梁学玉，孙天青，崔 亮

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222）

试点地区地下水控制性关键水位分析研究

梁学玉，孙天青，崔 亮

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222）

为了在地下水资源管理中有效地实施取水总量控制和地下水水位控制的“双控”管理模式，本文以河北省邯郸市东部平原区作为试点研究地区，提出了地下水红线水位、管理水位等指标，并对其划定方法进行研究，进而为开展地下水控制水位划定工作提供参考。

地下水;双控;红线水位;管理水位

1 概 况

为有效缓解因地下水超采引发的含水层疏干、地面沉降等各种问题，在地下水资源管理中实施取水总量控制和地下水水位控制的“双控”管理模式逐渐得到认可。由于缺乏具体有效的技术方法指导，地下水控制性关键水位的划定尚未得到有效实施。下面以河北省邯郸市东部平原区作为研究区域，在国内外现有研究成果的基础上，紧密结合当地地下水开发利用的实际情况，提出地下水红线水位、地下水管理水位等指标，并对其划定方法进行研究，为开展地下水控制性关键水位划定工作提供参考。

邯郸市位于河北省南部，总面积12 047 km2，其中，山区面积4 460 km2，平原面积7 587 km2。邯郸市东部平原区包括永年县、邯郸县、磁县等共14个区县，面积为7 587 km2，占邯郸市总面积的63.0%。

根据邯郸市东部平原区1980—2010年来的浅层地下水动态观测资料，地下水平均埋深由1980年末的7.16 m降到2010年末的22.48 m，下降速率为0.51 m/a。其中，1980—2000年下降速率为0.50 m/a，2001—2010年下降速率为0.54 m/a。

2 地下水控制性关键水位研究

2.1 基本概念

地下水控制性关键水位是指具有明确物理概念的一系列水位值的总称，对应于地下水不同开发利用状态的一系列水位值。此次研究将地下水控制性关键水位划分为地下水红线水位、地下水管理水位两大类。

地下水红线水位是指地下水处于多年连续超采状态（下降型）或者处于多年连续过度补充状态（上升型）一系列水位值，包括红线水位上限和红线水位下限。红线水位上限是指因地下水埋深过浅而产生潜水无效蒸发增大、土壤次生盐渍化、影响城市建筑物基础等问题时所对应的地下水水位。红线水位下限是指因地下水连续超采而产生土壤沙化、地面沉降等问题时所对应的地下水水位。

地下水管理水位是水行政管理部门为维护地下水良性循环不被破坏，根据规划年地下水开发利用量控制目标而设定的一些水位值，分为管理水位上限和管理水位下限。管理水位上限是针对降水特丰年份或因地下水压采发生地下水位过快上升等情况，而设置的最小地下水埋深。当地下水埋深小于管理水位上限时，为防止产生土壤次生盐渍化、影响城市建筑物地基基础等问题，须采取增加地下水开采、强制抽排等措施。通常情况下，管理水位上限埋深等于红线水位上限埋深。管理水位下限是指为防止地下水超采而产生含水层疏干、土壤沙化、地面沉降等问题，水行政管理部门根据规划年浅层地下水开采总量控制目标而制定的地下水埋深值。通常情况下，管理水位下限埋深不超过红线水位下限埋深。

2.2 划定方法

红线水位上限和管理水位上限主要从防止土壤盐渍化、不影响重点地区现有主要建筑物地基基础等方面考虑确定；红线水位下限从避免含水层疏干，根据地下水位达到开发利用目标含水层一定厚度时确定；管理水位下限主要采用水均衡法、历史动态分析法确定。

2.2.1 水均衡法

浅层地下水埋深的变化直接反映含水层中地下水资源量的增减情况。地下水埋深减小表示总入渗补给量大于总排泄量，含水层中地下水资源量增加；地下水埋深增加表示总入渗补给量小于总排泄量，含水层中地下水资源量减少。水均衡方程为：

式中：Q总补——计算时段内计算区总补给量，万m3；Q总排——计算时段内计算区总排泄量，万m3；△h——计算时段地下水水位降深，m；μ——地下水水位变幅带给水度（无因次）；F——计算面积，km2。

2.2.2 历史动态分析法

利用地下水开采量与地下水埋深的历史数据，分析区域年开采量和可开采量差值的累积值（或地下水累积开采量）与地下水埋深之间的关系，以此确定区域规划年地下水开采量指标对应的地下水埋深。

2.3 划定成果

2.3.1 管理水位上限

考虑到邯郸市东部平原区由西向东包气带的变化，山前冲洪积平原区管理水位上限平均埋深较浅，中东部冲积湖积平原区管理水位上限平均埋深相对略有增加。2015年8月实地调研了解到，目前邯郸市东部平原区不存在盐渍化问题。由此，根据包气带岩性、北方平原区潜水蒸发系数和各区县地下水位监测资料，初步确定邯郸市东部平原区14个区县的管理水位上限埋深基本在2.6～ 3.4 m之间。

邯郸市区住宅楼以5～6层为主，城区综合商业区以多层、高层建筑群为主，高层建筑层数集中在20～33层之间。邯郸市区地下空间主要利用浅层空间（距离地面以下10 m)，城区建筑物多数设有1～2层地下室，基坑深度一般小于6 m，少数为6～10 m；其他县均以 5～6层住宅楼为主，基础埋深相对较浅；广大农村地区以平房为主，部分也有了2～5层左右的建筑。由此确定邯郸市区管理水位上限埋深为8 m，其他各县城区管理水位上限埋深为5 m，各区县红线水位上限取值与管理水位上限埋深一致。

