态，反映在流场上的直观形态是等水位线处于封闭与敞开的交替变换之中。因此，将该部位作为流量边界。

在海岸带附近，因该地带水文地质勘察程度低，无法说明各含水岩组向海洋深部延伸情况，但从深层地下水流场现状分析，海岸线附近仍有双向的地下水流交换，因此，将海岸线作为流量边界处理。以等水位线与海岸线相交的形态或角度作为判定条件，当等水位线与海岸线交角大于90°，即向漏斗内弯曲、有封闭趋势，可以确定为漏斗边界。

（3）规模与统计

从河北平原、山间盆地、坝上高原、岩溶泉域等水文地质单元地下水水位降落漏斗分布来看，河北平原漏斗分布面积不等且大小差距悬殊，可进行规模划分，参照地下水超采区评价导则中超采区分级标准，将平原区漏斗规模划分为特大型、大型、中型、小型。山间盆地、坝上高原、岩溶泉域漏斗面积相对平原区较小，不参加统一规模划分或作为微型处理。

与以往工作相比，地下水水位降落漏斗统计分析要素增加了漏斗体积计算内容，可按水平、垂向等高线将漏斗简化为规则形体的组合进行计算。水平等高线法根据相邻地下水水位等值线将漏斗简化为锥形体、台体的组合体，水平分层计算漏斗体积。垂向等高线法根据相邻地下水水位等值线将漏斗简化为圆柱体、圆环体的组合体，垂向计算漏斗体积。漏斗体积计算的准确性取决于漏斗监测精度、划分规范性以及计算方法。

五、结论与建议

河北省地下水水位降落漏斗治理修复和地下水资源管理对地下水水位降落漏斗划分科学性提出了更高要求。《规范》充分考虑了漏斗研究、恢复和治理的专业需求，统一了漏斗划分方法，具有推广应用的重要意义。同时，地下水水位降落漏斗规范、准确划分以及深入研究，应充分研究漏斗演化动态背景条件，把握漏斗划分的关键问题。

下一步，应关注解决影响漏斗划分的具体问题，如：国家地下水监测二期工程点位确定和结构设计，现状地下水水位监测网络优化与完善或地下水水位降落漏斗专项监测网络建设，跨行政区边界地下水水位控制点数据共享机制建立，河北平原不同水文地质单元或行政区内浅层地下水、深层地下水划分具体依据，地下水流场图编制规范制定等。