地下水回补（专业术语）

历史背景

20世纪60年代以来，随着水资源供需矛盾和环境问题日益突出，世界各国开展地下水回补的工作发展得很快。1970年在英国里丁(Riding)召开了地下水人工回灌讨论会。1973年，在美国新奥尔良召开了地下废液管理与人工回灌地下水的国际学术讨论会。1988年，国际水文地质家协会成立含水层补给技术委员会，并于八月在美国加州的Anaheim召开第一届研讨会(International Symposium for Managed Aquifer Recharge)，以后每三到四年举办一次，会场分别设在美国佛罗里达州的奥兰多（1994）、荷兰阿姆斯特丹（1998）、澳大利亚阿德莱德（2002）、德国柏林（2005）、美国菲尼克斯（2007）、阿联酋阿布扎比（2010）、中国北京（2013）、墨西哥的墨西哥城（2016），2013年召开的第八届北京会议标志着我国从国家层面开始重视含水层补给管理的科学方法及技术研究。

中国从20世纪50年代开始研究以储冷为目的的地下水回灌工作。至60年代，上海市用人工回灌地下水来控制地面沉降和储冷、储热。70年代以来，华北平原地区由于大量开采地下水，使地下水水位大面积持续下降，形成了30多处地下水位区域下降漏斗，产生了一系列环境问题。为此，在北京、天津二市和河南、河北、山东三省的城乡地区，相继开展了浅层地下水和深层承压地下水的回灌试验；河北省在南宫市开展了利用古河道的含水层作为地下水库、人工回灌、调蓄河道洪水的试验研究。1979年10月，中国地质学会在北京召开了人工回灌地下水学术讨论会。进入21世纪，我国国内的水文地质工作者及相关领域的专家学者更加频繁地与世界技术发达国家进行含水层回补技术的交流与合作，除2013年在北京召开的第八届国际含水层补给管理研讨会外，2008年曾在济南举办过中国-澳大利亚含水层补给管理研讨会，2015年北京大学水中心曾举办过含水层补给技术国际研讨会，这些会议及相关的研究工作促成了我国地下水回补技术的发展，加快了我国在此领域的技术应用及科技发展进程。

目的

地下水回补的主要目的：

通过增加水资源长期储量和季节性调配能力，使水资源的价值由低变高。水资源是一种宝贵的资源。由于水资源存在时空分布不均的特点，将一定时段一定区域内相对过剩的水资源通过MAR技术储存于地下，可以将白白浪费的水资源储存起来以备日后利用，增加水资源储量。即使在年平均降水量丰富地区，水资源也会有季节性，丰水期时水资源量充足，价值相对低，甚至可以忽略不计或因洪灾为负值；而在枯水期，水资源又显得十分珍贵，各行业、各地区常常因争夺水资源付出惨重代价，与丰水期时的情况反差巨大。利用MAR技术可以在丰水期将水收集起来不仅可以在枯水季节时加以利用，而且还可以减少洪灾发生的可能性。同样，在城市居民生活和工业生产过程中，产生了大量的生活污水和工业废水，这些污水和废水经过污水处理厂处理后变为再生水，然后再通过MAR技术可以将再生水转化为水资源加以利用，达到变废为宝的目的。

相关研究和大量的工程实践表明，通过MAR技术处理后的水通常水质较好，只需经过简单的处理便可满足工业、灌溉、饮用水相关标准，进入相应供水系统，这样可以有效降低供水成本。

优越性

与地表水库相比，地下含水层通常有巨大的储存空间，能够储存大量的水资源，并且不存在因水库损坏造成的垮堤或渗漏情况，因此地下水回补可以有效增加水资源的储存量和安全性；

通过MAR技术在地下水漏斗区回补水量修复地下水漏斗，从而遏制地面沉降甚至可以使原本沉降的地面逐渐抬高，从而减少因地面沉降或因不均匀沉降引起的地裂缝或地表建筑物的损毁等环境地质问题的发生；

