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黃淮海平原水資源緊缺，嚴(yán)重制約著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，造成地下水超采和生態(tài)環(huán)境惡化。南水北調(diào)工程是解決我國(guó)北方水資源嚴(yán)重短缺問(wèn)題的重大舉措。江水北調(diào)對(duì)減少與制止地下水超采可以提供必要的條件，同時(shí)，地下水的合理開(kāi)發(fā)利用在南水北調(diào)中也可以發(fā)揮開(kāi)源節(jié)流、改善生態(tài)環(huán)境、改造咸水和防止土壤鹽堿化等重要作用。

1地下水資源的概念和地下水含水層的特點(diǎn)

1.1地下水資源的概念

地下水資源包括地下水的儲(chǔ)存量和補(bǔ)給量?jī)刹糠?。不參與現(xiàn)代水循環(huán)、不可再生和恢復(fù)的儲(chǔ)存量稱為儲(chǔ)存資源；參與現(xiàn)代水循環(huán)、可再生和恢復(fù)的補(bǔ)給量稱為補(bǔ)給資源。

儲(chǔ)存資源是地質(zhì)歷史時(shí)期累積形成的地下水資源量，是含水系統(tǒng)中不可再生和恢復(fù)、因而不能持續(xù)利用的水量。取用含水系統(tǒng)的儲(chǔ)存資源，將導(dǎo)致這部分資源的永久耗失。有些地區(qū)具有大厚度的含水層，地下水位變動(dòng)帶以下的地下水靜儲(chǔ)量非常巨大。因此，20世紀(jì)60年代有人提出黃淮海平原地下存在著一個(gè)地下海,90年代初在塔里木盆地和河西走廊也有人提出發(fā)現(xiàn)了地下海，認(rèn)為可以利用的地下水資源非常豐富。然而，地下水儲(chǔ)存量雖然是一種寶貴的地下水資源，但它和礦產(chǎn)資源一樣，一旦消耗，難以恢復(fù)，因而是不可持續(xù)利用的。只有在利用過(guò)程中可以不斷恢復(fù)和補(bǔ)償?shù)牡叵滤a(bǔ)給量才是可持續(xù)利用的地下水資源。

補(bǔ)給資源是指一個(gè)含水系統(tǒng)在單位時(shí)間里、可以持續(xù)獲得補(bǔ)充的水質(zhì)、水溫合乎一定標(biāo)準(zhǔn)的水量。原則上在一個(gè)含水系統(tǒng)中提取的地下水量不超過(guò)其補(bǔ)給資源時(shí)，水源便有持續(xù)供應(yīng)的保證。地下水的補(bǔ)給量包括天然補(bǔ)給（山前側(cè)向補(bǔ)給和垂向補(bǔ)給）和轉(zhuǎn)化補(bǔ)給（地表水體補(bǔ)給、地表水灌溉渠系和田間灌溉水補(bǔ)給，含水層之間的越流補(bǔ)給,以及地下水灌溉回歸補(bǔ)給等，但地下水灌溉回歸轉(zhuǎn)化補(bǔ)給只作為地下水的補(bǔ)給量，一般不能算作地下水資源）。由于地下水補(bǔ)給的一部分將消耗于不可避免的潛水蒸發(fā)、天然生態(tài)耗水、地下水的排泄，而不能全部被開(kāi)發(fā)利用，地下水的可開(kāi)采利用量?jī)H是補(bǔ)給量的一部分。這部分可以開(kāi)采利用又不致引起難以承受的環(huán)境損害（如城區(qū)和濱海地區(qū)的地面沉降，干旱地區(qū)的土地沙化等）的水量稱為可持續(xù)開(kāi)采量或可采資源。有些地區(qū)將地下水的全部補(bǔ)給量作為地下水的可采量而進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，將造成地下水的超采。

不同的地下水含水層可開(kāi)采利用的地下水資源不同，必須根據(jù)含水層的特點(diǎn)合理開(kāi)發(fā)地下水資源。

1.2地下水含水層水資源的特點(diǎn)

