地下水回补：修复隐藏的资源

  2022年12月7日至8日，联合国水机制地下水峰会在法国巴黎联合国教科文组织总部举行。当地时间12月8日下午，中国水利部部长李国英以视频方式出席地下水峰会闭幕式并致辞。德国、博茨瓦纳、智利、芬兰等近20个国家部长、多个涉水国际组织领导人视频或现场出席峰会，来自139个国家的850多名代表现场参会，3500余名代表在线参会。峰会高度关注地下水的开发、利用和保护，呼吁全球以更可持续方式利用地下水资源，促进实现2030年可持续发展议程水目标。

  地下水是流域水文功能的重要组成部分，全球地下水资源总量约为2.3×108亿立方米，约占地球液态淡水总量的99%。地下水是很重要的资源，全球36%的饮用水、42%的灌溉用水和24%的工业用水来自地下水。同时，地下水也是隐藏的资源，主要分布在全球地下水盆地，这中间还包括众多跨界含水层。由于地下水的不可见性，从全世界看，公众对地下水的科学认识还有不少盲点，全球约20%的地下水资源面临过度开采危机，对地下水的合理开发、利用和保护任重而道远。

  早在19世纪初，欧美一些国家就开始了地下水人工回补的基础研究和试验工作。20世纪，相关实践逐渐在全世界展开。21世纪以来，美国、澳大利亚、南非、印度等国都制定了地下水人工回补的国家战略和技术指南。目前，不少国家已采取人工措施将地表水或其它水源注入地下，以达到增加地下水资源量、恢复地下水采补平衡、净化水质、防止海水入侵和地面沉降、改善生态环境等目的。

  从回补对象看，可分为浅层地下水回补（非承压含水层）和深层地下水回补（承压含水层）两类。荷兰、德国、印度、法国、日本、南非、以色列等国多为浅层地下水人工回补，主要技术包括地表渗水法、堤岸过滤入渗法、大口井或坑塘回灌法、河道改造补给法和雨水径流收集法等。开展深层地下水人工回补实践的国家主要是美国和澳大利亚，采用的技术是深井回灌法，即钻孔加压注水的方式，对深层地下水进行回补。从回补目的看，利用地下含水层储蓄水资源，提升供水保障能力的约占40%，恢复地下水水位的约占30%，净化水质的约占20%，提升综合环境效益的约占10%。从水源类型看，利用河水回补的约占50%，雨洪水约占20%，再生水、地下水（含水层之间相互补充）、湖水各占10%。

  美国地下水资源总体丰沛，但空间分布不均。内陆地区含水层深度可达1200米，而沿海地区仅为60米左右。20世纪30年代，由于大量开采地下水，美国多个地区遭受了海水入侵，20世纪60年代，加利福尼亚州海水入侵规模已延伸到内陆5公里处。为阻止情况继续恶化，美国开始有计划地实施含水层储存和修复项目，项目由美国环保署制定相关参数的标准，并对注水井实施监管。

  在美国西部地区的地下水回补案例中，大多数为浅层地下水（非承压含水层），仅有少数几个为深层地下水（承压含水层）。阿拉米托斯海水入侵防治项目位于美国加州西南部海岸地区，建于1965年，共包括43眼注水井和177眼动态观测井。建成之初，回补水源使用加州调水工程的外调水，现阶段完全使用再生水。塔尔伯特海水入侵防治项目建于1975年，包括23眼多层注水井，共有81个注水点，穿越4个含水层，最深达130米。井群距离海岸带5.6公里，间隔约180米，单井注水能力约为2400立方米每天。1975年至2008年，项目利用外调水与再生水，将其混合后作为补水水源，2008年以后，再生水比例逐渐上升，目前已达100%。

  根据多年地下水监测数据，氯离子浓度变化与地下水水位呈负相关性，该浓度于2004年达到最高值。此后，随着补水计划的持续实施，地下水水位不断抬升，氯离子浓度呈下降趋势。2008年至2009年，加州遭遇严重干旱，地下水被大量抽取以应对水资源短缺，地下水水位在两年间显著下降，氯离子浓度回升。干旱过后，地下水回补继续启动，水位不断抬升，2015年已基本恢复到1993年水平。由此可见，深层地下水人工回补的效果比较明显。

