水利水电工程勘测设计新技术应用
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河北省地下水超采综合治理规划

(水利部水利水电规划设计总院 北京;河北省水利水电第二勘测设计研究院 河北石家庄)

摘 要:《河北省地下水超采综合治理规划》(以下简称《规划》)创新性地提出了一整套涉及多专业多学科的地下水超采治理综合措施,以及保障地下水管理与保护长期效果的体制机制创新措施。《规划》理念科学、思路清晰,成果实用性强、示范指导性强、效益显著。《规划》于2015年5月通过了水利部技术审查,于2015年8月经财政部、水利部、农业部、国土资源部审议通过,由河北省人民政府正式批复实施。《规划》不仅为河北省地下水超采治理工作提供了依据与指导,并为全国开展相关工作明确了战略方向,提供了可借鉴、可推广的思路与方法,对我国保护地下水,实现地下水资源可持续利用,推进生态文明建设具有重大而深远的影响。

关键词:地下水超采;压采;节水;规划

1 工程概况

我国地下水超采严重,全国有21个省(自治区、直辖市)存在地下水超采问题,全国平原区超采面积近30万km2,平原区累计超采量已达2500亿m3,超过平原区地下水年均可开采量的2倍。部分地区地下水超采引发了地面沉降、地面塌陷及地裂缝、海(咸)水入侵、土地荒漠化、泉水衰减等一系列严重的生态与环境地质问题,严重制约了我国经济社会可持续发展。

党中央、国务院高度重视地下水治理工作,党的十八届三中全会和《关于加大改革创新力度加快农业现代化建设的若干意见》《关于加快推进生态文明建设的意见》《水污染防治行动计划》等均对地下水超采治理提出了要求。习近平总书记在听取国家水安全保障汇报时,明确提出“研究修复华北平原地下水超采及地面沉降,开展地下水超采漏斗区综合治理,提出可操作的实施方案”。

为保障全国地下水超采治理工作科学、有序、有效地实施,2014年,经国务院同意,财政部、水利部、农业部、国土资源部(以下简称四部委)联合在河北省启动了地下水超采综合治理工作,作为全国的先行示范试点。受河北省水利厅委托,水利部水利水电规划设计总院和河北省水利水电第二勘测设计研究院作为技术承担单位,经过多次开展专家咨询讨论,广泛征求四部委和河北省财政厅、水利厅、农业厅、林业厅以及有关市县的意见,于2015年6月编制完成了《河北省地下水超采综合治理规划》(以下简称《规划》)。《规划》于2015年8月经四部委审议通过,并由河北省人民政府正式印发实施。

《规划》是河北省持续开展地下水超采综合治理的顶层设计和行动纲领。根据《规划》,河北省编制了地下水超采综合治理2015年、2016年和2017年实施方案,推进超采治理工作。到2017年,已经实现对河北全省7个主要地下水漏斗区的全覆盖,涉及11个地市、2个省直管县,共156个县,累计投资245亿元,形成了地下水压采能力22.3亿m3,占超采量的37%。建立了“确权定价、控管结合、内节外引、综合施策”的综合治理模式,地下水超采局面得到遏制,全社会节水意识普遍增强,形成了一套较为成熟的超采综合治理经验和做法,为全国地下水超采治理提供了有益借鉴,四部委拟在华北其他地区推广。

2 工程特点及关键技术

2.1 项目的主要技术内容

《规划》在深入分析河北省地下水超采状况的基础上,以水土资源承载能力为约束,以2030年实现地下水采补平衡为总体目标,在对各种水源进行优化配置的基础上,提出了超采治理布局与分阶段的目标任务,制定了一整套涉及多专业、多学科的综合治理措施与体制机制创新措施。

(1)综合采用水位动态法、开采系数法和引发问题法等,详细评价了河北省地下水超采状况,建立了来水—供水—用水—超采之间的响应关系,为超采治理方案制定和后期治理成效评估奠定了基础。

系统收集河北省地下水动态监测、地下水可开采量评价和实际开采量统计、供用水统计数据、生态环境地质问题监测与调查及已往地下水超采区评价工作成果,综合采用水位动态法、开采系数法和引发问题法等多种方法,详细评价河北省地下水超采区数量、面积与分布、地下水水位动态、年度及累计超采量、地下水超采程度以及因地下水开采引起的生态与环境地质问题。根据长系列历史监测统计资料,建立了不同地区水资源量—分水源供水量—分行业用水量—超采量及引发问题的响应关系,为超采治理及治理成效评估奠定了基础。

