華北地區(qū)深層地下水回補修復(fù)試點研究與思考

Pilot studies and reflections on deep groundwater recharge and restoration in North China

水利部科學(xué)技術(shù)委員會華北地下水超采綜合治理咨詢組

摘要：華北地區(qū)目前仍然存在深層承壓水超采問題，且深層承壓水補給更新困難，含水層難以實現(xiàn)自然恢復(fù)，導(dǎo)致地下水降落漏斗長期存在，進一步引發(fā)了地面沉降、海（咸）水入侵等一系列生態(tài)損害、地質(zhì)災(zāi)害，對區(qū)域生產(chǎn)生活和生態(tài)安全造成持續(xù)影響。針對華北地區(qū)深層地下水超采與虧空問題，提出了“點線面”結(jié)合的工作思路和“壓采、補給、回灌”的系統(tǒng)治理修復(fù)模式，介紹了4處建成的深層水回補試驗場條件及實施回補試驗取得的進展，總結(jié)了依托回補試驗開展的各項專題研究所取得的成果和結(jié)論，梳理了回補試點存在的試驗周期短、研究不充分、水源待優(yōu)化、試驗場需完善等問題，并針對性提出了深化長期試驗、優(yōu)化回補區(qū)域與水源、加強防堵促滲技術(shù)研發(fā)、強化科技支撐、開展回補效果評估、完善科研平臺建設(shè)及加大專項經(jīng)費支撐力度等對策建議，以期為系統(tǒng)開展深層地下水回補修復(fù)、保障地下水資源可持續(xù)利用提供參考。

作者簡介水利部科學(xué)技術(shù)委員會華北地下水超采綜合治理咨詢組，成員包括仲志余，張建云，王焰新，吳吉春，賈紹鳳，李原園，王建華，李文鵬，束龍倉，丁愛中，王旭升，黃振芳，張增勤，陳飛。

DOI：10.3969/j.issn.1000-1123.2025.15.001

研究背景

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基，地下水作為水資源的重要組成部分，在維持生態(tài)平衡、保障工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。華北地區(qū)作為我國政治、經(jīng)濟和文化的重要區(qū)域，由于人口密集和經(jīng)濟發(fā)展迅速，長期以來對水資源的需求持續(xù)增長，然而該地區(qū)水資源先天不足，人均水資源量遠(yuǎn)低于全國平均水平，屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)。在這種背景下，華北地區(qū)長期過量開采地下水成為滿足用水需求的無奈之舉，由此引發(fā)了一系列嚴(yán)峻的生態(tài)與地質(zhì)問題，如地下水水位持續(xù)下降、地面沉降、海（咸）水入侵等，嚴(yán)重威脅到該地區(qū)的生態(tài)安全、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和人民群眾的生活質(zhì)量。

黨中央、國務(wù)院高度關(guān)注華北地區(qū)地下水超采問題。習(xí)近平總書記多次強調(diào)，必須高度重視地下水超采問題，從實現(xiàn)長治久安的高度和以對歷史負(fù)責(zé)的態(tài)度做好這方面工作，修復(fù)華北平原地下水超采及地面沉降。總書記在中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第五次會議上的講話中提出，要把華北地面沉降問題作為一個重大專項，提出可操作的實施方案，納入京津冀協(xié)同發(fā)展的頂層設(shè)計中。這一系列重要指示為華北地區(qū)地下水超采治理工作指明了方向，凸顯了工作的緊迫性和重要性。

開展深層地下水回補試點工作，是華北地區(qū)應(yīng)對地下水超采危機的關(guān)鍵舉措。通過科學(xué)合理地向深層地下含水層補充水量，有望有效緩解地下水水位下降趨勢，控制地面沉降速度，遏制海（咸）水入侵，逐步恢復(fù)地下水生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。這不僅對于改善華北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、保障水資源的可持續(xù)利用具有重大現(xiàn)實意義，而且對于推動區(qū)域經(jīng)濟社會的協(xié)調(diào)發(fā)展、實現(xiàn)人與自然的和諧共生具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。因此，深入研究華北地區(qū)深層地下水回補試點工作，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，發(fā)現(xiàn)存在問題并提出針對性的解決方案，具有極其重要的理論和實踐價值。

