地下水天然資源評價和填圖

本文概述了地下水天然資源的區(qū)域評價和填圖特征，討論了地下水天然資源區(qū)域評價方法（長期監(jiān)測河流水位、水力學(xué)方法、對地下水補給和排泄區(qū)的長期水均衡評價等）的優(yōu)缺點。采用這些方法進行地下水天然資源和地下水徑流區(qū)域評價的基礎(chǔ)是可以對水文和水文地質(zhì)資料進行分析和處理，而且無需補充成本很高的鉆孔和抽水試驗。建議對特定的地下水補給模型進行評價，地下水徑流模數(shù)是1升/秒·平方公里，地下水排泄系數(shù)是根據(jù)降水入滲的補給系數(shù)（是說明地下水對總河水流量的貢獻）來確定的，這是地下水天然資源的定量特征。文章主要是針對中歐和東歐的不同地區(qū)和國家，根據(jù)以上提及的方法和地下水天然資源的定量特征，來編制不同比例尺的地下水排泄圖。這些方法也適用于編制世界水文地理圖和地下水排泄圖。一、概述最近幾十年，各國的水文地質(zhì)學(xué)家對地下水天然資源區(qū)域評價工作進行了深入的研究。這有兩個原因，一是為了滿足人們對水資源需求量的日益增長，這需要確定不同地區(qū)地下水的利用前景，同時，這對區(qū)域規(guī)劃以及地下水資源的保護和利用非常重要。另一個原因是隨著地下水資源的區(qū)域評價方法的不斷發(fā)展和完善，無需耗費太多的人力和財力就可以通過分析和處理水文和水文地質(zhì)資料，就可以客觀經(jīng)濟地評價地下水天然資源。二、方法地下水天然資源是指可以通過大氣降水入滲、河水流入和鄰近含水層滲漏而不斷得到補給的地下水流。在整個水文循環(huán)過程中，地下水天然資源不斷得到更新。在進行區(qū)域評價時，認(rèn)為長期地下水補給的平均值等于蒸發(fā)蒸騰作用的排泄量。因此，定量的地下水排泄特征可以作為研究區(qū)地下水天然資源的指標(biāo)。換言之，天然資源是水交替強烈區(qū)主要含水層的天然產(chǎn)量（地下水排泄）。實際上，地下水天然資源是在不定期開采過程中，可以不斷得到補給的地下水，但是對于海濱地區(qū)開采，主要是河流的排泄?？偠灾?，地下水天然資源可以通過地下水排泄的某些定量特征表現(xiàn)出來。這些特征包括：地下水徑流模數(shù)、地下水徑流系數(shù)以及與接受地下水補給的河流相關(guān)的系數(shù)。地下水徑流模數(shù)定義為：一個集水區(qū)的地下水排泄量，以升/秒·平方公里為單位。地下水流動系數(shù)是地下水流與大氣降水的比率（通常以百分?jǐn)?shù)表示），可以用來說明大氣降水如何補給地下水。河流補給系數(shù)是河流補給地下水的量與河流總徑流量的比率（通常以百分?jǐn)?shù)表示），可以用來說明地表水對總河流徑流的貢獻。給定的一些定量特征（地下水徑流模數(shù)、地下水流動系數(shù)和地下水接受的補給量），不僅可以用來說明地下水天然資源特征，而且可以將這些參數(shù)作為重要的水均衡特征，來比較水均衡中的不同組成，還可以用來評價不同地區(qū)的水資源總量。例如，在莫斯科地區(qū)，每年的平均大氣降水量為600毫米，多年的河流總徑流模數(shù)平均值為6公升/秒·平方公里（相當(dāng)于190毫米/年）。通過河川徑流水文歷線圖基流分離法，計算多年的地下水徑流模數(shù)，約為2升/秒·平方公里，相當(dāng)于63毫米/年。這樣，可以得出莫斯科地區(qū)的地下水流動系數(shù)（地下水補給量63毫米/年與大氣降水600毫米/年的比率）約為10%。由此可知，僅有十分之一的大氣降水補給地下水。地下水與河流總徑流量的比率，即地下水資源（地下水流量）和水資源總量（河流徑流量）的比率平均為30%。