地下水動態(tài)承載力與區(qū)域旱情監(jiān)測預(yù)報探討

□鄭　萌（河北省張家口水文水資源勘測局）

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地下水動態(tài)承載力與區(qū)域旱情監(jiān)測預(yù)報探討

□鄭萌（河北省張家口水文水資源勘測局）

摘要：我國雖然地大物博，資源豐富，但是水資源一直存在干旱缺水、洪澇災(zāi)害和水環(huán)境惡化等問題。隨著近些年來人口數(shù)量的不斷增加和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，水資源供需緊張矛盾更是日益凸顯。正確、合理地評價水資源的開發(fā)和保護(hù)有利于水資源的可持續(xù)性發(fā)展，文章希望通過對地下水資源承載能力的正確評價，來做到對某些地區(qū)旱情的即時監(jiān)測預(yù)報，維護(hù)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)，同時，也為我國地下水資源的健康長久發(fā)展提供可行性良策。

關(guān)鍵詞：地下水；動態(tài)承載力；區(qū)域旱情；監(jiān)測預(yù)報；評價指標(biāo)

0前言

旱情監(jiān)測和預(yù)報工作對地區(qū)水資源發(fā)展具有推動作用，它們不但可以客觀分析當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的實(shí)際旱情，也可以對未來的旱情發(fā)展趨勢作出預(yù)測，根據(jù)不同的干旱級別作出應(yīng)對策略，保證地區(qū)生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。為了預(yù)測旱情，許多地區(qū)都會借助雨水、地下水埋深和土壤墑情等方法來獲取有效數(shù)據(jù)。文章將提出一種預(yù)報監(jiān)測區(qū)域旱情的新方法。

1地下水承載力

地下水資源極其寶貴，關(guān)于它的承載力解釋主要基于目前地區(qū)內(nèi)民眾的社會生產(chǎn)技術(shù)水準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)水平條件下，地下水資源對工業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及人民生活的最大用水提供能力。

從廣義上來講，地下水的承載力應(yīng)該包括3個方面。首先，地下水的承載力應(yīng)該涵蓋社會、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)這四大要素。其次，地下水的承載力應(yīng)該是具有閾值的，它閾值的高低取決于當(dāng)下地區(qū)性的經(jīng)濟(jì)水平和水資源技術(shù)管理能力，而且這兩個對立的因素呈現(xiàn)明顯的正比例關(guān)系。同時，也應(yīng)該考慮生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面對地下水資源的承載力制約，這兩者的關(guān)系是反比關(guān)系。最后，可以認(rèn)為地下水資源承載力是一種典型的動態(tài)量，因為地下水資源的開發(fā)量會根據(jù)水利工程質(zhì)量和技術(shù)工藝的提升，而提升開發(fā)量，如此一來，地下水承載力也會水漲船高。不過要注意的是，這種增長也是存在閾值的。如果人為地長期挖潛，過度開發(fā)，就會造成地下水資源的環(huán)境惡化，造成水流失和污水現(xiàn)象，降低地下水資源的承載能力。

2地下水承載力評價指標(biāo)體系解讀

2.1地下水承載力評價指標(biāo)體系建設(shè)

地下水承載力的一個關(guān)鍵研究點(diǎn)就是對水資源承載力評價指標(biāo)體系的建立。該評價指標(biāo)的選取存在許多方法，比如可以從地下水資源可供需水量、可承載人口、地區(qū)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平及規(guī)模等多方面來考量水資源承載力評價指標(biāo)體系的建立。所以相對而言，對某一地區(qū)來說，影響區(qū)域地下水承載力的因素也存在許多，比如供需水方面的因素、影響水資源開發(fā)的直接間接因素等等。文章希望根據(jù)評價指標(biāo)體系中所希望遵循的完全性原則、獨(dú)立性原則和客觀性原則等來進(jìn)行體系建設(shè)。當(dāng)然，也要同時考慮到地下水資源本身的差異性和開發(fā)利用方式，所以地下水承載力的評價指標(biāo)體系應(yīng)該是具有相對性的。

