地下水的合理開發(fā)利用在南水北調中的作用一

1、         06-02-17 17:07:00     作者：張蔚榛    編輯：studa9ngns摘要：在系統(tǒng)闡述地下水資源概念和地下水含水層特點的基礎上，分析了南水北調受水區(qū)地下水開采現(xiàn)狀，探討了解決城市和農業(yè)地下水超采的措施，利用地下水超采形成的地下庫容調蓄引江水和當?shù)亟涤陱搅?、合理開發(fā)利用地下水提高水資源利用率和改造咸水、防止土壤鹽堿化等在南水北調中的作用. 關鍵詞：南水北調 控制城市和農業(yè)地下水超采 合理開發(fā)地下水 改

2、造利用咸水  黃淮海平原水資源緊缺，嚴重制約著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，造成地下水超采和生態(tài)環(huán)境惡化。南水北調工程是解決我國北方水資源嚴重短缺問題的重大舉措。江水北調對減少與制止地下水超采可以提供必要的條件，同時，地下水的合理開發(fā)利用在南水北調中也可以發(fā)揮開源節(jié)流、改善生態(tài)環(huán)境、改造咸水和防止土壤鹽堿化等重要作用。1 地下水資源的概念和地下水含水層的特點1.1 地下水資源的概念地下水資源包括地下水的儲存量和補給量兩部分。不參與現(xiàn)代水循環(huán)、不可再生和恢復的儲存量稱為儲存資源；參與現(xiàn)代水循環(huán)、可再生和恢復的補給量稱為補給資源。儲存資源是地質歷史時期累積形成的地下水資源量，是含水系統(tǒng)中不可再生和

3、恢復、因而不能持續(xù)利用的水量。取用含水系統(tǒng)的儲存資源，將導致這部分資源的永久耗失。有些地區(qū)具有大厚度的含水層，地下水位變動帶以下的地下水靜儲量非常巨大。因此，20世紀60年代有人提出黃淮海平原地下存在著一個地下海, 90年代初在塔里木盆地和河西走廊也有人提出發(fā)現(xiàn)了地下海，認為可以利用的地下水資源非常豐富。然而，地下水儲存量雖然是一種寶貴的地下水資源，但它和礦產資源一樣，一旦消耗，難以恢復，因而是不可持續(xù)利用的。只有在利用過程中可以不斷恢復和補償?shù)牡叵滤a給量才是可持續(xù)利用的地下水資源。補給資源是指一個含水系統(tǒng)在單位時間里、可以持續(xù)獲得補充的水質、水溫合乎一定標準的水量。原則上在一個含水系統(tǒng)中提

4、取的地下水量不超過其補給資源時，水源便有持續(xù)供應的保證。地下水的補給量包括天然補給（山前側向補給和垂向補給）和轉化補給（地表水體補給、地表水灌溉渠系和田間灌溉水補給，含水層之間的越流補給,以及地下水灌溉回歸補給等，但地下水灌溉回歸轉化補給只作為地下水的補給量，一般不能算作地下水資源）。由于地下水補給的一部分將消耗于不可避免的潛水蒸發(fā)、天然生態(tài)耗水、地下水的排泄，而不能全部被開發(fā)利用，地下水的可開采利用量僅是補給量的一部分。這部分可以開采利用又不致引起難以承受的環(huán)境損害（如城區(qū)和濱海地區(qū)的地面沉降，干旱地區(qū)的土地沙化等）的水量稱為可持續(xù)開采量或可采資源。有些地區(qū)將地下水的全部補給量作為地下水的可

5、采量而進行開發(fā)利用，將造成地下水的超采。不同的地下水含水層可開采利用的地下水資源不同，必須根據(jù)含水層的特點合理開發(fā)地下水資源。1.2 地下水含水層水資源的特點平原地區(qū)松散巖層中的主要含水層為淺層水和深層承壓水。淺層地下水指地表以下的潛水和潛水-微承壓水，可以直接接受大氣降水和地表水的補給。深層承壓水指埋藏在深部弱透水層間含水層中的承壓水。20世紀70年代初期，人們根據(jù)傳統(tǒng)的地下水資源的概念和地下水含水層的部分特點，認為深層承壓水具有以下優(yōu)點： 1）地下水承壓水位高，開采初期有的地區(qū)水位高出地面，水井可以自流；2）含水砂層厚、導水性強、水井出水量大；3）水質好、不易受到污染；4）承壓水位不易受到

6、氣候條件的影響等。而對淺層水則認為：1）缺乏良好含水砂層或砂層厚度小、水井出水量??；2）含水層導水性差，側向補給相對較小；3）淺層水水質差、易受地表水體污染等。在這種認識下，20世紀6070年代許多農村和城市大量開采深層承壓地下水，特別是某些地方的政策導向也是鼓勵開采深層水，打深井國家給予補助，而打淺井則不予補助。由于深層水的大量開采，造成承壓水位大幅度下降，形成大面積的承壓水位降落漏斗。 近30多年來的實踐表明，上述對地下水含水層的認識是不夠全面的。實踐使人們對淺層潛水和深層承壓水含水層和資源的特點有了更為全面的認識。淺層地下水（包括潛水和淺層潛水-承壓水）開采量的組成 淺層地下水的補給和消

