地下水動態承載力與區域旱情監測預報探討

□鄭　萌（河北省張家口水文水資源勘測局）

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地下水動態承載力與區域旱情監測預報探討

□鄭萌（河北省張家口水文水資源勘測局）

摘要：我國雖然地大物博，資源豐富，但是水資源一直存在干旱缺水、洪澇災害和水環境惡化等問題。隨著近些年來人口數量的不斷增加和經濟的高速發展，水資源供需緊張矛盾更是日益凸顯。正確、合理地評價水資源的開發和保護有利于水資源的可持續性發展，文章希望通過對地下水資源承載能力的正確評價，來做到對某些地區旱情的即時監測預報，維護生態環境良性循環，同時，也為我國地下水資源的健康長久發展提供可行性良策。

關鍵詞：地下水；動態承載力；區域旱情；監測預報；評價指標

0前言

旱情監測和預報工作對地區水資源發展具有推動作用，它們不但可以客觀分析當前區域內的實際旱情，也可以對未來的旱情發展趨勢作出預測，根據不同的干旱級別作出應對策略，保證地區生產運轉正常。為了預測旱情，許多地區都會借助雨水、地下水埋深和土壤墑情等方法來獲取有效數據。文章將提出一種預報監測區域旱情的新方法。

1地下水承載力

地下水資源極其寶貴，關于它的承載力解釋主要基于目前地區內民眾的社會生產技術水準和經濟水平條件下，地下水資源對工業生產、生態環境保護及人民生活的最大用水提供能力。

從廣義上來講，地下水的承載力應該包括3個方面。首先，地下水的承載力應該涵蓋社會、技術、經濟和生態這四大要素。其次，地下水的承載力應該是具有閾值的，它閾值的高低取決于當下地區性的經濟水平和水資源技術管理能力，而且這兩個對立的因素呈現明顯的正比例關系。同時，也應該考慮生態環境保護方面對地下水資源的承載力制約，這兩者的關系是反比關系。最后，可以認為地下水資源承載力是一種典型的動態量，因為地下水資源的開發量會根據水利工程質量和技術工藝的提升，而提升開發量，如此一來，地下水承載力也會水漲船高。不過要注意的是，這種增長也是存在閾值的。如果人為地長期挖潛，過度開發，就會造成地下水資源的環境惡化，造成水流失和污水現象，降低地下水資源的承載能力。

2地下水承載力評價指標體系解讀

2.1地下水承載力評價指標體系建設

地下水承載力的一個關鍵研究點就是對水資源承載力評價指標體系的建立。該評價指標的選取存在許多方法，比如可以從地下水資源可供需水量、可承載人口、地區的經濟技術發展水平及規模等多方面來考量水資源承載力評價指標體系的建立。所以相對而言，對某一地區來說，影響區域地下水承載力的因素也存在許多，比如供需水方面的因素、影響水資源開發的直接間接因素等等。文章希望根據評價指標體系中所希望遵循的完全性原則、獨立性原則和客觀性原則等來進行體系建設。當然，也要同時考慮到地下水資源本身的差異性和開發利用方式，所以地下水承載力的評價指標體系應該是具有相對性的。

2.2地下水承載力評價指標體系中的關鍵指標

有關評價指標體系中的關鍵指標一共有8項，它們分別代表了與地下水承載力相關的各個參數，它們有利于對區域旱情監測預報工作的輔助實施，文章將它們設置為U1～U8。

U1為地下水的耕地灌溉率，它的計算方式為U1=地下水資源灌溉面積/耕地面積，單位為%。

U2為地下水的利用率，它的計算方式為U2=當年地下水供水量/可利用地下水資源，單位為%。

U3為地下水資源的開發利用程度，它的計算方式為U3=當年地下水供水量/地下水資源總量，單位為%。

U4為供水模數，它的計算方式為U4=地下水資源的年供給量/土地面積，單位為104m3/km2。

U5為需水模數，它的計算方式為U5=當年需水量/實際土地面積，單位為104m3/km2。

U6為地下水資源的重復利用率，它的計算方式為U6=地下水資源重復使用量/地下水資源總量，單位為%。

U7為人均供水量，它的計算方式為U7=地下水年供給量/總人口，單位為m3/人。

U8為生態環境用水率，它的計算方式為U8=生態環境用水量/總水量，單位為%。

上述從U1～U8這8項指標對地下水承載力影響很大，而且按照影響程度可以將這8項指標劃分為3個等級，這里分別用V1～V3表示。從V1到V3表示地區內的地下水承載力從大到小，一旦承載力到達V3，就表示該地區的地下水承載力已經接近飽和，而V2是最好的階段，它不但已經擁有了一定的水資源開發規模，而且還存在繼續開發的利用潛力。本文對這三個級別進行了定量分析，希望它們能夠準確反映在各自級別條件下對地下水資源的影響度。將范圍設定在0～1分內，對應V1/V2/V3這3個標準的評分分別為a1/a2/a3。通常講，a1/a2/a33個評分的標準范圍應該分別為0.90～0.95、0.50～0.60、0.05～0.10。當a的數值越高時，就表明地區范圍內地下水資源的開發潛力越大。具體評價指標及其分級標準，如表1。

