地下水補給研究進展

張旭洋

（青島大學環境科學與工程學院，山東青島266071）

地下水補給是指含水層或地下含水系統從外界獲取水量的過程[1]，現階段，關于地下水補給量的研究大多數是以地表水、包氣帶以及飽水帶作為研究對象進行研究，不同研究對象計算得到的補給量代表不同的含義。以飽和帶作為對象所評估的補給量，由于它代表實際進入含水層的水量，會引起地下水位上升，故稱其為實際補給量；以地表水或包氣帶作為對象所確定的補給量，因為用根系之下土壤水的入滲量代表地下水的補給量，下滲水流不一定都能達到地下水面，可能導致計算得到的補給量偏小，稱為潛在補給量[2,3]。目前，以包氣帶或者飽水帶作為研究對象進行地下水補給估算的方法有很多，歸結起來大致可以分成物理法、示蹤法和數學模型法三大類。

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進行研究；環境示蹤劑法：主要是氯離子示蹤法和氫氧穩定性同位素示蹤法。數值模擬方法可以分為：基于土壤水動力學過程的滲流帶模型法和地下水流模型法。由于每種地下水補給量評價方法各有優缺點，并且適用于不同的氣候和水文地質條件，履行著不同的研究目的，所以每種評價方法所確定的地下水補給量通常是難以相互比較的。

1 多種方法綜合評價地下水補給量

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

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

部分學者還將地表水模型與地下水流模型相結合，通過對模型相關參數不斷的調整，可以獲取到較準確的區域地下水補給量。白樂[6]以及王中根[7]等將SWAT模型和MODFLOW模型相結合，構建SWATMODFLOW耦合模型，并成功將該耦合模型應用在不同流域地下水補給量的模擬計算中；武強等[8]將代表河流運動的一維明渠非恒定漸變流方程和代表地下水運動的準三維非穩定流運動方程相耦合，構建了地表水體-地下水耦合模型。

2 小結

雖然將兩種或多種評價方法結合使用，可以提高地下水補給估算的可靠性，但補給量的準確性仍然需要根據研究區的降水、地下水開采以及地下水位變化等實測資料加以驗證說明。而且，每一種評價方法都需要大量的實測數據支撐才能完成，而獲取較大區域范圍內含水層的參數十分困難，因此基礎數據缺乏已經成為限制使用多種方法評價地下水補給量的首要原因。

[1]張人權.水文地質學基礎[M].地質出版社,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給研究[D];中國地質大學(北京),2011.

[6]白樂,李懷恩,何宏謀,等.煤礦開采區地表水-地下水耦合模擬[J].煤炭學報,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].地理科學進展,2011,30(11):1345-53.

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