长江流域地下水利用现状及超采区治理对策

刘 昕,肖 华,王 栋

(长江水利委员会水文局,武汉 430000)

0 引 言

地下水是水循环中的重要组成部分,在保障粮食安全、生活生产供水、维系良好生态环境以及支撑社会经济高质量发展中都起到了重要的作用[1-2]。地下水具有分布区域广、水质优良、易于开采利用等特点,在全球气候变化以及人类活动影响愈发剧烈的背景下,洪涝干旱事件频发、突发水安全风险加大等现实问题都预示着地下水资源作为安全替代水源、储备水源的地位在不断上升[3-7]。

长江流域地表水资源量较丰富,地下水开采主要集中在几个农业集中的平原区和局部工程性缺水地区。基于此,前人的研究主要集中在长江流域地下水资源量分布、地下水开采潜力、局部地区地下水开采现状、局部地区地下水超采治理等方面[2,6,8-10],对于长江流域地下水水位变化特征、长江流域地下水开采分布、长江流域地下水超采问题研究较少。

长江流域地下水开采量较小,在水利高质量发展中仍起到不可替代的作用,主要表现在:①作为应急替代水源应对突发干旱或突发水污染事件;②维持地表植被、农作物生长;③维持地表河湖水生态健康;④工程性缺水地区供水补充等[7,11]。故而,研究合理开发利用长江流域地下水资源,有助于促进流域水资源可持续利用,落实以水定城、以水定地、以水定人、以水定产的发展思路[12]。

当前,中共中央、国务院印发了《国家水网建设规划纲要》,提出大力推进河湖生态保护修复,加强地下水超采综合治理,实现河湖功能永续利用。实施流域地下水超采治理工作,是可持续利用地下水资源、改善河湖生态环境、协调用水矛盾、实现高质量发展的迫切需要。因此,有必要系统地评估流域地下水开发利用现状及水位变化趋势,确定合理的地下水水位、水量管控指标,为科学合理规划地下水资源开发利用提供依据。

1 长江流域地下水开发利用特征

长江流域地表水资源总量丰富,人类活动主要以利用地表水为主[2]。根据各省级行政区水资源公报统计数据,以2020年为例,长江流域水资源总量为12 862.93亿m3,其中地表水资源总量为12 741.69亿m3,地下水资源总量为2 830.6亿m3,地下水资源与地表水资源不重复量为121.24亿m3。长江流域平原区地下水资源量为291.25亿m3,山丘区地下水资源量为2 551.79亿m3,平原区与山丘区之间的重复计算量为12.44亿m3。地下水源供水量38.81亿m3,占总供水量的1.98%。各省级行政区中,2020年长江片区地下水开采量最大的四川省开采地下水7.94亿m3,其余地下水开发利用较多的省份有陕西、河南、湖南、湖北、江西等。长江流域各省级行政区2020年现状地下水开采量分布见图1、水资源利用量见表1。

表1 长江流域各省级行政区2020年水资源利用量统计

图1 2020年长江流域地下水开采量分布

图2为2011—2020年长江流域水资源利用变化趋势,长江流域总用水量呈波动上升趋势、地下水开采量呈下降趋势。2011—2020年,长江流域生活和工业用水总量呈缓慢上升趋势,农业用水总量则受气候影响上下波动、变化不显著。2011—2019年长江流域地下水开采量下降主要源于地下水替代工程和城市供水一体化工程的建设发展,农作物灌溉用水未发生明显变化。2020年受新冠疫情影响,长江流域工业用水较前一年下降约204亿m3,农业和生活用水均略有下降;其中湖南、河南、贵州、四川、湖北、江西六省地下水开采量分别下降8.50亿、5.68亿、1.98亿、1.86亿、0.89亿、0.88亿m3。

图2 2011—2020年长江流域水资源利用变化趋势

2 长江流域地下水水位变化特征

本次长江流域共统计地下水监测井2 549眼,长江流域地下水监测井分布见图3,长江流域地下水监测站网统计数据见表2。从图3可以看出,长江流域现状监测井主要集中在平原地带和人口密集的城市地区,尚存在大量的空白区。

