淺談地下水資源及其環境質量評價

■王立勇

（黑龍江省九〇四水文地質工程地質勘察院黑龍江哈爾濱150027）

淺談地下水資源及其環境質量評價

■王立勇

（黑龍江省九〇四水文地質工程地質勘察院黑龍江哈爾濱150027）

水是我們人類不可缺少的重要資源之一。眾所周知，我國是一個人口大國，雖然幅員遼闊、地大物博，但是人均可用資源有限，尤其是水資源。作為水資源中重要資源之一的地下水資源，有著水質好、分布廣泛、便于開采利用等多種優點。據有關部門統計，在我國以地下水作為主要飲用水源的人口大約有70%。近年來地下水的開發利用規模日益增大,使地下水位下降而且水質變差,這既影響城鄉供水質量,危及人體健康,也會誘發地質環境問題,給經濟建設帶來損失巨大。研究地下水環境質量評價等問題并提出綜合防治措施就成了亟待解決的問題。地下水環境質量評價研究人類活動對地下水質的影響,可以確定地下水的污染現狀,也是保護地下水資源、控制地下水污染的重要手段。水環境是一個多因素耦合的復雜系統,目前還沒有較統一的水質評價方法。地下水質量標準中的單項組分評價和綜合評價過分強調污染嚴重因子的作用。就地下水資源及其環境質量評價，本文作了評價。

地下水資源環境質量評價開展

1 關于地下水資源

生產和生活需要利用而又可能利用的地下水，統稱地下水資源。是保障生產、生活需要所不可缺少的重要資源。具體來說，地下水資源是指在一定期限內，能提供給人類使用的，且能逐年得到恢復的地下淡水量。是水資源的組成部分。通常以地面入滲補給量（包括天然補給量和開采補給量）計算其數量。因此，地下水資源的開采一般不應超過補給量，否則會給環境帶來危害，使生態條件惡化。

地下水資源主要是由于大氣降水的直接入滲和地表水滲透到地下形成的。因此，一個地區的地下水資源豐富與否，首先和地下水所能獲得的補給量與可開采的儲存量的多少有關。在雨量充沛的地方，在適宜的地質條件下，地下水能獲得大量的入滲補給，則地下水資源豐富。在干旱地區，雨量稀少，地下水資源相對貧乏些。中國西北干旱區的地下水有許多是高山融雪水在山前地帶入滲形成的。

中國還沒有統一的地下水資源分類方案。根據1979年頒布試行的《供水水文地質勘察規范TJ27～78（試行）》把地下水資源分成補給量、儲存量和允許開采量。補給量指天然狀態或開采條件下，通過各種途徑在單位時間內進入所開采的含水層中的水量；儲存量指儲存于含水層內的重力水的體積；允許開采量指在經濟、合理的條件下，從一個地下水盆地或一個水文地質單元中單位時間所能取得的水量。在供水中，補給量提供水源，因而起主導作用。儲存量則起調節作用，把補給期間得到的水儲存在含水層中，供干旱時期取用。當補給量和儲存量配合恰當時,有較大的允許開采量。反之,如只有補給量而無儲存量，干旱時期就無水可供開采；只有儲存量而無補給量，開采后水量不斷消耗，導致水源枯竭。

也有些學者把地下水資源分為天然資源和開采資源，在天然條件下可供利用的可恢復的地下水資源稱為天然資源，而實際能開采利用的地下水資源稱為開采資源。由此將地下水資源分為補給資源與儲存資源。

補給資源指參與現代水循環、不斷更新再生的水量。補給資源是地下含水系統能夠不斷供應的最大可能水量；補給資源愈大，供水能力愈強。含水系統的補給資源是其多年平均補給量。儲存資源指在地質歷史時期中不斷累積貯存于含水體系之中的，不參與現代水循環、（實際上）不能更新再生的水量。

2 關于地下水資源的環境質量評價

2.1 概念及其發展

說到資源則都應該說下其評價問題，因資源是對應了人類社會發展程度而言的，因此對具動態的可再生特點的地下水資源評價，應在社會發展到不同時期進行再評價，做到及時為國家發展規劃提供科學依據。為了合理地、長期地使用地下水資源，在開發之前，一般均應對其量和質作出評價，以便據此制定其開發利用和保護管理規劃。地下水資源由大氣降水和地表水轉化而來，在地下運移，往往再排出地表成為地表水體的源泉。有時在一個地區發生多次的地表水和地下水的相互轉化。故進行區域水資源評價時，應防止重復計算。