華北深層地下水回補治理主要進展與成效

1.系統(tǒng)修復(fù)思路基本確立

堅持問題導(dǎo)向和系統(tǒng)觀念，水利部水資源司牽頭組織相關(guān)司局和水規(guī)總院，結(jié)合深層地下水賦存特點以及當(dāng)前華北地區(qū)地下水超采綜合治理有效措施，編制了《華北地區(qū)深層地下水總體修復(fù)方案》，提出按照“點線面”結(jié)合的工作思路，采取“壓采、補給、回灌”的系統(tǒng)治理修復(fù)模式，推進下一階段華北地區(qū)深層地下水治理修復(fù)工作，以緩解生態(tài)損害與地質(zhì)災(zāi)害問題。

（1）在“面”上采取置換減采措施，壓減深層地下水開采量

目前河北中東部地區(qū)仍然存在約900余萬畝取用深層承壓水的灌溉農(nóng)田，正常降水條件下每年開采深層承壓水量高達(dá)約6億，把這些地塊開采的深層承壓水置換出來，是解決華北地區(qū)深層地下水超采問題最主要、最緊迫的任務(wù)，也是最有效的治理措施。

（2）在“線”上選擇優(yōu)勢河流或河段實施生態(tài)補水，為深層地下水側(cè)向循環(huán)補給創(chuàng)造有利條件

開展鉆孔、物探、地面調(diào)查和水文地質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)集等多源數(shù)據(jù)融合分析，圈定不同地貌條件下地下水回補優(yōu)勢通道，歸納總結(jié)不同地貌條件、不同尺度下優(yōu)勢通道特異性區(qū)域特征與沉積環(huán)境。在山前傾斜平原，以河流沖積扇為重點，識別地下水回補優(yōu)勢通道，側(cè)向補給深層承壓水；在中東部平原尋找深淺含水層隔水天窗深層承壓水補給優(yōu)勢通道，利用自然重力方式回補深層承壓水。

（3）在“點”上實施深層地下水人工回補，通過鉆孔方式人工回補深層地下水

針對地面沉降或海水入侵問題突出、生態(tài)環(huán)境保護要求高、地質(zhì)構(gòu)造封閉性強等區(qū)域，在確保水質(zhì)滿足要求的前提下，探索開展深層水人工回補試點，進一步總結(jié)經(jīng)驗、凝煉技術(shù)，為后續(xù)推廣深層水回補技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

2.回補試驗場建設(shè)成效顯著

高標(biāo)準(zhǔn)建成深層水回補試驗場4處。其中，唐山市樂亭縣回補試驗場建成回補井4眼、監(jiān)測井5眼，滄州市運河區(qū)回補試驗場建成回補井4眼、一孔多層監(jiān)測井1眼、分層標(biāo)5眼，衡水市桃城區(qū)試驗場建成回補井4眼、水位監(jiān)測井34眼、分層標(biāo)4眼、孔隙水壓力監(jiān)測井1眼，衡水市阜城縣試驗場建成回補井2眼、水位監(jiān)測井15眼、分層標(biāo)3眼。

以上試驗場可支撐開展單井和多井、加壓和無壓、定期等量回?fù)P、不定期不等量回?fù)P、不同回補井工藝（不同井徑、不同填礫厚度）、不同水文地質(zhì)條件、不同目標(biāo)層位等系列原位試驗，可圍繞深層水回補的典型性、機理、規(guī)律等開展全方位研究。結(jié)合回補系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)及水質(zhì)水位監(jiān)測等設(shè)備，可基本實現(xiàn)試驗場內(nèi)回補量、水位、水壓、回?fù)P量、分層標(biāo)、孔隙水壓力等數(shù)據(jù)的自動監(jiān)測和上傳，全自動管理回補過程。

3.回補試驗取得積極進展

依托回補試驗場，河北省積極探索實施了不同含水層類型和成井工藝條件下，變流量、定流量，單井、多井，定時回?fù)P、不定時回?fù)P等多種類型的重力回補試驗。2024年1月1日至11月30日，衡水、滄州、唐山3個回補試驗點累計回補量分別為2.24萬（阜城0.54萬、桃城1.70萬）、12.74萬、7.09萬，全省累計回補量22.07萬。根據(jù)當(dāng)前試驗進程，滄州市新建回補井回補能力最大，單井小時回補量可達(dá)60，衡水試驗場預(yù)測單井小時回補量可超過60。驗證了采用重力回補方式實施深層水回補從技術(shù)上可行。

