地下水动态承载力与区域旱情监测预报探讨

□郑　萌（河北省张家口水文水资源勘测局）



地下水动态承载力与区域旱情监测预报探讨

□郑萌（河北省张家口水文水资源勘测局）

摘要：我国虽然地大物博，资源丰富，但是水资源一直存在干旱缺水、洪涝灾害和水环境恶化等问题。随着近些年来人口数量的不断增加和经济的高速发展，水资源供需紧张矛盾更是日益凸显。正确、合理地评价水资源的开发和保护有利于水资源的可持续性发展，文章希望通过对地下水资源承载能力的正确评价，来做到对某些地区旱情的即时监测预报，维护生态环境良性循环，同时，也为我国地下水资源的健康长久发展提供可行性良策。

关键词：地下水；动态承载力；区域旱情；监测预报；评价指标

0前言

旱情监测和预报工作对地区水资源发展具有推动作用，它们不但可以客观分析当前区域内的实际旱情，也可以对未来的旱情发展趋势作出预测，根据不同的干旱级别作出应对策略，保证地区生产运转正常。为了预测旱情，许多地区都会借助雨水、地下水埋深和土壤墒情等方法来获取有效数据。文章将提出一种预报监测区域旱情的新方法。

1地下水承载力

地下水资源极其宝贵，关于它的承载力解释主要基于目前地区内民众的社会生产技术水准和经济水平条件下，地下水资源对工业生产、生态环境保护及人民生活的最大用水提供能力。

从广义上来讲，地下水的承载力应该包括3个方面。首先，地下水的承载力应该涵盖社会、技术、经济和生态这四大要素。其次，地下水的承载力应该是具有阈值的，它阈值的高低取决于当下地区性的经济水平和水资源技术管理能力，而且这两个对立的因素呈现明显的正比例关系。同时，也应该考虑生态环境保护方面对地下水资源的承载力制约，这两者的关系是反比关系。最后，可以认为地下水资源承载力是一种典型的动态量，因为地下水资源的开发量会根据水利工程质量和技术工艺的提升，而提升开发量，如此一来，地下水承载力也会水涨船高。不过要注意的是，这种增长也是存在阈值的。如果人为地长期挖潜，过度开发，就会造成地下水资源的环境恶化，造成水流失和污水现象，降低地下水资源的承载能力。

2地下水承载力评价指标体系解读

2.1地下水承载力评价指标体系建设

地下水承载力的一个关键研究点就是对水资源承载力评价指标体系的建立。该评价指标的选取存在许多方法，比如可以从地下水资源可供需水量、可承载人口、地区的经济技术发展水平及规模等多方面来考量水资源承载力评价指标体系的建立。所以相对而言，对某一地区来说，影响区域地下水承载力的因素也存在许多，比如供需水方面的因素、影响水资源开发的直接间接因素等等。文章希望根据评价指标体系中所希望遵循的完全性原则、独立性原则和客观性原则等来进行体系建设。当然，也要同时考虑到地下水资源本身的差异性和开发利用方式，所以地下水承载力的评价指标体系应该是具有相对性的。

2.2地下水承载力评价指标体系中的关键指标

有关评价指标体系中的关键指标一共有8项，它们分别代表了与地下水承载力相关的各个参数，它们有利于对区域旱情监测预报工作的辅助实施，文章将它们设置为U1～U8。

U1为地下水的耕地灌溉率，它的计算方式为U1=地下水资源灌溉面积/耕地面积，单位为%。

U2为地下水的利用率，它的计算方式为U2=当年地下水供水量/可利用地下水资源，单位为%。

U3为地下水资源的开发利用程度，它的计算方式为U3=当年地下水供水量/地下水资源总量，单位为%。

U4为供水模数，它的计算方式为U4=地下水资源的年供给量/土地面积，单位为104m3/km2。

U5为需水模数，它的计算方式为U5=当年需水量/实际土地面积，单位为104m3/km2。

U6为地下水资源的重复利用率，它的计算方式为U6=地下水资源重复使用量/地下水资源总量，单位为%。

U7为人均供水量，它的计算方式为U7=地下水年供给量/总人口，单位为m3/人。

U8为生态环境用水率，它的计算方式为U8=生态环境用水量/总水量，单位为%。

上述从U1～U8这8项指标对地下水承载力影响很大，而且按照影响程度可以将这8项指标划分为3个等级，这里分别用V1～V3表示。从V1到V3表示地区内的地下水承载力从大到小，一旦承载力到达V3，就表示该地区的地下水承载力已经接近饱和，而V2是最好的阶段，它不但已经拥有了一定的水资源开发规模，而且还存在继续开发的利用潜力。本文对这三个级别进行了定量分析，希望它们能够准确反映在各自级别条件下对地下水资源的影响度。将范围设定在0～1分内，对应V1/V2/V3这3个标准的评分分别为a1/a2/a3。通常讲，a1/a2/a33个评分的标准范围应该分别为0.90～0.95、0.50～0.60、0.05～0.10。当a的数值越高时，就表明地区范围内地下水资源的开发潜力越大。具体评价指标及其分级标准，如表1。