  美国东部地区也实施了含水层储存和修复项目。在佛罗里达州的皮斯河流域，建有东部最大的井群，共包括21口注水井，地下水回补能力约为6.8万立方米每天，回补水源为再生水，主要是通过明矾絮凝、过滤、氯消毒等措施对污水进行净化处理和达标排放。该井群自1985年陆续投入到正常的使用中至2005年，累计补水64亿立方米。在21口注水井中，有6口用于深层地下水回补，回补能力约为3万立方米每天。其中，1号井位于坦帕区域，深度为122米至152米；另外5口深水井位于萨旺尼区域，深度为174米至274米。当地投资超过3500万美元用于二期项目建设，在埃文公园地块下的第三个承压含水层、深度约396米至427米处接着来进行地下水回补。

  珀斯地下水回补项目是澳大利亚第一个使用再生水进行地下水人工回补的项目，主要是采用深井回灌法，将再生水注入地下约50米的承压含水层，以实现当地生产生活用水战略储备的目的。

  2010年至2012年，澳大利亚开展了为期3年的地质勘探和补水试验，用以评估承压含水层的物理和化学特性、研发和检验再生水回补的工艺流程和生态环境影响。考虑到回补地下水的水质标准将长期影响人类健康，实施部门将再生水的处理标准定为饮用级，即经过深度处理后（过滤、反渗透、紫外线消毒、反碳酸化、石灰稳定等），需符合《澳大利亚饮用水指南》的166个水质指标。

  试验取得成功后，珀斯水务公司着手筹建高级水循环处理厂，根据当地再生水水质管理计划规定的管理流程和要求，分两期建设相关基础设施。供水目标是2017年（一期）达到1400万立方米每年，2020年（二期）达到2800万立方米每年。根据一期建设目标，上述水量通过注水井，加压补给到约50米深的2个承压含水层。二期在逐步提升水处理能力的同时，新建了4口注水井和4口监测井（监测井距注水井50米、相互间隔250米），以及一条长约13公里的输水管道。

  以色列地下水回补量占其地下水抽取量的10%以上，主要得益于以色列多样的地下水回补形式和出色的含水层补给技术。以色列地下水回补最重要的包含洪水回补、河湖回补、中水回补和淡化海水回补四类。

  以色列将沿海含水层以外流域的洪水资源引流至沿海含水层上面的入渗池，并将其储存在含水层中。梅纳什河系统是以色列的典型洪水回补项目，系统自1967年运行至今，充分的利用了梅纳什河的水文地质结构，水源地位于具有较高径流系数（降水量的10%至30%之间）且没有含水层的岩石盆地，入渗地是渗透性较好且具有优质含水层的沙地（径流系数小于0.5%）。

  1964年，以色列国家供水系统南部工程连接了加利利湖，利用湖水回补西山含水层和沿海含水层，但由于加利利湖含盐度偏高的水质问题造成含水层堵塞，以及干旱导致加利利湖水量减少，1990年该项目终止。

  中水即再生水，指废水或雨水经适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用上的要求，能够直接进行有益使用的水。1959年以色列《水法》将污水纳入水资源范畴。以色列全国共120座污水处理厂，100％的生活垃圾污水和72％的城市污水得到回用。夏夫丹污水处理厂是自1987年以来以色列最大和集约化程度最高的地下水回补项目。30多年来，夏夫丹污水处理厂每年回补超过100米深的中水。回补的中水大多数都用在农业灌溉。

  1998年至2002年，长期干旱促使以色列政府实行大规模的海水淡化工程。目前，以色列是全球规模最大使用反渗透技术淡化海水的国家。梅纳什河系统和希克马河系统每年接纳以色列约几百万立方米的多余淡化海水。与其它回补方式相比，淡化海水回补的优点是水质更好，不易造成含水层堵塞；缺点是水量不稳定。

  2022年，我国纪念“世界水日”和“中国水周”活动主题为“推进地下水超采综合治理，复苏河湖生态环境”。分析研究国外地下水回补实践案例，从地下水回补的技术、目的、实施效果等总结提炼经验，有助于我们更好地贯彻落实《地下水管理条例》，严格落实地下水取水总量、水位“双控”，持之以恒抓好地下水超采综合治理，加快完善地下水监测站网，从严从细从实管好地下水资源。