地下水資源可持續開發利用的綜合技術體系分析

徐 箴

（錦州華地建設集團有限公司，遼寧 錦州 121000）

當前，我國社會經濟發展迅速，生態環境卻遭到嚴重污染和破壞，人們應充分認識到，工業化與經濟增長并不是社會發展的全部內容，應高度重視經濟與生態的協調發展，堅持走可持續發展之路。為了順應可持續發展的時代要求，改善生態環境，本文探討了地下水資源可持續開發利用的綜合技術體系，其間使用蒙特卡羅模擬技術等方法。

1 地下水資源可持續開發利用

地下水資源是社會生產生活中的重要資源，當前，我國人均淡水資源占有量較少，僅為世界人均水資源占有量的四分之一。在社會經濟不斷增長的同時，水資源問題卻愈發嚴重，嚴重制約社會生態的平衡發展，地下水資源不合理開發利用導致水資源形勢日趨嚴峻。如何優化技術體系，推進地下水資源可持續開發利用，是當前水文地質工作人員面臨的一項重要課題。地下水資源的可持續開發利用，是指在滿足社會經濟發展對水資源需求的同時，科學保護水資源，減少不必要的水資源污染和破壞，推進地下水資源的可持續開發利用。

2 地下水資源開發利用引起的環境生態負效應

地下水資源溫度穩定，遭受污染程度較低，便于開采，且投資較少，因而地下水資源開發利用受到社會的高度重視。近年來，我國城市化建設明顯加快，人口急劇增長，地下水開發利用力度也明顯加大。地下水資源開發利用在滿足人類社會用水需求的同時，也帶來諸多環境生態負效應，如土地鹽堿化與沙漠化、地面沉降等，嚴重制約社會生態的平衡發展，以下進行具體分析。

2.1 土地鹽堿化與沙漠化

地下水資源開發利用不科學，導致生態環境遭到嚴重破壞，尤其是地下水不合理開采、利用，極易造成土地鹽堿化，這就勢必會影響土地資源的使用價值。渤海灣沿岸諸多地區存在地下水資源過度開發利用的情況，海水入侵嚴重，沿岸土地次生鹽堿化問題出現，嚴重制約地區生態環境的平衡發展。

地下水資源開采過量是土地沙漠化形成的重要因素之一。地下水開發利用過量，導致區域地下水水位下降嚴重，土壤水和淺層地下水資源狀態發生變化，區域植被系統生存遭到嚴重威脅。長此以往，這將造成植被退化，生物多樣性減少，進而導致土地沙漠化問題出現，嚴重影響生態系統的平衡發展[1]。

甘肅部分地區地下水資源開發利用不科學，導致區域內地下水水位明顯下降，區域內沙棗、白刺灌叢等植被無法從地下水資源內汲取養分，導致植被不斷衰亡，土地沙漠化問題日益嚴重。河南省平原地區農業用水和城市供水主要以地下水作為水源，過量開采地下水使不少地區地下水水位持續下降，降落漏斗面積不斷擴大，水資源供需矛盾更加突出。全省18個省轄市中，除信陽、洛陽、濟源外，其他15個城市因地下水過量開采均形成面積不等的降落漏斗，嚴重影響生態系統的平衡發展。

2.2 水體污染嚴重，地下水質惡化

社會發展新時期，工業化進程明顯加快，在推進社會經濟發展的同時，也給生態環境造成一定污染和破壞。尤其是工業廢水、廢氣等的排放，給地下水資源造成嚴重污染。與此同時，農業生產過程中化肥和農藥的大量使用、生活污水的排放等，使得地下水資源被嚴重污染。地下水資源開發利用會對地下水體結構產生一定影響，含水層內形成與污水體相對的負壓區，這就給污水進入含水層創造了條件，導致地下水資源遭到污染，水質惡化問題日益加劇[2]。與此同時，地下水資源不科學開發利用，導致地下水資源含水層內水文地質化學條件發生一定變化，以強氧化環境取代弱還原環境，這就會形成新的水文地質化學作用，給地下水資源造成極為不利的影響。當前資源環境條件下，我國沿海地區地下水位下降問題比較嚴重，地下水資源天然平衡條件遭到破壞，海水大面積入侵，使得地下水質嚴重惡化，嚴重制約社會生態系統的平衡發展。

