上海市地下水管控指标确定方法研究

顾圣隆

（上海市岩土地质研究院有限公司,上海 200072）

0 引言

为深入贯彻落实习近平生态文明思想和关于治水工作的重要论述,践行水利改革发展总基调,加强地下水监督管理,水利部决定开展全国地下水管控指标确定工作,要求各省级水行政主管部门要按照相关要求,开展地下水取用水总量、水位以及地下水管理控制指标确定工作。

以上海市为例,上海市历来高度重视地下水管理工作,有效抑制了地面下沉、地下水无序取水等不利情况。但根据相关要求,本市地下水开发和保护工作仍有提升空间,亟待依据相关要求以及本市发展现状和规划需求,评估和展望本市及县域的地下水保护与开发利用,分析确定地下水取用水总量、水位控制等指标,合理制定地下水管控措施。

1 地下水控制目标

1.1 超采区控制目标

1.1.1 划分依据

根据地下水超采区评价方法[1],结合上海市地质环境和有关评价报告,以引发问题法为主,依据地面沉降发育现状进行超采区及严重超采区划分,并以开采系数法进行辅助划定,综合划定地下水超采区和严重超采区。划定中心城、宝山区、嘉定区、闵行及浦东新区多年平均地面沉降量超过10 mm/a,参考全国地下水超采区评价技术大纲,划定为严重超采区,其他地区由于也发生不同程度的地面沉降现象,划定为一般超采区。严重超采区总面积2057.9 km2,一般超采区面积4282.6 km2。

再根据上海市第三次全国水资源调查评价成果,根据开采系数法[2]和引发问题法综合判定上海市为地下水超采区,划定上海市均为深层承压水一般超采区。上海市地下水一般超采区面积为6340.5 km2,为特大型地下水超采区,地下水类型为深层承压孔隙含水层。相比较2013 年划分标准,划定上海市无严重超采区,一般超采区面积增加。

1.1.2 控制目标

根据开采系数法和引发问题法划定上海市均为深层承压水一般超采区。依据地下水超采区评价导则,并结合上海市地下水开采实际情况,将全市第Ⅱ～Ⅴ承压含水层超采区控制为一般超采区。

1.2 水量控制目标

根据相关规划要求,上海市浅层地下水及深层地下水开采总量进行控制。规划浅层地下水2020 年～2030 年度地下水开发利用的总控制目标即目标开采量原则上为0。深层承压水规划为2020 年～2030 年,全市地下水年开采量控制在1000 万m3以内,全市基本实现地下水开采与人工回灌采灌平衡格局。

1.3 水位控制目标

根据规划要求,将潜水功能区划分为保留区,原则上地下水基本维持现状,规划2020 年～2030 年潜水水位的保护目标基本维持现状。

随着城市地面沉降控制目标的提高,对深部各含水层地下水位的分布将有一定要求,根据上海市地面沉降研究[3]及以往研究地面沉降预测成果,第Ⅱ～Ⅴ承压含水层地下水位控制目标分别为-2 m、-3 m、-10 m、-20 m。

2 指标确定方法分析

2.1 超采区划分方法

2.1.1 水位动态法

水位动态法[4]是以地下水水位年均下降速率或累计降幅（或疏干率）为评判指标进行超采区划定的方法。

计算地下水监测井水位（埋深）平均变化速率：统计评价期内各年监测井地下水位（埋深）值,计算其地下水位（埋深）平均变化速率,判断是否呈持续下降趋势。

地下水超采区的年均地下水水位变化速率可按式（1）计算：

式中：V为年均地下水水位变化速率,m/a；H1为初始水平年年初地下水位,m；H2现状水平年年末地下水位,m；T为统计年数,a。

参与计算的水位（埋深）值应统一采用同一时间点的水位（埋深）值或采用年均水位（埋深）值。

上海市区各含水层地下水水位总体呈现上升态势。其中,浅部潜水含水层水位总体呈现基本稳定或小幅波动的态势,未出现趋势性上升或下降的迹象；深部第Ⅳ、Ⅴ承压含水层地下水水位上升速率相对第Ⅰ～Ⅲ承压含水层水位上升速率较大。

从图1 和图2 统计数据可以看出,由于加强了对地下水开采量的严格管控以及回灌制度的实施,地下水采灌比基本上呈逐年上升的趋势,2011 年本市地下水开采史上首次实现了采灌总量平衡,之后回灌量大幅超开采量,2019 年采灌比高达1∶17.1,通过地下水回灌,有效改善和保护了地下水资源及地质环境。因此,评估全市第Ⅱ～Ⅴ承压含水层未超采。

图1 上海市2003 年～2019 年地下水开采情况

图2 上海市2003 年～2019 年地下水回灌量

2.1.2 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分的方法。地下水超采区的年均地下水开采系数可按式（2）计算：

