濰北平原咸水入侵治理方案及地下水雙控指標(biāo)研究

畢欽祥，馬安堂，唐克旺，潘世兵

（1.山東省濰坊市水文局，261000，濰坊；2.山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心濰坊分中心，261061，濰坊；3.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，100038，北京）

一、研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山東省濰坊市北部，包括壽光市、濰城區(qū)、昌邑市和青州市南部區(qū)域，總面積5115 km2。 自20 世紀(jì)80 年代以來(lái)，由于當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)需水量增加，大量開(kāi)采利用地下水，導(dǎo)致區(qū)域地下水水位持續(xù)下降， 并形成多個(gè)地下水降落漏斗，破壞了咸淡水的平衡，最終引發(fā)咸水入侵。從成因看，既有水平方向的徑流入侵， 也存在垂直方向的越流（或天窗）入侵。

1.區(qū)域地下水水位變化趨勢(shì)

濰北平原地下水水位呈區(qū)域性下降趨勢(shì)，水位標(biāo)高負(fù)值區(qū)面積整體上呈現(xiàn)逐年擴(kuò)大趨勢(shì)，2011 年，壽光、寒亭和昌邑三個(gè)漏斗區(qū)連成了一片。2017 年低水位期水位標(biāo)高負(fù)值區(qū)面積達(dá)到1694 km2， 比2010 年同期增加了354 km2，平均每年增加50 km2。

2.咸水入侵趨勢(shì)

1977—2003 年，濰坊市咸水入侵面積已達(dá)449 km2， 年均入侵面積為17.3 km2。

2004—2010 年， 寒亭和昌邑的咸淡水界面不斷向南推移，寒亭區(qū)以南孫鄉(xiāng)附近咸水入侵距離最大，達(dá)到5.0 km，平均0.42 km/a。 昌邑市最大入侵距離達(dá)16.2 km，位于圍子鎮(zhèn)附近，平均1.35 km/a。 2011—2016 年， 壽光西部臺(tái)頭鎮(zhèn)、寒亭的高里鎮(zhèn)、雙楊店鎮(zhèn)一帶的入侵趨勢(shì)較為明顯， 垂直入侵距離達(dá)9.1 km，平均1.5 km/a。 到2017 年，研究區(qū)咸水入侵區(qū)面積已達(dá)1052.64 km2。

二、咸水入侵治理方案

為了控制咸水入侵， 濰坊市制定了治理方案，治理范圍包括濰坊城區(qū)、青州北部、寒亭區(qū)、昌邑市北大部分地區(qū)，以及壽光市整個(gè)平原區(qū)。開(kāi)發(fā)了濰北平原區(qū)地下水?dāng)?shù)值模擬模型， 借此模擬分析不同治理方案的效果。

按照“總量控制、節(jié)水優(yōu)先、統(tǒng)籌調(diào)配、系統(tǒng)治理”的原則，方案提出了節(jié)水和水源替換壓采、人工補(bǔ)源等綜合治理措施。 具體措施如下。

1.節(jié)水壓采

按照濰坊市農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉規(guī)劃，加快推進(jìn)管道輸水、噴灌、微噴、滴灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)和渠道防滲技術(shù)， 全面提高農(nóng)田灌溉水利用效率，到2025 年底， 全市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)到0.69 以上，基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水化，超采區(qū)新建節(jié)水灌溉工程面積51.11 萬(wàn)畝（1 畝=1/15 hm2）。到2025 年和2035 年， 通過(guò)節(jié)水壓減地下水開(kāi)采量分別為0.78 億m3/a 和1.03 億m3/a。

2.水源置換

已建設(shè)完成引黃入峽、引黃入白應(yīng)急調(diào)水工程，南水北調(diào)壽光供水單元工程、濱海供水單元工程、昌邑供水單元工程。充分發(fā)揮調(diào)水工程的效用，積極利用引黃水和南水北調(diào)水， 置換超采區(qū)地下水資源。 2025—2035 年，引客水水量有望達(dá)到5 億m3，可置換地下水開(kāi)采量4500 萬(wàn)～5000 萬(wàn)m3。