20世紀50年代以來，中國的水文地質工作者評價地下水量時，用了H.A.普洛特尼科夫提出的四個儲量：靜儲量（某一含水層中地下水的年最小體積）、動儲量（通過含水層某一斷面的流量）、調節儲量（地下水位年變幅范圍內的水體積）和開采儲量（流量不會衰減，水質不會變壞的開采量）。由于這四個儲量不能完善地反映地下水的數量，從70年代開始引用地下水資源的概念，但儲量的概念也未完全放棄。因此，找出兩者之間的關系，有利于搞好地下水資源評價。

2.2 地下水資源評價和地下水資源計算的區別

地下水資源評價和地下水資源計算（或地下水水量計算）是兩個詞義相近但在實質上又有區別的概念。地下水資源計算，實際上就是選用某種公式，計算出某種類型水資源的數量。而地下水資源評價，應該包括計算區水文地質模型的概化、水量計算模型的選取和水量計算、對計算結果可靠性的評價和允許開采資源級別的確定等一系列的內容。

地下水資源計算方法種類繁多，從簡單的水文地質比擬法到復雜的地下水數值模擬；從理論計算到實際抽水方法。常用的地下水資源計算方法有經驗方法（水文地質比擬法）、Q-S曲線方程法、數值法、水均衡法、動態均衡法、解析法等。

2.3 地下水資源評價的開展

地下水環境質量評價研究人類活動對地下水質的影響,可以確定地下水的污染現狀,也是保護地下水資源、控制地下水污染的重要手段。水環境是一個多因素耦合的復雜系統,目前還沒有較統一的水質評價方法。地下水資源評價包括兩方面內容，即水質評價和水量評價。

水質評價通常采取地下水的樣品送實驗室進行水質分析，根據地下水應用的目的，將其和各種水質標準（如飲用水水質標準、各種工業用水的水質標準、灌溉用水的水質標準等）相比較，以評定地下水的適用程度。

一切不符合質量要求的地下水都不能作為水資源。為了保障人民身體健康和工農業用水需要，很多國家已頒發統一的飲用水、工業用水及灌溉用水等的水質評價標準（見用水水質）。地下水質評價一般應分兩部分：①用取樣分析化驗的方法查清地下水的水質，對照水質標準評價其適用性；②若在水文地質勘察過程中發現水質已受污染或有受污染的可能，則應查清污染物質及其來源、污染途徑與污染規律，在此基礎上預測將來水質的變化趨勢和對水源地的影響。水質變化的預測，須通過由彌散方程、連續方程、運動方程和狀態方程組成的數學模型，即彌散系統，用數值法解算出污染物質的濃度隨時間和地點的變化，從而提出地下水資源的防護措施。

在巖土中賦存和運移的、質和量具有一定利用價值的水。是地球水資源的一部分，與大氣降水資源和地表水資源密切聯系，互相轉化。

地下水水量評價方法比較多，大體上可歸納為四類。這四類分別為：

第一，數學模型求解法。這一類方法的實質是把水文地質條件進行概化，用數學關系式表達，通過求解這些數學公式來評價水量。常用的有兩類模型：一類為確定性模型，它通常是根據質量守恒原理建立的，包括一個微分方程(或積分方程)和一組定解條件。適用于地下水運動的機理和水文地質條件比較清楚時。另一類為隨機模型,模型中包含有一個或數個隨機變量,常用在水文地質條件尚未查清，但積累的實際觀測資料較多時（見地下水數學模擬）。利用數學模型評價地下水資源，自始至終是和水文地質勘察、地下水資源管理密切結合進行的。在水文地質勘察之初,根據已收集到的資料,初步建立數學模型并用它指導勘察工作。在勘察過程中，一面根據已查明的水文地質條件，對模型進行必要的修改，同時通過勘察，取得求解模型所必需的參數，直到勘察工作結束。建立了合適的數學模型以后，不僅可用來進行地下水資源評價，還可指導地下水的合理開發和地下水資源管理。

第二，水量平衡法。也稱水均衡法。它是通過建立水量平衡方程式，并測定方程式中有關的收入項和支出項，來評價地下水資源（見地下水動態）。在大面積地下水資源評價時比較適用。為了提高評價的準確度，建立水量平衡方程式時要全面考慮當地的水文地質條件，防止重復計算和漏算，水量平衡要素的測定要準確并且有代表性。

