施小清，馮志祥，姚炳奎，黃曉燕，吳吉春

（1.南京大學地球科學與工程學院，210023，南京；2.江蘇省水利廳，210029，南京；3.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，210018，南京）

江蘇省地處長江、淮河兩大流域下游，跨江臨海，水網(wǎng)密布，河湖眾多，地表水資源豐富。20世紀80年代以來，隨著省內(nèi)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程的加快推進，地表水逐步受到污染，全省各地相繼大規(guī)模開發(fā)利用地下水資源。江蘇省地下水有孔隙水、巖溶水和裂隙水三種類型，其中孔隙水是全省地下水的主要類型，在平原區(qū)廣泛分布，面積約占全省的80%。按埋藏條件，自上而下可劃分為潛水、第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ承壓含水層；巖溶水主要分布在徐州市區(qū)及寧鎮(zhèn)、宜溧山區(qū)；裂隙水主要分布于新沂—東海贛榆、連云港云臺山、寧鎮(zhèn)山脈、宜溧、太湖沿岸等低山丘陵區(qū)?？傮w而言，江蘇省東部沿海平原含水巖組厚度大，層次多，水質(zhì)變化復雜；西部和北部山前地帶含水巖組厚度小，層次少，水質(zhì)亦簡單；南部寧鎮(zhèn)揚丘陵區(qū)，含水介質(zhì)多為下蜀組亞黏土，地下水貧乏。

江蘇省深層地下水開采始于20世紀初，20世紀70年代以前限于中心城市內(nèi)零星開采，20世紀80年代后伴隨人們對地下水的需求量不斷增加，深層地下水的開采也從城市向鄉(xiāng)村發(fā)展，形成了區(qū)域性開發(fā)利用的格局。全省各地區(qū)地下水的開發(fā)利用先后經(jīng)歷了發(fā)展、高峰及控制三個階段。蘇錫常地區(qū)在20世紀90年代中期達到開采的高峰，此后進入控制壓縮階段，2000年后開始實施全面禁采；蘇北地區(qū)的地下水開采高峰出現(xiàn)在20世紀90年代中后期，2000年左右進入地下水控制開采階段，開始逐步實施地下水開采總量控制。就全省整體情況而言，2000年以后地下水開采量開始逐步回落。至2006年，全省地下水開采總量基本穩(wěn)定在8.5億m3左右。

從開采層位來講，江蘇省主要開發(fā)利用的是第Ⅱ承壓、第Ⅲ承壓和巖溶地下水。以2010年為例，第Ⅲ承壓水開采量為2.70億m3，占總量的31.9%；其次是第Ⅱ承壓水和巖溶水，開采量分別為2.03億m3和2.13億m3，分別占總量的24.0%和25.1%。從地區(qū)分布上來看，全省地下水開采主要集中在蘇北。2010年，徐州地區(qū)年開采量達3.94億m3，占全省開采總量的46.6%，遠大于省內(nèi)其他地區(qū)；其次是鹽城地區(qū)，年開采量達1.16億m3，占全省開采總量的13.7%。過量開采地下水導致江蘇省主采層地下水水位持續(xù)下降，形成區(qū)域性地下水水位降落漏斗，并在部分地區(qū)誘發(fā)了地面沉降、地裂縫、巖溶塌陷等地質(zhì)災害。

地下水管理一直以來多以控制開采量為主，但單純實行總量控制難以直觀判斷總量指標是否合理。隨著最嚴格水資源管理制度的實施，地下水管理逐漸由單純的開采總量控制轉(zhuǎn)向開采量和水位“雙控制”的管理模式。水位控制可為總量控制提供直觀的“警示標”和“導向牌”，有助于決策者及時判識總量指標的合理性，適時因地制宜地對后期開采指標計劃作出相應調(diào)整。實行地下水水位控制，其核心任務是確定合理的水位管理目標，并開展監(jiān)督性和預警性水位監(jiān)測。江蘇省地下水類型多樣、開發(fā)利用的層位復雜，紅線水位劃定具有較大的難度。本文根據(jù)江蘇省的水文地質(zhì)條件及地質(zhì)環(huán)境問題，確定了全省地下水水位控制紅線的劃定原則及不同管理分區(qū)的主要管理目標層，并提出了紅線劃定的建議方法，在此基礎(chǔ)上，明確了全省不同管理分區(qū)不同主要管理目標層的地下水控制紅線水位埋深，可為江蘇省實現(xiàn)地下水用水總量與水位“雙控制”提供技術(shù)支撐，同時也為全國其他?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的地下水水位控制紅線劃定提供借鑒和參考。

