地下水超采综合治理水利工程措施分析----以馆陶县为例

王术礼，王小军，蒋 卓

(1．河北天和咨询有限公司，石家庄 050021；2．南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210029；3. 水利部应对气候变化研究中心，南京 210029；4. 河海大学，南京 210098)

河北省是我国较为严重的资源型缺水地区。随着经济社会的快速发展，近年来全省用水总量逐年增加，进而导致地下水开采量日益加大。据统计[1,2]，每年全省地下水开采量约160多亿m3，占总供水量的80%左右，其中约1/4左右地下水供水量为深层地下水，且呈逐年上升趋势，是我国地下水超采最为严重的省份之一[3]。目前，农业用水是全省用水大户[4]，占全省总用水量的75%左右，同时地下水开采量的85%用于农田灌溉。全省农用机井达70多万眼，深井数在20世纪70年代就已达8万眼，井灌面积占区内耕地面积的48%。河北省平原区农田灌溉开采量占平原区总开采量的77%。平原区井灌面积占全省灌溉面积72.4%，山前平原区几乎全部为井灌区[5]。日益增加的灌溉用水导致部分地区出现严重地下水超采，并引发了地面沉降、海水入侵等众多的环境地质问题[6]。因此，采取有效措施，减少农业用水[7,8]，遏制地下水超采已成为全省经济社会持续发展中的一项紧迫任务。

按照国家地下水超采综合治理工作部署和总体要求，2014年起河北省开展地下水超采综合治理。根据河北省地下水超采治理工作安排，全省2014年地下水超采治理主要针对农田灌溉用水，主要采用地表水替代地下水和井灌区高效节水。通常情况下，需结合地下水超采现状，工程建设情况等多方面因素，统筹推进地下水超采区治理。

1 地下水超采综合治理水利工程措施总体思路

地下水超采综合治理以提高区域水资源配置能力和利用效率为目标，增加地表水灌溉面积；以节约农业用水，提高灌溉效率为目标，发展高效节水灌溉。

地表水替代地下水，利用南水北调工程通水后城市返还农业的水量及引黄、引卫等外来水量，恢复或扩大原来灌区灌溉面积，扩大渠灌区对井灌区的覆盖，实现地表水对地下水的置换，减少地下水的开采量，实现地下水压采目标。

井灌区高效节水部分，在地表水无法到达的浅层地下水超采区及近期无法封井的深层地下水超采区，针对作物种类、土地流转规模等条件，根据当地实际情况，发展高效节水工程，提高灌溉水利用系数，减少地下水的开采量，实现地下水压采目标。

2 地下水超采综合治理水利工程措施分析

在相关文献中[9-11]，对地下水超采问题进行了不少研究，具有重要的指导意义。为了更好地对地下水超采进行治理，使地下水压采更具有可操作性，对地下水超采水利工程措施进行了分析。

2.1 地表水替代地下水工程

地表水替代地下水工程主要是利用南水北调工程通水后城市返还农业水量、当地水及外来引水量，恢复或扩大原地表水灌溉面积。地表水替代地下水工程措施，就是通过疏通灌溉渠系、修建提水泵站、水闸、坑塘及田间灌溉工程等，建立从水源到田间的引、提、蓄、灌为一体的灌溉体系，充分利用当地水、外调水灌溉农田，减少地下水开采，达到压采地下水的目的。针对不同情况，采取不同水利工程措施。

(1)对于现有农田灌溉渠系工程，根据实际需要，通过清淤、拓宽工程，疏通渠道，修建水闸、分水口等渠系建筑物，完善输配水设施，恢复输水能力，实现自流灌溉，恢复原地表水灌溉面积，替代地下水。

(2)对于无农田灌溉工程的，利用现有田间排水渠道，并根据需要新开挖渠道，通过扬水泵站提水至渠道或自流引水，再通过渠道内灌溉泵站提水至渠道两侧农田进行灌溉，扩大地表水灌溉面积，替代地下水。

(3)根据实际需要，通过对农田周边坑塘进行清淤扩挖改造，蓄积外来水及雨洪资源，解决来水时间与灌溉时间不一致问题，通过坑塘内新建灌溉泵站引水至田间灌溉，扩大地表水灌溉面积，替代地下水。

(4)通过对新建或加固现有输水渠上的节制闸，充分利用输水渠道蓄积非灌溉期外来水及雨洪资源，与坑塘一起调蓄水源，解决非来水时间灌溉水源问题。

(5)由于地表水杂质含量高，新建田间工程主要为低压管灌工程，有条件地方实施地表水喷灌、微灌工程，提高用水效率。

2.2 井灌区高效节水工程

井灌区高效节水工程，是对于地表水无法到达的浅层地下水超采区及近期无法封井的深层地下水超采区，根据项目区实际情况，通过发展喷灌、微灌、滴灌、高标准低压管灌等现代化节水灌溉方式，科学灌溉，提高灌溉水利用系数，减少地下水开采，达到压采地下水的目的。对于不同作物，采用不同灌溉方式。