(2)在协同考虑水土资源承载能力、生态文明建设与经济社会发展需求等因素的基础上,制定了河北省地下水超采治理布局与目标任务。

统筹考虑华北地区水资源衰减态势、引江引黄等外调水工程进展、再生水等非常规水源利用潜力、区域用水总量指标情况,科学评价河北省水资源承载能力。统筹考虑农业发展和粮食主产区生产任务、经济发展和承担非首都功能疏解任务、生态文明建设要求与现状差距,合理确定未来发展用水需求。以河北省水资源环境承载能力为约束,在进行大量长系列、多目标、多要素、多情景、多方案水资源综合平衡分析的基础上,提出区域多目标协调平衡的水土资源开发、生产力格局、生态环境承载要素整体配置方案,制定河北省地下水超采治理布局与目标任务,明确合理的农业灌溉面积,实施地下水压采,统筹生活、生产和生态用水,协调好经济社会发展与生态环境保护的关系。

(3)以水资源、经济社会、生态环境协同发展理念为指导,考虑未来水源结构的根本性变化,提出了以“节、引、蓄、调、管”为核心的地下水超采治理与保护思路。

在剖析地下水超采成因的基础上,对未来河北省外调水、当地地表水、地下水以及其他水源等多水源条件及配置结构根本性改变进行分析,提出了以“节、引、蓄、调、管”为核心的地下水超采治理与保护思路。“节”——全面推进节水型社会建设,大力发展以节水灌溉为主的全社会节水;“引”——合理引用外调水,用足用好引江水,替代城市地下水开采,高效利用引黄水,发展地表水灌区建设,替代农业地下水开采;“蓄”——构建布局合理、蓄泄兼备、引排得当、丰枯调剂、循环通畅的水网体系,确保外调水、过境水和雨洪水蓄得住、用得好;“调”——因地制宜、因水制宜,着力调整种植结构,减少高耗水作物种植面积,鼓励发展高产量、低耗水的农作物;“管”——从严管控取用地下水,突出体制机制创新,强力推进水价、水权、水管体制改革和基层水利服务体系建设,建立地下水超采治理长效机制。

(4)基于区域实际、实施可能、经济成本、农民意愿、效果评估等多要素分析,提出工业城市节水、水源置换、种植结构调整与农艺节水、高效节水改造、机井关停与监测计量等一系列工程措施。

以河北省南水北调受水区和严重超采区为重点,针对不同地区水资源开发利用状况、水源条件、工程状况、不同行业用水情况、种植结构、土地流转程度现状和问题,兼顾短期见效手段与长期有效措施,因地制宜确定地下水超采综合治理规模和方案。城市超采区重点利用南水北调水源置换压减受水区地下水开采,同时优化调整工业结构、压减工业产能、加强城市和工业节水;农村超采区以农业节水为核心,通过调整种植结构、发展高效节水灌溉、推广农艺节水、扩大地表水替代地下水灌溉范围、置换农村生活水源等措施,减少地下水超采量。对各类工程投资、压采水量、单位压采成本进行测算,确定各类措施的规模、布局和方案。

(5)提出的一系列体制机制创新措施为河北省地下水超采综合治理提供了指引和保障,治理实践形成了多种创新模式,可为全国地下水超采综合治理提供有益借鉴。

针对河北省水价与水资源稀缺程度不匹配、水资源使用权不明确、小型水利工程运行维护难、基层水利服务力量薄弱、地下水管理政策法规不健全、监测能力不足等问题,提出了推进农业水价改革、实施水权确权登记、创新运行管理机制、健全基层水利服务体系、完善政策法规体系、建设监测管理系统等体制机制创新措施,充分发挥市场作用,激发群众节水内生动力,实现从“要我节水”向“我要节水”的根本性转变;强化政府管控职能,构建资源集约型用水体系和精细化管水体系,切实推动治理工作顺利实施。这一系列体制机制创新实践在河北各地取得了良好成效,形成了多种创新模式,为全国地下水超采综合治理提供了有益借鉴。

2.2 项目的先进性和创新特点

2.2.1 技术难点

《规划》创新性强、技术要求高、面临的问题复杂,主要技术难点体现如下:

一是准确计算不同行业、不同层位地下水超采量难度大。目前现行的地下水超采量计算方法尚不成熟,存在过于依赖经验、考虑因素不全面等问题。如何在水文地质资料不完全、地下水开采量实测资料严重缺失的条件下,考虑气候变化及人类活动影响带来的水资源情势变化,评价不同层位地下水超采范围及超采量,并计算不同行业造成的地下水超采状况面临很大的难度。

