华北平原“地下水库”供水功能衰退和防治对策，本文主要内容关键词为：华北平原论文,水库论文,对策论文,地下论文,功能论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
前言
华北平原是我国重要的粮、棉、油和工业生产基地之一，北京、天津、石家庄等数10座大中小型城市座落在这里，水资源对这些地区的城市、工业和农业的发展具有不可替代的保证作用。但是，水资源严重短缺又成为其社会经济进一步发展的瓶颈。在目前有限的供水总量中，开采利用的地下水占60%-70%，许多县级以上城市地下水供水量甚至占90%以上，具有举足轻重的地位。地下水资源主要由大气降水补给，其补给量是依靠“地下水库”自然调蓄获得的。本文所说的“地下水库”是指华北平原地面之下地下水含水层系统，其中贮存着可更新的和难以更新的地下水体，可供人们大量开采利用，地下水含水层系统的富水性和水质在空间上分布不是均匀的，根据其补给、径流和排泄特征可分为若干子系统。在一个独立的子系统中，其水力联系十分密切，可作为一个天然“地下水库”看待。目前，人们虽然十分重视发挥“地下水库”的供水效能，但普遍不够重视其功能严重衰退的危害，更没有就如何防治衰退的对策取得共识，这是值得研究和讨论的迫切问题。
二、地下水资源是华北平原供水总量中的重要组成部分
大气降水、地表水、土壤水和地下水，都是地球水循环的组成部分，它们相互转化，相互影响。大气降水是地表水、土壤水和地下水的主要补给来源，大气降水则主要由海水蒸发来形成。地区降水量的大小是由环球大气因素决定的。地表水、土壤水和地下水的丰度除受降水量制约外，还受地形地貌、植被和岩土等因素的影响。对满足植被和农作物生长需要来说，由大气降水补给的土壤水具有不可低估的作用，在人们为满足农灌工业和人民生活用水的计划供水中，地表水和地下水则是重要组成部分。如果按供水量来比较，我国南方地区目前主要供水成分是地表水，而北方地区则主要是地下水，两者各有特色。
位于华北平原北部的北京市，1994年是偏丰水年，平原区降水量为772.2毫米，全年供水总量41.13亿立方米，其中地下水27.65亿立方米，地表水13.48亿立方米，地下水占供水总量的69.6%，地表水占30.4%。在平水年和枯水年，地下水占供水总量的70%以上。
位于华北平原的河北省，凿井总数70余万眼，占全国的1/4。近10余年来，年开采地下水145亿立方米左右，占全省供水总量的65%-75%。全省24座县级以上城市，地下水占供水总量90%以上。地下水为华北平原农业、工业、城市和人民生活提供了重要水源条件。据1988年统计，河北、北京、天津三省市，耕地面积为7180.8万亩，人口为5372.9万人，工业总产值1427.9亿元，粮食总产量1705.4万吨。到本世纪末，其国民生产总值要比1988年翻一番以上，粮食总产量要大幅度增加，城乡工业快速增长，为满足供水需要，地表水开源潜力不大，地下水仍将是主要依托。
二、华北平原“地下水库”供水功能衰退形势严峻
华北平原地区降水量偏低，一般年降水量为400毫米—700毫米。其中3/4的降水量又集中在每年的6、7、8三个月，常以暴雨出现。所以在历史上就多呈现“旱则赤地千里，涝则洪波万顷”旱涝同年发生的灾害的严峻局面。解放后，人民政府投入大量人力财力，修建了大量储水、调水地面工程，对防洪减灾，满足供水需要取得了很大成效。但是，由于降水资源偏低，水库储水工程能调蓄的地表水量仍然是有限的。现在一般情况是一条河流修建了一定数量的水库后，就能把河水截完，造成上游截流，下游干枯的局面，因为来水总量有限。“地下水库”一般是自然调蓄形成。它一方面通过降水和洪水入渗到地下透水层系统中聚集贮存起来。这是一种可更新资源，它决定于降水量的大小和降水入渗的地下地质条件。以一定时限的可采水量计算，这也是有限的。