平原地區(qū)松散巖層中的主要含水層為淺層水和深層承壓水。淺層地下水指地表以下的潛水和潛水-微承壓水，可以直接接受大氣降水和地表水的補(bǔ)給。深層承壓水指埋藏在深部弱透水層間含水層中的承壓水。

20世紀(jì)70年代初期，人們根據(jù)傳統(tǒng)的地下水資源的概念和地下水含水層的部分特點(diǎn)，認(rèn)為深層承壓水具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）地下水承壓水位高，開(kāi)采初期有的地區(qū)水位高出地面，水井可以自流；2）含水砂層厚、導(dǎo)水性強(qiáng)、水井出水量大；3）水質(zhì)好、不易受到污染；4）承壓水位不易受到氣候條件的影響等。而對(duì)淺層水則認(rèn)為：1）缺乏良好含水砂層或砂層厚度小、水井出水量小；2）含水層導(dǎo)水性差，側(cè)向補(bǔ)給相對(duì)較小；3）淺層水水質(zhì)差、易受地表水體污染等。在這種認(rèn)識(shí)下，20世紀(jì)60~70年代許多農(nóng)村和城市大量開(kāi)采深層承壓地下水，特別是某些地方的政策導(dǎo)向也是鼓勵(lì)開(kāi)采深層水，打深井國(guó)家給予補(bǔ)助，而打淺井則不予補(bǔ)助。由于深層水的大量開(kāi)采，造成承壓水位大幅度下降，形成大面積的承壓水位降落漏斗。近30多年來(lái)的實(shí)踐表明，上述對(duì)地下水含水層的認(rèn)識(shí)是不夠全面的。實(shí)踐使人們對(duì)淺層潛水和深層承壓水含水層和資源的特點(diǎn)有了更為全面的認(rèn)識(shí)。

1.2.1淺層地下水（包括潛水和淺層潛水-承壓水）開(kāi)采量的組成淺層地下水的補(bǔ)給和消耗：（1）地區(qū)內(nèi)部的垂向補(bǔ)給和消耗：降雨補(bǔ)給、河流和渠道滲漏補(bǔ)給、田間灌溉水補(bǔ)給、越層補(bǔ)給；潛水蒸發(fā)、越層消耗。（2）來(lái)自地下水側(cè)向補(bǔ)給和排出區(qū)外的地下水排泄。（3）開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中由于水位下降，含水層疏干而動(dòng)用的地下水儲(chǔ)存量（這部分不能作為可持續(xù)利用的地下水資源量）。在含水層的給水度為μ，單位面積上（m2）由于水位下降S(m)而釋放的水量W(m3)為W=μS

淺層地下水的優(yōu)點(diǎn)是：1）可以直接接受大氣降水和地表水體和地下徑流的垂直和側(cè)向補(bǔ)給，開(kāi)采利用后可以不斷得到恢復(fù)和補(bǔ)償，因而是可以持續(xù)利用的。2）含水層埋藏淺，可用淺井開(kāi)采，工程造價(jià)低。3）淺層地下水的給水度遠(yuǎn)大于深層承壓水含水層，相同開(kāi)采水量條件下水位下降小，運(yùn)行費(fèi)用低于深層承壓水。

