浅谈地下水资源及其环境质量评价

■王立勇

（黑龙江省九〇四水文地质工程地质勘察院黑龙江哈尔滨150027）

浅谈地下水资源及其环境质量评价

■王立勇

（黑龙江省九〇四水文地质工程地质勘察院黑龙江哈尔滨150027）

水是我们人类不可缺少的重要资源之一。众所周知，我国是一个人口大国，虽然幅员辽阔、地大物博，但是人均可用资源有限，尤其是水资源。作为水资源中重要资源之一的地下水资源，有着水质好、分布广泛、便于开采利用等多种优点。据有关部门统计，在我国以地下水作为主要饮用水源的人口大约有70%。近年来地下水的开发利用规模日益增大,使地下水位下降而且水质变差,这既影响城乡供水质量,危及人体健康,也会诱发地质环境问题,给经济建设带来损失巨大。研究地下水环境质量评价等问题并提出综合防治措施就成了亟待解决的问题。地下水环境质量评价研究人类活动对地下水质的影响,可以确定地下水的污染现状,也是保护地下水资源、控制地下水污染的重要手段。水环境是一个多因素耦合的复杂系统,目前还没有较统一的水质评价方法。地下水质量标准中的单项组分评价和综合评价过分强调污染严重因子的作用。就地下水资源及其环境质量评价，本文作了评价。

地下水资源环境质量评价开展

1 关于地下水资源

生产和生活需要利用而又可能利用的地下水，统称地下水资源。是保障生产、生活需要所不可缺少的重要资源。具体来说，地下水资源是指在一定期限内，能提供给人类使用的，且能逐年得到恢复的地下淡水量。是水资源的组成部分。通常以地面入渗补给量（包括天然补给量和开采补给量）计算其数量。因此，地下水资源的开采一般不应超过补给量，否则会给环境带来危害，使生态条件恶化。

地下水资源主要是由于大气降水的直接入渗和地表水渗透到地下形成的。因此，一个地区的地下水资源丰富与否，首先和地下水所能获得的补给量与可开采的储存量的多少有关。在雨量充沛的地方，在适宜的地质条件下，地下水能获得大量的入渗补给，则地下水资源丰富。在干旱地区，雨量稀少，地下水资源相对贫乏些。中国西北干旱区的地下水有许多是高山融雪水在山前地带入渗形成的。

中国还没有统一的地下水资源分类方案。根据1979年颁布试行的《供水水文地质勘察规范TJ27～78（试行）》把地下水资源分成补给量、储存量和允许开采量。补给量指天然状态或开采条件下，通过各种途径在单位时间内进入所开采的含水层中的水量；储存量指储存于含水层内的重力水的体积；允许开采量指在经济、合理的条件下，从一个地下水盆地或一个水文地质单元中单位时间所能取得的水量。在供水中，补给量提供水源，因而起主导作用。储存量则起调节作用，把补给期间得到的水储存在含水层中，供干旱时期取用。当补给量和储存量配合恰当时,有较大的允许开采量。反之,如只有补给量而无储存量，干旱时期就无水可供开采；只有储存量而无补给量，开采后水量不断消耗，导致水源枯竭。

也有些学者把地下水资源分为天然资源和开采资源，在天然条件下可供利用的可恢复的地下水资源称为天然资源，而实际能开采利用的地下水资源称为开采资源。由此将地下水资源分为补给资源与储存资源。

补给资源指参与现代水循环、不断更新再生的水量。补给资源是地下含水系统能够不断供应的最大可能水量；补给资源愈大，供水能力愈强。含水系统的补给资源是其多年平均补给量。储存资源指在地质历史时期中不断累积贮存于含水体系之中的，不参与现代水循环、（实际上）不能更新再生的水量。

2 关于地下水资源的环境质量评价

2.1 概念及其发展

说到资源则都应该说下其评价问题，因资源是对应了人类社会发展程度而言的，因此对具动态的可再生特点的地下水资源评价，应在社会发展到不同时期进行再评价，做到及时为国家发展规划提供科学依据。为了合理地、长期地使用地下水资源，在开发之前，一般均应对其量和质作出评价，以便据此制定其开发利用和保护管理规划。地下水资源由大气降水和地表水转化而来，在地下运移，往往再排出地表成为地表水体的源泉。有时在一个地区发生多次的地表水和地下水的相互转化。故进行区域水资源评价时，应防止重复计算。