2.2地下水承載力評價指標(biāo)體系中的關(guān)鍵指標(biāo)

有關(guān)評價指標(biāo)體系中的關(guān)鍵指標(biāo)一共有8項，它們分別代表了與地下水承載力相關(guān)的各個參數(shù)，它們有利于對區(qū)域旱情監(jiān)測預(yù)報工作的輔助實(shí)施，文章將它們設(shè)置為U1～U8。

U1為地下水的耕地灌溉率，它的計算方式為U1=地下水資源灌溉面積/耕地面積，單位為%。

U2為地下水的利用率，它的計算方式為U2=當(dāng)年地下水供水量/可利用地下水資源，單位為%。

U3為地下水資源的開發(fā)利用程度，它的計算方式為U3=當(dāng)年地下水供水量/地下水資源總量，單位為%。

U4為供水模數(shù)，它的計算方式為U4=地下水資源的年供給量/土地面積，單位為104m3/km2。

U5為需水模數(shù)，它的計算方式為U5=當(dāng)年需水量/實(shí)際土地面積，單位為104m3/km2。

U6為地下水資源的重復(fù)利用率，它的計算方式為U6=地下水資源重復(fù)使用量/地下水資源總量，單位為%。

U7為人均供水量，它的計算方式為U7=地下水年供給量/總?cè)丝冢瑔挝粸閙3/人。

U8為生態(tài)環(huán)境用水率，它的計算方式為U8=生態(tài)環(huán)境用水量/總水量，單位為%。

上述從U1～U8這8項指標(biāo)對地下水承載力影響很大，而且按照影響程度可以將這8項指標(biāo)劃分為3個等級，這里分別用V1～V3表示。從V1到V3表示地區(qū)內(nèi)的地下水承載力從大到小，一旦承載力到達(dá)V3，就表示該地區(qū)的地下水承載力已經(jīng)接近飽和，而V2是最好的階段，它不但已經(jīng)擁有了一定的水資源開發(fā)規(guī)模，而且還存在繼續(xù)開發(fā)的利用潛力。本文對這三個級別進(jìn)行了定量分析，希望它們能夠準(zhǔn)確反映在各自級別條件下對地下水資源的影響度。將范圍設(shè)定在0～1分內(nèi)，對應(yīng)V1/V2/V3這3個標(biāo)準(zhǔn)的評分分別為a1/a2/a3。通常講，a1/a2/a33個評分的標(biāo)準(zhǔn)范圍應(yīng)該分別為0.90～0.95、0.50～0.60、0.05～0.10。當(dāng)a的數(shù)值越高時，就表明地區(qū)范圍內(nèi)地下水資源的開發(fā)潛力越大。具體評價指標(biāo)及其分級標(biāo)準(zhǔn)，如表1。

表1　地下水承載力各項關(guān)聯(lián)評價指標(biāo)分級值列表

3結(jié)合承載力的旱情理論分析

通常講，水資源直接決定旱情程度，所以應(yīng)該明確區(qū)域旱情是存在與地下水承載力之間的必然聯(lián)系的。

3.1不同年份的地下水承載力與旱情之間的關(guān)系

如果是地表水儲量豐富、降水及河道側(cè)滲補(bǔ)給充分的豐水年，地下水位就會呈現(xiàn)大幅上升趨勢。此時土壤水含量會更高，而農(nóng)業(yè)區(qū)域的人工灌溉用水量也會降低，此時進(jìn)行地下水開發(fā)是最佳時機(jī)。從技術(shù)方面看，此時的地下水承載力評價指標(biāo)會無限接近于取值，而且根據(jù)區(qū)域降水量的提升，它的綜合評分制也會達(dá)到0.90甚至以上的高度。而在降水量相對偏少的枯水年，不但需要大量的人工灌溉來補(bǔ)償土壤干旱缺水狀況，地表水也會因為降水稀少而依賴于地下水的抽采，此時地下水位就會明顯降低，相對的地下水承載力也會銳減。由于我國某些地區(qū)常年持續(xù)干旱，所以這些地區(qū)都是較為嚴(yán)重的地下水超采區(qū)，這不但不利于地下水資源的良性發(fā)展，也會造成地面的龜裂、沉降甚至塌陷等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。從技術(shù)方面看，此時的地下水承載力評價指標(biāo)會無限接近于希望取值，一般在0.05這樣的極限值，此時說明地下水的承載力已經(jīng)很小，達(dá)到飽和狀態(tài)。如果在平水年，評價指標(biāo)取值范圍趨于常規(guī)化，地下水的承載力評分值基本會保持在0.50～0.65區(qū)域內(nèi)，這種情況是地區(qū)地下水承載力的最佳狀態(tài)。