(1)小麦、玉米等大田作物，种植面积大，根据实际情况，实施喷灌工程、水肥一体化微喷灌工程，即节约用水，又能提高水肥利用效率，减少肥料使用量，减轻对环境污染，提高农产品产量和质量。

(2)蔬菜作物，实施水肥一体化膜下滴灌、微灌，节水效果明显。

(3)对于果树、苗木、中药材等，采用微灌技术，节约用水，减少地下水开采量。

3 馆陶县地表水替代地下水工程的实践

3.1 工程概况

馆陶县地处河北省东南部，地处冀鲁接壤区，依傍蜿蜒流淌的卫运河，与山东省冠县、临清市隔河相望；西与广平、曲周、邱县接壤，南靠大名县，北连临西县。

2014年度地表水替代地下水项目涉及馆陶镇、王桥乡、房寨镇、柴堡镇、南徐村乡、路桥乡6个乡镇33个村，人口约3.96万人，地表水替代地下水灌溉面积1 715 hm2。

3.2 水资源开发利用程度

根据《馆陶县水利志》资料，平水年馆陶县缺水5 768.75 万m3，枯水年缺水9 749.51万m3，致使地下水超采严重，地下水位连年下降，形成了地下漏斗区。到2005年，全县浅井地下水平均埋深已降至22.43 m，深水井地下水埋深降至45.54 m。

根据有关资料，馆陶县多年平均自产地表水资源量仅为476.3万m3，现状地表供水量为区域自产水量、卫西干渠引蓄卫运河水量以及各灌区引蓄卫运河水量，开发利用程度一般。馆陶县地下水多年平均可开采量为4 347.4万m3，现状年地下水实际开采量为7 734万m3，其中，浅层地下水开采量为4 162万m3，浅层地下水开发利用程度达95.7%，深层地下水开采量为1 951万m3，微咸水开采量为1 621万m3。

3.3 地表水替代地下水工程方案设计

通过泵站或引水闸引卫运河水至卫西干渠，利用卫西干渠上许路疃闸，东广才闸、木官庄闸、满谷营闸进行蓄水，通过卫西干渠上的扬水泵站引水灌溉卫西干渠两岸农田。

在王桥渠入卫西干渠口新建李桥泵站工程，通过泵站抽卫西干渠水至王桥渠，通过王桥渠上的扬水泵站引水灌溉渠道两岸农田。

改造卫西干渠左岸馆陶镇刘沿村坑塘、李沿村坑塘，右岸大刘庄坑塘，通过引水设施连通卫西干渠和坑塘，引卫西干渠水至坑塘，在坑塘里设扬水点引水灌溉坑塘附近农田。工程方案示意图如图1所示。

(1)水源工程。根据《河北省地下水超采综合治理试点方案(2014年度)》，分配给邯郸市的引卫新增水量为1 619万m3，其中分配给馆陶县的引卫新增水量为748万m3。本项目所有水源自卫运河，渠首引水为幸福闸和路庄泵站。其中，路庄泵站，设计提水能力10 m3/s，配有机组10台套，装机容量1 550 kW。幸福闸设计引水流量50 m3/s，5孔闸，每孔净宽3 m，高3 m。通常情况下，当卫运河处于高水位时，可采用幸福闸自流引水，当卫运河处于低水位时，采用路庄泵站提水引水。

图1 馆陶压采地表水替代地下水工程方案示意图Fig.1 Surfacewater-replacing-groundwater project of Guantao county

(2)输配水工程。本工程输配水工程主要为卫西干渠及其支渠王桥渠。通过路庄泵站或幸福闸引卫运河水至卫西干渠，通过渠道上的扬水站引水灌溉两岸农田，新建卫西干渠至田间扬水站25个。在王桥渠入卫西干渠口新建李桥泵站工程，提水至王桥渠，经王桥渠上的扬水站引水灌溉渠道两岸农田，新建王桥渠至田间扬水站4个。