20世纪50年代以来，中国的水文地质工作者评价地下水量时，用了H.A.普洛特尼科夫提出的四个储量：静储量（某一含水层中地下水的年最小体积）、动储量（通过含水层某一断面的流量）、调节储量（地下水位年变幅范围内的水体积）和开采储量（流量不会衰减，水质不会变坏的开采量）。由于这四个储量不能完善地反映地下水的数量，从70年代开始引用地下水资源的概念，但储量的概念也未完全放弃。因此，找出两者之间的关系，有利于搞好地下水资源评价。

2.2 地下水资源评价和地下水资源计算的区别

地下水资源评价和地下水资源计算（或地下水水量计算）是两个词义相近但在实质上又有区别的概念。地下水资源计算，实际上就是选用某种公式，计算出某种类型水资源的数量。而地下水资源评价，应该包括计算区水文地质模型的概化、水量计算模型的选取和水量计算、对计算结果可靠性的评价和允许开采资源级别的确定等一系列的内容。

地下水资源计算方法种类繁多，从简单的水文地质比拟法到复杂的地下水数值模拟；从理论计算到实际抽水方法。常用的地下水资源计算方法有经验方法（水文地质比拟法）、Q-S曲线方程法、数值法、水均衡法、动态均衡法、解析法等。

2.3 地下水资源评价的开展

地下水环境质量评价研究人类活动对地下水质的影响,可以确定地下水的污染现状,也是保护地下水资源、控制地下水污染的重要手段。水环境是一个多因素耦合的复杂系统,目前还没有较统一的水质评价方法。地下水资源评价包括两方面内容，即水质评价和水量评价。

水质评价通常采取地下水的样品送实验室进行水质分析，根据地下水应用的目的，将其和各种水质标准（如饮用水水质标准、各种工业用水的水质标准、灌溉用水的水质标准等）相比较，以评定地下水的适用程度。

一切不符合质量要求的地下水都不能作为水资源。为了保障人民身体健康和工农业用水需要，很多国家已颁发统一的饮用水、工业用水及灌溉用水等的水质评价标准（见用水水质）。地下水质评价一般应分两部分：①用取样分析化验的方法查清地下水的水质，对照水质标准评价其适用性；②若在水文地质勘察过程中发现水质已受污染或有受污染的可能，则应查清污染物质及其来源、污染途径与污染规律，在此基础上预测将来水质的变化趋势和对水源地的影响。水质变化的预测，须通过由弥散方程、连续方程、运动方程和状态方程组成的数学模型，即弥散系统，用数值法解算出污染物质的浓度随时间和地点的变化，从而提出地下水资源的防护措施。

在岩土中赋存和运移的、质和量具有一定利用价值的水。是地球水资源的一部分，与大气降水资源和地表水资源密切联系，互相转化。

地下水水量评价方法比较多，大体上可归纳为四类。这四类分别为：

第一，数学模型求解法。这一类方法的实质是把水文地质条件进行概化，用数学关系式表达，通过求解这些数学公式来评价水量。常用的有两类模型：一类为确定性模型，它通常是根据质量守恒原理建立的，包括一个微分方程(或积分方程)和一组定解条件。适用于地下水运动的机理和水文地质条件比较清楚时。另一类为随机模型,模型中包含有一个或数个随机变量,常用在水文地质条件尚未查清，但积累的实际观测资料较多时（见地下水数学模拟）。利用数学模型评价地下水资源，自始至终是和水文地质勘察、地下水资源管理密切结合进行的。在水文地质勘察之初,根据已收集到的资料,初步建立数学模型并用它指导勘察工作。在勘察过程中，一面根据已查明的水文地质条件，对模型进行必要的修改，同时通过勘察，取得求解模型所必需的参数，直到勘察工作结束。建立了合适的数学模型以后，不仅可用来进行地下水资源评价，还可指导地下水的合理开发和地下水资源管理。