在補(bǔ)給量和水質(zhì)有保證的條件下，淺層地下水可作為農(nóng)業(yè)用水的主要水源和城市工業(yè)和生活用水的后備或輔助水源。

1.2.2深層地下水開(kāi)采量的組成深層承壓水的補(bǔ)給和消耗：1）來(lái)自山前的天然地下水側(cè)向補(bǔ)給和排出區(qū)外的地下水排泄。在開(kāi)采區(qū)遠(yuǎn)離補(bǔ)給邊界的情況下，側(cè)向補(bǔ)給量是十分有限的。2）地區(qū)內(nèi)部的垂向補(bǔ)給和消耗：承壓含水層上下均有弱透水層或隔水層阻隔，不能直接承受降雨、河渠滲漏和灌溉水補(bǔ)給，在開(kāi)采過(guò)程中只有來(lái)自或進(jìn)入相鄰含水層的越層補(bǔ)給。3）開(kāi)發(fā)利用中由于承壓水頭的下降，含水層和弱透水層的彈性（或彈塑性）壓密而釋放的水量（對(duì)粘性土主要是塑性壓密，即使回灌也難以恢復(fù)）。這部分水量是不可補(bǔ)償?shù)模饕莿?dòng)用的含水層中原有的地下水儲(chǔ)存量，不能作為可持續(xù)利用的地下水資源量。在承壓含水層的彈性給水度為μe,單位面積上（m2）由于承壓水位下降Sc(m),承壓含水層和弱透水層釋放的水量Wc(m3)為

Wc=μeSc(1)

承壓含水層的彈性給水度為

μe=γmβs+nγmβ=γm(βs+nβ)

μe=μ1m

μ1=γ(βs+nβ)

式中γ為水的容重，βs為含水層的壓縮系數(shù)，n為含水層的空隙度，βw為水的壓縮系數(shù)，μ1為單位厚度的含水層，單位承壓水頭下降所釋放出來(lái)的彈性釋水量（1/m）。在深層承壓水開(kāi)發(fā)利用中，由于單位水頭的下降，自含水層上下的弱透水層釋放的水量計(jì)算方法與含水層相同，只是其厚度m、壓縮系數(shù)ßs和空隙度n不同。

如上所述，開(kāi)采深層地下水得到的水量主要來(lái)自由于水位下降而引起的含水層和弱透水土層壓密、水體膨脹引起的彈性釋放、側(cè)向補(bǔ)給和越層補(bǔ)給，來(lái)自土層壓密和彈性釋放的水量均是動(dòng)用儲(chǔ)存量。在承壓含水層以上有咸水覆蓋的地區(qū)開(kāi)采的越層補(bǔ)給的淡水量也是動(dòng)用儲(chǔ)存量，只有在無(wú)咸水覆蓋的地區(qū)部分越層補(bǔ)給的水量來(lái)自潛水或淺層地下。這部分水量雖然是可以持續(xù)利用的，但它來(lái)自淺層水的越層消耗量，并已計(jì)算在潛水（或淺層水）資源量中，屬于淺層水和深層水資源的重復(fù)量。在遠(yuǎn)離山前的地區(qū)側(cè)向補(bǔ)給十分微弱，由于地下水的開(kāi)采水位下降而引起的側(cè)向補(bǔ)給實(shí)際上也是動(dòng)用鄰區(qū)的地下水儲(chǔ)存量。根據(jù)以上情況自深層承壓水開(kāi)采的水量，除山前地區(qū)有一定的側(cè)向補(bǔ)給和在無(wú)咸水覆蓋區(qū)有少量越層補(bǔ)給的水量外，幾乎全部是動(dòng)用儲(chǔ)存量，而開(kāi)采儲(chǔ)存量是不可持續(xù)的。

