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“水文地质与水资源调查计划”进展
“水文地质与水资源调查计划”主要任务是紧紧围绕自然资源部履行“两统一”职责,以支撑山水林田湖草沙生命共同体健康协调和服务脱贫攻坚为目标,实现从图幅水文地质调查向流域水资源调查评价转变、从地下水调查向地表水地下水一体化调查转变、从侧重水资源功能向资源环境生态功能并重转变,“十四五”期间,全面掌握我国地下水资源数量、质量、分布,开发利用状况、储存量变化及生态环境问题;开展重点地区水资源调查与水平衡研究;初步建立国家水资源数据中心,提升智慧服务水平;健全完善水资源调查监测评价区划技术标准体系,形成承接全国水资源调查监测评价区划的能力。
调查总体安排秉持“连续、稳定、转换、创新”原则=自然资源部组建前主要以图幅调查为主;2019-2021年为地质调查转型期,重点组织开展全国地下水资源调查评价;2022-2025年为提升承接水资源综合调查评价能力期,重点围绕促进山水林田湖草沙生命共同体健康协调,组织开展重点地区水资源详查与水平衡研究、水资源区划、数据中心建设与智慧服务。
根据计划目标任务和现有工作体系,以流域为主要组织单元设置工程及项目,2019-2021年共设置7个工程、26个项目。重点部署了国家地下水监测工程运行维护、全国地下水位统测、全国地下水资源评价、重点地区水平衡研究、水文地质与水资源信息服务系统建设、水文地质扶贫找水等工作任务。自2019年该计划实施以来,中国地质调查局总工室和水文地质环境地质部全程指导,工程和项目承担单位认真组织实施,在工程首席、项目负责人及全体技术人员的共同努力下,该计划7个工程均取得了较好的进展与成果。本文对计划取得的主要进展和成果进行简要总结,并在相关刊物开辟专栏刊登部分研究成果,方便读者了解计划工程进展和成果全貌,并引导计划各项目编制后续论文详细介绍其调查研究成果,达到成果总结、技术交流和更好应用的目的。
1 “四体系一机制”建设
1.1开展总体设计
研究制定了基于生态优先理念的《地质调查支撑服务水资源管理总体设计(2021-2030年)》。明确了推进调查研究对象由地下水单要素向包括大气水、地表水、地下水、海洋水的全要素水资源拓展,系统掌握我国水资源状况,全面了解其动态变化以及各状态相互转化机理,为水资源确权登记与权益保护、国土空间规划与用途管制、生态保护修复提供基础支撑,促进山水林田湖草沙生命共同体健康协调的总体目标。提出构建符合国家治理体系和治理能力现代化要求的水资源调查。监测一评价.区划全流程技术业务体系、组织机构体系、人才队伍体系和条件保障体系等新体系和协调合作新机制的“四体系一机制”建设的具体要求。科学厘定了水资源相关专业名词和术语定义。积极支撑自然资源部编制《水资源调查监测工作方案(2021-2025年)》《自然资源调查监测技术体系总体设计方案(水资源部分)》。
l.2构建工作体系
推动建立中国地质调查局国家水资源调查监测中心,落实地质调查支撑服务水资源管理实行法人负责制、首席负责制和分级负责制管理要求,设立专家咨询委员会和业务协调组,明确业务协调组主要职责和年度重点任务,全力支撑国家水资源调查监测中心建设。积极推动构建部门协同共享、内部上下联动的全国水资源调查监测机制。基本建立以中国地质环境监测院为牵头法人单位,水环所、岩溶所、水环中心和六大区地调中心为一级流域负责单位,31个省级地质环境监测机构负责本辖区水资源调查监测相关工作的“l+9+31”的水资源调查监测工作体系,建立与水利、生态环境、气象、地震等部门单位及自然资源其他部属单位较好合作关系,积极推动业务与数据共建共享。
1.3构建技术体系
支撑自然资源调查监测技术体系构建,提出面向大气水、地表水、地下水、海洋水的全要素水资源调查监测评价技术体系。形成水资源与水循环要素相结合、水资源数量质量与生态相结合的关键指标体系,全面调查与重点区域水平衡分析相结合、连续监测与年度统测相结合、地面监测与遥感监测相结合、周期评价与年度评价相结合的常规技术方法体系。稳步创新拓展冰川冻土水资源观测、土壤水与生态水监测,水资源调查“星—空—地—井”地球物理综合调查与监测、水资源区划、分布式水资源模拟模型和多级水资源联合配置等技术。
1.4完善技术标准体系
