地下水资源评价方法与发展研究

张博源，王爱欣，李鹏飞，张斯明，杨 煜

（北京市京密引水管理处，北京 101400）

1 地下水资源保护工作应遵循的原则

地下水资源开采与循环工作应遵循如下原则：首先，应确保以丰补歉，这是为了保证区域地下水量实现动态平衡，在枯水季动用区域水库储存水，而在丰水期则可以利用降水进行储存水补充。在实际水资源利用规划时一定要确保开采量低于区域多年平均补给量，否则就会使区域水资源循环利用效率下降。其次，还应确保地下水资源利用与保护工作符合区域长期发展需求。区域水资源利用与经济、生态等动态发展相关，要根据区域长期发展需求进行地下水资源补给与保护规划。

2 常见地下水资源评价方法

2.1 水量均衡法

该方法能够对研究区域内一定时期内地下水资源补给、储存以及排泄情况进行研究分析，探讨区域内影响地下水动态变化的各种因素与变动规律，以此来评价区域水资源体系能够开发利用的程度。

（1）水量均衡评价法的基本原理。水资源评价区域的含水岩组储存量变化可以反映区域地下水在补给与径流、排泄的动态变化中的水量变化。通过研究含水层储存量变化情况可以了解地下水资源补给与排泄量的实际差距，为探讨未来地下水量变化提供信息依据。

（2）水量均衡评价法的具体适用条件。由于地下水资源评价方法适用于地下水资源位置较浅以及比较容易获取与识别地下水资源的补给、开采与径流参数情况的区域，因此在干旱或者半干旱环境下的平原区域、河谷地带以及喀斯特地质区域都可以使用水量均衡评价法进行地下水资源评价，其评价成果的可靠性也较高。

（3）水量均衡评价法的优缺点。这种地下水资源评价方法较为基础，其评价分析的原理符合广大地区的实际评价情况，且评价技术操作较为简便，所需获取的信息参数不复杂，非常适合对一定区域地下水位进行长期动态评价与开采情况监测。如果地下水评价区域的参数精度要求不太高且所掌握的水文地质信息量不大，那么水量均衡评价法的运用能够提升区域地下水情况测量评价的效果，且精细度有调整空间，适用性较强。

虽然水量均衡测量评价法可以实现对一定时期内地下水可开采量的大致评估，但是无法预测地下水位在一定时空变化条件下的浮动情况，同时也无法精确计算出区域因开采而需补给的水量，对区域内实际地下水资源调配情况的指导性不够精准。

2.2 地下水开采实验法

这一地下水资源评价方法主要是通过抽水试验的方式对一定区域地下水开采状态以及实际资源量进行评价的技术方法。开采试验评价法比较适合对水文地质信息难以获取的区域进行地下水评价，它是通过在钻探井中根据开采情况进行抽水，并根据实际抽水试验结果明确开采量。

（1）开采试验评估法的基本原理。利用钻探机井中抽水试验可以获取一定开采量影响下区域地下水资源变化信息，根据试验成果可以确定区域地下水可开采量。

（2）开采试验评价法适用条件。该地下水资源评价方法较为适合新开发水源地以及承压水区域等，但是抽水试验需要大量打井、抽水、计算。因为试验法的实际资金与时间需求较大，所以这一方法只能在一些中小水源地使用。

（3）开采试验法优缺点。开采试验评价法使用操作较为便利，大量试验与计算的评价结果具有一定的准确性，适用于一些水文信息较难获取的情况。开采试验评价法的成本非常高，并不适合大面积推行。

3 北京地区水源地水质动态分析

怀柔应急备用地下水源工程位于北京东北部怀柔区，工程采用水源群井抽取地下水，通过联络管线向北京市自来水集团第九水厂提供水源。怀柔应急水源地地下水位动态分析工作在2003年8月底应急水源地并网运行的同时，就在区内开展包括地下水水位、水质和水量的综合监测研究。随着水源地完成设计开采任务，该监测系统为应急水源地的科学合理开采、影响评价、续采方案的制订提供了坚实的基础资料，在保障应急水源地安全稳定供水方面发挥了巨大作用。