4.專題研究成果豐富

依托回補試驗，穩(wěn)步開展了各項專題研究，取得了豐富的研究成果和結(jié)論。其中，圍繞地下水的運動規(guī)律，開展了試驗場尺度和衡水市區(qū)域尺度的地下水流數(shù)值模型構(gòu)建；圍繞深層地下水的高效回補，開展了補堵塞機理和防堵促滲技術(shù)的系列研究；圍繞利用回補解決地面沉降問題，搭建了市域尺度的地下水流-土體形變耦合模型，以及回補試驗場場地尺度的井-儲多場耦合模型；圍繞利用回補解決海（咸）水入侵問題，開展了試驗場5km范圍內(nèi)咸淡水界線一月一次物探跟蹤監(jiān)測。

研究結(jié)果顯示：

①實施深層地下水回補可有效減緩地面沉降，尤其是在區(qū)域地下水水位降落漏斗核心區(qū)，開展地下水人工補給可更加明顯地減緩地面沉降的發(fā)生和發(fā)展；

②實施深層地下水回補可緩解海（咸）水入侵問題，回補對咸淡水界線推移有效果，尤其對回補層位附近礦化度擾動明顯；

③通過改善成井工藝、控制回補水源水質(zhì)、定期回?fù)P可一定程度緩解深層地下水回補堵塞的時間和程度；

④提高回補壓力，僅能在較短時間內(nèi)提高回補效率，長期回補可能造成堵塞區(qū)域向含水層內(nèi)部擴大，增加堵塞治理難度。利用自來水開展地下水人工回補，主要的堵塞原因是碳酸鹽礦物的沉淀。通過試驗進一步提高了對回補堵塞機理的認(rèn)識，為高效開展回補試驗、研發(fā)堵塞控制技術(shù)提供理論和基礎(chǔ)支撐。

5.關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備研發(fā)取得突破

對回補井建設(shè)、設(shè)備安裝、洗井、回補、監(jiān)測等方面存在的問題進行系統(tǒng)深入研究分析，并取得了一定研究進展：一是針對在有限井徑范圍內(nèi)實現(xiàn)一根泵管兼具回補和回?fù)P功能的問題，研發(fā)了大流量易檢修回補回?fù)P轉(zhuǎn)換控制裝置；二是針對安全準(zhǔn)確實時高頻率監(jiān)測回?fù)P水水質(zhì)的問題，研發(fā)了回?fù)P水水質(zhì)實時監(jiān)測裝置；三是針對大埋深回補井內(nèi)瀑布流形成和氣體堵塞的問題，研發(fā)了回補水流態(tài)控制設(shè)備；四是針對準(zhǔn)確定位大埋深不同直徑回補井井壁的堵塞物并高效清除的問題，研發(fā)了井壁堵塞物定位監(jiān)測與清除設(shè)備。目前，以上防堵促滲控制技術(shù)設(shè)備均已通過野外應(yīng)用驗證，大流量易檢修回補回?fù)P轉(zhuǎn)換控制裝置已經(jīng)在衡水市回補試驗場內(nèi)的6眼回補井內(nèi)進行了安裝應(yīng)用。

深層地下水回補試點存在的主要問題

1.試驗周期短，關(guān)鍵參數(shù)尚未明確

當(dāng)前各類回補試驗開展時間較短，衡水試驗場還未通過試驗得出最佳補給能力，不同地層結(jié)構(gòu)、不同含水層巖性、不同回補區(qū)域（非漏斗區(qū)和漏斗上下游）、不同井徑條件下的回補相關(guān)參數(shù)尚未得出；部分促滲增效關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)值模型模擬技術(shù)等應(yīng)用驗證時間不足。

2.部分試驗研究開展不充分

不同水源水化學(xué)類型、離子配比存在差異，可能產(chǎn)生絮凝物堵塞回補通道，但當(dāng)前研究僅對水化學(xué)類型進行簡單分析，未深入探究水化學(xué)反應(yīng)機理及對堵塞的影響機制。此外，回補期間未同步開展氣溫、回補水水溫、地下水水溫等環(huán)境因子監(jiān)測，難以準(zhǔn)確識別影響回補效率的關(guān)鍵因素，制約了回補技術(shù)的優(yōu)化升級。

3.回補水源有待優(yōu)化

當(dāng)前回補主要依賴以南水北調(diào)為水源的自來水，衡水、滄州、唐山回補價格分別為5.10元/、5.29元/、4.10元/，長期規(guī)?；匮a的經(jīng)濟壓力較大。同時，自來水中含有的消毒副產(chǎn)物未達(dá)到直接飲用水標(biāo)準(zhǔn)，可能影響深層地下水水質(zhì)，并在回補過程中可能與原位地下水發(fā)生氧化還原反應(yīng)，增加堵塞風(fēng)險。