另一方面，“地下水库”的含水层系统埋藏深度达数10米，甚至数百米。其巨大的地下水储存量是在地质历史时期形成的，其绝对年龄达数百年至万年以上。这与人们利用水资源的历史相比，是一种难以更新或不可更新的资源。它的储存量比现有自然地面淡水体和人工水库储水量要大数10倍甚至更多。目前人们在追求经济效益时，采用了最好的技术，希望能把可更新的地面和地下水资源尽量用掉，但是，由于对可更新水源的需要量远大于可供给量，于是，人们就普遍选择了加大开发利用历史形成的地下水储存量来满足需要，使地下水位逐年下降，降位漏斗不断扩大。这就是目前一般认为的地下水超采和严重超采现象。位于华北平原的河北省自1975年以来平均每年超采20亿立方米，共消耗地下水储存量400亿立方米，出现区域性地下水下降漏斗就达30多处，总面积为20000平方公里，且大部分地下水位降至海平面之下，沧州市降位漏斗面积达1000多平方公里，其中中心地区地下水位埋深为76米。北京自70年代以来，平均每年超采约2亿立方米，消耗储存量43亿立方米，使城近郊地下水下降漏斗面积达1000多平方公里，其中心区地下水位埋深为40余米，在靠近山前的浅部第四系含水层处于疏干状态。“地下水库”供水功能明显衰退，如不及时继续防治，将难以维持下去。
由于地下水位下降，天津市地面最大沉降量达2.46米，致使海河口洪水入海不畅，城市建筑物裂缝，地下水排水管道排水发生困难，在许多地方，还使原有井群产水量大幅度衰减，甚至报废，在另一些地区已发生海水入侵现象，使原有淡水资源不能饮用和灌溉，大面积土壤长期干旱无水，产生植被消失，土地沙化等环境地质质量下降和灾害问题。
导致“地下水库”供水功能衰退的另一原因是由于清洁地下水源的污染。造成大量地下水污染的原因是工业、城市污废水未经处理就大量排放到河道中，然后，它们就沿着河床渗入地下水中。有些地区，不合理地利用污水进行农业灌溉，造成污灌区地下水污染。例如：在海河流域，1985年污废水排放量达到36.6亿立方米，使不少河段长期是“旱季河干，有水皆污”的景象。农业上不合理使用有害农药、化肥等已形成浅层水的面状污染。此外，城市垃圾随意堆放在地下水源补给区，也造成地下水源污染。一般在城市及四周地区，都有垃圾堆存，可是按规范要求处理的很少。现在各级政府对地下水污染虽然十分重视，对污染源的治理做了大量工作，但是，由于经费短缺，近期内难以全面解决。例如，北京市仅在高碑店建成了一座50万立方米／吨的城市污水二级处理厂，就耗资达10亿元左右，这还是依靠国际贷款帮助解决的。至于其它城市就难以争取到这样大的投资。因此，其地下污水的净化处理，看来在近期内也是解决不了的。
地下水超采、水源枯竭、水位下降与“三废”排放量增加常常构成对地下水质恶化的迭加作用，而地下水的污染又减少了清洁水源，使水源短缺现象更趋严峻。例如，北京市因上述迭加作用而引发的地下水硬度超过饮用水标准的分布面积达270平方公里。若以影响20米含水厚度计算，其超标地下水体达10亿立方米，经济环境的损失之大不言而喻。
三、开展地下水人工调蓄是最大限度夺取降水资源，增大供水量的可选择办法
在华北平原，地表水和地下水开发利用程度都很高。为了尽量挖掘地表水潜力，已修建了大量水库调蓄降水（主要是洪水）资源。为了尽量利用地下水，在华北平原开凿了数以百万计的机井，但没有搞地下水人工调蓄，只是做了一些科学试验。那么，华北平原的降水资源是否还有进一步扩大利用的潜力呢？在干旱和风调雨顺之年，降水资源确实已得到充分利用，其证据是已没有大量洪水弃流入海。但是，在丰水年和暴雨季节，据监测资料记录，还是有大量洪水弃流入海的。例如，北京地区目前平均每年流失的洪水量就达23亿立方米。这说明，降水资源还是有利用潜力的。现在关键的问题是还有没有好的办法去进一步充分挖掘利用这部分入海流失的洪水，而又不会造成洪水灾害。要回答这个问题，第一要考虑技术是否可行，第二要考虑经济是否合理。本文将重点探讨技术方面的问题。