3.1 水源井水质

水源浅井：地下水矿化度平均370mg/L；硬度平均311mg/L；pH值平均7.76；硝酸盐（以N计）平均值8.3mg/L。根据《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017），从以上指标来分析，水源浅井水质属于Ⅲ类水。

水源深井：地下水矿化度平均198mg/L；硬度平均166mg/L；pH值平均8.03mg/L；硝酸盐（以N计）平均值2.74mg/L。深井水质优于浅井，属于Ⅱ类水。

水源地自2015年底开始处于热备涵养运行阶段，各水源井轮换开启，四个季度均在同一对水源井取水化验较为困难，此次选取位于怀柔应急水源地最北端南房村西的1号或2号水源井及最南端赵各庄村东的8号或9号水源井水质情况进行分析。其中浅层水源井为取水层位40～120m的浅层承压水，深层水源井为取水层位120～250m的深层承压水。

怀柔应急水源地典型水源井主要指标年际变化情况表如表1所示。由表1可知，从多年水质监测结果的对比分析可知：（1）区内地下水水质由浅至深，其矿化度和硬度均随深度增加而降低；（2）热备涵养之前水源浅井、深井的硬度和矿化度平均值均呈现逐年增高趋势，但浅井年均升幅较大，深井升幅较缓；（3）浅井受环境影响较大，硝酸盐浓度变动较频繁。水源地进入热备涵养阶段初期，由于水位的快速恢复上升，因此浅层含水层向深层含水层的越流量增加，深层含水层各指标上升明显，而后随着热备涵养的持续，各指标区域稳定，2019年相较2018年稍有改善。

表1 怀柔应急水源地典型水源井主要指标年际变化情况表

3.2 回补区水质特征

选取雁栖河附近2眼水质监测井WR-76、WR-78以及潮白河附近2眼水质监测井HJ-492、HJ-493，分析2019年不同月份的水质监测情况，监测井水质均符合《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017）地下水III类标准，硝酸盐氮等指标浓度在2019年度出现向上升后下降的趋势。水质监测井2019年硝酸盐氮变化如图1所示。初步分析：由于2019年丰水期南水北调工程通过雁栖泄洪闸向雁栖河补水以及通过小中河向潮白河补水，使部分区域的水位上升明显，导致包气带累积成分中的部分淋溶进入地下水，指标含量上升；后期随着水质较好的南水不断回补，水质变好，浓度下降。

图1 水质监测井2019年硝酸盐氮变化

4 我国水资源评价的发展

4.1 建立水资源评价模型

为对目前及未来水资源量进行有效评价，在不同的物理背景下，应该建立降水、地表水、土壤水、地下水的相互转化机制，入渗蒸发的水循环过程，以及引水、开发等水资源开发利用活动的水资源评价模型。对植被状况、岩性特征、耕作环境及水资源运用能力等因素可通过调参数办法在结构化水资源评估模型中充分体现出来。依据不同区域自然地理环境及水文地质环境，合理调整模型组件，使模型参数具备物理性质及可量化性，并通过参数调整，将水流条件及水资源的运用水平充分体现出来，从而依据社会经济发展及气候的长时间变化合理预测未来水流条件变化及水资源的运用状况。

4.2 充分利用国家水文数据库

合理运用国家水文信息库体系，将水资源评估体系与水文信息库、水资源信息库联系起来，不断提升水资源评估工作现代化能力。

4.3 在GIS平台上建立集成化的水资源评价信息系统

合理运用地理信息体系对空间及属性信息的管理、研究性能，充分将GIS与水资源评估模型、水文及水资源管理信息库有效结合，并在GIS平台基础上构建水资源评估数据体系，从根本上对水资源评估手工操作情况进行改进。

5 结束语

总之，在我国各领域迅猛发展的大环境下，地下水资源保护已经成为社会性问题。北京地区在过去一段时间曾经过度重视经济发展而忽视了水资源保护，强化当地地下水资源评价与保护效力迫在眉睫。未来地下水资源评价工作会向着大数据应用与智能化方向发展，全国应重视地下水资源信息共享与综合分析平台的建设，为我国地下水资源保护工作提供基础保障。