地下水資源評價方法與發(fā)展研究

張博源，王愛欣，李鵬飛，張斯明，楊 煜

（北京市京密引水管理處，北京 101400）

1 地下水資源保護工作應遵循的原則

地下水資源開采與循環(huán)工作應遵循如下原則：首先，應確保以豐補歉，這是為了保證區(qū)域地下水量實現(xiàn)動態(tài)平衡，在枯水季動用區(qū)域水庫儲存水，而在豐水期則可以利用降水進行儲存水補充。在實際水資源利用規(guī)劃時一定要確保開采量低于區(qū)域多年平均補給量，否則就會使區(qū)域水資源循環(huán)利用效率下降。其次，還應確保地下水資源利用與保護工作符合區(qū)域長期發(fā)展需求。區(qū)域水資源利用與經(jīng)濟、生態(tài)等動態(tài)發(fā)展相關，要根據(jù)區(qū)域長期發(fā)展需求進行地下水資源補給與保護規(guī)劃。

2 常見地下水資源評價方法

2.1 水量均衡法

該方法能夠對研究區(qū)域內(nèi)一定時期內(nèi)地下水資源補給、儲存以及排泄情況進行研究分析，探討區(qū)域內(nèi)影響地下水動態(tài)變化的各種因素與變動規(guī)律，以此來評價區(qū)域水資源體系能夠開發(fā)利用的程度。

（1）水量均衡評價法的基本原理。水資源評價區(qū)域的含水巖組儲存量變化可以反映區(qū)域地下水在補給與徑流、排泄的動態(tài)變化中的水量變化。通過研究含水層儲存量變化情況可以了解地下水資源補給與排泄量的實際差距，為探討未來地下水量變化提供信息依據(jù)。

（2）水量均衡評價法的具體適用條件。由于地下水資源評價方法適用于地下水資源位置較淺以及比較容易獲取與識別地下水資源的補給、開采與徑流參數(shù)情況的區(qū)域，因此在干旱或者半干旱環(huán)境下的平原區(qū)域、河谷地帶以及喀斯特地質區(qū)域都可以使用水量均衡評價法進行地下水資源評價，其評價成果的可靠性也較高。

（3）水量均衡評價法的優(yōu)缺點。這種地下水資源評價方法較為基礎，其評價分析的原理符合廣大地區(qū)的實際評價情況，且評價技術操作較為簡便，所需獲取的信息參數(shù)不復雜，非常適合對一定區(qū)域地下水位進行長期動態(tài)評價與開采情況監(jiān)測。如果地下水評價區(qū)域的參數(shù)精度要求不太高且所掌握的水文地質信息量不大，那么水量均衡評價法的運用能夠提升區(qū)域地下水情況測量評價的效果，且精細度有調整空間，適用性較強。

雖然水量均衡測量評價法可以實現(xiàn)對一定時期內(nèi)地下水可開采量的大致評估，但是無法預測地下水位在一定時空變化條件下的浮動情況，同時也無法精確計算出區(qū)域因開采而需補給的水量，對區(qū)域內(nèi)實際地下水資源調配情況的指導性不夠精準。

2.2 地下水開采實驗法

這一地下水資源評價方法主要是通過抽水試驗的方式對一定區(qū)域地下水開采狀態(tài)以及實際資源量進行評價的技術方法。開采試驗評價法比較適合對水文地質信息難以獲取的區(qū)域進行地下水評價，它是通過在鉆探井中根據(jù)開采情況進行抽水，并根據(jù)實際抽水試驗結果明確開采量。

（1）開采試驗評估法的基本原理。利用鉆探機井中抽水試驗可以獲取一定開采量影響下區(qū)域地下水資源變化信息，根據(jù)試驗成果可以確定區(qū)域地下水可開采量。

（2）開采試驗評價法適用條件。該地下水資源評價方法較為適合新開發(fā)水源地以及承壓水區(qū)域等，但是抽水試驗需要大量打井、抽水、計算。因為試驗法的實際資金與時間需求較大，所以這一方法只能在一些中小水源地使用。

（3）開采試驗法優(yōu)缺點。開采試驗評價法使用操作較為便利，大量試驗與計算的評價結果具有一定的準確性，適用于一些水文信息較難獲取的情況。開采試驗評價法的成本非常高，并不適合大面積推行。

3 北京地區(qū)水源地水質動態(tài)分析

懷柔應急備用地下水源工程位于北京東北部懷柔區(qū)，工程采用水源群井抽取地下水，通過聯(lián)絡管線向北京市自來水集團第九水廠提供水源。懷柔應急水源地地下水位動態(tài)分析工作在2003年8月底應急水源地并網(wǎng)運行的同時，就在區(qū)內(nèi)開展包括地下水水位、水質和水量的綜合監(jiān)測研究。隨著水源地完成設計開采任務，該監(jiān)測系統(tǒng)為應急水源地的科學合理開采、影響評價、續(xù)采方案的制訂提供了堅實的基礎資料，在保障應急水源地安全穩(wěn)定供水方面發(fā)揮了巨大作用。