根据全国水文地质与水资源调查监测评价工作需求,持续完善水资源调查监测技术标准体系。先后编制完成《地下水质分析方法》《地下水资源调查评价规范》《地下水统测技术要求》《地下水监测网运行维护规范(修订)》《浅层地下水集束式分层监测井建设规程》《地下水资源分区定级标准》等行业标准16项,其中发布1项、通过分标委审查4项、送审稿5项、征求意见稿2项、试行稿4项。
2 国家地下水监测工程运行维护
2.1水位自动监测与站点维护
建立健全地下水监测运行维护技术管理体系和质控体系,优化完成监测网实时管理与信息应用服务系统,有效保障监测设施安全稳定运行与智能化管理。2019年以来,完成站点巡查与看护10171处/年,监测数据校核10171处/年,监测站点重建186处,监测站点维修117处,设备维修更换3395套;运行郑州、昌吉、秦皇岛均衡试验场,国家地下水监测工程自动监测设备日上线率一直保持在95%以上,每年获取水位数据8900余万条。
2.2水质监测
每年获取水质37项指标数据1万余组,其中2019年指标97项。开展水质样品测试全流程质量控制。依据水污染样品分析质量控制和实验室测试管理技术标准,建立了水质分析“一平台,三体系”测试质量控制体系,对可能影响地下水样品分析质量的人员操作、仪器设备、试剂材料、分析方法、设施环境等多因素和样品采集、前处理、分析测试、报告输出全流程进行质量控制。三年来,共发放质量监控样品410组,对8806个测试样品进行了外部质量监控;对24家实验室数据结果进行判定,样品总合格率95.8%。
2.3研发国家地下水监测工程信息服务系统V2.0
研发升级国家地下水监测工程信息服务系统,实现水质监测工作全流程管理,地下水监测站点全生命周期管理,自动监测设备运行状态在线监控、异常数据智能识别和野外工作有效联动,自动、人工与历史监测数据的统一管理和应用。优化完善数据整编流程,实现动态监测数据的快速整编;研发专业图件制作与时空动态展示、三维可视化等功能模块,提升信息化服务水平。
2.4信息共享与对外服务
建立与水利、生态环境、地震等部门国家地下水监测数据信息共享机制,在地质云平台上线地下水动态监测数据服务,运行微信公众号“国家地下水监测工程”,出版中国地质环境监测地下水位年鉴,多途径线上线下为社会和科研单位提供数据服务。国家地下水监测工程自运行以来有力支撑服务了水资源管理与保护、“最严格水资源管理”超采区地下水位通报考核、“国家水污染防治行动计划”地下水环境质量年度考核、国土空间规划、国土空间生态保护修复、地面沉降防控、城市与重大工程区健康诊断等政府工作。
3 全国地下水位统测
3.1建立全国地下水位统测网络
在国家地下水监测工程20469个站点基础上,2019年以来每年组织开展全国地下水位年度统测,利用民用井建立较为完善的全国地下水位统测网络,地下水统测点5.6万个,包含监测工程站点在内的全国测点总数达到7.6万个,监测面积由未统测前的350万平方千米拓展到740万平方千米。监测范围涵盖了全国主要平原盆地及长江源区、黄河源区、羌塘内流河湖区、塔克拉玛干沙漠等生态脆弱区和水源涵养区。对每个统测点进行RTK高程测量并登记造册,形成了一套包含井点位置、高程、井结构、层位及水位等信息的全国地下水位统测数据库。
3.2全国地下水漏斗年度变化
系统掌握全国主要平原盆地地下水漏斗分布及年度变化情况。2019年调查圈定50平方千米以上地下水漏斗38个,面积6.05万平方千米;2020年34个,面积6.05万平方千米;2021年34个,面积5.99万平方千米。2020年较2019年漏斗数量减少4个,消失漏斗面积2567平方千米,当年现存的34个漏斗同比净增加2625平方千米,其中浅层漏斗13个、面积增加1103平方千米,深层漏斗21个、面积增加1522平方千米;2021年较2020年漏斗总数不变,其中新调查圈定2个,消失2个,与2020年对应漏斗相比(含新增与消失漏斗),面积净减少1717平方千米,其中浅层漏斗14个、面积减少3平方千米,深层漏斗20个、面积减少l714平方千米。
3.3全国地下水储存量年度变化
组织完成2019-2021年全国地下水储存量年度变化评价,及时掌握地下水储存量盈亏情况。2019-2020年度全国地下水储存量净增加10.86亿立方米,其中浅层地下水储存量净增加28.36亿立方米,深层地下水储存量净减少17.50亿立方米,其中华北平原地下水总储存量继续减少49.5亿立方米。2020-2021年度全国地下水储存量净增加363亿立方米,其中浅层地下水储存量净增加357亿立方米,深层地下水储存量净增加6亿立方米,其中华北平原地下水总储存量增加17.1亿立方米,但深层地下水继续减少15.3亿立方米。