4.回補試驗場仍需完

目前，河北省雖已建成全國最大的深層水回補試驗場，但面向解決地面沉降、海（咸）水入侵問題等重大科技需求，以及攻克深層地下水運動規(guī)律、提升回補效率、解決堵塞問題、地下水流場模擬等重大科學(xué)問題，需建成長期運行、高度開放、共享共用的科研平臺，試驗場的實驗設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備等仍有待進一步完善。

推進深層地下水回補工作的建議

1.深入開展試驗研究

按照“試驗時間能長盡量長、試驗方式能多盡量多”的要求，開展多形式回補試驗，克服困難堅持長期觀測，同步加強對數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理方式的積累，通過開展長期回補試驗，摸清地下水動力場及水化學(xué)場運動變化、回補水量衰減、咸淡水界面演變等規(guī)律。

2.優(yōu)化回補試驗區(qū)域

結(jié)合同位素示蹤技術(shù)，選擇水體更新周期比較長或難以更新的區(qū)域開展人工回補，排除降雨或側(cè)向補給造成的干擾；探索運用示蹤、勘探技術(shù)，結(jié)合模擬和歷史調(diào)研等綜合方法，開展地下水優(yōu)勢通道相關(guān)研究，垂向上可通過對不同層位的地下水水位開展動態(tài)分析，結(jié)合河北省較為普遍存在的多層混合開采井開展研究；橫向上可根據(jù)大量鉆孔資料、抽水試驗資料高精度刻畫地層結(jié)構(gòu)，或選擇重點地段做機器化的物理探測，從滲透性的指向方面開展研究。

3.優(yōu)化回補水源

針對引江水、當(dāng)?shù)氐乇硭⑽⑾趟仍_展原型試驗，通過對各類水源和當(dāng)?shù)氐叵滤懈鞣N離子成分進行分析，觀察不同水質(zhì)混合的水化學(xué)反應(yīng)及對地下水水質(zhì)的影響，科學(xué)確定回補水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。通過制定針對不同水源的地下水回補水質(zhì)處理技術(shù)方案，拓展水源類型，建立深層地下水回補專用水廠，開展人工回補，降低回補成本。

4.優(yōu)化成井工藝，借鑒其他行業(yè)先進技術(shù)

加強成井工藝對回補效率的相關(guān)研究，通過室內(nèi)、野外試驗，優(yōu)化成井工藝，實現(xiàn)長久回補?？梢蕴剿鹘梃b石油部門的水平井、輻射井技術(shù)，用人工方法開辟橫向通道，提高回補效率，增加回補水量；加強對水文地質(zhì)、地球物理、水文生物、地球化學(xué)的原位監(jiān)測技術(shù)，石油專業(yè)的鉆井技術(shù)，大氣專業(yè)的監(jiān)測技術(shù)等先進技術(shù)的借鑒應(yīng)用。

5.加強對防堵促滲技術(shù)的研發(fā)

加強對物理阻塞、化學(xué)堵塞、生物堵塞及氣體堵塞的相關(guān)研究。從堵塞機理、堵塞物質(zhì)的來源、回?fù)P的水量和頻次、回補水量衰減規(guī)律、堵塞技術(shù)處理前后回補水量和各類監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化、堵塞物質(zhì)的去除技術(shù)等方面加強研究，為研發(fā)防堵促滲技術(shù)提供科學(xué)支撐。

6.強化科技支撐

對國內(nèi)外深層地下水回補、地?zé)峄匮a、石油開采等領(lǐng)域開展調(diào)查研究，總結(jié)經(jīng)驗做法、關(guān)鍵問題和技術(shù)成本。加強對回補場地水文地質(zhì)條件的精細(xì)刻畫，借助多部門資料，開展水文地質(zhì)與回補地層綜合分析研究，實現(xiàn)精準(zhǔn)回補。利用水化學(xué)分析、同位素監(jiān)測和地球物理探測等新技術(shù)，對水位變化及成因進行分析，摸清深層地下水補徑排關(guān)系，加強對深層地下水循環(huán)更新規(guī)律的研究；強化對數(shù)字孿生的相關(guān)研究，結(jié)合大數(shù)據(jù)數(shù)字孿生技術(shù)、人工智能等信息技術(shù)，加強地下水模型研發(fā)和業(yè)務(wù)應(yīng)用，逐步提升回補工作數(shù)字化、智能化水平。