开展地下水人工回灌是有计划地扩大“地下水库”的储存量、调节供水和有效涵养地下水的新技术方法。这种方法已在国内外取得许多成功经验。
早在本世纪30年代，在美国纽约的长岛地区，即开始引洪水回灌地下贮存起来，然后，按需要再抽出来作为城市生活和工业用水的水源。他们在回灌地表水时，一般是在回灌地段同时建筑两个不同功能的水池：第一个水池用于除掉水中的悬浮物和泥砂，然后将水引入第二个回灌池，该池设置有渗水反滤层，能使水以最优速率渗入地下透水层中。一个长200米，宽100米，深4米的回灌池，每年回灌地下水总数可达数百万立方米，在一个地区，根据需要和条件，若建筑众多类似回灌池，将会取得很满意的供水效果。
在荷兰北部沿北海岸边砂岗地带，早在1940年前，就发现地下水天然补给量不能满足供水需要。1940年，在雷德城开始抽取河水贮存于透水砂层中，每年增大地下水补给量100-300万立方米。在阿姆斯特丹曾建设更大的人工“地下水库”，使其地下水既满足城市部分供水需要，又有效地防止海水侵入淡水含水层。此方法获得了很大成功和推广。
70年代以来，我国在地下水人工回灌技术方面进行了大量科学试验和研究，也同样取得成效。例如在北京市，北京水文地质工程地质大队利用房山县大宁水库贮水回灌，增加地下水补渗量达每日2万多立方米；在首钢，利用深40米，直径400毫米管井回灌，运行35日，补给地下水936万立方米，用直径8米的大口井，每日回灌地表水达4.3万立方米。1994年，利用密云水库汛期向潮白河弃水河道回灌，水库放水量约1亿立方米，其渗补地下水量达到7000万立方米。这说明选用河床回灌，入渗量更大。今年，密云水库拟弃水2亿多立方米，目前正向潮白河放水，预计潮白河两岸将会获得更大量的地下水入渗量。在过去几年中造成的地下水降落漏斗，很可能一次放水就能回升到原先的水位。
华北平原山前地带与北京地区条件相似。这说明在该区都能推广北京市人工回灌的技术和实践经验，会取得成效。
上述实践，实际上就是“地下水库”人工调蓄。它一方面可以使已衰减供水功能的“地下水库”重新恢复元气；另一方面甚至可以建设更多不同规模不同类型的新型“人工地下水库”，以增加更多的供水量，调济供水急需。
但是，上述实践还是点状和局面效果，其回灌量还十分有限。我们还可以提出更多的方案，使更多的降水资源有计划地贮存到“地下水库”中。
第一，可以在华北平原，特别在透水性良好的山前冲洪积扇和沿河道邻近地区，结合地下水取水工程需要，有计划地把潜水位降到一定深度，腾出空间，迎接雨季降水和洪水入渗贮存起来，减少洪水流失量。这种引渗方式，虽然其入渗速度比地表水流速慢得多，但是由于垂直入渗断面积达数十万平方公里，入渗总量还是十分大的。譬如，上述的潮白河河床，一次汛期过水，其入渗量近亿立方米，就充分证明了上述认识是站得住脚的。这种引渗方式，实际上早已在不自觉地进行着。解放前，华北平原许多地区地下水位浅，一场不大的降水就可能引起洪水之害。近10多年来，相似的降水强度就不容易引发洪水之害，有的故河道甚至难以形成长时间的基流，这就是因为近期开采地下水地下水位已下降较大，腾出的空间可以吸收更多的降水之故。我们应把这种不自觉中获得的经验有计划地推广，以能达到多夺取降水资源，尽量减少洪水弃失以增大供水量的目标。
第二、可以有计划地调用地表水库在汛前迎洪放空排走的多余水量引渗到供水最需要的“地下水库”群体之中。华北山区建成的许多中小型水库多为当年贮水，一年调节运行的。由于气象长期预报准确度还不够高，加上防止洪水之害的要求有时比确保供水需要更重要，所以每年汛期前常常要把水库放空腾出空间以迎接洪水到来。这部分汛前弃水，可以提前有计划引渗贮存在“地下水库”之中，既可以消除对洪水之害的担忧，又可使这部分水源贮存于地下，满足来年供水需要。