2.3 環境災害問題

在生態系統運行過程中，地下水資源的價值在于維持土體應力平衡和穩定。而地下水資源不科學的開發和利用，明顯加劇了土體含水層水頭壓力，導致土體原本穩定狀態造到嚴重破壞，土體原有壓力平衡被打破，地面沉降問題出現。這樣極易引發巖溶塌陷等環境災害，給周邊人們的正常生活造成嚴重影響，甚至威脅人們的生命財產安全。

以河南省平原地區為例，第四系及新近系沉積厚度較大，巖性以黏性土為主，膠結程度低，其中黏性土孔隙比大，壓縮性強。地下水資源不合理開發利用后，土體壓力明顯下降，地層呈現出壓密性特征，這樣極易引發地面沉降問題。當前，在河南省，地下水資源開發利用不科學，引發地面沉降問題的地區以許昌、開封、濮陽等為代表。

3 地下水資源可持續開發利用的綜合技術體系

地下水資源的合理開發，可以為人類生產生活提供寶貴的水資源。一旦開發利用不科學，極易造成生態破壞，給環境造成諸多負效應，甚至影響人體健康。地下水資源可持續開發利用研究，是指在水文地質學理論和系統理論的基礎上，運用現代計算機技術和數學方法以促進地下水資源可持續開發目的的順利實現。為建立地下水資源可持續開發利用綜合技術體系，人們應當深入研究地下水系統，針對其開發利用過程中存在的環境生態問題進行分析，采取可行的技術措施，制定優化方案，以促進地下水資源開發利用所引起的環境生態負效應問題得到妥善解決。本文基于模型技術、地理信息系統（GIS）技術和決策支持系統（DSS）技術，建立綜合技術體系，以促進地下水資源可持續開發利用的順利實現。

3.1 模型技術

新時期，科學技術不斷進步，模型技術在地下水資源可持續開發利用中具有良好的應用價值。在進行地下水資源可持續開發利用分析的過程中，人們會應用到蒙特卡羅法。這種方法又被稱為統計模擬法，它是20世紀40年代中期研發的新型統計方法。蒙特卡羅方法涉及包括計算機技術在內的很多科學技術，其在處理概率統計問題中發揮非常重要的作用。此外，在地下水資源可持續開發利用的過程中，應用蒙特卡羅方法會產生大量隨機數。人們可以利用這些隨機數解決水資源開發利用過程中出現的問題，有效提升水資源開發利用的合理性。在地下水資源可持續開發利用過程中，人們要全面把握地下水資源的具體情況，運用模型技術建立地下水模擬模型和地下水資源管理模型。

地下水模擬模型能夠分別對水量和水質進行模擬，為地下水資源可持續開發利用提供可靠的信息支持，有助于緩解水資源問題，推進社會生態的可持續發展[3]。地下水模擬模型的應用，需要全面了解地下含水層具體情況，包括結構狀態與邊界條件等，通過全方位分析，建立具有高度適應性的水文地質概念模型和地下水資源數學模型。此種模型的解法比較特殊，一般采取有限差分或有限單元數值法進行解答。水文地質概念模型和地下水資源數學模型的應用，能夠科學預報地下水位變化情況，便于精確評價地下水資源，除此之外，還能夠準確把握地下水資源溶質濃度的時空變化，并進行科學預報，從而為地下水資源可持續開發利用提供可靠的數據支持。

