北方城市地表水资源贫乏，地下水资源几乎成了唯一的供水水源。但过去多年来，由于人们对地下水资源的有限性和不可替代性以及地下水资源可开采量或允许开采量的事变性认识不清，导致在进行城市水资源调控与管理过程中，制定的开采方案不符实际，造成地下水超量开采，引起地下水位下降，甚至导致出现一系列的环境水文地质问题。

从１９８７年开始，山西省运城市水利局水科所,永济市水资源管理办公室和永济市自来水公司联合根据北方中小城市供用水特点，以永济市为试验研究基地，通过对永济市城区进行大量的野外调查及群孔抽水试验工作，即实施限量开采并完成《山西省永济城区地下水资源调控与对策研究》后，近几年又通过对地下水的运态进行监测和水质化验工作，不断检验限量开采的效果，对市区地下水位的回升和控制区域降落漏斗的发展起到了重要作用，并取得了明显的效果。

此项研究工作虽是以永济城区为基地，历时十几年的反复试验，但其试验研究成果及方法，对研究北方中小城市地下水资源的调控与管理有着极为积极的重大意义，值得借鉴和推广。鉴于上述认识，笔者根据永济城区地下水限量开采试验报告及有关资料，整理出《从永济限量开采看北方中小城市地下水资源调控管理》一文，供同行参考。

一、基本情况

众所周知，一个地下水系统形成后，便具有一定的开采量，超过这个量，便会出现地下水位下降等一系列环境问题。若要维持这个量，便可长期开采下去，这个量通常称为允许开采量或可开采资源量。这个允许开采量是随着经济技术条件而改变的，可以进行人工控制，如何进行控制，这便是限量开采，也就是指实际开采量不超过允许开采量。

永济城区限量开采课题首先以１９８７年为计算年，用水均衡法求得永济市区多年平均地下水补给资源量为1500×10４ｍ３／ａ，又以数值法求得地下水系统的可开采量及其空间上的分布，为地下水限量开采提供所需要限的量，以此制定开采方案及其开采量；试验研究分两个阶段，第一阶段从１９８９年起，仍按原开采方案进行开采，以观察地下水漏斗的发展趋势。试验中可以看出，原有的两个降落漏斗合二为一，且有北移趋势。其边缘水位高程为315m，与1970年水位345m相比，降低了30m，维持超量开采，使降落漏斗进一步发展，全区水位普遍下降。总的来看从1987年到1996年，孔隙含水系统与裂隙含水系统交界处水位下降了15.98m，漏斗中心水位由于漏斗夷平作用回升了91.58m，第二阶段从1996年6月开始，由蒲州水源地向市区提供水源，市区也按地下水系统进行了自备井规划，封存了一部分水井，限制了开采量，使地下水开采量减少了184×104m3/a，同时在市区开始地下水监测工作。到1997年地下水位仍处于下降趋势，虽然采取了限量开采，但由于降水量在97年仅只有297.2mm，较1996年的市区降水量653.2mm减少了很多，造成了地下水补给资源量的减少，故地下水位虽经限量开采，但也未能回升，这说明地下水位区域漏斗的形成是由超量开采引起的，但是降雨量的周期性变化，也是一个不可忽视的因素。因此总结出，若要使已形成的区域下降漏斗恢复，必须使实际开采量小于可开采量，也就是使实际开采量小于地下水补给资源量，也就是说在限量开采时，这个限量要随地下水补给资源量的变化而变，不是一个定数。

二、结论

地下水限量开采试验研究是一个连续性比较强的工作，只有通过对地下水含水系统的补排条件，水均衡条件的充分认识，在试验研究的过程中，不断掌握地下水含水系统的内在规律，根据不同的地下水补给资源量，确定出开采限量，通过对这个开采的限量方案的实施，观测其变化，随时调整，逐步实现限量开采方案。总之，此项研究工作是试验性的，每完成一步，都必须进行效果观测，提出下步工作方案，不断实践。最后上升为理论。

通过对永济研究区的试验研究提出以下结论：地下水限量开采试验研究是一项具有理论意义和实际意义的新课题，课题所提出的限量开采这一新概念和新观点，对我国北方城市地下水开发利用与地下水资源的调控与管理有很大的价值和现实意义；同时也总结出限量开采地下水资源详细的一套完整的方法，即利用均衡法求的补给资源量，利用数值法确定可采资源量，按地下水系统划分盈余区、超采区以及平衡区。同时对地下水资源的调控与管理提出了具体措施，即盈余区加大开采，亏损超采区要增加新水源，实施限量开采，不断检验实施效果，以取得地下水位逐年回升的效果。

三、推广应用

１、北方中小城市地下水资源开发和存在问题

随着工农业的生产发展、人口增长、人民生活水平的不断提高，城市对地下水资源开发利用过程中，长期过量开采地下水，导致区域地下水位下降，出现地下水资源枯竭以及地下水水质恶化等环境问题。