3.1 水源井水質

水源淺井：地下水礦化度平均370mg/L；硬度平均311mg/L；pH值平均7.76；硝酸鹽（以N計）平均值8.3mg/L。根據(jù)《地下水質量標準》（GB/T 14848—2017），從以上指標來分析，水源淺井水質屬于Ⅲ類水。

水源深井：地下水礦化度平均198mg/L；硬度平均166mg/L；pH值平均8.03mg/L；硝酸鹽（以N計）平均值2.74mg/L。深井水質優(yōu)于淺井，屬于Ⅱ類水。

水源地自2015年底開始處于熱備涵養(yǎng)運行階段，各水源井輪換開啟，四個季度均在同一對水源井取水化驗較為困難，此次選取位于懷柔應急水源地最北端南房村西的1號或2號水源井及最南端趙各莊村東的8號或9號水源井水質情況進行分析。其中淺層水源井為取水層位40～120m的淺層承壓水，深層水源井為取水層位120～250m的深層承壓水。

懷柔應急水源地典型水源井主要指標年際變化情況表如表1所示。由表1可知，從多年水質監(jiān)測結果的對比分析可知：（1）區(qū)內(nèi)地下水水質由淺至深，其礦化度和硬度均隨深度增加而降低；（2）熱備涵養(yǎng)之前水源淺井、深井的硬度和礦化度平均值均呈現(xiàn)逐年增高趨勢，但淺井年均升幅較大，深井升幅較緩；（3）淺井受環(huán)境影響較大，硝酸鹽濃度變動較頻繁。水源地進入熱備涵養(yǎng)階段初期，由于水位的快速恢復上升，因此淺層含水層向深層含水層的越流量增加，深層含水層各指標上升明顯，而后隨著熱備涵養(yǎng)的持續(xù)，各指標區(qū)域穩(wěn)定，2019年相較2018年稍有改善。

表1 懷柔應急水源地典型水源井主要指標年際變化情況表

3.2 回補區(qū)水質特征

選取雁棲河附近2眼水質監(jiān)測井WR-76、WR-78以及潮白河附近2眼水質監(jiān)測井HJ-492、HJ-493，分析2019年不同月份的水質監(jiān)測情況，監(jiān)測井水質均符合《地下水質量標準》（GB/T 14848—2017）地下水III類標準，硝酸鹽氮等指標濃度在2019年度出現(xiàn)向上升后下降的趨勢。水質監(jiān)測井2019年硝酸鹽氮變化如圖1所示。初步分析：由于2019年豐水期南水北調工程通過雁棲泄洪閘向雁棲河補水以及通過小中河向潮白河補水，使部分區(qū)域的水位上升明顯，導致包氣帶累積成分中的部分淋溶進入地下水，指標含量上升；后期隨著水質較好的南水不斷回補，水質變好，濃度下降。

圖1 水質監(jiān)測井2019年硝酸鹽氮變化

4 我國水資源評價的發(fā)展

4.1 建立水資源評價模型

為對目前及未來水資源量進行有效評價，在不同的物理背景下，應該建立降水、地表水、土壤水、地下水的相互轉化機制，入滲蒸發(fā)的水循環(huán)過程，以及引水、開發(fā)等水資源開發(fā)利用活動的水資源評價模型。對植被狀況、巖性特征、耕作環(huán)境及水資源運用能力等因素可通過調參數(shù)辦法在結構化水資源評估模型中充分體現(xiàn)出來。依據(jù)不同區(qū)域自然地理環(huán)境及水文地質環(huán)境，合理調整模型組件，使模型參數(shù)具備物理性質及可量化性，并通過參數(shù)調整，將水流條件及水資源的運用水平充分體現(xiàn)出來，從而依據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展及氣候的長時間變化合理預測未來水流條件變化及水資源的運用狀況。

4.2 充分利用國家水文數(shù)據(jù)庫

合理運用國家水文信息庫體系，將水資源評估體系與水文信息庫、水資源信息庫聯(lián)系起來，不斷提升水資源評估工作現(xiàn)代化能力。

4.3 在GIS平臺上建立集成化的水資源評價信息系統(tǒng)

合理運用地理信息體系對空間及屬性信息的管理、研究性能，充分將GIS與水資源評估模型、水文及水資源管理信息庫有效結合，并在GIS平臺基礎上構建水資源評估數(shù)據(jù)體系，從根本上對水資源評估手工操作情況進行改進。

5 結束語

總之，在我國各領域迅猛發(fā)展的大環(huán)境下，地下水資源保護已經(jīng)成為社會性問題。北京地區(qū)在過去一段時間曾經(jīng)過度重視經(jīng)濟發(fā)展而忽視了水資源保護，強化當?shù)氐叵滤Y源評價與保護效力迫在眉睫。未來地下水資源評價工作會向著大數(shù)據(jù)應用與智能化方向發(fā)展，全國應重視地下水資源信息共享與綜合分析平臺的建設，為我國地下水資源保護工作提供基礎保障。