一、地下水水位紅線及其劃分的原則

1.地下水水位紅線

地下水控制水位是指具有明確物理概念的一系列水位值的總稱，對應于地下水不同開發(fā)利用狀態(tài)下的一系列水位值。根據(jù)地下水水位升降所引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題，地下水控制水位可分為抬升型和下降型。抬升型控制水位是指地下水水位高于某一水位值后，可能引起土壤次生鹽漬（堿）化，甚至沼澤化等生態(tài)環(huán)境問題；下降型控制水位是指地下水水位低于某一水位值后，可能引起土壤沙化和荒漠化、地面沉降、地裂縫、海水入侵等生態(tài)、環(huán)境地質(zhì)問題。前者主要針對淺層地下水，控制的是水位上限；后者對淺層和深層地下水均適用，控制的是水位下限。根據(jù)江蘇省的地下水開發(fā)利用實際情況及不合理開發(fā)利用引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題，本文所指地下水水位控制紅線是指地下水水位埋深超過某個閾值后，可能引發(fā)含水層疏干、地面沉降、地裂縫、巖溶塌陷等環(huán)境地質(zhì)問題時所對應的水位埋深值。根據(jù)江蘇省人民政府《關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的實施意見》，確定禁采水位埋深為地下水水位紅線。為保證一般情況下不突破地下水水位紅線，在地下水水位達到紅線水位前，設置限采水位埋深對地下水水位進行預警。

2.地下水水位紅線劃分原則

根據(jù)全省水文地質(zhì)條件、地下水開采狀況及其引發(fā)的主要地質(zhì)環(huán)境問題，確定地下水水位紅線劃分原則為以下幾點。

（1）促進地下水資源可持續(xù)利用原則

地下水資源利用的可持續(xù)性主要包括代際公平和區(qū)域公平兩層含義。因此，在考慮全省的地質(zhì)條件和地下水補徑排的特點基礎(chǔ)上，對地質(zhì)環(huán)境條件較好，對地面沉降、巖溶塌陷不敏感地區(qū)，地下水控制紅線水位埋深應突出保護地下水環(huán)境，防止出現(xiàn)疏干開采，引起地下水資源衰竭。

（2）因地制宜實現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境保護原則

目前，江蘇省因地下水開采引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題表現(xiàn)不一。蘇錫常、蘇北沿海、豐沛等平原地區(qū)，因地下水過量開采引發(fā)了不同程度的地面沉降，徐州市區(qū)七里溝水源地因巖溶水開采引發(fā)了數(shù)次巖溶地面塌陷。在水位紅線劃分時，應突出保護地質(zhì)環(huán)境原則，根據(jù)各地實際的地質(zhì)環(huán)境條件，劃分地下水水位紅線，控制地下水水位下降，在開發(fā)利用地下水的同時，切實保護地質(zhì)環(huán)境。

（3）從嚴控制原則

地下水超量開采引發(fā)的主要問題有地面沉降、地裂縫、巖溶地面塌陷、疏干開采等。在同一地區(qū)可能發(fā)生兩種甚至多種環(huán)境地質(zhì)問題。如蘇錫常地區(qū)地面沉降與地裂縫并存；徐州東部及宿遷地區(qū)隨著水位的持續(xù)下降，首先引起疏干開采，繼而發(fā)生地面沉降。這類地區(qū)在確定水位紅線時，將以地下水超采后首先發(fā)生的環(huán)境地質(zhì)問題為約束條件，從嚴控制本區(qū)的地下水水位紅線。

（4）注重實用，服務管理原則

由于環(huán)境地質(zhì)問題的產(chǎn)生及嚴重程度受到地質(zhì)環(huán)境背景及人為活動強度等多種因素影響，即使是在發(fā)生條件相近的同一個區(qū)，同等水位降深條件下引發(fā)的地面沉降、巖溶地面塌陷等環(huán)境地質(zhì)問題也不盡相同。從水行政管理的可操作性角度出發(fā)，同一縣（市）級行政區(qū)盡可能統(tǒng)一控制目標。兼顧地質(zhì)環(huán)境背景與行政區(qū)劃，對同一個水位紅線管理區(qū)，選取開發(fā)利用歷史相對較長、開采井相對密集的地下水降落漏斗中心且具有水文地質(zhì)鉆孔資料的地區(qū)，采用定性、定量等多種分析方法劃分禁采水位埋深，以此作為該區(qū)的地下水水位紅線控制指標。