1.3地下水可采量（地下水可采資源）

如前所述，地下水的儲(chǔ)存量是不可持續(xù)利用的的資源，只有在開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中不斷可以恢復(fù)、補(bǔ)償?shù)牡叵滤坎攀强梢猿掷m(xù)利用的地下水資源。地下水資源評(píng)價(jià)的任務(wù)主要是估算可持續(xù)開(kāi)采利用的符合水質(zhì)要求,且不會(huì)引起不可承受的生態(tài)環(huán)境損害的地下水量，即可采資源量。由于地下水補(bǔ)給的一部分將消耗于耕地農(nóng)作物的騰發(fā)和不可避免的潛水蒸發(fā)、天然生態(tài)耗水、地下水的排泄，而不能全部被開(kāi)發(fā)利用，地下水的可開(kāi)采量?jī)H是補(bǔ)給量的一部分。一個(gè)地區(qū)的地下水可采量需要通過(guò)地下水的采補(bǔ)平衡分析和地下水的模擬才能確定，但為簡(jiǎn)便計(jì)，生產(chǎn)實(shí)踐中一般常將地下水補(bǔ)給量乘以一個(gè)小于一的經(jīng)驗(yàn)可開(kāi)采系數(shù)求得地下水可開(kāi)采量。半濕潤(rùn)地區(qū)一方面有河渠滲漏和田間灌溉水的補(bǔ)給，另一方面又有降水入滲，地下水的可開(kāi)采系數(shù)較高（有時(shí)可達(dá)0.7~0.9）。干旱地區(qū)降水量稀少，地下水的補(bǔ)給大部來(lái)自地表水的轉(zhuǎn)化，且有相當(dāng)一部分消耗于農(nóng)田和非耕地天然植被的騰發(fā)，地下水的可開(kāi)采系數(shù)遠(yuǎn)小于半濕潤(rùn)地區(qū)。由于地下水的可開(kāi)采系數(shù)是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一些干旱地區(qū)借用半濕潤(rùn)的華北地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，估算的地下水可開(kāi)采量將顯著偏高。深層地下水在開(kāi)采時(shí)獲得的補(bǔ)給量中除有限的側(cè)向補(bǔ)給和越層補(bǔ)給（且與潛水補(bǔ)給有重復(fù)計(jì)算）外，幾乎全部來(lái)自地下水的儲(chǔ)存量，而儲(chǔ)存量是不能作為地下水可采量而持續(xù)開(kāi)采利用的。

在地下水補(bǔ)給量的計(jì)算中需要有一系列的補(bǔ)給參數(shù)，在利用補(bǔ)給量計(jì)算可采量時(shí)又需要有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的可采系數(shù)，計(jì)算的過(guò)程復(fù)雜，系數(shù)的選擇又有很大的任意性。由于降水量和地表引水量是地區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，生態(tài)需水也主要決定于降水蒸發(fā)等氣象條件，地區(qū)內(nèi)地下水的可開(kāi)采量除決定于土地利用系數(shù)和水文地質(zhì)條件外，主要決定于降水量和地表引水量。因此，可以近似地根據(jù)降水量不同的典型地區(qū)地下水可開(kāi)采量與地表水引水量的經(jīng)驗(yàn)比值，近似地估算地下水的可采量。

2南水北調(diào)受水區(qū)地下水開(kāi)采現(xiàn)狀

近期南水北調(diào)受水區(qū)主要為海河平原和淮河平原的部分地區(qū)。根據(jù)國(guó)土資源部水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所《海河流域地下水資源現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及典型區(qū)環(huán)境地質(zhì)效應(yīng)分析》資料，海河流域平原地下水可采量和現(xiàn)狀條件下實(shí)際年開(kāi)采量如表1所示。.年平均總超采量為44.6億m3/a,其中淺層地下水超采量為23.6億m3/a,深層地下水超采量為21.0億m3/a.自1958年以來(lái)海河流域平原區(qū)累計(jì)超采量為895.8億m3,其中淺層地下水超采471.2億m3，深層地下水超采424.6億m3，見(jiàn)表1。根據(jù)表1,現(xiàn)狀年海灤河流域平原內(nèi)有部分地區(qū)淺層地下水超采，總超采量為23.63億m3。部分地區(qū)淺層地下水尚有盈余，總計(jì)盈余29.19億m3。根據(jù)表1，深層地下水年可采量為13.07億m3,是由側(cè)向補(bǔ)給和越流補(bǔ)給兩項(xiàng)組成的。海河?xùn)|部平原約有50%的面積存在上覆淺層咸水，由于在這種地區(qū)不能接受降雨入滲補(bǔ)給的淡水，所開(kāi)采的越層補(bǔ)給的水量動(dòng)用的仍然是地下水的儲(chǔ)存量，這種水量是不可持續(xù)的，因此不能作為可可持續(xù)開(kāi)采資源。在越層補(bǔ)給的水量來(lái)自無(wú)咸水覆蓋的地區(qū)，深層地下水的補(bǔ)給來(lái)自淺層水的越層排泄，這部分水量應(yīng)自淺層水的可采量中扣除，才能作為可采資源，因此海河流域淺層水和深層水的可采量總和應(yīng)為表1中的淺層水的可采量與深層水側(cè)向補(bǔ)給量之和。對(duì)于河北平原深層水的補(bǔ)給量問(wèn)題曾有多個(gè)文獻(xiàn)進(jìn)行探討，例如，郭永海等認(rèn)為滄州地區(qū)深層水的側(cè)向補(bǔ)給僅有總開(kāi)采量的3~4%左右[8];根據(jù)陳寧生等對(duì)黑龍港地區(qū)地下水開(kāi)采狀況的分析資料[2]，深層地下水的開(kāi)采量中有10.57%來(lái)自山區(qū)的側(cè)向補(bǔ)給，各種文獻(xiàn)給出的數(shù)字差別很大。若采用最大的10.57%來(lái)估算深層水的側(cè)向補(bǔ)給量，在開(kāi)采量為33.8億m3的情況下最多不超過(guò)3.6億m3。淺層和深層的總超采量可能在53.8億m3以上，大于表1中給出的44.64億m3。