在沿海地区由于海平面上升或地下水超采会引起海水入侵，通过MAR技术将地表过剩的淡水储存到地下来抬高地下水位，随着水位的不断抬升淡水压力不断增加，形成的淡水屏障不仅可以遏制海水入侵，还可以将已被入侵区域的地下咸水逐渐驱离，恢复为淡水；

由于水资源储存于地下，与地表水资源相比，可以有效避免强烈的地表蒸发造成的水资源浪费，并且受人类活动的影响较小；

可以有效避免因蚊虫等生物所携带的有害微生物或病毒进入水中繁殖传播疾病或因藻类等浮游生物的爆发造成水体污染；

地表水在向含水层入渗运移的过程中，其中的部分有害物质可以被含水层吸附，从而可以有效改善水质；

含水层具有可以改善水质的作用，并且可以满足法规要求的相关标准，增强公众对再生水转化为自来水的信心和接受程度。

水源

降雨径流、河川基流和洪水，经过净化处理的生活污水和工业废水等，凡能满足回灌水质要求的均可作为水源。用于地下水回补的水质，一般含重金属及难以降解的有毒物质应不超过生活饮用水水质标准，以防污染地下水。当直接向井中注水回灌时，还要求水质低浊度、低铁、低溶解氧、无细菌和有机物，以及不会对井管和滤水器有腐蚀作用的物质。回灌时地表水需经过一定处理，常用的一种方法为：将地表水送入大水池，先使小颗粒泥沙沉淀；再送入加药池，加入氯、硫酸铝（10%溶液）、碳酸钠（10%溶液），形成絮凝状物质沉淀于池里；然后经过沙过滤池和净化池；净化后的水即可用于回灌。

方法

国际水文地质家协会含水层补给技术委员会(IAH-MAR Commission)与联合国国际地下水资源评估中心(UN-IGRAC)对地下水人工补给方法分类如下：

下面介绍几种常见的补给方法：

风险管理

地下水回补

以上12项内容可保护回采水和回补后含水层外围影响区的环境质量。

简单地认为把处理到接近饮用水标准就可以回补是不妥当的。例如加氯消毒杀菌的水可导致含水层回采水氯含量超标；在一些地方将饮用水注入到含水层后，由于其与含砷的黄铁矿反应，会造成开采后砷浓度过高；源水淡化为高纯度水后，与一般的水相比能溶解更多的矿物质。

因此，风险管理需要考虑含水层与补给水相互作用，可参考以下科学方法：

（1）消除可持续风险：水在通过缓冲区时通过土壤和含水层来削减危害（病原体灭活，一些微量有机物的生物降解，部分营养物的吸收）；

（2）消除低效风险：这些风险需要在补给前消除，因为它们有的不能消除（盐度）或消除效果还没有得到验证（某些金属离子的吸附及有机物的生物降解，过量的营养物，悬浮物等）；

（3）消除与含水层相互作用造成的风险（如金属运移、硫化氢、盐度、碱度、硬度或放射性核素）：需要提高补给水的水质以避免这些风险（如改变酸碱度、降低氧化态或减少养份）。

地下水回补

补给区为补给设施所在位置；储存区为补给水进入含水层之后的储存区域；水质影响区为MAR运行过程中水质发生变化的区域；水力影响区为MAR运行过程中水力参数发生变化的区域。图中虚线与补给区边界所包围的区域为缓冲区，缓冲区为MAR补给区与周围地下水水质未受影响的最大区域，随着MAR运行的停止，缓冲带将缩小和消失，最终整个含水层达到最初状态。

技术指南和标准

地下水回补

如图所示，指南中的阶段1属于快速定性评价，阶段2是在阶段1的基础上进一步对特定场地进行调查获得补充资料进行的定量评价。必须在已有信息显示可行的情况下项目才能按预期开始运行，试验工程建完后才可以进行整体项目的建设。分阶段进行项目建设有助于避免时间与资金的浪费，并且可以通过调整以改善设计。

