淺談地下水代謝與水資源保護

楊萬良

(四川省資陽市雁江區水務局，四川 資陽 641300)

淺談地下水代謝與水資源保護

楊萬良

(四川省資陽市雁江區水務局，四川 資陽 641300)

文章對我國地下水資源現狀進行分析，從地下水代謝的概念、地下水代謝方程式兩方面對地下水代謝進行論述，提出確保充足的補給水量、增加地下水存儲水的容量、對無功失水量進行控制等保護地下水資源的方法，以期能夠提高地下水資源的利用效率，緩解我國水資源緊缺的現狀。

地下水；代謝；水資源保護

地下水的代謝，能夠解決一部分水資源問題，并且，在水資源的保護和功能恢復過程中，地下水代謝發揮著重要的作用。因此，在對水資源進行保護和循環利用時，要將地下水代謝充分的利用起來，從而改善水資源污染狀況，促進我國資源的可持續利用。

1 我國地下水資源現狀

我國的地下水淡水天然資源在國內水資源總量中所占的比例達到1/3，在全國的地下淡水天然資源中，南方地區所占的比例為69%，地下淡水可開采資源量為2045億m3。北方地區的地下淡水天然資源在全國占31%，可開采量只能達到南方地區的77%。從面積上看，西北地區所占比例為35%，但開采總量在全國只占13%。隨著城市用水量的增加，許多城市的地下水資源開發已經接近或者達到極限，而部分城市的地下水資源開采已經處于超采現象。當地下水資源的開采量超過補給量時，水資源的質量和數量就會失去平衡，從而引發一系列的環境工程地質問題。并且，在對地下水資源進行開采，會有更多的生活和工業污水排放出來，導致地表水遭到污染。過度的開采地下水資源，會降低地下水的水位，減少單井的出水量，從而增加用水成本[1]。隨著水資源的逐漸減少直到枯竭狀態，還會出現地面沉降、塌陷和地裂縫等問題。

根據調查，我國每年因為水資源污染而造成的經濟損失約為377億元，其中超過50%都屬于地下水污染。全國有2/3以上的城市地下水質量都在直線下降，局部地段的水質非常惡劣。目前已有300多個城市的地下水污染嚴重，導致這些城市的供水緊張。隨著地下水污染程度的加重，其檢出的成分逐漸呈現出多樣化、復雜化。根據統計，海水入侵面積已經得到1500km2，入侵距離為4-8km，最大能達到10km，海水入侵后淡水的水質會變咸，使咸淡水的天然平衡狀態遭到破壞，還會引起土地的次生鹽堿化。

2 地下水代謝

2.1 地下水代謝概述

許多地區在對水資源進行保護時，重點是對水資源的時空分布進行調整，使水資源的減少量得到控制，從而將水資源控制在不會造成水資源問題或者環境問題的范圍內。在對水資源實施保護的過程中，地下水代謝是可以進行重復利用的。地下水能夠對自然界中的水資源進行調節，而此調節作用是通過代謝實現的。比如，在非雨季，地下水是地表水的主要來源，當某處的地表水量減少，導致該處出現空缺時，主要是通過地下水進行補償的。因此，地表水的恢復能力，是由地下水的代謝條件決定的。通常情況下，地下水代謝可進行人為控制，而地下水代謝則能對水資源的恢復能力和調節能力產生影響。因此，在對水資源進行保護時，可利用地下水代謝進行[2]。

2.2 地下水代謝的概念

大多數的地下水存在于巖石空間中，是地球水循環過程中形成的，巖石空間持續的從外界獲取水，水會在巖石的孔隙中不斷的運動，再將水排向外界，通過整個過程的循環，使水能夠一直保持在巖石中。地下水的供給、逕流和排泄是地下水運動的3個過程，將這3個過程結合起來就稱為地下水的代謝。水的質和量決定著地下水的代謝狀態，且地下水代謝還會影響水運動和水儲存，使水質發生改變，能量發生轉換等。在水資源的利用和保護中，地下水代謝發揮著重要的意義。

2.3 地下水代謝條件方程

以系統中水量的增減狀態為依據，對地下水代謝進行分類，可將其分為3種類型，①正代謝，②負代謝，③平衡代謝。能夠增加系統中水量的代謝稱為正代謝，會減少系統中水量的代謝稱為負代謝，能夠維持系統中水量平衡的代謝稱為平衡代謝。在對地下水資源進行保護時，主要研究的是負代謝。如果系統長期處于負代謝狀態，就使系統中的水量越來越少，導致水質惡化。要保持地下水資源，就是要在使用地下水的時候將系統中的水量進行控制，使其不低于最小控制存儲量的狀態，用公式表示為Ec+△Ec≥Ecmin，其中，Ec表示地下水系統中現有的水量；△Ec表示系統內水量的變化值，增加時為正、減少時為負；Ecmin表示系統中的最小控制儲水量[3]。Ecmin即滿足水資源與環境保護要求的下限存儲水量，一般是通過水位核定。用Eb表示補給水量，Ex表示消耗水量，Eh表示取用水回收量，則△Ec=Eb+Eh-Ex。如果不計算水狀態改變時減少的水量，用Ez1表示蒸發量，E1表示流出水量，Eq表示取出水量，則Ex=Ez1+E1+Eq。同時，用Ez2表示蒸發消耗量，Ej表示浸潤消耗量則Eq=Ez2+Ej+Eh，綜合以上各式可以得到，Ec+Eb-(Ez+Ej+E1)≥Ecmin，當Ec=Ecmin時，即地下水系統中的儲水量減少到最小控制存儲水量時，Eb≥Ez+Ej+E1。