二、水位紅線劃定分區(qū)及主要管理目標層

由于江蘇省水文地質(zhì)條件復雜，地下水資源分布不均，再加上各地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展程度差異較大，區(qū)域供水推進步伐不一，地下水開發(fā)利用程度迥異，開采引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題不同。為合理利用地下水資源，保護地質(zhì)環(huán)境，需分區(qū)對全省開展地下水水位紅線控制管理，因地制宜地劃分水位紅線。

地下水水位紅線控制管理分區(qū)以水文地質(zhì)分區(qū)為基礎(chǔ)，兼顧地質(zhì)環(huán)境特征，充分考慮地下水與環(huán)境的相互制約關(guān)系，同時結(jié)合行政區(qū)劃界線以及各地區(qū)地下水開采特點，便于水行政主管部門管理。綜合上述因素，分為9個地下水水位紅線管理區(qū)（圖1）。確定地下水控制紅線水位埋深的主要管理目標層及其適用范圍，詳見表1。

圖1 江蘇省地下水水位紅線圖

由圖1可以看出，由于水文地質(zhì)條件及開發(fā)利用狀況的差異，各區(qū)地下水水位紅線管理主要目標層有所差異。全省地下水以松散巖類孔隙承壓水為主，總體地下水水位紅線管理主要目標層為第Ⅱ承壓、第Ⅲ承壓含水層，鹽城濱海平原區(qū)兼第Ⅳ承壓含水層。南通地區(qū)因第Ⅱ承壓水水質(zhì)差，鮮有開采，地下水水位紅線管理主要目標層為第Ⅲ承壓含水層。徐州中部賦存的地下水類型主要為巖溶水，故地下水水位紅線管理主要目標層為碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水層。

三、水位紅線劃定的約束條件及方法

根據(jù)江蘇省地質(zhì)環(huán)境背景條件及現(xiàn)有調(diào)查研究結(jié)果，全省地下水開采尚未引發(fā)海水入侵、水質(zhì)咸化等問題，主要引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題有地面沉降、地裂縫、巖溶地面塌陷和疏干開采。由于地裂縫是地面沉降發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，控制了地面沉降的發(fā)生發(fā)展也就能控制地裂縫。因此，根據(jù)地形、地質(zhì)環(huán)境發(fā)生機理、資料情況、控制目標等因素，全省在劃分地下水控制紅線時需考慮三種約束類型，選擇確定合適的劃定方法。

1.以控制巖溶地面塌陷為約束條件

涵蓋了徐州市區(qū)大部分地區(qū)，地貌上屬低山丘陵崗地區(qū)，山前平原地面標高多在30～50 m。主要賦存的地下水類型為巖溶水，地下水超量開采后引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題主要是巖溶地面塌陷。由于巖溶塌陷的發(fā)生是在一定的地質(zhì)環(huán)境背景下，在水位下降的外力作用下產(chǎn)生，難以準確刻畫水位與巖溶塌陷的關(guān)系式，建議通過定性分析徐州已有巖溶塌陷的空間分布規(guī)律及形成機理劃分水位紅線。

2.以控制地面沉降為約束條件

包括了蘇錫常大部分地區(qū)、沿海平原地區(qū)、揚泰、徐州豐沛等地區(qū)。該區(qū)主要賦存孔隙水，含水層厚度大、壓縮性強，地下水超采后引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題主要是地面沉降。據(jù)《江蘇省地質(zhì)災害危險性評估技術(shù)要求》，累計地面沉降量大于800 mm時地質(zhì)災害危險性多為中等至高級，結(jié)合江蘇省地面沉降現(xiàn)狀及各地地質(zhì)環(huán)境特征，確定地面標高在40 m左右的豐沛地區(qū)累計地面沉降量控制目標為800 mm，徐州東部及宿遷市累計地面沉降量控制目標為700 mm，其他地區(qū)為600 mm。對以控制地面沉降為約束條件的平原區(qū)承壓水，根據(jù)地面沉降研究程度，建議采用相關(guān)分析、模型計算或類比分析等方法。