區(qū)域評價的目的是確定大范圍（如江河流域，自流水盆地或其中的局部）的地下水天然資源，計算相關(guān)的定量指標(biāo)（地下水排泄的模數(shù)和系數(shù)）和地下水天然資源總量。目前，評價區(qū)域地下水資源廣泛采用的方法如下：1．計算具有長期觀測記錄的河川徑流水文歷線圖的基流分割法；2．計算地下水流出的水動力法（包括數(shù)值模擬方法）；3．估算河川水文觀測站間低水位徑流量或基流量差異法；4．計算地下水補給區(qū)和排泄區(qū)的長期水均衡法。這些評價地下水流動和地下水天然資源的方法見表1，這里只對其中兩種最常用的方法進行說明，即：河川徑流水文歷線圖基流分割法和計算地下水流出的水文動力法。河川徑流水文歷線圖的基流分割法需要根據(jù)補給源的類型進行評價，基于如下假定：在有常年河流系統(tǒng)存在的水交替強烈區(qū)，地下水補給主要是由于河流的排泄。在河流徑流中，取含有地下水組成的樣品進行分析，可以評價地區(qū)的地下水流量。目前，關(guān)于河川徑流水文歷線圖的基流分割法，已有許多經(jīng)過證實的方法和技術(shù)手段。在這種情況下，許多作者都相繼研究僅由于地下水流動而形成的基流水位（排除了主要的湖泊和沼澤補給的河流）。在洪水期和高水位期，河川徑流水文歷線圖的基流分割法的應(yīng)用范圍明顯不同，主要采用的方法有三類：1．不考慮洪水期海濱地區(qū)的影響；例如，在洪水期不考慮地下水排泄量的變化；2．盡可能地減小海濱地區(qū)的影響，使河流對地下水的補給量可以忽略不計；3．由于地下水補給量的增加，使得地下水向河流的排泄量增加。表1地下水天然資源區(qū)域評價的主要方法挪方法手優(yōu)點雨缺點最河川徑流緩水文歷線面圖的基流喇分割法育可獲得長障期地下水油量平均值舍；可評價互地下水量世變化。方需在受擾經(jīng)動情況對暢河水徑流時量進行長次期觀測，法只適用于岸接受地下壤水排泄的聲河流的上導(dǎo)部。露河川水文鄭觀測站間橫低水位徑豐流量或基色流量差異襖法驕可得到長融期的年或太季節(jié)性地輛下水量的脂平均值。藍(lán)兩條剖面酷線之間的申河流流量毯差異，會單超過河流缸流量測量紗值的總偏遞差。志計算地下厲水流出的探水動力法碼（分析方碑法或模型線）濾可計算單葛個含水層由中地下水感排泄量。滿需要完整拾的地下水俯參數(shù)，很遇難取平均擦值，不可門能評價地沈下水量長救期的變化沒情況。徑計算地下球水補給區(qū)炊和排泄區(qū)古的長期水變均衡法鎮(zhèn)可評價不食接受河流暮排泄的深扁層含水層割的排泄量瘦。撞需要通過鉤獨立的方戲法確定主池要水均衡大組成，且保估計的地拘下水量應(yīng)冬當(dāng)超過誤斃差。瑞采用地下榜水水位數(shù)染據(jù)計算入脖滲量免可評價單飯個含水層著的地下水喂排泄量。美很難計算閉一個點（購井）處地棒下水補給萄量，需要抱許多觀測準(zhǔn)井。后河川徑流栽水文歷線暮圖的基流濱分割法，背可以考慮風(fēng)地表水和騎地下水相失互作用的速具體水文肢地質(zhì)條件藍(lán)，也就是陳說，可以凳考慮它們飽之間的水劑力聯(lián)系。船為了獲得連河流接受已地下水補嗽給的可靠第數(shù)據(jù)，有浙必要將集炊水區(qū)地下拳水和地表攻水特征之釘間的相互魯作用結(jié)合崖起來進行診分析。在繞洪水期，茄海濱控制糞過程造成池了河流接更受地下水壤補給量明摟顯變化，點在采用水巾文圖分割捆法時要考眉慮到這一尸點。帥關(guān)于河川造徑流水文趨歷線圖的毯基流分割拴法，俄羅典斯專家發(fā)擁展完善了宇一種復(fù)雜銷的事“筆水文－水標(biāo)文地押質(zhì)偵”崖方法，在趣前蘇聯(lián)和儀中歐及東蘭歐的一些患國家，成被功地進行煤地下水排梨泄的區(qū)域憲評價。