3.2基于旱情監(jiān)測預(yù)報的地下水動態(tài)承載力

要明確地下水承載力所表現(xiàn)的過程是動態(tài)的，如上文所述，不同的時段對應(yīng)不同的評價指標(biāo)，其承載力也是不同的，這些評價指標(biāo)參數(shù)也是地方預(yù)測旱情的主要依據(jù)。如果能按照不同層次的評價指標(biāo)來制定抗旱標(biāo)準(zhǔn)，確立控制指標(biāo)體系，就能做到對旱情應(yīng)急預(yù)案的啟動，實(shí)現(xiàn)區(qū)域性旱情的監(jiān)測和預(yù)報目標(biāo)。在旱情的監(jiān)測、控制和預(yù)報工作中，應(yīng)該將地下水的承載力作為關(guān)鍵因素來看，堅決執(zhí)行“地表——地下”順序的用水原則，如果出現(xiàn)了區(qū)域性地下水超量利用情況，應(yīng)該在汛期對超采區(qū)及時實(shí)施回灌補(bǔ)給措施，保證為未來的抗旱儲備提供可供利用的豐富水源。

4地下水動態(tài)承載力案例計算分析

文章以某地區(qū)的平水年作為基本評價指標(biāo)，對其所在區(qū)域的地下水動態(tài)承載力進(jìn)行計算分析，首先為其建立評價因素集：

U=|U1，U2，……，U8|=（0.50，0.90，0.75，0.10，0.15，0.45，0.03）

此時采用定量結(jié)合模糊綜合評價模型的AHP層次分析法，判斷U1～U8各個指標(biāo)對地下水承載力的具體影響。再借鑒國家的水資源評價標(biāo)準(zhǔn)來計算8項指標(biāo)的相對權(quán)重值應(yīng)該為：

所以該評價因素集的評價矩陣應(yīng)該為：

此時可以計算a1～a2的評價集B=A×R，所以就有：

如果3個等級中V1=0.90，V2=0.50，V3=0.05，那么相對權(quán)重值的綜合評分值就應(yīng)該為：a=（V1，V2，V3）×（b1，b2，b3）T=（0.90，0.50，0.05）×（0.45，0.15，0.50）T=0.645。

還可以應(yīng)用同一種方法對枯水年和豐水年的地下水動態(tài)承載力進(jìn)行評分值的計算。所以根據(jù)上述計算的綜合評價值結(jié)果可以了解到，某地區(qū)的地下水承載力綜合評價成果在V1和V3的隸屬度都達(dá)到了0.50左右，而V2的隸屬度則要低于0.50，綜合評分制在0.65也表明了某地區(qū)的地下水資源已經(jīng)開發(fā)到一定程度，而且仍有巨大的開發(fā)利用空間。

5結(jié)語

文章利用地下水承載力的分析評價和計算，證明了它是一種計算精度高且客觀的評價方法，它能夠為區(qū)域性地下水資源的開發(fā)利用做短期甚至長期的整體規(guī)劃，以量化理論的方法來解決干旱缺水給地區(qū)性經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的問題，所以對于水資源嚴(yán)重緊缺的我國來說，采取正確的方法合理開發(fā)地下水資源，是具有必要和深遠(yuǎn)意義的。

（責(zé)任編輯：左英勇）

中圖分類號：P641.72

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1673-8853（2016）05-0041-02

收稿日期：2016-03-28