第二，水量平衡法。也称水均衡法。它是通过建立水量平衡方程式，并测定方程式中有关的收入项和支出项，来评价地下水资源（见地下水动态）。在大面积地下水资源评价时比较适用。为了提高评价的准确度，建立水量平衡方程式时要全面考虑当地的水文地质条件，防止重复计算和漏算，水量平衡要素的测定要准确并且有代表性。

第三，经验比拟法。利用水文地质条件类似的已开采的地区的资料进行比拟，评价未知地区的地下水资源。多用在条件尚未充分查清而评价的精度要求又不高的情况下，初步估算地下水资源。

第四，开采试验法。适用于小型的水源地。当水文地质条件复杂而一时又难以查清、需水量不大、急需作出评价时,可打勘探开采井,用接近于未来的开采条件进行抽水试验，直接根据开采试验的水量评价水源地所能提供的水量。

2.4 地下水资源评价时需注意的因素

地下水资源是由地下水的储存量和补给量组成的，评价时还须考虑排泄量和开采量。

储存量指当前储存在地下岩层中的水的总量（以体积计）。它是在长期的补给和排泄作用下，逐渐在地层中储积起来的。与其他流体矿藏不同，地下水的储存量经常处于流动中，但速度极为缓慢，甚至一年地下水流动不到一米远。当补给和排泄处于平衡时，储存量的数量保持不变；而当补给呈周期性变化时，储存量则相应地呈周期变化。储存量的大小，主要取决于含水层的分布面积与其充水和释水的体积百分比。还与地下水的排泄类型（垂直蒸发、水平溢出）和排泄基准面（地下水蒸发的极限深度，地下水溢出面的标高或抽水井、渠的开采水位，统称排泄基准面）的高低有关。在排泄基准面以下的储存量,即使断绝了补给源也能长期保存,故称之为最小储存量。

所谓补给量指通过多种途径（如降水入渗,地表水渗漏等），自外界进入含水层并转化为储存量的水量（以单位时间体积计）。补给量既随气象、水文条件的变化及人类生产活动的影响而改变，又随排泄条件的变化而改变。只是当补给和排泄条件相对稳定时，补给量才能保持常量。

排泄量指通过溢出、蒸发等形式从含水层中排出的流量（以单位时间体积计），虽然这一部分水量已脱离含水层而不再归属于地下水的范畴，但它主要来源于地下水的补给量，故可用以反推补给量。当地下水动态稳定时，排泄量恰等于补给量，储存量不变。当地下水的动态呈周期性变化时，则每一周期的补给量应等于排泄量和储存量的增量（正或负）之和。

开采量指通过井、渠从含水层中取出的流量。开采地下水可改变地下水的天然流向，使部分排泄量改从井、渠中排出。也可扩大地下水的消耗总量，有可能促使补给量增加。例如在下渗和蒸发的补给排泄类型中，因开发将地下水位降低到极限蒸发深度之下，可使原来蒸发损失的地下水转化为开采量，而为人们所用。又如在河水补给地下水的情况下，因开采而使原来的地下水位大幅度降低，促使河水更多地补给地下水。当存在着这种相互影响时，地下水资源评价必须和地下水开采设计一起进行。开采量又分稳定的和不稳定的两种，前者是指流量和水位均稳定不变，或仅作周期性的波动；后者是指流量或水位持续变小或下降情况下的开采量。不引起地面沉降、地下水水质恶化或其他不良现象的稳定开采量称允许开采量。

综上所述，地下水在我国人民的生活、生产中起到重要作用，它已然在我国的可持续发展中扮演着重要角色。人们在对地下水实施开发利用的同时也改变着地下水环境。因此，我们要做好地下水资源的质量评价，要积极采用多种水质评价方法，如神经网络法、灰色系统法、模糊综合评价法、综合指数法和物元分析方法等。而且，随着时代的发展，要将人工智能、迷糊数学和灰色系统等理论方法与计算机技术结合后，使得水环境评价更加便捷、科学、实用性更高，水环境评价研究也得以飞速发展起来。

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F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-6-389-2