3.以防止疏干開采為約束條件

包括徐州市邳州、睢寧、新沂及宿遷市，多屬新沂—泗洪波狀平原水文地質(zhì)亞區(qū)。地面標高多在10～30 m，松散層厚80～200 m，主要開采第Ⅱ承壓、第Ⅲ承壓含水層。該區(qū)松散層沉積明顯受郯廬斷裂構(gòu)造影響，含水層厚度及頂板埋深變化較大，松散層沉積時代相對較老。隨著地下水水位的持續(xù)下降，該平原區(qū)最早出現(xiàn)的環(huán)境地質(zhì)問題是疏干開采。因此，由于該地區(qū)可壓縮的松散層厚度小、時代老、抗壓縮性強，不易產(chǎn)生地面沉降等特點，對該區(qū)禁采水位埋深的劃定，不能只考慮保護地質(zhì)環(huán)境，更要突出保護地下水環(huán)境，通過定性分析當?shù)亻_采井主要開采層、已有水文地質(zhì)鉆孔中含水層頂板埋深等，防止疏干開采，避免地下水資源衰竭。

表1 全省地下水水位紅線主要管理目標層及紅線水位埋深

四、地下水水位控制紅線劃定結(jié)果

根據(jù)紅線劃定約束條件及方法，各區(qū)以同一約束條件下不同分析方法劃分禁采水位埋深，取其平均值（Ⅰ區(qū)例外）作為本區(qū)該約束條件下的水位紅線，不同約束條件下劃分的水位紅線，按照就小原則得到本區(qū)最終的地下水水位紅線。劃定的地下水紅線水位埋深控制結(jié)果詳見表1。

為保證一般情況下不突破地下水水位紅線，在地下水水位達到紅線水位前，設置限采水位埋深對地下水水位進行預警。采用《江蘇省水資源綜合規(guī)劃》中地下水可開采量計算時對應的控制水位埋深，作為相應區(qū)域的地下水限采水位埋深。對孔隙承壓水，開采多層地下水的地區(qū)，第Ⅱ承壓水水位埋深控制在20 m，第Ⅲ承壓水水位埋深控制在30m，第Ⅳ承壓水水位埋深控制在40m（揚泰沿江第Ⅱ承壓、第Ⅲ承壓含水層水位埋深分別控制在15 m、25 m）；開采單層地下水地區(qū)，控制目標比開采多層地下水地區(qū)增大5m。對第Ⅱ、Ⅲ承壓混合開采的徐宿連地區(qū)，水位埋深控制在25 m。對巖溶水，丁樓水源地限采水位埋深控制在30 m，其他水源地限采水位埋深控制在20 m。

五、結(jié) 語

江蘇省區(qū)域面積大，地下水分布類型多樣，采用地下水開采量單一控制指標難以滿足最嚴格水資源管理制度的實施要求，因此，根據(jù)全省地下水開發(fā)利用概況及地質(zhì)環(huán)境問題，確定地下水水位的控制紅線，實現(xiàn)水量、水位雙重控制管理。

①本文將全省劃分為9個地下水水位紅線管理分區(qū)，總體以第Ⅱ承壓、第Ⅲ承壓含水層為主，鹽城濱海平原區(qū)兼顧第Ⅳ承壓含水層，蘇錫常地區(qū)為第Ⅱ承壓含水層，南通地區(qū)為第Ⅲ承壓含水層，徐州中部為碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水層。

②根據(jù)各地下水水位紅線控制管理分區(qū)的地質(zhì)環(huán)境特征，提出控制巖溶地面塌陷、控制地面沉降、防止疏干開采等不同約束條件。針對各區(qū)不同的約束條件及水文地質(zhì)、地面沉降研究程度等，因地制宜地采用多種方法合理劃分地下水水位紅線。對地面沉降敏感的平原區(qū)的孔隙承壓水，采用相關(guān)分析、模型計算或類比分析等方法劃分禁采水位埋深；對地面沉降不敏感的平原區(qū)孔隙承壓水，以防止疏干開采、避免資源枯竭為主，通過收集鉆孔資料、分析主采層頂板埋深劃分禁采水位埋深；對巖溶水，通過定性分析已有巖溶地面塌陷的空間分布規(guī)律及形成機理劃分禁采水位埋深。

③劃分了各管理分區(qū)主要開采層地下水水位紅線。為實現(xiàn)地下水資源可持續(xù)利用，保護地質(zhì)環(huán)境，確定江蘇省平原區(qū)第Ⅱ承壓水紅線水位埋深27～53 m；第Ⅲ承壓水紅線水位埋深35～53 m；第Ⅳ承壓水紅線水位埋深45 m；徐州市區(qū)巖溶水紅線水位埋深25～40 m。

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