由上式可知，在對地下水資源進行保護時，當地下水系統中的儲水量減少到最小儲水量之后，必須確保Eb≥Ez，否則水資源就會朝著被破壞的方向發展。我國的水資源緊缺，但浪費現象卻十分嚴重，對蒸發量進行控制，能夠有效的緩解這一現象。假設一個地下水系統中的Eb、Ej和E1增量是有限的，在上式中起關鍵作用的就是Ez，也就是蒸發量是最關鍵的。但是，在對水資源的實際利用和保護中，蒸發量卻常被忽略。比如，根據某實驗室的試驗結果，半干旱地區在休閑期的土壤蒸發量非常大，與同期的降水量相比，其比例能夠達到60%-80%，而半干旱偏旱地區和半濕潤地區則分別能夠達到72%-98%。由此可見，蒸發是水資源浪費的重要原因，要減少水資源的浪費量，就需要對水的蒸發量進行控制[4]。

3 地下水資源的保護

3.1 確保充足的補給水量

水資源主要有3大功能，①恢復功能，②調節功能，③重復利用功能。水資源的3大功能是通過代謝水量來體現的。代謝水量越大，水資源的功能越強；代謝水量越小，水資源的功能越弱。代謝量的大小主要受補給量大小的影響，為確保地下水的代謝量，就需要保證充足的補給水量。要解決我國水資源緊缺的問題，就需要確保在地下水和地表水都不足的情況下，能夠維持正常的補給水量。比如，在降雨量比較大的時候，在地面將大氣降水集蓄起來，用于補充地下水。因此，當天氣比較干旱時，地表水可通過地下水補給[5]。

3.2 增加地下水存儲水的容量

水的各項功能大小，以及各項功能的持續性，都會受到存儲水容量的影響。因此，在對水資源進行保護時，要適當的增加地下水存儲水的容量。在選擇水源地時，要確保其擁有較強的調節能力和恢復能力。當地下水的補給和排泄保持在相對穩定的狀態時，水的儲存量是常量；當補給量減少時，會消耗存儲量；當補給量增加時，水的儲存量也會隨之而增加。增加地下水儲存量，可增強水資源的各項功能，對于維持和改善生態平衡具有重要的意義。因此，在對地下水資源進行保護時，要注意控制好地下水存儲容量，以保證足夠的地下水補給量。

3.3 對無功失水量進行控制

無功失水的方式主要有2種：①蒸發，②流失，每個地區的無功失水量都比較大，尤其是針對蒸發問題，一直沒有找到有效的解決方法，只能任由水資源浪費。如果能對蒸發掉的水資源進行控制，則能減少水資源的流失量，且其效果會比一般的水利工程好。對蒸發量的控制可以有多種方法，比如，采用封閉式的水利用系統；對地下水位進行控制；改變傳統的灌溉方式，實施綠色工程等。其中，綠色工程在控制蒸發量的過程中發揮著重要的作用。雖然綠色植物會因為蒸騰作用而增加水分的流失量，但補給或保留的水量卻比蒸騰作用流失的水分多，能夠有效的涵養地下水資源，還能保持水土的完整性，對于降低環境污染，保持生態平衡有重要的意義[6]。因此，在地下水資源的保護中，應大力實施并推廣綠色工程。對于一些地產地，可種植綠色植被，使其成為林地，從而將其在水資源保護中的作用充分的發揮出來。

4 結 語

綜上所述，在我國加強生態建設和環境治理力度的新形勢下，地下水代謝在水資源保護中具有重要的意義，對于促進人類、自然和經濟等可持續發展有著巨大影響。因此，根據地下水代謝原理，保證充足的補給水量，適當的增加地下水存儲水的容量，并對無功失水量進行控制，從而減少水的流失量，緩解我國水資源緊缺、浪費嚴重的情況，以提升我國水資源的利用效率。

[1]梁歡歡,安達,楊昱，等.基于MCDA模型的危險廢物填埋場地下水污染風險分級[J].環境科學研究,2016,29(01):131-137.

[2]吳愛民,荊繼紅,宋博.略論中國水安全問題與地下水的保障作用[J].地質學報,2016,90(10):2939-2947.

[3]鹿海員,謝新民,郭克貞，等.基于水資源優化配置的地下水可開采量研究[J].水利學報,2013(10):1182-1188.

[4]陸垂裕,孫青言,李慧，等.基于水循環模擬的干旱半干旱地區地下水補給評價[J].水利學報,2014(06):701-711.

[5]陳偉濤,孫自永,王焰新，等.論內陸干旱區依賴地下水的植被生態需水量研究關鍵科學問題[J].地球科學-中國地質大學學報,2014(09):1340-1348.

[6]呂倩,魏潔云.中國地下水污染現狀及治理[J].生態經濟,2016,32(10):10-13.

1007-7596(2017)10-0185-03

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B

2017-09-22

楊萬良(1965-)，男，四川資陽人，工程師,從事水資源管理、水土保持等相關工作。