（１）过量开采地下水造成区域地下水位下降，水源枯竭，生态环境破坏。

一个地区的地下水一旦被开采，就破坏了原先的平衡状态，在开采区附近形成水位降落漏斗。当开采量小于补给量时，水位降落漏斗随季节变化而交替升降，漏斗中心水位基本保持不变，但当开采量超过地下水天然补给资源量或超过允许开采量时，地下水位就持续下降，甚至丰水年也无法回升，这种过量开采地下水的情况往往出现在地下水资源管理无政府状态，工业过分集中，无节制地增加开采量地区。如在我国华北平原，７０年代以前，不少地区承压地下水可喷出地表，而７０年代后，由于超量开采，地下水贮存量不断被消耗，形成许多大面积的水位降落漏斗，最大面积可达数千平方公里，漏斗中心水位深达数十米，乃至上百米，而且范围和深度还在不断发展，使大批水井报废，提水工具不得不屡屡更换，造成大量人力、物力的浪费。又如山西省从南到北几个大盆地中一些城市也都出现了区域地下水位下降漏斗，在运城盆地４０００多平方公里范围内，形成了５个区域下降漏斗，中心不位下降９０余米，地下水位下降漏斗面积也达３００平方公里，超采区中心部位下降３０多米。在地下水位下降区，大批水井吊泵报废，提水工具不断更新，采水动力能耗也不断增加。

地下水位下降还使我国许多著名大泉枯竭，象北京玉泉山“天下第一泉”，山东济南“趵突泉”，山西太原“晋词泉”，河北邢台“百泉”，这些几千年以来被人们传颂的大泉景观，如今大多黯然失色。

北方地区还由于过量开采地下水，引起地下水位下降，造成河水断流，包气带加厚，草场退化，绿州荡然，沙枣等植物大量死亡，土地不断沙漠化。

（２）地下水位引起地面沉降、开裂和塌陷。

在松散沉积物比较发育地区，大量开采地下水使其水头降低，松散沉积物变化变形压密，从而引起地面沉降，给人民生活及经济建设带来严重的后果。据统计全国２０个城市，因大量开采地下水引起地面沉降，如上海、天津、西安、太原、北京、洛阳等城市均发生了不同程度的地面沉降。

天津自１９５９年发生地面沉降以来，到１９７９年其最大累积沉降量已经超出1.78m。尽管我国北方中小城市大多没有沉降观测资料，但实际地下水位下降引起地面沉降是存在的，象地裂缝及局部塌陷也是常见的。如山西省运城盆地就发现有地裂缝及塌陷，其分布延伸方向与地下水位区域漏斗边缘走向一致。

（３）地下水质恶化

大量开采地下水，使其水动力场和水化学场发生改变，也可使地下水某些物理化学万分和微生物含量增加，使水质恶化。另一方面地下水位下降，改变了水动力条件，引导起水质不佳的浅层咸水或污水对深层水的补给，加剧了地下水的污染。

地下水质恶化，不仅给工农业发展带来十分不良的后果，而且严重危害人类的身心健康。

２、地下水限量开采是北方城市保护地下水资源的重要措施

北方城市地表水资源贫乏，地下水是其主要供水水源且时空分布不均，不易被利用，地表水资源大部分布在河流湖泊中，且利用起来有一定的局限性，时间上分布不均，且多洪水，尤其是八十年代以来工农业生产发展，环境污染大大缩小了地表水资源的使用范围。而地下水资源有着地表水所不具有特点，其一分布广泛，便于就地开采利用，可以节省许多输水和供水工程，特别是缺乏地表水地区，地下水是唯一的水源；其二地下水经过土壤的天然过滤和上层的保护，水质比较清洁，有的富含人体必需的微量无素，达到了饮用水标准，一般不需处理即可使用，而且也不容易受到污染；其三受气候影响小，地下水动态较为稳定，在任何时候都能较好地保证供水能力；其四取水建筑物容易修建，投资少，也便于管理等特点，决定了地下水是北方城市最主要的供水水源。

正因为地下水是北方城市的供水水源，所以地下水被大量开采，甚至过量开采。正是这些原因加剧了地下水位的持续下降，造成泉水流量减少，泉水干枯，水井吊泵，地面沉降，海水入侵，地下水水质恶化。而针对北方城市供水水源特点，要解决上述一系列环境问题，就必须从地下水的限量开采入手，进行水资源调控与管理，因此地下水限量开采是保护地下水资源的重要措施。

３、改善城市水环境设施及建议

①、改善城市水环境必须控制地下水超量开采

城市地下水开发利用引起的一系列环境问题，都是由于过量开采地下水所致，比如地下水位持续下降，地面沉降，地下水水质恶化等不良环境问题，不仅严重影响国民经济的发展而且危及人类自身的生存。同时，由于地下水与周围介质的物理化学作用过程十分复杂，其进程往往十分隐蔽和缓慢，因此，上述不良环境问题，既不易及时发现，又很难在短期间治理奏效。因此要维持和改善城市的水环境，最根本的就是控制地下水的超量开采。