4 全国地下水资源评价
建立了全国地下水年度调查监测评价工作机制,实现地下水资源量、储存量及变化量年度出数。
4.1地下水资源分区
在继承前人分区方法的基础上,以地下水系统和水循环理论为指导,以地下水集水盆地和流域划分为主线,突出自然单元的地下水资源特征,研究划分出全国一至五级地下水资源分区,包括一级区15个、二级区45个、三级区134个、四级区443个、五级区922个,并对部分重点平原区进一步细化形成六级区。新划定的地下水资源分区反映出不同层级相对完整的地下水补给、径流、排泄特征,更加符合水循环和地下水资源生成规律,为科学部署地下水监测网络和评价全国地下水资源奠定了基础。
4.2地下水资源年度评价
组织完成2020年全国地下水资源年度评价,建立起全国一流域.省级地下水资源年度评价机制。2020年,全国地下水资源总量9117.8亿立方米,长江和珠江地下水资源区资源量位列前两名,分别为2421.7亿立方米和2098.5亿立方米;内蒙古高原地下水资源量最少,为36.1亿立方米。西藏、广西、云南、四川、广东5省(自治区)均超过600亿立方米,占全国资源量的44.3%;天津、宁夏、北京、山西等省(自治区、直辖市)均不足100亿立方米。建立年度工作机制,形成一支长期稳定的人才队伍与一套规范化的工作流程。
4.3地下水储存量评价
首次评价了全国地下水储存量的数量、质量、空间分布,查清了地下水的存量家底。系统掌握了大型平原盆地、山间盆地、河谷区、岩溶区及基岩山区等不同地下水资源区地下水储存量状况:全国地下水总储存量约52.1万亿立方米。北方地下淡水总储存量约35.5万亿立方米,主要分布于鄂尔多斯盆地、东北平原、河西走廊、华北平原等地区,可为保障北方水安全提供战略储备。南方地下淡水总储存量约1.9万亿立方米,主要分布于江汉洞庭平原、长江三角洲、成都平原等地区。此外全国还有约14.7万亿立方来的地下咸水储存量,主要分布在塔里木盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地等地区。储存量评价成果可为地下水资源可持续开采量评价、应急供水与战略储备、地表水地下水联合调蓄、水资源区划、地下水资源确权登记等提供基础依据。
4.4地下水周期评价(2000-2020年)
初步完成2000-2020年全国地下水资源周期评价,掌握最新下垫面条件下的全国地下水资源的数量、质量及空间分布。本次评价山丘区主要采用排泄量法计算,并通过补给量进行均衡校核;平原区、山间盆地主要采用补给量法计算,并通过水均衡方法对地下水资源量进行合理性分析。源汇项等基础数据主要来源于气象、水利等部门的共享数据以及自然资源部门掌握的地下水调查监测数据,同时根据水均衡场地试验及最新观测数据等,更新了降水入渗补给系数、蒸发系数、给水度、灌溉入渗系数等计算参数,通过地下水资源在线评价系统完成具体资源量的计算评价工作。
5 探索重点地区水平衡研究
为助力京津冀协同发展、黄河流域生态保护和高质量发展、长江经济带发展与生态系统保护修复等国家战略,启动了流域尺度和重点地区水平衡研究。查明海河流域水资源总量,分析地表水资源持续减少原因,识别华北平原两个区域性巨型地下水漏斗的历史演变和年度变化,区域累计超采量约1500亿立方千米。尽管南水北调中线近几年持续开展河湖生态补水,地下水位下降趋势得到遏制,但超采形势依然严峻,为此提出了华北平原地下水超采治理和地面沉降防控对策建议。针对青海可可西里盐湖面积扩大,开展应急地质调查与水平衡分析,建立高原湖泊水平衡模型,按月度预测湖泊水位变化情况,提出“引流疏导”应急治理工程和次生灾害风险防范措施。针对内蒙古高原察汗淖尔湖泊萎缩干涸,开展了察汗淖尔流域水资源调查与水平衡分析,研究湖泊水面、农业活动、人工林退化、土地沙化等变化情况,评价了地表水截流与地下水超采对湖泊萎缩的影响,提出以保持流域“水平衡”为前提的湖泊湿地保护修复建议。针对吉林省查干湖生态保护问题,在已有地质调查工作基础上,组织开展了现场调研与采样测试,分析水化学组分形成机制与迁移规律,提出了增源置换、截污引流等修复保护建议。此外还查明了新疆阿克苏库勒湖、内蒙古达里诺尔湖等流域的生态地质环境问题成因,并提出了生态保护修复等建议。
6 建设水文地质与水资源智慧服务系统
6.1总体框架搭建与数据库建设