表2 长江流域地下水监测站网统计

图3 长江流域地下水监测井分布

本次统计的2 549眼监测井,修正偶发性开采、洗井、地面积水等因素后地下水位基本稳定或上升的监测井有2 512眼,地下水水位呈下降趋势的监测井共有37眼,地下水水位下降的监测井零星分布于河南、重庆、湖北、青海、云南等省级行政区。通过近年来流域内地下水监测资料来看,长江流域地下水总体开发利用程度不高,地下水与降雨、地表水关系密切。流域内平原区地下水位主要受气候影响,随降水呈年内变化,雨季地下水位抬升,旱季地下水位下降。

3 长江流域地下水超采现状分析

长江流域地下水开发利用程度较小,从省级行政区现状地下水超采情况来看,长江流域地下水超采区主要集中在江西、河南2省。根据水利部2012—2014年开展的全国地下水超采区评价成果,江西省长江片区有9个地下水超采区,均为小型超采区,分布在7个县级行政区内,超采区总面积65 km2;河南省长江片区有3个超采区,均位于河南省南阳市,分布在邓州市、唐河县、新野县3个县级行政区,超采区总面积293 km2。

3.1 江西省

2000—2010年江西省原划定的9个地下水超采区,萍乡市地下水超采区年均地下水超采量为194.8万m3,南昌市地下水超采区年均超采量为84.7万m3,九江市地下水超采区年均地下水超采量为66.6万m3,赣州市地下水超采区年均超采量为7.2万m3,总计年均地下水超采353.3万m3。

2011—2020年,江西省原划定的9个地下水超采区内的工业地下水取水井全部陆续关停,城乡生活用水全部使用城市管网供水统一替代,区域内仅存在江西理工大学、萍乡学院、江西省化学工业学校等少量地下水开采以及零星农业灌溉井开采,总量不足20万m3/a,区内已不存在地下水超采现象。

江西省平原区浅层地下水监测井共73眼,地下水类型皆为孔隙水,其中50眼位于9个超采区范围内,南昌市超采区内有监测井11眼,赣州市超采区内有监测井12眼,九江市2个超采区内有监测井9眼,萍乡市4个超采区内有监测井18眼。

按照各监测井代表时段内逐年年末地下水水位值,计算地下水水位变化速率综合考虑来水丰枯变化,将地下水位变化趋势划分为5种水位变化类型:强上升(水位升幅≥1.0 m),弱上升(水位升幅0.5～1.0 m),基本稳定(水位升、降幅度为0～0.5 m以内),弱下降(水位降幅0.5～1.0 m),强下降(水位降幅≥1.0 m)。

江西省50眼超采区内的监测井年末水位变化趋势均属于强上升、弱上升或基本稳定,该水位变化趋势与江西省地下水开采量下降的变化规律基本相符。

3.2 河南省

2000—2010年河南省长江片区原划定的3个超采区均位于南阳市,年均地下水超采量为768万m3。2011—2020年河南省长江片区地下水超采量略有上升,2020年河南省长江片区地下水超采量为1 779万m3,较之前超采量增加1 012万m3,地下水超采区域分布在南阳市区、唐河县、新野县、镇平县、邓州市。

河南省长江片区共有261眼监测井,其中59眼监测井属于水位上升趋势,194眼监测井水位基本稳定,8眼监测井属于水位弱下降趋势。水位弱下降趋势的监测井有1眼位于邓州市、2眼位于唐河县、2眼位于镇平县、1眼位于方城县、1眼位于社旗县、1眼位于南阳市区。

河南省长江流域地下水主要以供应农业为主, 农作物灌溉用水约占地下水开采总量的71.4%, 农村生活用水、 工业生活用水、 城镇生活用水分别占地下水开采总量的7.1%、 15.1%、 5.0%。 故而, 河南省长江流域地下水开采受大气降雨影响较显著, 枯水年份地下水补给量减少、 地下水开采量增大, 导致地下水水位呈下降趋势。 如图4所示, 2011—2020年南阳市丰水年份为2017年、 2020年, 枯水年份为2013年、 2019年。 以南阳市唐河县、 新野县为例, 图5为2011—2020年地下水开采量-地下水水位逐年变化趋势图, 多年来唐河县、 新野县地下水开采量基本大于地下水可开采量, 地下水水位呈下降趋势,仅有部分丰水年地下水水位有一定回升。 这个现象揭示南阳市地下水资源无法满足农业生产需求, 急需建设替代水源工程补充灌溉用水缺口。

图4 南阳市降水量逐年变化趋势

图5 唐河县和新野县平原区地下水开采量-水位逐年变化趋势

4 地下水超采治理对策分析

从流域地下水超采区总体情况来看,超采区现存问题主要可归结为3点:①局部地区农作物灌溉用水量较大,地区水资源总量明显欠缺;②局部区域水资源配置尚需完善,工程性缺水问题急需解决;③地下水超采监管仍有上升空间,部分超采区监测井密度不足。

