地下水補(bǔ)給研究進(jìn)展

張旭洋

（青島大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266071）

地下水補(bǔ)給是指含水層或地下含水系統(tǒng)從外界獲取水量的過程[1]，現(xiàn)階段，關(guān)于地下水補(bǔ)給量的研究大多數(shù)是以地表水、包氣帶以及飽水帶作為研究對象進(jìn)行研究，不同研究對象計(jì)算得到的補(bǔ)給量代表不同的含義。以飽和帶作為對象所評估的補(bǔ)給量，由于它代表實(shí)際進(jìn)入含水層的水量，會(huì)引起地下水位上升，故稱其為實(shí)際補(bǔ)給量；以地表水或包氣帶作為對象所確定的補(bǔ)給量，因?yàn)橛酶抵峦寥浪娜霛B量代表地下水的補(bǔ)給量，下滲水流不一定都能達(dá)到地下水面，可能導(dǎo)致計(jì)算得到的補(bǔ)給量偏小，稱為潛在補(bǔ)給量[2,3]。目前，以包氣帶或者飽水帶作為研究對象進(jìn)行地下水補(bǔ)給估算的方法有很多，歸結(jié)起來大致可以分成物理法、示蹤法和數(shù)學(xué)模型法三大類。

物理方法主要包括地中滲透儀法、水均衡法、達(dá)西定律法等方法。示蹤劑法主要包括人工示蹤劑法：如溴離子示蹤法和有機(jī)染料示蹤法等；歷史示蹤劑法：主要是利用放射性同位素3H和14C進(jìn)行研究；環(huán)境示蹤劑法：主要是氯離子示蹤法和氫氧穩(wěn)定性同位素示蹤法。數(shù)值模擬方法可以分為：基于土壤水動(dòng)力學(xué)過程的滲流帶模型法和地下水流模型法。由于每種地下水補(bǔ)給量評價(jià)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，并且適用于不同的氣候和水文地質(zhì)條件，履行著不同的研究目的，所以每種評價(jià)方法所確定的地下水補(bǔ)給量通常是難以相互比較的。

1 多種方法綜合評價(jià)地下水補(bǔ)給量

由于地下水補(bǔ)給受到氣候、巖性以及土地利用方式等多種因素影響，具有高度的時(shí)空非均一性，而每種地下水補(bǔ)給量的估算方法又存在一定的局限性，單獨(dú)使用一種方法很難達(dá)到準(zhǔn)確評估地下水補(bǔ)給量的目的，只有合理運(yùn)用多種評估方法，才能提升評估結(jié)果的精確度和可靠性。

綜合運(yùn)用多種方法評估區(qū)域地下水的補(bǔ)給量，近年來已成為地下水補(bǔ)給研究的熱點(diǎn)之一，Demlie等[4]利用土壤水量平衡法和氯離子質(zhì)量平衡法對埃塞俄比亞Akaki流域的地下水補(bǔ)給量進(jìn)行了估算，根據(jù)研究結(jié)果Demlie指出土壤水量平衡法和氯離子質(zhì)量平衡法所得補(bǔ)給量的平均值可以代表該流域的最大可能補(bǔ)給量值；Hornero等分別使用氯離子質(zhì)量平衡法和土壤水分平衡法估算了西班牙Alcadozo含水系統(tǒng)的補(bǔ)給量，并對兩種方法的結(jié)果進(jìn)行了不確定性分析；Delin等運(yùn)用非飽和帶水平衡法、地下水位波動(dòng)法、地下水測年法以及區(qū)域回歸補(bǔ)給模型（RRR）對明尼蘇達(dá)地區(qū)地下水補(bǔ)給量進(jìn)行了評估，并對各種方法所得的補(bǔ)給量進(jìn)行比較分析，為流域尺度地下水補(bǔ)給量的計(jì)算提供了科學(xué)依據(jù)；Flint等為了準(zhǔn)確評估美國內(nèi)華達(dá)州Yucca地區(qū)的地下水補(bǔ)給量，在該地區(qū)使用了氯離子質(zhì)量平衡法、非飽和帶達(dá)西法、經(jīng)驗(yàn)法以及歷史示蹤劑法等多種方法，結(jié)果表明該地區(qū)地表滲透率在空間上存在較大的變異性；Zhang等將地下水位波動(dòng)法與土壤水量平衡模型相結(jié)合，對多瑙河上游地區(qū)地下水補(bǔ)給的評估結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證和改進(jìn)。尹立河等[5]根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，選取多種地下水補(bǔ)給量評價(jià)方法，如地下水位波動(dòng)法、飽和帶達(dá)西定律法和水平衡法等，對內(nèi)蒙古鄂爾多斯平原年均地下水補(bǔ)給速率進(jìn)行了估算。

部分學(xué)者還將地表水模型與地下水流模型相結(jié)合，通過對模型相關(guān)參數(shù)不斷的調(diào)整，可以獲取到較準(zhǔn)確的區(qū)域地下水補(bǔ)給量。白樂[6]以及王中根[7]等將SWAT模型和MODFLOW模型相結(jié)合，構(gòu)建SWATMODFLOW耦合模型，并成功將該耦合模型應(yīng)用在不同流域地下水補(bǔ)給量的模擬計(jì)算中；武強(qiáng)等[8]將代表河流運(yùn)動(dòng)的一維明渠非恒定漸變流方程和代表地下水運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)三維非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)方程相耦合，構(gòu)建了地表水體-地下水耦合模型。

2 小結(jié)

雖然將兩種或多種評價(jià)方法結(jié)合使用，可以提高地下水補(bǔ)給估算的可靠性，但補(bǔ)給量的準(zhǔn)確性仍然需要根據(jù)研究區(qū)的降水、地下水開采以及地下水位變化等實(shí)測資料加以驗(yàn)證說明。而且，每一種評價(jià)方法都需要大量的實(shí)測數(shù)據(jù)支撐才能完成，而獲取較大區(qū)域范圍內(nèi)含水層的參數(shù)十分困難，因此基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏已經(jīng)成為限制使用多種方法評價(jià)地下水補(bǔ)給量的首要原因。

[1]張人權(quán).水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].地質(zhì)出版社,2011.

[2]Rushtonk.Recharge form permanent water bodies[J].1997.

[3]ScanlonBR,HealyR W,CookPG.Choosingappropriate techniques forquantifying groundwater recharge[J].HydrogeologyJournal,2002,10(1):18-39.

[4]Demlie M.Assessment and estimation ofgroundwater recharge for a catchment located in highland tropical climate in central Ethiopia using catchment soil–waterbalance(SWB)andchloridemassbalance(CMB)techniques[J].EnvironmentalEarth Sciences,2015,74(2):1-14.

[5]尹立河.基于多種方法的地下水補(bǔ)給研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京),2011.

[6]白樂,李懷恩,何宏謀,等.煤礦開采區(qū)地表水-地下水耦合模擬[J].煤炭學(xué)報(bào),2015,40(4):931-7.

[7]王中根,朱新軍,李尉,等.海河流域地表水與地下水耦合模擬[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2011,30(11):1345-53.

[8]武強(qiáng),孔慶友,張自忠,等.地表河網(wǎng)-地下水流系統(tǒng)耦合模擬Ⅰ:模型[J].水利學(xué)報(bào),2005,36(5):588-92.