表1　地下水承載力各項關聯評價指標分級值列表

3結合承載力的旱情理論分析

通常講，水資源直接決定旱情程度，所以應該明確區域旱情是存在與地下水承載力之間的必然聯系的。

3.1不同年份的地下水承載力與旱情之間的關系

如果是地表水儲量豐富、降水及河道側滲補給充分的豐水年，地下水位就會呈現大幅上升趨勢。此時土壤水含量會更高，而農業區域的人工灌溉用水量也會降低，此時進行地下水開發是最佳時機。從技術方面看，此時的地下水承載力評價指標會無限接近于取值，而且根據區域降水量的提升，它的綜合評分制也會達到0.90甚至以上的高度。而在降水量相對偏少的枯水年，不但需要大量的人工灌溉來補償土壤干旱缺水狀況，地表水也會因為降水稀少而依賴于地下水的抽采，此時地下水位就會明顯降低，相對的地下水承載力也會銳減。由于我國某些地區常年持續干旱，所以這些地區都是較為嚴重的地下水超采區，這不但不利于地下水資源的良性發展，也會造成地面的龜裂、沉降甚至塌陷等地質災害現象。從技術方面看，此時的地下水承載力評價指標會無限接近于希望取值，一般在0.05這樣的極限值，此時說明地下水的承載力已經很小，達到飽和狀態。如果在平水年，評價指標取值范圍趨于常規化，地下水的承載力評分值基本會保持在0.50～0.65區域內，這種情況是地區地下水承載力的最佳狀態。

3.2基于旱情監測預報的地下水動態承載力

要明確地下水承載力所表現的過程是動態的，如上文所述，不同的時段對應不同的評價指標，其承載力也是不同的，這些評價指標參數也是地方預測旱情的主要依據。如果能按照不同層次的評價指標來制定抗旱標準，確立控制指標體系，就能做到對旱情應急預案的啟動，實現區域性旱情的監測和預報目標。在旱情的監測、控制和預報工作中，應該將地下水的承載力作為關鍵因素來看，堅決執行“地表——地下”順序的用水原則，如果出現了區域性地下水超量利用情況，應該在汛期對超采區及時實施回灌補給措施，保證為未來的抗旱儲備提供可供利用的豐富水源。

4地下水動態承載力案例計算分析

文章以某地區的平水年作為基本評價指標，對其所在區域的地下水動態承載力進行計算分析，首先為其建立評價因素集：

U=|U1，U2，……，U8|=（0.50，0.90，0.75，0.10，0.15，0.45，0.03）

此時采用定量結合模糊綜合評價模型的AHP層次分析法，判斷U1～U8各個指標對地下水承載力的具體影響。再借鑒國家的水資源評價標準來計算8項指標的相對權重值應該為：

所以該評價因素集的評價矩陣應該為：

此時可以計算a1～a2的評價集B=A×R，所以就有：

如果3個等級中V1=0.90，V2=0.50，V3=0.05，那么相對權重值的綜合評分值就應該為：a=（V1，V2，V3）×（b1，b2，b3）T=（0.90，0.50，0.05）×（0.45，0.15，0.50）T=0.645。

還可以應用同一種方法對枯水年和豐水年的地下水動態承載力進行評分值的計算。所以根據上述計算的綜合評價值結果可以了解到，某地區的地下水承載力綜合評價成果在V1和V3的隸屬度都達到了0.50左右，而V2的隸屬度則要低于0.50，綜合評分制在0.65也表明了某地區的地下水資源已經開發到一定程度，而且仍有巨大的開發利用空間。

5結語

文章利用地下水承載力的分析評價和計算，證明了它是一種計算精度高且客觀的評價方法，它能夠為區域性地下水資源的開發利用做短期甚至長期的整體規劃，以量化理論的方法來解決干旱缺水給地區性經濟發展帶來的問題，所以對于水資源嚴重緊缺的我國來說，采取正確的方法合理開發地下水資源，是具有必要和深遠意義的。

（責任編輯：左英勇）

中圖分類號：P641.72

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8853（2016）05-0041-02

收稿日期：2016-03-28