7、耗：（1）地區(qū)內部的垂向補給和消耗：降雨補給、河流和渠道滲漏補給、田間灌溉水補給、越層補給；潛水蒸發(fā)、越層消耗。（2）來自地下水側向補給和排出區(qū)外的地下水排泄。（3）開發(fā)利用過程中由于水位下降，含水層疏干而動用的地下水儲存量（這部分不能作為可持續(xù)利用的地下水資源量）。在含水層的給水度為，單位面積上（m2）由于水位下降S (m) 而釋放的水量W(m3)為W = S 淺層地下水的優(yōu)點是：1）可以直接接受大氣降水和地表水體和地下徑流的垂直和側向補給，開采利用后可以不斷得到恢復和補償，因而是可以持續(xù)利用的。2）含水層埋藏淺，可用淺井開采，工程造價低。3）淺層地下水的給水度遠大于深層承壓水含水層，相同開

8、采水量條件下水位下降小，運行費用低于深層承壓水。在補給量和水質有保證的條件下，淺層地下水可作為農業(yè)用水的主要水源和城市工業(yè)和生活用水的后備或輔助水源。深層地下水開采量的組成 深層承壓水的補給和消耗：1）來自山前的天然地下水側向補給和排出區(qū)外的地下水排泄。在開采區(qū)遠離補給邊界的情況下，側向補給量是十分有限的。2）地區(qū)內部的垂向補給和消耗：承壓含水層上下均有弱透水層或隔水層阻隔，不能直接承受降雨、河渠滲漏和灌溉水補給，在開采過程中只有來自或進入相鄰含水層的越層補給。3）開發(fā)利用中由于承壓水頭的下降，含水層和弱透水層的彈性（或彈塑性）壓密而釋放的水量（對粘性土主要是塑性壓密，即使回灌也難以恢復）。這

9、部分水量是不可補償?shù)模饕莿佑玫暮畬又性械牡叵滤畠Υ媪?，不能作為可持續(xù)利用的地下水資源量。在承壓含水層的彈性給水度為e,單位面積上（m2）由于承壓水位下降Sc (m) ,承壓含水層和弱透水層釋放的水量Wc (m3)為Wc = e Sc (1)承壓含水層的彈性給水度為e = ms + nm= m(s + n)e =1 m1 =(s + n)式中為水的容重，s 為含水層的壓縮系數(shù)， n 為含水層的空隙度，w為水的壓縮系數(shù)，1 為單位厚度的含水層，單位承壓水頭下降所釋放出來的彈性釋水量（1/m）。在深層承壓水開發(fā)利用中，由于單位水頭的下降，自含水層上下的弱透水層釋放的水量計算方法與含水層相同，

10、只是其厚度m、壓縮系數(shù)ßs和空隙度 n不同。如上所述，開采深層地下水得到的水量主要來自由于水位下降而引起的含水層和弱透水土層壓密、水體膨脹引起的彈性釋放、側向補給和越層補給，來自土層壓密和彈性釋放的水量均是動用儲存量。在承壓含水層以上有咸水覆蓋的地區(qū)開采的越層補給的淡水量也是動用儲存量，只有在無咸水覆蓋的地區(qū)部分越層補給的水量來自潛水或淺層地下。這部分水量雖然是可以持續(xù)利用的，但它來自淺層水的越層消耗量，并已計算在潛水（或淺層水）資源量中，屬于淺層水和深層水資源的重復量。在遠離山前的地區(qū)側向補給十分微弱，由于地下水的開采水位下降而引起的側向補給實際上也是動用鄰區(qū)的地下水儲存量。根據(jù)以

11、上情況自深層承壓水開采的水量，除山前地區(qū)有一定的側向補給和在無咸水覆蓋區(qū)有少量越層補給的水量外，幾乎全部是動用儲存量，而開采儲存量是不可持續(xù)的。1.3 地下水可采量（地下水可采資源）如前所述，地下水的儲存量是不可持續(xù)利用的的資源，只有在開發(fā)利用過程中不斷可以恢復、補償?shù)牡叵滤坎攀强梢猿掷m(xù)利用的地下水資源。地下水資源評價的任務主要是估算可持續(xù)開采利用的符合水質要求,且不會引起不可承受的生態(tài)環(huán)境損害的地下水量，即可采資源量。由于地下水補給的一部分將消耗于耕地農作物的騰發(fā)和不可避免的潛水蒸發(fā)、天然生態(tài)耗水、地下水的排泄，而不能全部被開發(fā)利用，地下水的可開采量僅是補給量的一部分。一個地區(qū)的地下水可采

12、量需要通過地下水的采補平衡分析和地下水的模擬才能確定，但為簡便計，生產實踐中一般常將地下水補給量乘以一個小于一的經(jīng)驗可開采系數(shù)求得地下水可開采量。半濕潤地區(qū)一方面有河渠滲漏和田間灌溉水的補給，另一方面又有降水入滲，地下水的可開采系數(shù)較高（有時可達0.70.9）。干旱地區(qū)降水量稀少，地下水的補給大部來自地表水的轉化，且有相當一部分消耗于農田和非耕地天然植被的騰發(fā)，地下水的可開采系數(shù)遠小于半濕潤地區(qū)。由于地下水的可開采系數(shù)是一個經(jīng)驗系數(shù)，一些干旱地區(qū)借用半濕潤的華北地區(qū)的經(jīng)驗數(shù)值，估算的地下水可開采量將顯著偏高。深層地下水在開采時獲得的補給量中除有限的側向補給和越層補給（且與潛水補給有重復計算）外，幾乎全部來自地下水的儲存量，而儲存量是不能作為地下水可采量而持續(xù)開采利用的。在地下水補給量的計算中需要有一系列的補給參數(shù)