2.3.2 管理水位下限

邯郸市东部平原区管理水位下限根据邯郸市制定的地下水压采目标，考虑超采区和非超采区两种情况，采用水均衡法、历史动态分析法综合确定。其中曲周县和邱县为非超采区，其他区县均为超采区。

1）非超采区

根据邯郸市东部平原区14个区县2001—2010年历年浅层地下水实际开采量、地下水埋深和年降水量的历史数据，曲周县、邱县2001年、2002年发生连续干旱，其中曲周县2002年、邱县2001年降水量最少。由于降水入渗补给量连续减少，导致2003年初地下水埋深最大。随后因降水增多，地下水埋深比2003年有所减少，并随历年地下水开采量的增减处于上下波动状态（见图1）。

图1 各县历年浅层地下水平均埋深年际变化图

考虑到东部平原区自1956年以来1986，1992，1997等年份降水量均小于2002年，尤其是1992年降水量最少，为276 mm。故可在2003年初埋深基础上，根据2002年与1992年降水入渗补给量差值，采用水均衡法计算得到地下水埋深增量，两者相加作为规划年2020年、2030年曲周县、邱县管理水位下限的埋深，成果见表1。

2）超采区

根据超采区各区县2001—2010年历年浅层地下水实际开采量、地下水埋深资料，考虑是否超过地下水可开采量和地下水埋深变化趋势（埋深持续增加或上下波动），将超采区内各区县分以下3种情况进行分析：

①年均实际开采量大于可开采量，且埋深持续增加

经分析，永年县、鸡泽县、肥乡县、临漳县、成安县、广平县6个县近10年年均开采量均大于地下水可开采量，且地下水埋深呈持续增加趋势（见图1）。点绘以上6个县历年年开采量和可开采量差值的累积值与地下水埋深之间的关系（见图2），二者相关性较高。通过累积超采量～地下水埋深关系，根据规划年各县浅层地下水开采量目标，预测得2020年、2030年地下水埋深作为管理水位下限。在点绘累积超采量～地下水埋深关系时，根据点据分布情况，设定上下两条趋势线，地下水埋深预测结果取下限值，成果见表1。

表1 各区县规划年地下水管理水位下限 m

②年均实际开采量小于可开采量，且埋深持续增加

经分析，魏县、大名县近10年年均开采量均小于地下水可开采量，但地下水埋深呈持续增加趋势（见图1）。点绘魏县、大名县历年年开采量累积值与地下水埋深之间的关系（见图3），二者相关性较高。通过累积开采量～地下水埋深关系，根据规划年各县浅层地下水开采量目标，预测得2020年、2030年地下水埋深作为管理水位下限，见表1。

③部分年份实际开采量大于或小于可开采量，埋深呈上下波动

经分析，邯郸县部分年份、磁县近10年年均开采量均小于地下水可开采量，地下水埋深呈上下波动状态（见图2）；馆陶县2001—2006年年均开采量均大于地下水可开采量，2007年以后年均开采量均小于地下水可开采量，地下水埋深近10年基本在20 m附近呈上下波动状态（见图2）；邯郸市区近10年年均开采量均小于地下水可开采量，因实施地下水压采，2010年以来邯郸市区已经逐步关停地下水取水井，规划年邯郸市区浅层地下水取水量为0，因此邯郸市区规划年地下水管理水位取值与邯郸县保持一致。以上 区县规划年2020年、2030年地下水管理水位下限取值采用非超采区方法确定，见表1。

图2 永年等6县地下水累积超采量与地下水埋深关系图

续图2 永年等6县地下水累积超采量与地下水埋深关系图

2.3.3 红线水位下限

根据各区县浅层含水层隔水底板埋深资料（见表3），各区县2020年管理水位下限埋深占各区县浅层含水层隔水底板埋深的比例在0.14～0.46之间，到2030年所占比例在0.14～0.52之间。

图3 魏县、大名县地下水累积开采量与地下水埋深关系图

由各区县浅层含水层隔水底板埋深资料与规划年管理水位埋深成果可知，依据目前邯郸市东部平原区制定的地下水开采量目标，临漳县2030年管理水位的埋深将达到浅层含水层隔水底板埋深的0.52；永年县、鸡泽县、成安县2030年管理水位埋深将达到各自浅层含水层隔水底板埋深的0.41，0.46，0.47；其他区县2030年管理水位埋深在各自浅层含水层隔水底板埋深的0.34以内。为防止含水层被疏干，各区县地下水红线水位下限埋深取各自浅层含水层隔水底板埋深的0.6，各县红线下限埋深值见表2。

表2 各区县管理水位下限占含水层隔水底板埋深比例及红线下限埋深

3 结语

本文通过分析研究，提出地下水红线水位上限、红线水位下限、管理水位上限、管理水位下限等指标体系和相应的划定方法。并以河北省邯郸市东部平原区为例，提出了地下水红线水位和管理水位的初步成果：各区县地下水红线上限和管理水位上限埋深在2.6～3.4 m之间，主城区5～8 m；2020年、2030年各区县管理水位下限埋深分别在8.81～41.38 m、8.81～48.96 m之间。各县红线水位下限埋深取各自浅层含水层隔水底板埋深的0.6，分别在28.44～71.64 m之间。

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2016-09-22