3.地下水人工補(bǔ)源

實(shí)施水庫(kù)增容，新建水庫(kù)、河道閘壩攔蓄及河湖水系連通等雨洪資源利用工程。2025 年攔蓄雨洪資源，回補(bǔ)地下水達(dá)到5000 萬(wàn)m3。 2025 年和2035 年地下水都達(dá)到正均衡，均衡差分別為0.39 億m3和0.79 億m3。

運(yùn)用濰北平原區(qū)地下水?dāng)?shù)值模型，模擬上述綜合治理方案條件下，區(qū)域地下水流場(chǎng)，包括漏斗區(qū)、水源地、咸淡水界面等地下水水位， 作為地下水控制水位確定的依據(jù)。 考慮地下水壓采和地下水人工補(bǔ)源綜合措施，三個(gè)漏斗區(qū)基本恢復(fù)，只有壽光存在局部范圍的漏斗，水位在-10 m 左右。由于北部有條帶狀的集中鹵水開(kāi)采區(qū)，形成了水位-10～-40 m 的漏斗區(qū)，有利于南部淡水區(qū)地下水向北部運(yùn)移，改善咸水入侵區(qū)地下水水質(zhì)。

三、基于方案的地下水雙控指標(biāo)構(gòu)建

實(shí)行地下水取用水總量控制是防治地下水超采及其誘發(fā)問(wèn)題的重要抓手。 實(shí)行地下水水位控制，其核心任務(wù)是確定合理的水位管理目標(biāo)，并開(kāi)展監(jiān)督性和預(yù)警性水位監(jiān)測(cè)。 實(shí)行地下水雙重控制管理，實(shí)質(zhì)是通過(guò)人為控制地下水取用水總量，維持合理的區(qū)域地下水水位，即總量控制是管理手段，水位控制是管理目標(biāo)。 濰北平原咸水入侵區(qū)內(nèi)分區(qū)的長(zhǎng)期水量、水位雙控指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 濰北平原分區(qū)地下水水量水位雙控指標(biāo)

2025 年平原區(qū)地下水開(kāi)采量控制在4.42 億m3，市轄區(qū)、青州、壽光和昌邑分別控制在1.51 億m3、1.415 億m3、1 億m3和0.5 億m3。 2035 年，平原區(qū)地下水開(kāi)采量控制在4.29 億m3，市轄區(qū)、青州、壽光和昌邑分別控制在1.49億m3、1.39 億m3、0.96 億m3和0.45 億m3。

四、結(jié)論和建議

①通過(guò)節(jié)水和水源置換壓采地下水，同時(shí)利用河道攔蓄雨洪補(bǔ)充地下水， 可以逐步恢復(fù)區(qū)域地下水水位，并防止咸水入侵淡水。 模型預(yù)測(cè)結(jié)果表明，在逐年累計(jì)壓采地下水達(dá)到1.6 億m3/a，回補(bǔ)地下水0.3 億～0.5億m3/a，濰北平原地下水水位漏斗由現(xiàn)在的-30 m 恢復(fù)到-5 m 左右。

②構(gòu)建了濰北平原分區(qū)分期地下水水量水位雙控管理指標(biāo)，水位指標(biāo)區(qū)分了漏斗區(qū)、 咸水入侵界面、水源地、大中型灌區(qū)和城區(qū)不同水位控制節(jié)點(diǎn)，采用國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程測(cè)井網(wǎng)絡(luò)，面向平原區(qū)地下水超采治理與咸水入侵治理，實(shí)施區(qū)域地下水水量、水位雙控管理。

考慮到平原區(qū)地下水開(kāi)采主要是用于農(nóng)業(yè)灌溉， 特點(diǎn)是分散開(kāi)采，開(kāi)采井?dāng)?shù)量巨大， 單井計(jì)量成本大。建議根據(jù)作物種植類型分區(qū)建立井灌用水量測(cè)試方法，對(duì)于設(shè)施化程度和節(jié)水程度高的蔬菜種植區(qū)，逐步實(shí)施水井計(jì)量。 同時(shí)，充分利用區(qū)域內(nèi)已經(jīng)建立的地下水監(jiān)測(cè)工程觀測(cè)井網(wǎng)，實(shí)施分區(qū)月報(bào)制度，在公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)公示地下水動(dòng)態(tài)。