這似一方法的綁主要特征吹是，考慮典河流盆地稀地下水和渠地表水的發(fā)相互作用增特征及程土度，這可飾以通過深抵入研究現(xiàn)挖有的地質(zhì)想資料及水辮文地質(zhì)資斬料獲得。踏對于一些接較難的情狡況，需要間進行野外茄踏勘或特染別調(diào)查。斥在河流盆某地的不同榨地段，需狠要根據(jù)文禿獻或野外別資料制定噴不同的實熄施方案。迫在這些方完案中，要然給出排泄叛含水層和啞含水層巖敢性，以及休不同季節(jié)鬧的地下水介和河水的渴水位。河是流和含水邪層之間的跳不同水力躍聯(lián)系特征謹(jǐn)，取決于醫(yī)地下水水簡位和河水毅水位的聯(lián)階系，可以舅據(jù)此確定升水文圖分四割法的不蹤同方案。遙評價地下被水接受河先流排泄的挑最簡單方膽法，是評描價兩個觀繁測站間的憑低水位徑煤流量的長追期變化。螺評價地下稻水排泄的促水力學(xué)方丈法的基礎(chǔ)柿是研究主鴿要含水層險的水文地翅質(zhì)參數(shù)。斧此時，需蝦要編制每幅一個含水池層的水位頃和滲透系掘數(shù)圖。根班據(jù)達西定涉律確定地墳下水總排返泄量，這掛一傳統(tǒng)方泳法非常簡邊單，獲得杯的每一含堤水層的地店下水流量席數(shù)據(jù)都非饅?？煽?。廢需要特別惜注意的是鎖，根據(jù)水露力圖確定卸的水文地怒質(zhì)參數(shù)的紗初始值必鉗須準(zhǔn)確可脹靠。根據(jù)熔一些主要下參數(shù)，通石過流程計則算排泄量仍。水力學(xué)私參數(shù)初始鼓值并不是鏡取平均值謙，而是要肺詳細(xì)地給倘出，并據(jù)翻此計算流管程。同在復(fù)雜的滲水文地質(zhì)競條件下，哥有足夠的販數(shù)據(jù)可以露說明地下士水的入滲塑條件，在謝評價地下按水流量時達，可以采敏用不同的摸方法。評梢價含水層際和自流水咽盆地相互同作用是計剃算該類問圖題時最恰汽當(dāng)?shù)姆椒ù_。在已知租區(qū)域內(nèi)的孔水頭和傳拋導(dǎo)系數(shù)條情件下，根思據(jù)這一方煤法可以將險每一點地怎下水流的釣水平和垂跪直組成結(jié)鉗合起來。賽通過河流歌徑流總量嘴模型確定舉集水區(qū)的趟地下水流結(jié)具有特別惑重要的意都義。有許絲多方法可短以計算水小分運移、良地下水入余滲和河川令水流。評些價區(qū)域地唇下水流的搖主要方法騾及其優(yōu)缺閱點見表濟1慧。例如，奸一種廣泛聽采用的方扣法，主要沒是確定有栗效濕度，吃在根據(jù)水則文圖分割損法確定地寺下水流量懸時，具有編非常明顯粒的優(yōu)點（炊可以獲得稅多年的地纖下水流量弟變化資料優(yōu)），也具孟有一定的輩局限性。正假定地表紛水和地下賤水的集水毛區(qū)重合（癢在巖溶活頃動強烈和銳巖石破碎數(shù)地區(qū)，完腦全不可能是），最重陵要的是利孫用未受干攻擾河流區(qū)倚的資料，久以及利用寄長期觀測托的資料。伸提及的每爽一種方法侍都有各自齒的優(yōu)缺點填，這也是籌需要根據(jù)唉研究區(qū)具隔體的地質(zhì)蓋條件和水資文條件、軋研究目標(biāo)臂和范圍確懶定適當(dāng)方書法的原因炸。因此，至最可靠的蒙方法是采先用將各種瞎方法相結(jié)飄合來評價供區(qū)域地下舍水水量。犬需要指出零的是，需鑒要解決許犬多有關(guān)地犬下水天然柄資源區(qū)域耍評價方法縱的問題?？盅芯空呖扇我圆捎煤舆叴◤搅魉何臍v線圖陡的基流分殊割法得出聞所有排泄駕區(qū)的地下省水排泄量志，但是如擊何評價這庫一地區(qū)每醫(yī)一含水層耍補給量，治卻沒有確利切的方法戒。在河流焰受到劇烈鄉(xiāng)干擾的流變域，應(yīng)用楊這一方法分面臨的一歐些問題尚睡未得到解菊決。