(3)蓄水工程。为合理利用外调水、过境水及雨洪资源，提高用水效率，针对引水时间与灌溉时间不同期，调蓄能力不足等问题，需改造和新建蓄水工程。本项目蓄水工程为卫西干渠、李沿村坑塘、刘沿村坑塘和大刘庄坑塘。卫运河水进入卫西干渠，利用卫西干渠上许路疃闸、东广才闸、木官庄闸、满谷营闸蓄水，蓄水量396万m3。改造卫西干渠左岸李沿村坑塘、刘沿村坑塘和右岸大刘庄坑塘，通过与卫西干渠连通，蓄水灌溉。李沿村坑塘位于馆陶镇李沿村，卫西干渠左岸，占地6.53 hm2，蓄水量20.2万m3。坑塘西侧设至田间扬水站1个，灌溉坑塘附近农田。刘沿村坑塘位于馆陶镇刘沿村，卫西干渠左岸，占地5.07 hm2，蓄水量15.6万m3。坑塘西侧设至田间扬水站1个，灌溉坑塘附近农田。大刘庄坑塘位于馆陶镇大刘庄，卫西干渠右岸，占地10.67 hm2，蓄水量29.5万m3。坑塘东南侧设至田间扬水站1个，灌溉坑塘附近农田。

(4)田间工程。本阶段工程涉及灌溉片区共5处，分别位于卫西干渠、王桥渠、李沿村坑塘、刘沿村坑塘和大刘庄坑塘。控制的面积分别为1 380、216.67、46、46、26.67 hm2。通常情况下，工程设计根据灌溉片区的地形地貌、土壤性质、农作物种植结构和灌溉方式，选定不同类型的典型区进行工程布置。经论证分析，本项目所涉及农田种植均为小麦、玉米，采用低压田间管灌。管网布置分为干、支两级,均为固定PVC管，公称压力标准0.63 MPa，干管垂直于种植方向布置，支管沿种植方向垂直于干管布置。所选干管直径为DE280、DE225、DE160，支管管径DE110。

3.4 工程实施效果

工程实施后项目区农作物种类和灌溉制度不变，项目区灌溉水源主要为地表水，不足部分由地下水补充。

项目区灌溉面积为1 715 hm2，作物净需水量为399.3万m3，本工程馆陶县分配卫运河毛水量为748万m3，所分配引卫水量扣除蒸发渗漏量不满足本区域农业灌溉用水需要，仅小麦的冬灌、起身、拔节、灌浆60%用水和早秋作物用水可以由地表水替代地下水灌溉，小麦灌浆40%用水和玉米用水尚需要开采地下水补充灌溉。根据现状年农业灌溉用水统计资料和现场调查分析可知，项目区现状作物地下水灌水定额为49万m3，经分析，本工程实施后项目区可压采地下水量358万m3，封井数量为132眼，其中深井16眼，浅井116眼。

项目实施后除可直接减少地下水开采量外，渠道在输水过程中的沿程渗漏量，渠道、坑塘蓄水过程中的渗漏量可间接补充地下水，对于抬高地下水位、缓解项目区地下水为下降速度，遏制地质环境恶化问题作用显著，同时对于周边居民生活环境的改善、经济持续稳定发展起到了积极的作用。

4 结 语

河北省是地下水超采最严重的省份之一，近年来全省地下水超采问题日益引起社会广泛关注。通过地表水替代地下水工程措施，即通过疏通灌溉渠系、修建提水泵站、水闸、坑塘及田间灌溉工程等，建立从水源到田间的引、提、蓄、灌为一体的灌溉体系，充分利用当地水、外调水灌溉农田，进而减少地下水开采，具有较好的压采效果。

同时，通过馆陶县地表水替代地下水工程措施的实施，探索了不同水利工程措施在地表水替代地下水项目中的应用，通过水利工程建设，完善地表水灌溉系统，充分利用利用当地水、外调水替代地下水灌溉农田；发展井灌区高效 节水农业，减少地下水开采量，逐步实现采补平衡，工程的应用探索为在全国范围内全面开展地下水保护行动提供实践经验。

此外，地下水超采治理最终落脚点在田间工程实施，由于田间工程面广，影响因素多，在工程前期，应下大力气做好田间地块调查工作，弄清各种有利、不利因素，减少后期工作的反复，保障工程的顺利实施。

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[1] 河北省水利厅.河北省水资源公报(2000-2007年)[Z].

[2] 邵爱军,葛之艺.环境变化对河北省可利用水资源的影响[J].南水北调与水利科技,2003,(4):33-36.

[3] 李文体,刘向华,冯谦诚. 河北省地下水超采区划分及超采状况分析研究[J]. 水资源保护,2001,(4):26-30.

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[9] 王小军，赵 辉， 耿 直. 我国地下水开发利用现状与保护对策[J]. 中国水利,2010，60(13):33-35.

[10] 王小军,赵 辉,耿 直,等. 我国地下水保护行动试点建设的实践与思考[J]. 中国水利,2010,61(5):33-35.

[11] 沈菊艳,黄宝全,许文志. 农田灌溉限量开采地下水的主要途径与方法[J]. 中国农村水利水电,2001,(4):14-17.