围绕流域地下水超采现存问题,充分考虑现有水资源配置潜力和建设现代水利设施体系的总体思路,从提高水资源保障、提升水资源节约集约利用、加强地下水监管等方面提出几点地下水超采治理对策。

(1)加快推进替代水源工程规划建设。对于城镇生活和农业灌溉用水来源不足且用水总量不宜大幅削减的地区,应考虑地区社会经济发展、水资源供需矛盾和水安全保障等问题,配套建设替代水源工程、扩大城乡供水覆盖区域,为压减地下水开采量提供充足的水源保障[13-14]。

(2)优化调整农作物结构。对于农业灌溉用水量过大的地区,宜考虑地区水源条件,基于不同品种农作物用水需求,科学合理开展农作物生产,平衡土地利用规模和地下水可开采量之间的矛盾。酌情减少需要大量抽取地下水的作物,改用需水量较小的农作物进行替代,通过生态保护补偿机制等方式调动农户压减地下水开采[11]。

(3)适时开展地下水开采井封填工程。结合替代水源配套工程推进建设进度,适时开展重点地区特别是水位下降地区的开采井封填工程,将部分关停的开采井改造为监测井,加强水位下降地区地下水监管。完善城市统一供水管网后,分批封存地下水赋存条件较差的开采井,保留部分地下水赋存条件较好的开采井转为应急备用井,作为地下水储备区进行管控,可根据地下水储备预案有序启用应急备用井。

(4)推广非常规水源开发利用的发展模式:①扩大城市再生水的利用规模和比例,对具备使用非常规水源条件的企业积极引导,严格相关项目的取水量管理,政策激励再生水循环利用配套工程建设。②扎实推进雨洪资源利用。对于缺水地区特别是储水能力较弱地区,基于地区自身特性,积极推进海绵城市建设,构建可持续利用的水循环系统,实现人与自然和谐共生。③开展矿井和城市建设基坑疏干排水回灌利用的技术研发与应用工作,探索减少地下水资源浪费的技术方法,有效治理地下水超采,提高地下水可持续利用能力[15-16]。

(5)强化节水型社会建设。发挥政策调控作用,执行梯级水价制度,加大用水调控力度,规范公众用水行为,有效利用价格机制调节用水需求和引导节水行为,抑制不合理的用水需求。在农业灌溉、工业生产、公共场所和供水管理等方面同时乏力,建设节水型城市,提升节水效率,树立节水先进标杆,贯彻落实节水行动[16-17]。

(6)完善地下水管理措施。落实水资源管理制度要求,依据地下水管控指标要求,严格执行水资源论证制度,控制地下水取水工程的审批。按照地下水开采量规模,分行业逐步提高地下水取水计量率,加大违法违规取水查处力度。完善地下水取水台帐,定期巡查重要取水井,确保取用水户依法依规取用地下水。落实地下水压采责任考核和监督考核,充分利用价格经济杠杆,推动地下水资源保护和节约用水工作,促进节约用水和污水减量排放[18-19]。

(7)加强地下水监测工程建设,填补重要区域水位监测空白。长江流域地下水监测站网建设仍较为薄弱,应结合流域地下水开采现状和地下水监测站点分布,继续加强地下水开采计量和水位监测体系建设,实现地下水开采重点区的监测站点加密、地下水监测空白区的监测站点填补、地下水监测预警体系的自动化和智能化,为后续地下水管控和地下水治理成效评估提供数据支撑。同时,加强对监测井的保护力度,规范地下水监测井的建设、管理与保护,提高监测站点的使用寿命和利用效率[20]。

5 结束语

地下水超采治理,是十六字治水方针具体落实的一个工作方向,也是协调社会经济发展用水需求和水资源承载能力矛盾的重要举措。长江流域地下水开采量相对较小,地下水保护和治理工作尚处于发展和完善阶段,需要对地下水开发利用现状和地下水管控需求进行审慎研究。本文围绕地下水水位、水量管控核心,详述了近十年长江流域地下水开采量现状、地下水水位变化趋势、地下水超采现状等问题。要推进长江流域地下水保护工作,解决部分地区地下水超采的问题,需要在替代水源工程建设、地下水监测工程建设、地下水开采压减等方向共同努力。