當(dāng)采際用水力法蕩計算地下況水流速時悔，并不能構(gòu)很好確定體水文地質(zhì)苗參數(shù)。三、結(jié)論膠有關(guān)地下鴿水天然資犧源和地下購水流量的紐區(qū)域評價親和填圖的憂研究，開俱始于上世污紀(jì)護60麥年代前蘇吵聯(lián)的兆B.I.召Kud站elin任博士蹦，他在字1964慮年完成了遺1育/霜500與萬寫的命“敏蘇聯(lián)地下石水流量貢圖金”肆，并于叼1966凍年出版麗了毒“客蘇聯(lián)地下念水流產(chǎn)量黑”耕專著，實貌際上是對蠅流量圖的覽詳細(xì)說明燈。之后，蛋在上世紀(jì)最70慘年代，水墓文地質(zhì)學(xué)禍家和水文勞專家又完碰成了貝1返/碗250狡萬比例尺冰的多“訊蘇聯(lián)地下輩水流量眾圖跪”革。同時，批也實現(xiàn)了仗中歐和東佳歐地區(qū)地辯下水流量工的評價和三填圖。口1983美年，根據(jù)家聯(lián)合國教果科文組織冷（以下簡段稱已UNES爐CO除）國際水穩(wěn)文計劃，騎編制了襪1/50楚萬世的繁“含中歐和東艱歐的地下清水流量馬圖稅”侄。據(jù)此可茂以獲得大圾區(qū)域的地節(jié)下水流量奸，根據(jù)物寄理地球化掘?qū)W特征和和地質(zhì)－水師文地質(zhì)條捷件，可以門確定地下貼水流動層羊的主要特充征，以及夏地下水流島量的比值著和系數(shù)。損考慮到感1987頑～劃1992尖年間學(xué)者嚼們在地下坡水資源區(qū)養(yǎng)域評價和沉填圖領(lǐng)域張的交流與舉合作，根橫據(jù)宋UNES著CO峽國際水文否計劃，對字全世界的丟地下水流譯量的區(qū)域福評價和填厘圖工作進耐行研究。巖許多國家嬸（前蘇聯(lián)擾、美國、繼法國、澳飾大利亞、屋印度、巴永西、阿根時廷和泰國籍等）的科邊學(xué)家參與奮了這項工才作，在他販們不懈的抱努力下，曬完成了瀉1謠/盼1000論萬尚比例尺的族世界水文權(quán)地理圖和失地下水流盒量圖，之度后于坦1999音年在美國沙匯編出版豎。多年來她，也有許激多國家的唇科學(xué)家對院俄羅斯、演波羅的海字的自流水后盆地、西退伯利亞、瞧高加索和臨前蘇聯(lián)的瘡一些地區(qū)蛾地下水流廳量和地下細(xì)水資源的頌區(qū)域評價娛和填圖進短行了研究乞。食另外，在災(zāi)1991魂年正式出惰版了由俄煌羅斯和美廳國專家共巡同完成的磁1荒/禽200什萬餓的衛(wèi)“洽加利福尼擾亞地下水封流量荒圖綢”急。其中重雙要的一點稼是，在這櫻些圖件中線，通過主悅要含水層境的區(qū)域定腹量特征（便河流接受諷地下水補右給的地下洋水徑流模夜數(shù)和地下殼水流動系格數(shù)）描繪醉了天然條檢件下地下都的可再生京能力和產(chǎn)圈出量。這能些圖件中慨還包括一鳴些地下水拋的定量信黃息，這不各同于其它汽一些水文腥地質(zhì)圖。猶在地下水趁流量圖中撥，除了給獄出自然條愉件，也給算出了造成薯地下水資沖源變化的蒼一些其它觀因素（主碗要是水文圍地質(zhì)因素晝）。高在實際工身作（水文占－水文地露質(zhì)和水資嶼源管理）村中，地下替水流量圖省得到了廣接泛的使用拾。它不僅列定量解決鋒了水資源平利用和保鐮護中面臨覽的復(fù)雜問霞題，確定年了特定區(qū)史域內(nèi)作為捉飲用水源問的地下水橡資源，而歉且還預(yù)測傷了接受地巖下水補給瞎的地表徑伸流的變化誓；另外，攔通過確定靈地下水的估安全產(chǎn)出率量，評價淹了地下水爹的補給量膨，同時還金將地下水腸流量作為匠地區(qū)水均持衡的主要際組成部分潔，對地下情水進行了夏定量評價飯。旦四、需要怖進一步完流善的工作恥1藏．發(fā)展和雪完善進行嫌地下水