表1　地下水承载力各项关联评价指标分级值列表

3结合承载力的旱情理论分析

通常讲，水资源直接决定旱情程度，所以应该明确区域旱情是存在与地下水承载力之间的必然联系的。

3.1不同年份的地下水承载力与旱情之间的关系

如果是地表水储量丰富、降水及河道侧渗补给充分的丰水年，地下水位就会呈现大幅上升趋势。此时土壤水含量会更高，而农业区域的人工灌溉用水量也会降低，此时进行地下水开发是最佳时机。从技术方面看，此时的地下水承载力评价指标会无限接近于取值，而且根据区域降水量的提升，它的综合评分制也会达到0.90甚至以上的高度。而在降水量相对偏少的枯水年，不但需要大量的人工灌溉来补偿土壤干旱缺水状况，地表水也会因为降水稀少而依赖于地下水的抽采，此时地下水位就会明显降低，相对的地下水承载力也会锐减。由于我国某些地区常年持续干旱，所以这些地区都是较为严重的地下水超采区，这不但不利于地下水资源的良性发展，也会造成地面的龟裂、沉降甚至塌陷等地质灾害现象。从技术方面看，此时的地下水承载力评价指标会无限接近于希望取值，一般在0.05这样的极限值，此时说明地下水的承载力已经很小，达到饱和状态。如果在平水年，评价指标取值范围趋于常规化，地下水的承载力评分值基本会保持在0.50～0.65区域内，这种情况是地区地下水承载力的最佳状态。

3.2基于旱情监测预报的地下水动态承载力

要明确地下水承载力所表现的过程是动态的，如上文所述，不同的时段对应不同的评价指标，其承载力也是不同的，这些评价指标参数也是地方预测旱情的主要依据。如果能按照不同层次的评价指标来制定抗旱标准，确立控制指标体系，就能做到对旱情应急预案的启动，实现区域性旱情的监测和预报目标。在旱情的监测、控制和预报工作中，应该将地下水的承载力作为关键因素来看，坚决执行“地表——地下”顺序的用水原则，如果出现了区域性地下水超量利用情况，应该在汛期对超采区及时实施回灌补给措施，保证为未来的抗旱储备提供可供利用的丰富水源。

4地下水动态承载力案例计算分析

文章以某地区的平水年作为基本评价指标，对其所在区域的地下水动态承载力进行计算分析，首先为其建立评价因素集：

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

此时采用定量结合模糊综合评价模型的AHP层次分析法，判断U1～U8各个指标对地下水承载力的具体影响。再借鉴国家的水资源评价标准来计算8项指标的相对权重值应该为：

所以该评价因素集的评价矩阵应该为：

此时可以计算a1～a2的评价集B=A×R，所以就有：

如果3个等级中V1=0.90，V2=0.50，V3=0.05，那么相对权重值的综合评分值就应该为：a=（V1，V2，V3）×（b1，b2，b3）T=（0.90，0.50，0.05）×（0.45，0.15，0.50）T=0.645。

还可以应用同一种方法对枯水年和丰水年的地下水动态承载力进行评分值的计算。所以根据上述计算的综合评价值结果可以了解到，某地区的地下水承载力综合评价成果在V1和V3的隶属度都达到了0.50左右，而V2的隶属度则要低于0.50，综合评分制在0.65也表明了某地区的地下水资源已经开发到一定程度，而且仍有巨大的开发利用空间。

5结语

文章利用地下水承载力的分析评价和计算，证明了它是一种计算精度高且客观的评价方法，它能够为区域性地下水资源的开发利用做短期甚至长期的整体规划，以量化理论的方法来解决干旱缺水给地区性经济发展带来的问题，所以对于水资源严重紧缺的我国来说，采取正确的方法合理开发地下水资源，是具有必要和深远意义的。

（责任编辑：左英勇）

中图分类号：P641.72

文献标识码：B

文章编号：1673-8853（2016）05-0041-02

收稿日期：2016-03-28