二是优化调整区域水源结构与配置格局难度大。全面治理地下水超采将很大程度地改变河北省的水源结构,打破现有水资源配置格局。这需要考虑各种有可能产生影响的因素,采用多种技术方法,对全省不同地区未来水源结构变化、经济社会用水需求进行多情景分析并进行类比优化,最终确定得出可实施的、最优化的水资源配置方案,这是《规划》编制的最大技术难点。

三是合理制定地下水超采治理与保护目标难度大。地下水超采治理目标的确定不仅要考虑地下水资源本身的要求,也要考虑广大群众意愿以及各行业发展的需求。综合协调多方面因素,既要满足国家对生态文明建设的要求,又要保障河北省经济社会可持续发展的切实可行的地下水超采治理目标,协调平衡难度大。

四是平衡分析与合理制定跨学科的综合治理措施难度大。不同治理措施在不同地区可实现的节水效果以及可减少的地下水超采量不同,同时,各种措施的不同结合也可能产生不同的效果。如何制定适宜当地水土资源条件,同时又符合当地经济发展模式、农民接受程度高、经济技术合理的综合治理措施,形成多种约束条件、多种措施协调优化方案难度大。

五是制定保障治理措施落地且长期见效的政策措施难度大。地下水超采治理措施的落地将改变各行业的用水方式、农民种植习惯等,这对水资源管理提出了新的要求。如何制定一套完善的政策措施,从制度基础、管理方法、运行程序等方面,提高各级管理水平,既能保障治理措施的落地,又能保障群众利益,建立治理与管理的长效机制,也是《规划》的主要技术难点。

2.2.2 技术先进性

针对以上技术难点,《规划》就理念、思路、技术、方法等系统开展了重大关键技术问题研究,提出的主要创新性技术成果及其特点包括:

(1)利用长系列数据,深入剖析地下水循环机理,并进行经济社会—水资源—生态环境—水文地质等多要素相关性分析,结合地下水位监测,采用多种思路、多种技术方法对地下水超采状况进行评价。

《规划》全面系统收集整理了河北省11个设区市、169个县(市)的经济社会发展状况、水资源及开发利用现状、水文地质条件、地下水超采状况及存在问题等方面的多层次、多维度空间数据及长系列数据。通过对海量数据的融合分析,在建立水资源时空动态特征与社会经济用水变化的定量响应关系、水文地质条件与地下水开发利用以及环境地质问题之间的响应关系、各行业发展与地下水超采的响应关系的基础上,深入剖析区域地下水资源循环机理,准确评价了各县不同区域的地下水合理水位和地下水可开采量,采用水位动态法、开采系统法以及引发问题法等多种方法,准确计算了不同行业引起的地下水超采量及造成的含水层地下水储量的累计亏损量。

(2)全面系统评价河北省水土资源承载能力,统筹考虑了全省水资源配置格局,平衡优化经济社会发展需求、水源条件与生态文明建设各方面条件,科学合理制定地下水超采治理目标。

《规划》通过对水资源长系列数据进行分析,考虑引黄引江等外调水、水库等水利工程建设,分析区域水土资源承载能力的上限,按照以水定城、以水定地、以水定人、以水定产的要求,统筹考虑保障国家粮食安全、区域供水安全和生态安全的需求,以实现地下水采补平衡和水资源可持续利用为核心,以构建适水发展的农业种植体系、高效节水的灌溉工程体系、引排得当的水系连通体系、科学合理的水资源配置体系、健全高效的管理服务体系、实时可靠的水资源监控考评体系为战略方向,制定各县域地下水超采与管理目标。《规划》实施以来,形成了地下水压采能力22.3亿m3,达到2020年规划目标的43%。

(3)在大量调研各种措施适宜条件、经济成本、群众接受度等因素的基础上,在进行不同类型区域典型设计基础上,制定了涉及多专业、多学科的治理措施与方案,取得了良好的实施效果。

