地下水資源研究現狀及展望

張寶 彭志帆 趙鎖志

摘要：地下水資源進行準確評價與科學管理是人類對地下水資源進行有效開發利用的前提和基礎，當今世界面臨的“人口、資源、環境”三大問題，都直接或間接地與地下水有關。本文闡述了原蘇聯、美國、歐共體和我國地下水資源評價與管理的現狀，對水資源管理和保護發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：地下水資源 評價 管理

前言

水和空氣是人類賴以生存的兩種最重的物質。據世界氣象組織和聯合國教科文組織2000年報告[1]，全球水消耗量由20世紀初的5000×108m3/a，到20世紀末已增長至50000×108m3/a，即增長約10倍，按地區分布，歐洲和亞洲用水量增長最快，北美洲和非洲居中，南美洲和大洋洲增長最慢。據法國水文地質學家J.馬爾蓋和印度等最新資料，全球在80年代中后期地下水開采量為5500×108m3/a，其中開采量大于100×108m3/a的美國、印度、中國、巴基斯坦、歐共體、獨聯體、伊郎、墨西哥、日本、土耳其等十個國家和地區的開采量之和占全球總開采量的85%，地下水年開采量在（10-100）×108m3/a的近30個國家，其總開采量占全球地下水開采量約10%。上述數據說明，全球地下水開發極度不平衡。這與各國自然條件、人口密度、社會經濟發展水平、開發利用地下水歷史經驗等因素有關。

當今世界面臨的“人口、資源、環境”三大問題，都直接或間接地與地下水有關。據美國地質調查局統計資料，全美有52.5%的人口依賴地下水作為飲用水[1]。我國的情況大致與此相當，僅以地表水相對豐富的江蘇省為例：目前開采地下水的機井約有12000眼，民井10000眼，地下水開采總量達到15×108m3/a，可以說對地下水資源進行準確評價與科學管理是人類對地下水資源進行有效開發利用的前提和基礎。

1.1原蘇聯區域性地下水天然資源和開采資源的評價

1960年蘇聯水文地質學家B.H.庫德林教授在《地下水天然資源區域評價原則》一書中，系統地提出了應用水文-水文地質綜合方法分解河流水文河流水文圖和評價》一書中，系統地提出提出了應用水文-水文綜合方法分解河流水文圖和據此評價地下徑流的原理和實例，1965年B.H.庫德林教授主編了《蘇聯地下水天然資源圖》（比例尺1/500萬）和《蘇聯領土的地下徑流》專著[2]，對于有水文網發育的廣大領土，采用的主要方法是河流水文圖成因分解法，對于地下水主要靠降水入滲補給而又主要消耗于蒸發的地區，利用地下水動態資料評價地下水資源，積極交替帶的地下徑流用多年平均模數（L/km2·a）在等值線在圖上表示。

俄羅斯水文地質學家H.C.澤克茨爾應用類似的方法編制了全歐洲地下徑流模數圖（1989年），綜合地反映了地形、巖性、降水等因素對各地的地下徑流形成的控制作用，他還主持完成了國際水文計劃項目“地下水在水文循環和大陸水均衡中的作用”，有美國、加拿大、印度等專家參加，該項目成果報告于1990年出版，并附有世界地下徑流圖（1/100萬）。

60年代中期，為配合制訂“蘇聯水資源利用總體規劃”，由當時任全蘇水文地質工程地質研究所所長的普洛特尼柯夫教授主持編制了“蘇聯地下水開采資源圖（1/500萬）”，計算范圍僅包括平原、盆地、丘陵區，采用的主要方法是按平均布井方案，用解析法預測在一定允許降深下的可開采量，當時給定的條件是允許動用一部分儲存量，但在開采期50年之末，地下水位下降至距地表不超100m，且疏干含水層不得超過其厚度之一半，圖上反映了各地區地下水開采資源模數。

1.2美國的區域含水層系統分析計劃

美國聯邦地質調查局（USGS）于70年代后斯開始執行區域含水層系統分析計劃（RASAP）是一項很有特色的龐大計劃，1976年和1977年美國西部連續遇到特大干旱，水資源問題引起全國公眾的關注，經國會批準許立項撥款，USGS開始執行此項為期17年的計劃（1978--1994），以研究大面積分布的層狀含水層系統的地下水資源為主要內容，對在全美領土上圈定的28個區域含水層系統進行評價，共分兩大類型，各個區域含水層系統是一個項目，作為“區域含水層系統計劃分析”計劃的一個組成部分，于1991年提交了第一份大區域水資源圖集。

此時，各種數值計算法也日趨成熟，為實現地下水系統的管理提供了良好的基礎。RASAP計劃采用分布參數系統的有限差分法評價地下水資源，一般采用正方形規則網格，有些面積大的區域的網格邊長可達10km或15km，以綜合整理和分析研究現有資料為主，有的項目也補打少量控制性探孔，取得深部水文地質資料和必要的計算參數[3,4,5,6,7]。

美國是私有制社會，在地下水的開發制度、法律、規章等方面的與其它國家相比，美國具有豐富的水資源，在其200多年的發展歷史中，一直占有全國供水充足的良機[8]。

發展演變都圍繞著如何解決用水爭端，在用戶中公平地分配地下水，節約或延長可利用的供水水源等問題。雖然他們早已將地下水看作整個水資源的一部分，但直到50年代初仍認為地下水是一種“局部”資源，水源地仍以泉、單井或小井群供水為主，因此，有關研究多注重含水層、單井或井群涌水量的評價[9,10,11,12]。