第三，实施地表水和地下水联合调度。为此，应建设适当规模的地表水和地下水两套联网供水系统，真正实施丰水年尽量多用水库地表水供水，少用地下水，把地下水节约下来。丰水年地下水补给量相应增加，只要把地下水位预先降到一定深度，则完全可以把丰水年多增的降水补给量贮存住，以确保枯水年可能多开采地下水以补充地表水之不足。鉴于地表水供水量在华北平原总的来说只占总供水量的30%以下，所以联网供水规模主要决定于地表水供水能力，决定于地表水能代替丰水年地下水停止供水的数量。今年密云水库汛期前就要排水2亿多立方米，就是因为密云水库目前还不能联网代替地下水供水。将来待水源九厂和十厂建成后，就应从设计上考虑实施联网联合调度方案。
第四，在有水源条件的河道分段建设拦水橡胶坝和拦水闸。这种工程在北京已完成17座，取得了截水引渗补给地下水和改善地表水环境的双重效益。譬如在潮白河修建了向阳闸，每年增加地下水补给量1000多万立方米，有效地减少了其附近日开采量50万立方米的八地下水厂周边地水位下降，缓解了自来水和农业争水的矛盾。
第五，利用冲洪积扇中上部砂石坑、大口井、管井引洪水和多余的水库水回灌地下水，建造人工地下水库。今年4月21日，在北京西郊利用西黄村砂石坑引密云水库水回灌，每日12万多立方米，现已回灌1000多万立方米，不但增加了地下水储存量，而且使其附近地下水硬度明显下降，改善了地下水水质。待南水北调中线工程实施后，应在沿线山前洪积扇地区建造人工地下水库，对外来水源进行有效的调蓄。
实施多种方式的“地下水库”人工调蓄，从技术上讲是可能取得多利用降水资源、减少洪水流失的效果，其经济造价也并不比地面水库昂贵，但做起来并不容易。这项工作涉及到多部门多学科的职责和工作内容，因此，需要多部门的协商合作，实行通盘规划、因地制宜，分步实施，尽快取得更大实效。
四、要防治“地下水库”供水功能衰退，就要防治地下水污染
要加强工业、城市污废水、废碴、垃圾的治理和排放控制，合理利用农药化肥，合理引污水农灌，这些工作对保护水质和环境的重要性是不言而喻的。地矿部门对地下水质的监测已开展了30余年，为地下水污染防治提供了基础资料；环保部门对“三废”治理和排放进行监督管理，得到了很大成效，并总结了许多经验，正在继续深入开展防治工作，也取得了许多成果。
五、对地下水开发利用实行分区管理
华北平原降水量偏低，无论是地表水和地下水资源都是短缺的。这一现实不能回避。这些地区的城市、工业和农业发展应自觉地与其水资源的有限性相协调，不应盲目扩大需水计划，同时要注意节水。但是，由于人们对水资源特别是地下水资源的有限性普遍认识不足，在一些地区存在着自发盲目超负荷开发利用的现象，致使产生资源严重衰竭和环境地质质量下降的负效应。为防治“地下水库”供水功能衰退，专家们呼唤着对地下水资源开发利用与保护管理的强化。强化管理又从何着手？如何利用科学知识保证管理的有效？我们认为，进行自然单元和行政区域地下水资源分区评价，划定地下水严重超采区、超采区和未超采区范围，报政府审定公布，作为有关主管部门制定地下水开采规划的依据。计划和审批凿井的依据和准则是应该推行的重要和有效的措施。
华北平原地下水开采总量已经超过允许的最优开采量，但由于其开采强度的空间分布与地下水可开采资源分布不相协调，客观上已形成地下水严重超采区、超采区和未超采区。对于未超采区，应充分合理开发利用其盈余的地下水资源，发挥应有效益；对于超采区，特别是严重超采区，则应严格控制开采量，禁止盲目新增耗水量大的建设项目和盲目扩大地下水开采；加强有效保护，推行人工调蓄，以达到科学地、永续地用好地下水这一宝贵资源。