《规划》编制期间,调研了东北四省区节水增粮、河西走廊地下水压采、江浙沪地区防沉控采等多种地下水治理模式,并赴河北省4个地市的9个县开展了深入调研,结合河北省实际情况,提出了基于多专业、多学科的地下水超采治理综合措施体系,包括调整种植模式、非农作物替代农作物、冬小麦春灌节水、保护性耕作、水肥一体化、井灌高效节水和地表水替代地下水等。在沧州、衡水、邢台、邯郸4市选择10余处典型区开展了典型设计,并在典型设计基础上建立数值模型,对每种措施在不同区域适宜的实施方式进行模拟测试,同时对各种措施在不同区域以不同实施方式结合可达到的效果进行多情景分析,并充分考虑经济成本、实效年限、群众接受度以及潜在风险等因素,科学合理制定各县地下水超采治理措施与方案。《规划》实施以来,截至2016年,采用“一季雨养、一季休耕”模式,调整种植结构面积104万亩,冬小麦节水稳产配套、保护性耕作、水肥一体化、旱作模式等农业节水措施共实施1129万亩,新增高效节水灌溉面积642万亩,治理成效明显,超过55%的浅层地下水监测井和70%的深层承压水监测井地下水水位呈现上升或降幅减小的趋势。

(4)创新性提出了“一提一补、按亩返还”“确权到户”“两证一书”等涉及水价、水权、工程管护多方面从水源到工程、到用户全面系统的、可实施的保障地下水超采治理与保护长效运行的体制机制创新措施体系。

《规划》针对我国地下水管理现行体制存在的问题和约束,为保障治理措施落到实处,并发挥长期效果,《规划》按照“先建机制,再建工程”的要求,创新性提出了一整套全面的、可实施的体制机制创新措施,包括推进农业用水实行“定额管理、超用加价”“一提一补、按亩返还”,城镇居民用水实行阶梯水价,工业企业用水实行超额累进加价等水价改革措施;将水资源使用权、收益权落实到取用水户;明晰小型水利工程权属,调动农民参与水利设施管护的积极性;大力推动基层水利管理体制改革等方面。先行落实了我国近年来一系列水利改革重大举措,为全面推行水利改革提供了示范与指导,为我国全面提高水资源管理水平奠定了基础。《规划》自实施以来,已完成115个试点县的水权证发放,共发放水权证1033万份,落实农业水价改革面积851万亩,发放小型水利工程“两证一书”13.6万套。另外,根据《规划》要求,《河北省地下水管理条例》于2015年正式颁布实施。

(5)《规划》提出的工程布局、工程规模、经济效益、治理目标等,与国内类似工程对比更加先进,实施效果显著,有力促进了生态文明建设。

根据四部委2014年度和2015年度河北省地下水超采综合治理工作考核结果,河北省地下水压采工作进展较为顺利,水价、水权、产权等改革措施逐步推广,地下水监控体系初步建立,预期压采能力基本形成,压采效果初步显现。目前累计形成了地下水压采能力22.3亿m3,其中2015年实现地下水压采5.4亿m3,关停农业灌溉机井3902眼、城市自备井890眼,超过55%的浅层监测井和超过70%的深层监测井地下水位上升或者降幅减小,有力促进了河北省生态文明建设。《规划》与其他相关规划实施技术经济指标对比见表1。

表1 《规划》与其他相关规划实施技术经济指标对比表

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3 工程应用成效

《规划》是今后一段时期河北省乃至全国地下水超采综合治理工作的重要战略性、基础性与指导性文件。《规划》的实施具有显著的生态环境效益和经济社会效益。《规划》建立了水资源合理开发、高效利用与有效保护体系,合理配置各种水源,全面治理地下水超采问题,逐步实现地下水有序开发、采补平衡、良性循环、功能健康和可持续利用。

根据四部委2014年度和2015年度河北省地下水超采综合治理工作考核结果,河北省地下水压采工作进展较为顺利,水价、水权、产权等改革措施逐步推广,地下水监控体系初步建立,预期压采能力基本形成,压采效果初步显现。目前累计形成了地下水压采能力22.3亿m3,其中2015年实现地下水压采5.4亿m3,关停农业灌溉机井3902眼、城市自备井890眼,超过55%的浅层监测井和超过70%的深层监测井地下水位上升或者降幅减小,有力促进了河北省生态文明建设。

《规划》提出的治理思路、治理目标与任务、工程措施、体制机制创新措施等内容已纳入《生态文明体制改革总体方案》(中发〔2015〕25号)、《水污染防治行动计划》(国发〔2015〕17号)、《农业环境突出问题治理总体规划(2014—2018年)》、《水利改革发展“十三五”规划》和《全国地下水利用与保护规划(2014—2018年)》等国家顶层设计规划中。《规划》为河北省地下水超采治理工作提供了依据与指导,并为全国开展相关工作明确战略方向,提供可借鉴、可推广的思路与方法,为我国保护地下水,实现地下水资源可持续利用,推进生态文明建设具有重大而深远的影响。

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图1 馆陶县节水灌溉工程

于丽丽 李云玲 郭东阳 执笔