②、开源开流是实施限量开采的前提

要对一个地下水系统的超采区进行限量开采，但又不能影响该区工农业生产的发展，这就需要有一套更为有效的水资源管理措施。尤其是在水资源紧缺的北方城市，开源节流显得尤为重要。首先，北方城市一方面缺水，另一方面却严重存在着大量浪费水的现象；工业和农业用水定额偏高，而水的有效利用率很低。这就要求对工业实行计划用水，同时采用先进的工艺和技术，降低目前很高的用水单耗（万元产值取水量），大力提高水的重复利用率。对城区排放的大量工业污水和城市污水，一方面可在节约用水的基础上，增加循环利用，减少其排放量，另一方面对生活污水和工业废水，增设工程措施，分别排放并加以处理，使污水得以充分利用，这样通过节约用水就可以缓解工农业生产对地下水的需求量。其次关于开源，一要从经济效益、社会效益和生态效益三方面认识水资源建设在区域性综合开发中的重要性，要从区域性综合开发的需要按排水资源建设，二要调整用水布局和供水结构，充分发挥现有的水资源潜力。根据城市水资源盈亏不平衡的特点，调整用水布局。对城区的超采区要限制城市工业的发展，禁止高耗水工业的发展，同时要调整供水结构，限制和减少城市或地区的地下水开采量，多用河水补充地下水，农业用水要大力发展节水灌溉。三要兴建水源地，引客水来解决超采区的用水需求量。

４、堵绝污染源及对策

为了改善城市水环境，实现地下水环境由恶劣向良好方面转化，就必须贯彻“以防为主”的原则，及时、尽早堵绝地下水的一切污染源及途径，所应采取的主要对策如下：

ａ、合理规划、分区保护是贯彻“以防为主”原则的基本对策

根据城市环境的地质特征，对城市进行环境地质条件分区和环境功能分区。在分区的基础上，科学地进行城市规划，合理安排工农业与居民地的布局，分区制定地下水保护措施，这样就可以防止新建、扩建、改建城市发生新的地下水水质问题。重点对冲洪积平原区进行重点保护，那里表层粘性土不发育，地下水易遭受污染物垂直渗入地层而造成污染。因此，在山前洪积扇，应防止各种形式的环境污染。

ｂ、合理开采地下水是保护水资源、防治地下水污染和重要对策

一方面成井工艺不佳，为扩大水量而混合开采不同水质的含水层，过量开采与水质不佳含水层相邻的含水层，都可能引起开采层地下水水质恶化。所以必须把住成井工艺关。另一方面要实施地下水限量开采，严格控制地下水位降深，以免引起区域地下水位下降漏斗，而导致与这相关的环境问题。

ｃ、加强治理环境污染是防治地下水污染与水质恶化的必要对策

环境污染通过各种途径进入地下水，是造成地下水污染和水质恶化的必要条件。为此，必须加强治理环境污染工作力度。其主要措施有：加强工矿企业的厂内治理，严格废水排放标准，新建企业应严格执行“三同时”原则，现有工业企业应努力改革工艺流程，提高水的重复利用率，减少工业废水排放；应严禁使用渗坑、渗井、污水库排放工业与生活废水；城市应加强市政卫生设施的建设，健全污水管网，地表河渠排污应进行必要的防渗处理，建立必要的污水处理厂、开发中水资源，减少生活污水排放，必须限制高残留毒农药在城郊菜地及农田的使用，推广低毒残留农药，加强固体废弃物的综合利用，严禁在地下水易污染区堆入废渣、垃圾。

ｄ、坚持合理污灌，发挥污水土地处理系统的作用，防止地下水污染

目前，城市污水往往通过输水河将其输往郊区进行农田灌溉，以达到一方面处理污水，一方面充分利用其水、肥资源的目的。这在我国城市地区，特别是北方缺水地区的城市较为普遍。但是由于缺乏采用污灌——运用土地处理系统处理污水所需条件的充分认识与研究，经常缺少必要的防治污染的措施，使灌溉区地下水常常受到污染。因此，根据环境地质条件，通过规划合理安排灌溉范围，是合理利用污水土地处理系统、防止地下水污染的首要条件。同时，污灌用水还必须按照土地处理系统的要求，坚持对污水进行处理，要达到一定标准，在污灌时，还必须遵守必要的灌溉制度，根据灌溉定额严格控制灌水量。

ｅ、健全城市市政卫生工程设施的建设，建立合理的排污与处理系统，严防地下水的污染。

ｆ、加强环境水文地质监测，也是防治与监测地下水污染问题发生、发展进程的长远对策。

5、水环境预测

实施地下水的水限量开采，合理开发利用地下水资源，将逐步使已经恶化的水环境逐步得到改善，具体表现以下两个方面：

①、地下水位的回升

地下水超采区实施限量开采，最直观地表现是地下水位的回升，而地下水位回升将使因地下水位下降而引起的断流泉水得以再次通水，干枯的水井重新恢复使用，使地面沉降得以控制。

②、地下水水质的改善

地下水位的回升，必将改变地下水水动力条件，缩小浅层水与承压水的水位差，减少浅层水对深层水的越流补给，从而降低了承压滞后水的盐份含量，使矿化度降低，硬度减少，同时也减少了地表污水的地下水的扩散，大大改善水质。

（作者单位：山西省永济市自来水公司)