阶段2的调查能够评定风险并通过鉴定采取预防措施。这需要知道源水水质、基础设施和工程建议运行信息，水文地质性质来证明对于所有的危害可通过已有信息规划管理解决。如果需要进一步的信息，可能需要建一个试验工程。

如果风险能够控制，就可以作出决策是否投资建设MAR项目替代供水。这种决策将考虑所有的项目成本和效益问题。

许多MAR项目在补给前无法得知其风险水平，那就需要伴随着项目的监测。试点运行结果知道之后，阶段3的监测将为MAR的运行实施奠定基础，阶段4要求监测确保控制人类健康和环境健康风险。

回补

依据水利部、河北省人民政府研究制定了《华北地下水超采综合治理河湖回补地下水试点方案》（2018-2019年），选定滹沱河、滏阳河、南拒马河三条河流先行开展地下水回补试点，为总体推进治理行动提供经验和示范。

据河北省水利厅介绍，试点河段补水工作2018年9月13日正式启动，2019年8月底结束，计划利用1年时间，补水7.5亿-10亿立方米，实现滹沱河、滏阳河、南拒马河三条重点河流生态水量有效增加，沿线地下水位普遍回升，河湖生态功能逐步恢复，水生态空间有所增加的目标。

补水期间，河北省要求各市、各单位把安全运行管理放在首位，严格执行河北省水利厅调度指令，未经省水利厅同意，3条河沿线所有引水闸门不得启闭。^[1]

发展前景

中国北方地区缺水，一些地区竞相开采地下水解决城乡供水和农田灌溉问题。2000年地下水源供水占总供水量40%以上的有京、晋、冀、鲁、豫、辽、陕、内蒙古、黑等9省（自治区、直辖市），已经形成了许多处以城市为中心的大面积的地下水位区域下降漏斗，许多环境地质问题也随之出现。因此，在这些地方开展地下水人工回补势在必行。另外，据北京市有关部门调查统计，该市城区和近郊区52个不同类型的工厂资料表明，其中空调冷却弃水约占工业总用水量的74%。这部分弃水含杂质少，可以作为回灌水源。在城市以储冷、储热为目的的地下水回灌，经济效益显著，经验也已成熟。开展城市地下水人工回灌具有良好的发展前景。

目前MAR技术在中国大有可为，主要集中在以下几个方面：

中国北方属于季风气候，降水年际和年内分布极不均匀，夏季高温多雨，洪水灾害时有发生，城市内涝严重，针对这种情况，国家开始建设海绵城市，MAR技术可以很好地利用洪水将其转化为水资源从储存于地下，一举双得，化害为利。目前北京市水务局水科院正在研究一个方案，利用南水北调的水回补地下水^[2]。

我国城市居民和工业用水数量巨大，多数城市都存在缺水问题，同时使用后形成的污水由于处理设施滞后，污水直接排放引起环境污染的问题屡见不鲜，通过MAR技术处理后的污水完全可以达到饮用水的标准，这样就可以实现水资源的循环利用，减少了跨流域调水等耗资巨大工程的建设，可以节省大量财力。

我国多数地区由于历史上地下水开采量远远超出补给量，形成了大量的地下水漏斗，给工农业生产和居民生活造成了极大的安全隐患，地下水漏斗的治理问题势在必行，刻不容缓，MAR技术可以针对上述漏斗区进行修复，或者延缓其进一步扩大。

我国海岸线长度世界排名第四，然而海水入侵现象也十分严重，多数沿海地区存在不同程度的海水入侵现象，给当地居民的生活和生产带来了极大的威胁，而MAR技术可以很好地解决海水入侵问题，我国的山东半岛的治理就是很好的先例。