7.開展回補效果評估

水利部水資源司組織水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院等單位及時開展效果評估，分析不同回補方式對回補能力、地下水水位、儲量、水質(zhì)等影響，以及對地面沉降、海（咸）水入侵和其他方面的影響。通過開展生態(tài)效益、經(jīng)濟效益分析，評估深層水回補技術(shù)和經(jīng)濟上的可行性。

8.實施“壓采、補給、回灌”系統(tǒng)治理

按照“點線面”結(jié)合的工作思路，對開采量較大、水位長期較低的區(qū)域，需嚴(yán)格落實水資源剛性約束制度，逐步壓減深層地下水開采量，同時提高水資源利用效率。讓深層地下水休養(yǎng)生息，自然恢復(fù)是首選，盡可能通過自然優(yōu)勢通道對深層地下水進行回補，但對于問題突出、保護需求高、地質(zhì)構(gòu)造封閉性強的地區(qū)，持續(xù)探索開展深層地下水人工回補試驗，研發(fā)安全、高效、經(jīng)濟的深層地下水回補技術(shù)，形成具有指導(dǎo)性、推廣性的研究成果，推進下一階段華北地區(qū)深層地下水治理修復(fù)工作。

9.完善科研平臺建設(shè)

按照“將回補試點作為開放式的研究平臺，面向地下水治理前沿技術(shù)，圍繞深層水回補的典型性、機理、規(guī)律等開展多方位研究”的要求，借鑒國家及水利部野外科學(xué)觀測研究站建設(shè)運行經(jīng)驗，廣泛聽取高校、科研院所意見，不斷完善深層地下水回補試驗場基礎(chǔ)條件和試驗設(shè)備，力爭將河北省深層地下水回補試驗場打造成多學(xué)科交叉、多專業(yè)融合、多單位共建，面向全國、走向國際的深層水回補科研平臺。

10.加大專項經(jīng)費支撐力度

回補試驗是非常重要的公益性工作，建議加大專項經(jīng)費支撐力度，保障回補工作持續(xù)運行和回補數(shù)據(jù)的長期觀測，為深層地下水資源的科學(xué)開發(fā)、利用與管理提供決策依據(jù)。

結(jié)論

華北地區(qū)深層地下水修復(fù)實踐充分體現(xiàn)了問題導(dǎo)向與系統(tǒng)治理的理念，通過“面”上置換減采、“線”上生態(tài)補水、“點”上人工回補的協(xié)同策略，有效遏制了地下水水位持續(xù)下降態(tài)勢。但面對剩余超采量治理難度大、回補成本高、生態(tài)問題依然突出等現(xiàn)實挑戰(zhàn)，需進一步強化政策保障與科技賦能。建議持續(xù)加大專項經(jīng)費投入，深化數(shù)字孿生等智能技術(shù)應(yīng)用，完善回補效果評估體系，總結(jié)推廣可復(fù)制的技術(shù)模式與管理經(jīng)驗，推動深層地下水修復(fù)工作制度化、規(guī)范化開展，最終實現(xiàn)“壓采有效、補給充分、回灌高效、生態(tài)改善”的治理目標(biāo)，支撐華北地區(qū)水資源可持續(xù)利用與高質(zhì)量發(fā)展。

Abstract: To address the groundwater depletion caused by long-term overdraft, a coordinated “point-line-area” approach and a comprehensive governance and restoration model integrating “suppression, recharge, and reinjection” have been proposed. This paper introduces the conditions and progress of recharge experiments conducted at four established pilot sites, and summarizes the findings and outcomes of a series of thematic studies carried out in conjunction with these recharge trials. Existing challenges of the pilot projects are identified, including short experimental durations, insufficient research, unoptimized water sources, and the need for improved test site conditions. In response, several targeted recommendations are proposed: extending the duration and depth of experimental studies, optimizing recharge areas and water sources, advancing research on anti-blocking and permeability-enhancement technologies, strengthening scientific and technical support, evaluating recharge effectiveness, improving research platform infrastructure, and increasing dedicated financial support, aiming to provide experiences for systematic recharge and restoration of deep groundwater and ensure sustainable utilization of groundwater resources.

Keywordsdeep groundwater; recharge and restoration; groundwater overdraft; North China

本文引用格式：

水利部科學(xué)技術(shù)委員會華北地下水超采綜合治理咨詢組.華北地區(qū)深層地下水回補修復(fù)試點研究與思考[J].中國水利，2025（15）：1-5.

封面供圖薛程

責(zé)編李博遠(yuǎn)

校對｜李盧祎

審核王慧

監(jiān)制軒瑋

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