1.3歐共體地下水資源綜合研究的基本作法

歐共體各國聯合在區域地下水開采資源評價方面作了有益的嘗試，1982年出版了由聯邦德國水文地質學家佛利德主編《歐共體地下水資源》綜合報告，此項成果是為提供給供水管理和計劃當局使用，也供國家和地方政府決策者使用，范圍包括了當時的歐共體九個成員國。項目共分四個專題，每個專題建立了數據庫。第四專題的思路和作法有借鑒之處。該專題討論全區“潛在可擴大開采的資源量（potential additional resource）”，反映當時水文地質學家試圖在總結水文地質條件和地下水開采 現狀的基礎上，定量評價全區各地的潛在可擴大開采的地下水資源量，以便更好地為供水規劃和管理服務。

該專題中首先對“含水層系統的資源量”給出了如下的定主義：“對于一個含水層系統，資源量等于多年平均補給量減去為滿足各種經濟的、技術的、生態的限制條件所需的水量”。這個定義表示，只考慮利用地下水含水層的調節能力并不破壞環境的條件下可抽出的地下水量，是受一定技術和經濟條件限制的，但未考慮消耗儲存量，并以非承壓含水層為主的計算和評價對象。

其次對“潛在可擴大開采的資源量”作了說明，資源量減去現狀開采量等于“可擴大開采的資源量”。此項研究認為，地下水補給量應滿足多年的水均衡方程式：

I+QS=P-ETR

式中：I—降水入滲補量；QS—地表徑流量；P—降水量；ETR—蒸發蒸騰量。

計算“潛在可擴大開采的資源量”后，得出了全區地下水潛力的總體概念，共可劃分五種類型的地區：（1）可擴大開采的資源為正值，有擴大開采地下水潛力的地區（2）引值為零，可維持現狀開采的地區（3）此值為負數，地下水已超采的地區（4）具有局部有供水意義的地下水資源的地區（5）無地下水資源地區。此次計算的結果表明：地下水水超采區占丹麥國土的16%，占英國國土的4%。

1.4我國地下水資源評價的現狀及展望

自20世紀70年代以來，由于應用數學和地下水動力學的相互滲透，以及電算技術的推廣和應用，大大豐富和突破了傳統水文地質學的內容，使水文地質從定性研究發展到定量研究的新階段。地下水資源計算的基本理論，從穩定流發展到非穩定流，從二維流發展到三維流，從一般均衡法、比擬法進到解析解、數值解。舉凡有限單元或有限差分法、相關分析法以及解析法等，在地下水資源評價中得到普遍應用，因而不論在理論上和具體計算技術上，都較以前提高到一個新的水平。

80年代后期是地下水資源研究的一個重要標志，是把主要目標逐漸轉向管理模型的研究，即研究如何合理開發、利用、調控和保護地下水資源，使之處于對人類生活與生產最有利狀態。因此它不僅涉及水文地質學和各個領域，而且涉及與地下水開發活動有關的自然環境、社會環境和技術經濟環境等各方面的問題，通過數學模型和最優化技術，建立地下水管理模型，實現管理目標。

目前，地下水資源的研究范疇日益擴大，從地下水資源的定義、分類，到地下水系統的研究，發展到地下水系統與自然環境系統和社會經濟系統相互關系的研究，從概念模型、數學模型，發展到管理模型的研究，從信息系統發展到專家決策系統的研究，從水資源管理發展到水資源保護的研究等等，所以地下水資源的研究，實際上包括從水資源評價到水資源管理與保護的全過程，逐漸形成了一門獨立的分支學科，可以稱之為“水資源水文地質學”。展望21世紀，在地下水資源理論研究方面，將以滲流理論為基礎，以水資源水文地質學為重點，以模型研究為中心，加快開發三維地理信息系統在模型研究中的應用。

參考文獻

[1] WMO/UNESCO.Report on water resources assement. UK Oxford：Words and Publication.1991.

[2] Bindeman，N.N.Yazvin，L.S.The main problems of regional evaluation of exploitation groundwater resources，International symposium on development of groundwater resources，prodeeding Vol.4：427-437，1973.

[3] G.卡斯塔尼，周秀芬譯.法國水資源評價方法、數據及地下水分布.水文地質工程地質譯叢，第3期，1981.

[4] Freeze，R.A.and Cherry，J.A. Groundwater.Prentive—Hall Inc.，1979.

[5] Mandel，S.and Shiften，Z.L.Groundwater Resources Investigation and Development.Academic Press，1981.

[6] Hamil，L. and Bell，F.G.GroundwaterResources Development，1986.

[7] Bredehoeft，J.D.，et al.Groundwater Models.The Vnesco Press，1982.

[8] 柴畸達雄著，王秉忱等譯.地下水盆地管理（理論與實踐）.地質出版社，1982.

[9] 陳夢雄等.我國區域地下水資源評價的若干問題及有關意見.全國地下水資源評價經驗交流會論文選.地質出版社，1983.

[10] 王大純，張人權，史毅虹.水文地質學基礎.地質出版社，1980。

[11] 機械工業勘測單位編.供水水文地質手冊.地質出版社，1983.

[12] 冶金工業部主編.供水水文地質勘察規范（GBJ17-88）.中國計劃出版社，1989.

[13] Margat J.les eaux souteerraines dans le monde.France Orleans：BRGM.1990.