地下水的超采對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。主要表現(xiàn)在：1)地下水持續(xù)下降、形成大面積地下水漏斗，部分地區(qū)含水層被疏干；2)海水入侵與水質(zhì)惡化；3)超采區(qū)發(fā)生地面沉降、裂縫和塌陷；4)提水費(fèi)用增加、含水層枯竭、機(jī)井報(bào)廢；5)天然植被衰退，生態(tài)環(huán)境惡化；6)由于超采區(qū)地下水位低于臨近地區(qū)，不僅灌區(qū)地表水帶來(lái)的鹽分無(wú)法外排，鄰區(qū)地下水中的鹽分也向超采區(qū)聚集，造成地下水礦化度增加、土壤鹽漬化加劇等一系列生產(chǎn)和環(huán)境問(wèn)題。

3南水北調(diào)受水區(qū)城市用水應(yīng)嚴(yán)格控制地下水超采

北方平原地區(qū)地下水的補(bǔ)給主要來(lái)自大氣降水和地表水灌溉入滲，地區(qū)內(nèi)的垂直補(bǔ)給占整個(gè)補(bǔ)給量的85%~90%以上[2]，見(jiàn)表2。城市地區(qū)地表多為不透水的道路房屋所覆蓋，少量綠地降雨入滲和輸水管道滲漏補(bǔ)給的水量很少，除靠近山前的城市有一定的側(cè)向補(bǔ)給可以利用外，城市本身地下水可采資源有限。由于地下水的補(bǔ)給量基本上是均勻分布于整個(gè)地區(qū)，地下水資源也應(yīng)采取就地補(bǔ)給就地開(kāi)采的方式用于農(nóng)業(yè)，不宜在城市集中開(kāi)采地下水，用來(lái)解決工業(yè)和生活用水問(wèn)題。

