[科普中国]-地下水资源

地下水形成

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。

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1。

地下水循环地下水循环是指地下水的补给、径流和排泄过程。地下水补给径流一排泄的方向主要有垂直方向循环和水平方向循环两种。

(1)垂直方向循环。垂直方向循环即大气降水、地表水渗入地下，形成地下水，地下水又通过包气带蒸发向大气排泄，如潜水的补给与排泄。

(2)水平方向循环。水平方向循环是指含水层上游得到补给形成地下水，在含水层中长时间长距离地径流．而在下游的排泄区排出地表，如承压水的补给与排泄。

实际上，在陆地的大多数情况下，二者兼有之，只不过不同地区以某种方向的运动为主而已。地下水的补给方式一般有天然补给和人工补给两种形式：天然补给量包括大气降水的渗人、地表水的渗入、地下水上游的侧向渗入；人丁补给包括农田灌溉水的渗入、人工回灌地下水等。地下水的排泄方式有天然排泄和人工采水排泄两种。天然的地下水排泄方式有地下水潜水蒸发、泉水排出、地下水流向河渠、地下水向下游径流流出等；人工排泄方式主要是打井挖渠开采地下水。当过量开采地下水，使地下水排泄量远大于补给量时，地下水平衡就会遭到破坏，造成地下水长期下降。只有合理开发地下水，当开采量等于地下水总补给量与总排泄量差值时，才能保证地下水的动态平衡，使地下水处于良性循环状态1。

地下水分布我国地下水分布区域性差异显著。就区域水文地质条件而言，中部的秦岭山脉是我国地下水不同分布规律的南北界线。北方地区(15个省、区)总面积约占全国面积的60%，地下水资源量约占全国地下水资源总量的30%，但地下水开采资源约占全国地下水开采资源量的49%。

南北分布不同的地下水类型，在东西方向上也有明显的变化。

(1)我国南部和北部即昆仑山 秦岭一淮河一线以北大型盆地，是松散沉积物孔隙水的主要分布区。在西部各内陆盆地中，由于盆地四周高山区年降水量大、终年积雪融化，使得盆地边缘山前地带巨厚的砂砾石层蓄水与径流条件良好，成为良好的地下水补给源；而盆地中部多为沙丘所覆盖，气候干旱，极为缺水；盆地东部分布着辽阔的黄淮海平原、松辽平原及长江三角洲平原为目前我国地下水资源开发利用程度较深的地区。该地区沉积层巨厚、地下水蕴藏丰富、富水程度相对均匀。在东部和西部之间的黄河中游地区分布着黄土高原黄土孔隙水。

(2)基岩裂隙水分布面积较广。在我国北方地区侵入岩裂隙水分布面积大，南方地区除在东南沿海丘陵地区分布外，其余呈零星分布。从东西方向上看，东部沿海及大、小兴安岭等广大地区。表层风化裂隙的风化壳厚度一般为10～30 m，因此地下水主要贮存于浅部，其富水程度较弱，仅风化程度较强，构造破碎剧烈的地带蕴藏有丰富的地下水。在我国西北干旱地区的高山地带，山区降水量大．对基岩裂隙水的渗入补给量较大，这对山区供水和盆地周边山前地带地下水的补给具有重要意义。

(3)在阿尔泰山和大兴安岭北端的南纬度地区有多年冻土分布，并随着我国西部地区地势由东向西逐步增高，西部青藏高原出现世界罕见的中低纬度高原多年冻土区地下水1。

地下水分类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1。

地下水资源储存与补给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。有学者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。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2。

1. 储存量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。

2. 补给量通过多种途径（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。

3. 排泄量通过溢出、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。

4.开采量通过井、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。

地下水资源评价地下水资源评价包括两方面内容，即水质评价和水量评价。

1. 水质评价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。

2. 水量评价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3。

20世纪50～70年代，中国许多水文地质工作者把地下水看作一种矿产资源，广泛地采用地下水储量这一概念来表示某一个地区的地下水量的丰富程度。按照这一概念，地下水储量分为静储量、调节储量、动储量和开采储量。静储量指储存于地下水最低水位以下的含水层中重力水的体积，即该含水层全部疏干后所能获得的地下水的数量。它不随水文、气象因素的变化而变化，只随地质年代发生变化，也称永久储量。静储量的数值等于多年最低的地下水位以下的含水层体积和给水度(见水文地质参数)的乘积。调节储量指储存于潜水水位变动带（年变动带或多年变动带）中重力水的体积，亦即全部疏干该带后所能获得的地下水的数量。它与水文、气象因素密切相关，其数值等于潜水位变动带的含水层体积乘以给水度。动储量也称地下水的天然流量，是单位时间内通过垂直于流向的含水层断面的地下水体积。通过测定含水层的平均渗透系数、地下水流的水力坡度和过水断面面积，用达西公式（见达西定律）进行计算。静储量、调节储量和动储量合称地下水的天然储量，它反映天然条件下地下水的水量状况。开采储量是指考虑到合理的技术经济条件，并且在集水建筑物远转的预定期限内不产生开采条件和水质恶化的情况下，从含水层中可能取得的水量。地下水的开采储量，一方面取决于水文地质条件特别是地下水的补给条件，另一方面取决于集水建筑物的类型、结构和布置方式。其含义是和允许开采量相当的。70年代以后，在中国对地下水储量一词较少使用。

地下水开发与管理1. 开发与利用地下水开发利用力求费用低廉、方案优化、技术先进、效益显著而又不引起环境问题。这些要以查明水文地质条件和正确评价地下水资源为基础。要做到合理开发利用地下水，应注意以下几点：①不过量开采。开采量要小于开采条件下的补给量，否则将造成地下水位持续下降，区域降落漏斗形成并不断扩大、加深，水井出水量减少甚至于水资源枯竭。②远离污染源，否则将造成地下水污染，水质恶化以致于不能使用。③不能造成海水或高矿化水入侵到淡水含水层。④不能引起大量的地面沉降和坍陷,否则将造成建筑物的破坏,引起巨大的经济损失。⑤按地下水流域进行地下水开发利用的全面规划，合理布井，防止争水。⑥地表水资源和地下水资源统一考虑、联合调度。⑦全面考虑供需数量、开源与节流、供水与排水、水资源重复利用、水源地保护等问题，使得有限的水资源获得最大的利用效益。

2. 管理为了做到合理地开发利用地下水资源，必须进行有效的管理。地下水资源管理的方法和措施分为：①法律方面，由中央政府和地方政府制定和颁布实施有关水资源(包括地下水资源)的法律。这些法律和条例是地下水资源管理的依据。②行政方面，建立水资源（包括地下水资源）的统一管理机构。如中国北方各省市都已建立了水资源管理委员会，设有水资源管理办事机构。③科学技术措施方面，唐山平升电子技术开发有限公司并提出了“水资源实时监控与管理系统”主要是利用系统分析的方法进行水资源（包括地下水资源）的管理。建立最优化的数学模型，使得在一定的水力的、经济的、法律的、社会的约束条件下,目标函数达到最优，即开采的成本最低,或开采的水量最多，或开采地下水所获得的经济效益最大等，为决策提供依据。④经济方面，明确地下水资源有偿使用的原则，征收水资源费，对于超量开采和浪费水资源者处以罚款等。

水资源实时监控与管理系统水资源实时监控与管理系统(DATA-9201)适用于水务部门对地下水、地表水的水量、水位和水质进行监测，有助于水务局掌握本区域水资源现状、水资源使用情况、加强水资源费回收力度、实现对水资源正确评价、合理调度及有效控制的目的3。