如何划定地下水严重超采区、超采区和未超采区范围，在我国地下水管理中还处于探索阶段，在国外文献中也没有规范。这不仅与地下水的类型，储存条件和补给来源的种类等自然特征有关，而且与人们开发利用地下水的目的之不同而有很大的区别。例如，对傍河开采地下水来说，其允许开采量取决于河水可补给量以及取水工程能够经济地截取河水量的大小；对于由降水补给的浅层地下水，其开采量则主要决定于其补给量的大小；对深层承压水，其允许开采量主要由消耗储存量和可能夺取的越流补给量大小所决定；在近海岸开采地下水的大小则以避免海水入侵的严重程度来规定；在沿海和夹有厚层软泥层地区开采地下水时，其允许开采量必须以是否引发有害地面沉降为前提进行决策等等。北京市率先开始了这项工作。我们确定划分三个区的标准是：首先以近期地下水实际开采量与多年平均可采资源量的比值作为量化界定指标，实际开采量比可采资源量大于120%为严重超采区；100%-120%为超采区；小于100%为未超采区。其次，综合考虑地下水位动态变化趋势，开采含水层厚度、调蓄能力以及开采地下水后引发的地面沉降、水质恶化等环境地质问题危害程度，对由上述量化指标划分的区域再进行适当调整。划定三个区的目标是：既要充分开发利用盈余的地下水资源，又要防止盲目扩大开采量，尽量避免水资源枯竭和环境破坏的负效应，真正做到合理开发利用和科学保护，局部利益和整体利益，近期利益和长远利益相互结合，统筹兼顾。
北京平原按上述标准划分三个区的面积范围如下：
1、地下水严重超采区，面积1262平方公里，占全市平原面积的19.3%；
2、地下水超采区，面积1398平方公里，占全市平原面积的21.1%；
3、地下水未超采区，面积3868平方公里，占全市平原面积的59.6%，但这些地区的地下水开采量已达到允许开量的70%-90%，盈余不多。
北京市政府已审定通过了上述三区的划定范围，并已作为政府规章，要求市有关主管部门依据《北京市水资源管理条例》、《国务院取水制度实施办法》和《北京市平原区地下水严重超采区、超采区和未超采区划定范围》的规定，对地下水开采利用和保护加强分区管理，为全市开发利用和保护地下水资源规范了行为准则。这项管理措施是行之有效的，应供华北平原参照推广实行。这是从管理方面来保证“地下水库”能正常发挥其应有的功能，尽量减少和避免破坏地下水资源负效应的有力措施。
加强节水管理，推广节水技术，也是缓解供水紧缺的另一重要措施，节水部门已在大力进行。
随着地区社会经济继续发展和人民生活质量的提高，供水需求将要继续增加。如果采用了充分利用地区降水和地表水、地下水资源的科学技术，又采取了可行的节水措施之后，供水还确实严重短缺时，从外域引水也是必要的。根据我国南方水多，北方水少的特点，目前提出的南水北调中线工程，将是解决华北部分城市供水更大需要的重要战略措施，应该说是必要的和可行的。不过根据我国目前财力情况，那是21世纪的工程，远水难解近渴。自现在到21世纪初，我们必须立足本地区水资源来做好供水工作。我们提出的《华北平原“地下水库”供水功能衰退和防治对策》的命题，以及提出的一些技术和管理措施，仅供进一步研究的参考。
结论
华北平原的地下水是本地区水资源的重要组成部分，是保证自现在到本世纪末和下世纪初城市、工业、农业发展之供水需要的主要依托。但是，华北平原的地下水开发利用已处于严重超采和超采状态，加上城市、工业“三废”对地下水的污染，已产生水源枯竭，水质恶化、地面沉降等严重问题。“地下水库”供水功能正在衰退，如何防治“地下水库”衰退，已开展多种方式的地下水人工调蓄是最大限度夺取降水资源、挖掘水资源潜力，增大供水量和涵养地下水源的可选择办法，在技术上是可行的，经济上也是合理的；防止城市、工业“三废”污染水源是保护地下水刻不容缓的任务；对地下水开发利用实行分区管理，严禁盲目无序的开采行为，使城市、工业建设规模与水资源协调发展，以达到开发利用地下水的局部利益和整体利益、近期利益和长期利益统筹兼顾的目标。以上是防治“地下水库”供水功能衰退，确保可以永续利用地下水这一宝贵资源的主要对策。