目前在一些水資源規(guī)劃中，將由于地表水灌溉和降水補(bǔ)給的地下水量的大部分分配給城市工業(yè)和生活用水，實(shí)際上是擠占農(nóng)業(yè)用水。含水層中的地下水與地表水不同，是不能任意從一個(gè)地區(qū)向另外一個(gè)地區(qū)轉(zhuǎn)移的，分散補(bǔ)給的地下水集中用于城市開(kāi)采，勢(shì)必造成超采，形成地下水位下降漏斗。根據(jù)國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)、水利部《南水北調(diào)工程總體規(guī)劃》資料，南水北調(diào)中線沿線地下水位剖面圖，見(jiàn)圖1、圖2，可以看到每個(gè)城市地面以下均有一個(gè)漏斗中心。降水和地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給強(qiáng)度一般充其量不超過(guò)200mm/a,但集中開(kāi)采的城市水源地開(kāi)采強(qiáng)度常在4000mm/a以上，不僅遠(yuǎn)超過(guò)城市本身的補(bǔ)給量，而且也動(dòng)用了農(nóng)業(yè)地區(qū)的補(bǔ)給量和儲(chǔ)存量。產(chǎn)生這種情況的原因，關(guān)鍵是對(duì)城區(qū)和深層地下水開(kāi)采區(qū)地下水可采資源的認(rèn)識(shí)問(wèn)題，許多城市的地下水資源評(píng)價(jià)都是與市區(qū)附近地區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)一起進(jìn)行，而不是單獨(dú)估算城市本身的地下水補(bǔ)給量和可采量。同時(shí)市區(qū)的可采量往往是根據(jù)地下水位滿足在一定的開(kāi)采方案（總開(kāi)采量和開(kāi)采布局）條件下，在一定的期間內(nèi)不超過(guò)一定地下水位或承壓水位埋深的要求確定的。如果不超過(guò)要求的深度，則把這個(gè)開(kāi)采量作為地下水的可采資源。過(guò)去30年來(lái)城市地下水位在持續(xù)下降的事實(shí),已經(jīng)表明地下水嚴(yán)重超采，在南水北調(diào)地下水開(kāi)采規(guī)劃中，應(yīng)采取堅(jiān)決的措施減少和控制地下水的開(kāi)采量。在水資源短缺的情況下短期超采是可以允許的，但在今后30年內(nèi)仍然把目前的開(kāi)采量作為可供水量，后果將不堪設(shè)想。在地區(qū)水資源規(guī)劃中應(yīng)吸取過(guò)去30年的教訓(xùn)，城鎮(zhèn)工業(yè)生活用水應(yīng)主要改用地表水供水，而將擠占的地下水還給農(nóng)業(yè)。

山前平原的北京、保定、石家莊、邢臺(tái)、邯鄲、安陽(yáng)、新鄉(xiāng)、焦作、鶴壁、濮陽(yáng)等城市，目前以淺層地下水為主要水源。這些城市開(kāi)采的地下水，除少部分來(lái)自山前的側(cè)向補(bǔ)給外，大部分是超采農(nóng)業(yè)區(qū)補(bǔ)給的地下水或動(dòng)用地下水的儲(chǔ)存量。南水北調(diào)工程通水以后，這些城市些城市必須封閉大部分水井，嚴(yán)格控制地下水超采。以深層地下水為主要水源的城市如滄州、衡水和廊坊等，更是超采地下水，已造成一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)我國(guó)水法第36條規(guī)定，全面采取禁止開(kāi)采措施，對(duì)所有機(jī)井進(jìn)行封閉，但應(yīng)封而不廢，以備出現(xiàn)南水北調(diào)供水不足或其它特殊情況時(shí)應(yīng)急之用。

根據(jù)南水北調(diào)城市水資源規(guī)劃編制組《南水北調(diào)城市水資源規(guī)劃》中有關(guān)受水區(qū)城市供水結(jié)構(gòu)資料，現(xiàn)狀條件下地表水供水量為41.9億m3,占總供水量的28.8%;地下水供水量為86.3億m3,占總供水量的59.47%;2010年地表水供水量為35.4億m3,占總供水量的28.8%，地下水供水量為54.7億m3,占總供水量的43.9%;2030年地表水供水量為37.0億m3,占總供水量的37.0%，地下水供水量為56.0億m3,占總供水量的41.6%。地下水的供水量雖然有所減少，但仍然占有很大比重，其數(shù)量遠(yuǎn)大于城市本身地下水的補(bǔ)給量。表明城市地下水仍在繼續(xù)超采和挪用農(nóng)業(yè)區(qū)的地下水補(bǔ)給量或動(dòng)用儲(chǔ)存量。為了嚴(yán)格控制城市地下水超采，應(yīng)在詳細(xì)的地下水資源評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，根據(jù)城市本身的地下水可采資源確定地下水的可供水量，而將擠占城市所屬郊縣的農(nóng)業(yè)用水量還給農(nóng)業(yè)。