式中：K为年均地下水开采系数；Q实采为地下水实际开采量,万m3；Q可采为地下水可开采资源量,万m3,见表1。

表1 上海市各行政区含水层开采系数计算 单位：m3

据2019 年度地下水开采量统计,全市取水总量为118 万m3,其中第Ⅱ～第Ⅴ含水层开采总量分别为27.64 万m3、0.16 万m3、50.65 万m3、39.4 万m3。2019 年深层承压含水层地下水资源可采量为2500 万m3,其中第Ⅱ～Ⅴ含水层可开采资源量分别为216.64 万m3、498.90 万m3、992.96 万m3、791.50 万m3。

上海市2019 年承压含水层地下水开采系数为0.05,各区承压含水层开采系数均小于1.0,地下水净开采量为负值。综上所述,依据相关要求及上海市地下水开采实际情况,开采系数法评估全市第Ⅱ～Ⅴ承压含水层未超采。

2.1.3 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分的方法。

年均地面沉降速率可按式（3）计算：

式中：V沉为年均地面沉降速率,mm/a；Δt为时间段,a；Δh为时间段内的地面沉降量,mm。

通过采取压缩地下水开采、调整地下水开采层次、开展地下水人工回灌等措施,有效控制了地面沉降速率。2010 年～2015 年年均沉降速率为5.6 mm/a,2016 年～2019 年年均沉降速率为5.1 mm/a。近年来,上海市年均地面沉降控制在6 mm/a以内,地面沉降已得到了有效的控制。

2.1.4 存在的问题

一是对地下水分区、分层的管控还不够精准；二是局部地区不均匀地面沉降现象仍然存在。

随着新技术的不断应用,在地下水监测信息系统的持续建设中,仍存在信息整合不足、业务协同不够、数据孤岛现象突出等问题,难以实现数据的共享和联动,无法满足精细化管理和智能化应用要求。

2.2 地下水取用水量控制指标

2.2.1 划分方法

依据基本单元的水资源条件,对水资源时空分布比较均一的地区,可以按照开采量权重法,分解地下水取用水量控制指标。

式中：Wi为第i分区的地下水基准年开采量权重；Qi规划年为第i分区的规划水平年地下水取用水量控制指标；Q规划年为分区上一级区域地下水取用水量控制指标；N为分区个数。

2.2.2 确定结果

上海市地下水严格控制开采,地下水开采量逐年下降,依据规划分析法结合上海市地下水取水现状确定2020 年上海市地下水取用水量控制指标为500 万m3/a,2025 年、2030 年上海市地下水取用水量控制指标为200 万m3/a。

2.3 地下水水位控制指标

2.3.1 划分方法

随着地下水开采量的大幅压缩及地下水人工回灌的大幅增加,全市地下水位显著抬升。基于上海市未来地下水开采量变化不大,地下水水位控制指标基本维持现状。

2.3.2 确定结果

上海市地下水水位控制指标不低于现状。

3 管理指标

3.1 确定依据和方法

依据地下水管控指标确定技术要求,同时上海市无农业地下水取用水量,因此将城镇和工业地下水取用水计量率作为上海市管理指标,分别制定年取用水量1 万m3以上和10 万m3以上的城镇和工业地下水取用水户的取用水在线计量率。

3.2 确定结果

2019 年上海市地下水实际取水用户26 家,年取用水量1 万m3以上的城镇和工业地下水取用水户12 家,年取用水量10 万m3以上的城镇和工业地下水取用水户4 家。本次划定上海市无超采区,城镇和工业地下水取用水户的取用水在线计量率为100%,作为上海市地下水取用水计量率控制指标。

4 结论与建议

4.1 结论

依据相关要求,确定上海市地下水管制指标为地下水取用水量控制指标、地下水水位控制指标,以及地下水管理指标。

（1）以引发问题法、开采系数法划定上海市均为深层承压水一般超采区。本次超采区评价结合上海市地下水开采实际情况,评估全市第Ⅱ～Ⅴ承压含水层未超采。

（2）依据上海市水务相关规划及地下水开采利用情况,确定2020 年上海市地下水取用水量控制阈值为500 万m3/a,2025 年、2030 年上海市地下水取用水量控制指标为200 万m3/a。

（3）随着地下水开采量的大幅压缩及地下水人工回灌的大幅增加,上海市地下水水位各含水层地下水位持续保持稳步抬升趋势,确定上海市地下水水位控制指标不低于现状。

（4）确定上海市年取用水量1 万m3以上的城镇和工业取用水户的取用水在线计量率为100%,年取用水量10 万m3以上的城镇和工业地下水取用水户的取用水在线计量率为100%,作为上海市地下水取用水计量率指标控制。

（5）确定地下水监测井设密度不低于现状,地下水监测井密度控制指标≥28 眼/1000 km2。

4.2 建议

为加强精细化管理,提升地下水管控能力,提出如下几点建议：

（1）加强组织领导,健全应急深井的建设,深化多部门合作机制,加强组织协作。

（2）完善研究机制,建立研究实践试点和健全管理机制。

（3）强化行政管理,严格控制取水许可审批,加强地下水水位预警与控制以及地下水应急水源地的日常管理维护。

（4）严控取水总量,进一步优化地下水开采格局,实现严格的取水总量控制,逐年压缩地下水开采计划。

（5）优化采灌平衡。