华北地下水超采综合治理过程中，明晰华北地区“有多少水、能用多少水、用了多少水、超用多少水、限用多少水”等是影响治理成效的关键问题。地下水评价预测技术、监测预警技术、开采计量技术、量位双控技术等，为解决上述关键问题及华北地下水长效保护提供了保障。
地下水超采治理的关键支撑技术
华北地区地下水超采问题从20世纪80年代初现，超采历史持续至今已有近40年，其超采面积广，累积超采量大，超采治理工作任重道远。为全面实现华北地区地下水采补平衡的目标，在中央和地方重视、各级部门密切配合、各项综合治理措施切实投入之外，亟须围绕华北地区“有多少水、能用多少水、用了多少水、超用多少水、限用多少水”等实践问题，在技术上做好支撑。
相比地表水资源，地下水监管难度更大，技术要求更高，一是地下水埋藏于地下，存在明显的空间异质性，系统监测难度大；二是地下水资源的形成转化过程和机制复杂，对其数量和分布定量困难；三是地下水资源开采利用分散，对其进行计量和管理困难；四是地下水运动缓慢，对外界变化的响应滞后，且与生态环境作用关系紧密，地下水系统一旦失衡修复起来十分困难。这就要求对地下水从监测预警、开采计量、评价预测、有效管控四个方面形成立体化的技术支撑体系。
1.地下水评价与预测技术
华北地区“有多少水、能用多少水”，需要通过地下水资源评价与预测技术来科学确定。华北平原区位于半干旱半湿润区，地下水资源主要来自降水入渗补给，少部分来自山前侧渗和河道渗漏。在当前气候变化、下垫面变化和人类长期活动影响下，华北平原地下水循环补给机制发生了显著变化，近些年大规模的超采综合治理又为地下水循环演变增添了较大的变数。当前超采综合治理的各项措施除水源置换外，大部分为农业节水工程与种植结构调整等，一方面虽然有效减少了地下水开采量，但另一方面也必然对地下水补给过程和补给数量造成显著影响。科学原理上，地下水超采的减少量取决于地下水开采与补给两方面，地下水超采综合治理若只关注开采量的减少，将开采的减少量等同于超采的减少量，而忽视了补给量的衰减，这种认识是片面的。
长期以来，地下水资源评价与预测主要围绕选取合理的“降水入渗补给系数”来进行，然而“降水入渗补给系数”受多种因素影响，与年内降雨的大小和分布、地表下垫面、作物种植、土壤前期墒情、灌溉方式等都有密切联系，与地下水埋深也有一定关系，因此不是一成不变的，一般较难准确确定。在当前模型技术已充分发展的情况下，以“四水转化”（降水-土壤水-地表水-地下水）研究为核心，开发服务于华北地区地下水资源评价与预测的地表-地下水精细化耦合模拟模型具有很高的可行性和必要性，可为华北地下水资源动态评价、地下水资源演变归因分析、地下水超采综合治理水量-水位效应模拟、采补平衡状况和演变趋势预测等提供重要技术手段。
▲流域“四水转化”模拟路径图
2.地下水监测预警技术
地下水监测是了解地下水动态变化规律的基础性工作之一，“有多少水、能用多少水、超用多少水”都需要以地下水水位的动态变化和水质特征为依据进行分析评价。依托“国家地下水监测工程”，在地下水水位、水质和水温监测方面，水利和地质部门已在华北黄淮海平原建立起“国家-省-地（市）”三级地下水动态监测网，监测站点达5845个，为全国监测密度最高的地区，监测覆盖范围和技术手段上已经向发达国家看齐，为地下水动态实时监控提供了坚实的信息基础。目前主要问题是数据共享机制不成熟、对数据信息挖掘程度低、数据成果应用不足等。
▲地下水监测站
未来一方面需要充分依托信息化、大数据技术的发展，利用海量数据进行应用平台开发，如水源地安全运行评估、海水入侵预警、名泉涌水量预测、超采区和生态脆弱区水位修复效果评价等；另一方面需要研究加强地下水信息共享平台的建设，提供地下水监测数据信息产品，为行业内地下水资源调查评价、地下水资源保护、开发利用规划等提供基础数据服务。
3.地下水开采计量技术