第三，經驗比擬法。利用水文地質條件類似的已開采的地區的資料進行比擬，評價未知地區的地下水資源。多用在條件尚未充分查清而評價的精度要求又不高的情況下，初步估算地下水資源。

第四，開采試驗法。適用于小型的水源地。當水文地質條件復雜而一時又難以查清、需水量不大、急需作出評價時,可打勘探開采井,用接近于未來的開采條件進行抽水試驗，直接根據開采試驗的水量評價水源地所能提供的水量。

2.4 地下水資源評價時需注意的因素

地下水資源是由地下水的儲存量和補給量組成的，評價時還須考慮排泄量和開采量。

儲存量指當前儲存在地下巖層中的水的總量（以體積計）。它是在長期的補給和排泄作用下，逐漸在地層中儲積起來的。與其他流體礦藏不同，地下水的儲存量經常處于流動中，但速度極為緩慢，甚至一年地下水流動不到一米遠。當補給和排泄處于平衡時，儲存量的數量保持不變；而當補給呈周期性變化時，儲存量則相應地呈周期變化。儲存量的大小，主要取決于含水層的分布面積與其充水和釋水的體積百分比。還與地下水的排泄類型（垂直蒸發、水平溢出）和排泄基準面（地下水蒸發的極限深度，地下水溢出面的標高或抽水井、渠的開采水位，統稱排泄基準面）的高低有關。在排泄基準面以下的儲存量,即使斷絕了補給源也能長期保存,故稱之為最小儲存量。

所謂補給量指通過多種途徑（如降水入滲,地表水滲漏等），自外界進入含水層并轉化為儲存量的水量（以單位時間體積計）。補給量既隨氣象、水文條件的變化及人類生產活動的影響而改變，又隨排泄條件的變化而改變。只是當補給和排泄條件相對穩定時，補給量才能保持常量。

排泄量指通過溢出、蒸發等形式從含水層中排出的流量（以單位時間體積計），雖然這一部分水量已脫離含水層而不再歸屬于地下水的范疇，但它主要來源于地下水的補給量，故可用以反推補給量。當地下水動態穩定時，排泄量恰等于補給量，儲存量不變。當地下水的動態呈周期性變化時，則每一周期的補給量應等于排泄量和儲存量的增量（正或負）之和。

開采量指通過井、渠從含水層中取出的流量。開采地下水可改變地下水的天然流向，使部分排泄量改從井、渠中排出。也可擴大地下水的消耗總量，有可能促使補給量增加。例如在下滲和蒸發的補給排泄類型中，因開發將地下水位降低到極限蒸發深度之下，可使原來蒸發損失的地下水轉化為開采量，而為人們所用。又如在河水補給地下水的情況下，因開采而使原來的地下水位大幅度降低，促使河水更多地補給地下水。當存在著這種相互影響時，地下水資源評價必須和地下水開采設計一起進行。開采量又分穩定的和不穩定的兩種，前者是指流量和水位均穩定不變，或僅作周期性的波動；后者是指流量或水位持續變小或下降情況下的開采量。不引起地面沉降、地下水水質惡化或其他不良現象的穩定開采量稱允許開采量。

綜上所述，地下水在我國人民的生活、生產中起到重要作用，它已然在我國的可持續發展中扮演著重要角色。人們在對地下水實施開發利用的同時也改變著地下水環境。因此，我們要做好地下水資源的質量評價，要積極采用多種水質評價方法，如神經網絡法、灰色系統法、模糊綜合評價法、綜合指數法和物元分析方法等。而且，隨著時代的發展，要將人工智能、迷糊數學和灰色系統等理論方法與計算機技術結合后，使得水環境評價更加便捷、科學、實用性更高，水環境評價研究也得以飛速發展起來。

[1]王艷梅齊善忠曹少嬌.濟南市地下水資源及其環境質量評價 [J].地下水.2015.02期

[2]王鑫 丁立強.基于灰色關聯法的地下水質綜合評價--以巴彥哈達地區為例 [J].地下水.2013.04期

[3]章新 賀石磊 張雍照 陳思 高軍省.水質評價的灰色關聯分析方法研究 [J].水資源與水工程學報.2010.05期

[4]王少東 房建華 王霄霞.濟南市區地下水資源管理現狀與對策 [J].山東水利. 2012.10期

[5]夏美娟 梁雪春.南水北調東線源頭水質綜合評價及其方法比較 [J].長春理工大學學報 (自然科學版).2011.04期

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-389-2