地下水資源管理模型主要價值在于解決地下水資源開發利用過程中存在的問題，以地下水模擬模型為基礎，確立地下水資源管理的基本目標，明確目標函數及相關約束條件，進一步建立地下水資源管理模型，為地下水資源可持續開發利用提供可靠的支持。地下水資源管理模型以地下水水量、地下水水質等作為管理對象，常見的地下水資源管理模型主要包括地下水水量管理模型、地下水水質管理模型、地下水水量-水質聯合管理模型等。由于地區地質條件有所不同，地下水資源狀態也存在一定差異，因此，人們在實際應用中應堅持具體問題具體分析的原則，做好目標規劃和動態規劃，為地下水資源管理模式的運行提供可靠的技術支持，推進地下水資源的可持續開發利用，維護社會生態的平衡發展。

3.2 地理信息系統（GIS）技術

地理信息系統技術簡稱GIS技術，是現代科學技術不斷進步所形成的一種技術系統，以計算機軟硬件為支持，能夠對信息進行科學化采集、儲存、管理、分析和處理等，滿足地理學的應用范疇。其在空間屬性信息功能方面不斷完善，在自然資源調查、環境保護、區域規劃等領域內也發揮著重要價值，取得良好的社會效益。

地下水資源是人類社會賴以生存的寶貴資源，具有鮮明的動態化特征，呈空間異質性分布。地下水資源開發利用往往會涉及水文、地質、環境、土地資源利用以及社會經濟等因素，各影響因素之間存在密切的聯系，因此地下水資源可持續開發利用具有一定的特殊性和復雜性。而GIS技術的應用，滿足地下水資源開發利用的實際需求，作為一種現代化的技術形式，GIS技術能夠有效增強區域綜合能力，改善地下水資源動態預測效果，為地下水資源模擬及地下水資源管理等創造有利條件。GIS技術能夠結合地下水資源開發利用所造成的污染問題進行全面調查分析，就地下水資源開展動態監測，以圖形、圖像清晰展示出地下水資源具體狀況，便于人們研究地下水資源保護方案，采取科學合理的地下水資源開發利用措施，更好地滿足人類社會對地下水資源的多元化需求，并降低地下水資源開發利用所造成的生態環境負效應，真正推進社會經濟與生態的協調發展。

3.3 決策支持系統（DSS）技術

決策支持系統技術簡稱DSS技術，它以計算機為基礎建立人機交互式信息系統，能夠為決策提供有效支持。DSS實現了知識推理、模型計算機數據處理的高度集成，通過人機界面系統、數據庫系統、模型庫系統及方法庫系統等的協調配合，將模型與分析技術、數據存儲檢索相結合，為決策完成提供依據，能夠為半結構化或非結構化決策提供支持，屬于一種計算機輔助決策。地下水資源可持續開發利用具有一定系統化特征，實質是地下水資源的管理決策過程。在社會生態系統運行過程中，地下水資源、環境與社會經濟之間存在一定相關關系，這種關系比較復雜，而圍繞這三者可建立一個系統，系統內部時空分布狀態復雜，各子系統之間存在相互作用，其中涉及諸多地下水資源相關的數據信息，因而地下水資源管理決策是一個特殊的過程，需要對復雜系統進行多層次決策，以促進系統目標的實現。而DSS技術在地下水資源可持續開發利用過程中，能夠滿足地下水資源管理決策的多元化需求，將多重數據信息優化整合，組建具有高度適應性的地下水資源管理決策模型，在人機交互作用下，對地下水資源管理決策進行有效輔助，提高地下水資源管理決策水平，促進地下水資源可持續開發利用的順利實現，全面提高地下水資源管理效率。

4 結語

地下水資源可持續開發利用滿足國家和社會可持續發展的整體需求，重點強調保護水資源環境。而應用模型技術、GIS技術和DSS技術等綜合技術，對地下水資源進行可持續開發利用，可以降低地下水資源開發所形成的生態環境負效應，推進社會經濟與生態環境的協調發展。

1 趙 銘.淺談地下水資源的可持續開發利用[J].中州煤炭，2011，（9）：60-61.

2 王漢禎，徐 輝.科學管理，實現地下水資源可持續開發利用[J].山東水利，2008，（2）：48-50.

3 尤龍鳳，李洪建，郝永紅，等.城市地下水資源可持續開發利用模型研究[J].數學的實踐與認識，2005，（11）：25-28.