除地下水水位、水质的监测之外，还有一项基础性的工作是地下水的开采计量，这是搞清楚“用了多少水”的关键。目前城市工业、生活利用地下水主要通过水源地及供水管网系统供水，计量规范化程度高，统计相对准确。农业地下水开采是华北地区地下水开发利用的主要组成部分。长期以来，由于绝大多数农业机井开采缺乏计量，农业地下水开采量主要依靠调查估算，数据精度十分有限，这不仅影响农业灌溉用水的控制，更影响区域地下水资源管理。
长远来看，对农业机井实施全面的设施计量是落实最严格水资源管理制度的必然要求，只有在掌握每口机井开采量信息的基础上，才能够以用户为单位精准实施“总量控制、定额管理”。但鉴于农业机井数量极为庞大，短时期内全面普及计量设施难度很大。目前全国电网基本上实现了全覆盖，农业机井的用电量数据均有记录，在一定区域范围内，含水层性质、机井泵型、农户的灌溉习惯、地下水埋深等影响因素较为相似，发展“以电折水”统计核算技术具有较好的基础和推广应用前景。
▲“以电折水”原理示意图
技术实施上包括根据水文地质条件和开采特征进行“以电折水”统计核算分区；选取一定数量的代表性机井开展“以电折水”参数实验，研究“每度电开采量”参数的分布范围和规律；研究获取和分离农灌开采用电量数据的途径，以及规范“以电折水”核算统计的办法等。当前华北地区的河北省推行的农业“以电折水”办法为推进农业生产取用水水量核定提供了有效技术支撑，可供其他类似地区参考借鉴。
4.地下水量位双控技术
地下水科学管控包括两方面内容，一是在明晰了地区“有多少水、可用多少水”的基础上，根据以水定需原则，对“限用多少水”进行划定并严格执行；二是在监管考核过程中对地区“用了多少水”进行准确核算，对“超用多少水”进行监督管理。管好地下水，科学制定标尺，即地下水管控指标是关键。由于地下水取用量和地下水水位的相关性，地下水管控指标一般应包括取用水量指标和水位指标。
指标的制定应以问题和现实需求为导向，因地制宜，既要满足经济社会对地下水资源的必要需求，又要实现超采区治理的目标，以保障地下水的长期可持续利用。在落实管控上，地下水管控指标还需考虑不同水文地质单元、超采区分布和超采程度等，在流域层面和省、市、县三级行政区进行逐次分解，明确各级管控单元。
另外，对于以农业开采为主的华北地区，由于地下水取用水量和水位波动对年降水的丰枯变化十分敏感，管控指标的制定还应进一步分为不同年型的管控指标和多年的累积管控指标，避免出现地下水监管考核不公允的情况。一些重点防治地区，如重点泉域、生态脆弱区、海水入侵区、盐碱化易发区等敏感地区，由于地下水水位长期趋势性变动可能会导致严重的生态和环境地质问题，有些影响甚至是不可逆的，因此管控指标的制定应比一般开采区要更加严格。
2020年2月，水利部印发《水利部办公厅关于开展地下水管控指标确定工作的通知》，根据通知要求，华北地区将开展地下水管控指标确定工作，从而建立一套科学合理的量化标准，这将是促进地下水强监管的一大进步。
华北地区地下水超采治理保障建议
除技术支撑之外，地下水超采综合治理的多方保障机制也是关键因素。
①法律保障和标准制定。建议加快地下水保护条例的出台，并制定地下水计量、监测、井型结构、风险评估等多方面的标准和规范，为地下水保护管理提供法制保障。
②优化区域粮食安全基本定位。当前华北地区既是地下水超采治理区，又是粮食功能区，地下水保护与粮食生产保障之间一定程度上存在矛盾，建议根据华北地区地下水资源承载能力适当调减粮食生产指标，形成水利、农业、国土多部门对地下水超采的合作共治。
③充分发挥经济调节和公众参与的作用。有效运用经济杠杆这只看不见的手，创新定额阶梯、提补结合、水电捆绑等农业地下水水费有效收取模式，在不增加农民合理用水经济负担的同时促进农业节水。
④加大严重超采区外部引水。华北地区严重缺水，特别是深层承压水超采区，外部引水替代地下水是不可或缺的治理措施。建议近期保障严重超采区引黄水量，在南水北调中线水源区水量充沛条件下，相机向农业和生态补水，并实施生态和农业用水价格优惠政策，远期加快南水北调东线二期工程建设实施，使各地能够更好地利用引调水置换地下水，治理地下水超采。
（作者：王建华（中国水利水电科学研究院副院长，教授级高级工程师）、陆垂裕）