案例

美国加州南部洛杉矶奥兰治县，人们在1956年就发现，由于大量开采地下水使地下水位降到海平面以下，造成太平洋海水入侵内陆海岸带达到5英里，急需加以防治，他们利用当地有利的地形和地质条件，将当年剩余的水资源和将污水处理后的达标水，甚至从其他水务局购买质高价低的水，采用河道和人工湖渗入，竖井回灌等地下水回灌技术，回灌到地下，储存在近地表的含水层中，这样不仅保存了珍贵的水资源，避免了无效蒸发，做到水资源的多年调蓄，使当地产水量达到总用水量的75%，并保证了水的年度和年际的稳定供给，同时也阻止了由于开采地下水而引起的海水倒灌。

荷兰利用沿海沙丘进行人工回灌已有60多年历史，它的水资源开发模式是“引莱茵河水-净化-回灌至地下-抽出供水”。除此之外，还与日本合作在阿姆斯特丹地区开展帷幕灌浆工程修建地下水库，用以储存地下水和防治海水入侵。

德国是欧洲开展再生水回灌较早的国家。德国回灌地下水主要有两种方法：一种是采用天然河岸渗漏；一种是修建渗池、渗渠、渗井等工程措施实施回补。20世纪60年代，德国就利用被污染的河水通过砂、砾石构成的河床实施地下水补给，通过与河道相隔一定距离的井取用循环后的地下水，取水量占总供水量的14%。德国柏林在20世纪70年代将经过生物净化的污水处理后进行地下水回灌，经地质净化后作为饮用水重新抽取出来。Langen市为解决地下水位下降问题，将污水处理厂的二级出水重新处理后，利用土壤渗滤回补地下水，该工程1979年投入运行。

澳大利亚MountGambier市城市雨洪水通过市区500多眼排水井补给到非承压石灰岩含水层，这些井大部分都完全位于白云质灰岩含水层中，最终排泄到该市的城市供水水源地蓝湖，地下水年补给量500～650万m3，占蓝湖总补给量的35%～55%城市雨洪水增加了含水层的补给量，同时也增加了各种污染物的含量。JoanneVanderzalm检测了城市雨洪水中24项污染物以及微量有机化合物、少量挥发性有机物，并对含水层补给风险进行评价，结果显示确定污染物在裂隙含水层的停留时间为500～18000d，参照微量污染物在潜水含水层降解半衰期的运移时间，并通过检验蓝湖的24项水质指标均满足饮用水标准，表明石灰岩含水层对城市雨洪水污染物具有一定的自然衰减作用，过去100多年的雨洪水径流排放到目前为止未对蓝湖水质表现出任何可量度的损害。

上海市在历史上由于大量开采地下水造成大面积沉降，城区最大地面沉降达到2.63米，对工业生产和城市建设造成了严重威胁。1958年，由于大量抽取地下水，地下水位下降至-35-40米，为了增加地下水补给量，抬高地下水位，上海棉纺厂工人利用废弃井（深95米，直径250mm）进行回灌试验，揭开了地下水人工补给的序幕，至1966年，共有七十多家工厂134口深井同时回灌，大大增加了地下水补给量，使地下水位抬高了十多米，夏季开采时，获得了原水温低的地下水，夏用期结束后，上海地面不但没有下沉，反而平均上升了6mm，这是十几年来连续下降后第一次出现上升现象，开始控制了上海的地面沉降。

孟加拉湾沿岸海水入侵现象严重，13个村庄的居民为应对淡水资源短缺问题，他们应用ASR技术在由淤泥和黏土覆盖的浅层细-中沙承压含水层中回补淡水，这里一般的ASR项目是由一个19.5m3大的双室级配砂渗池组成，渗池的水通过带有开关和阀门的PVC管流入4-6个直径为30.5或56cm的井中，这些渗水井埋深在18-31米不等，13处ASR项目运行一年后的平均入渗量在3m3/d，11个项目的抽取量范围在5-40%，与回补的源水浊度100NTU相比，抽取的水浊度为5NTU；堵塞管理中，人工冲洗后回补效率可以恢复到年平均值以上；与源水相比，抽取的水中大肠杆菌数量大大减少，但仍可以在大约一半的样品中检测到；有三个ASR项目抽取的水中砷含量>100μg/L，这就意味着砷的问题一定要认真对待并进一步研究。