围绕服务自然资源“两统一”等管理需求,搭建智慧服务系统总体框架,形成符合水文地质与水资源调查、监测、评价、区划以及智慧服务的总体建设路线。系统采用分布式框架、基于二三维一体化GIS平台、数据中心+分布式数据节点相结合的水文地质与水资源数据仓库。初步构建了集大气降水、地表水、地下水于一体的全国水文地质与水资源数据库,初步形成涉及水文地质、地下水监测、气象水文、土地覆盖、社会经济等多要素数据库16个。
6.2研发地下水资源在线评价系统
研发了地下水资源在线评价系统,实现了地下水资源评价图属联动、多级协同、线上线下相结合的全国-流域-省级联合工作模式,提升了地下水资源评价从数据处理、单元评价到数据汇总全流程工作效率与综合管理。系统具有全国.流域.省级三级在线协同评价,传统表格计算向矢量、栅格图层叠加计算扩展,地下水资源分区、评价数据、评价参数及评价结果统一管控,评价单元子区快速划分与有序管理,输入项栅格离散化处理计算,图形—属性联动交互操作,评价过程可视化与人机交互等功能和特点。
7 服务脱贫攻坚与乡村振兴
三年来,开展打井找水扶贫工作,形成了水平岩层、单斜、褶皱、断裂等8类20型35式基岩山区蓄水构造理论模式,有效指导了贫困严重缺水区定井工作。在赣南革命老区、海南省琼中县、黑龙江省海伦市及乌蒙山区等地,构建“精准锁定需求、区分轻重缓急、一点一策、分县包干”工作模式,完成探采井331眼,引泉工程22处,解决约20万人饮水困难。编制了找水打井总结报告、探采结合井分布图、使用说明书、开发利用建议一览表等应用服务成果,并及时移交给地方使用,得到了当地政府、群众和自然资源部高度肯定。
8 结论与建议
(1)编制完成《地质调查支撑服务水资源管理总体设计》,科学厘定了水资源相关专业名词和术语定义,科学设计了地质调查支撑服务自然资源管理各专项工作的调查、监测、评价、区划全链条业务流程和“四体系一机制”,形成了系列技术标准,引领了地质调查转型发展:
(2)国家地下水监测工程高效运行,自动监测设备日上线率一直保持在95%以上,每年获取8900条水位数据和10171组水质数据,数据对外实现全面共享服务,有力支撑了自然资源、水利、生态环境和科研等领域地下水管理与科学研究。
(3)在国家地下水监测工程基础上,利用民用井建立较完善的全国地下水位统测网络,包含监测工程站点在内的全国测点总数达到7.6万个,监测面积扩大到740万平方千米,涵盖了主要平原盆地和重要生态脆弱区与水源涵养区,能及时掌握区域地下水水位、储存量和降落漏斗年度变化。
(4)建立全国-流域-省地下水年度调查监测评价工作机制,实现地下水资源量、储存量及变化量年度出数,组织开展了全国地下水周期评价和年度评价,首次查清了全国地下水的存量家底。
(5)开展了海河流域、青海可可西里盐湖、内蒙古典型高原湖泊等重点地区水平衡研究,掌握了区域水平衡状况、人类活动影响下的水资源变化过程及其互馈机制,提出了灾害治理和生态保护修复建议。
(6)搭建全国水文地质与水资源智慧服务平台,初步构建涵盖水文地质、地下水监测、气象水文、土地覆盖、社会经济等多要素的全国水文地质与水资源数据库,研发了在线评价与图表联动的全国.流域.省级三级地下水资源评价系统,提升了工作效率与过程管理水平。
(7)发挥水文地质勘探技术优势,形成基岩山区蓄水构造理论模式,高质量完成扶贫找水任务,实施探采井331眼,引泉工程22处,解决约20万人饮水困难,有力支撑服务了脱贫攻坚与乡村振兴。
(8)在过去三年转型过程中,水文地质与水资源调查工作取得了较好进展,但离新时代自然资源资产管理、生态文明建设等国家重大需求还存在一定差距,今后调查工作要进一步聚焦国家重大需求,依靠科技创新和信息化驱动,积极拓展工作领域和服务方向。
(9)近期工作重点,一是进一步完善全国-流域-省级三级地下水资源调查监测评价联动工作机制,建立地下水资源年度出数与十年一轮周期评价出数常态化机制,科学评价地下水可开采量,支撑水资源合理开发利用和管理;二是进一步深化海河流域、黄河流域、长江流域、三江平原、内蒙古高原、青藏高原及粤港澳大湾区等重点地区水资源详查和水平衡分析,开展山水林田湖草沙生命共同体健康诊断,提出国土空间优化配置和生态环境保护修复地学建议;三是开展地下水战略储备区划、地下水超采区划、地下水资源保护区划、地下水与地表水联合调蓄利用区划;四是探索水资源资产定量评价方法,支撑水资源资产管理与确权登记。
摘自:《水文地质工程地质》2022年第2期