未来对含水层补给的管理

一、概述含水层补给管理（以下简称MAR）为城镇和社区提供了新的廉价的安全供水模式。尽管这些问题已经得到了很好的研究（如Peters，1998；Bouwer，2002；Dillion，2002），但是由于缺乏对水文地质条件和/或对MAR的了解，要在大范围内进行推广仍有一定的局限性。MAR对于干旱和半干旱地区的供水具有极为重要的意义。往往会低估含水层可持续性的水净化能力，因此需要更好地判断含水层的净化能力并进行风险评价。在具有良好排污系统的城市地区，评价雨水和再生水经含水层储存后间接重复利用作为饮用水和灌溉用水的能力有着极为重要的意义。其中，认识水资源的封闭式循环是保护和改善水质的第一步。要发挥MAR在供水过程中的作用，需要注意以下几点：了解在含水层系统和流域中采用的各种技术的优缺点，现有的与水相关的基础设施、储水空间、社会和制度环境以及人员素质。国际水文地质学家协会（IAH）的含水层补给管理委员会与其它协会合作，在促进新知识的传播和应用方面扮演着极为重要的角色，所以MAR才可能发挥其重要作用。二、何为“含水层补给管理”含水层补给管理是指有意识地存储和处理含水层中的水，“人工补给”也用于说明这一问题，但是具有不同的内涵。在公众参与水资源管理越来越普遍的情况下，有必要提出一个新的术语。MAR也被称为强化补给或可持续的地下存储等。三、MAR的类型随着这一领域的发展，也出现了一些相关的术语，本文将对一些主要的技术术语进行详细说明（见图1）。\o"点击图片看全图"Tuinhof和Heederik（2003）给出了一些世界各地的应用实例：1．含水层存储和恢复（简称ASR）：将水注入到一口水井中，并在同一水井中进行存储和恢复。2．含水层迁移和恢复（简称ASTR）：将水注入到一口水井中，在另一口水井中进行存储和恢复，一般还要进行额外的水处理。3．堤岸渗滤：从河流或湖泊附近的水井中抽取地下水，使地表水通过土壤层进行过滤，从而改善水质。4．沙丘过滤：通过建造在沙丘上的水池过滤水，并在较低处的水井中抽取地下水，从而改善水质和实现水资源的供求平衡。5．过滤池：水池通常建造在河流转向处，这样地表水可以入渗到下伏的非承压含水层中。6．渗滤槽：在印度用这一术语说明通过截留和过滤增加非承压含水层的储水量，在下游抽水作为城镇供水或灌溉用水。7．雨水截留：将无截留的雨水导入到水井或充满砂砾的沉箱中过滤，使水进入到潜水含水层，然后可以钻井取水。8．土壤含水层处理（简称SAT）：通过入渗池将再生水间歇过滤，在通过非饱和带的过程中去除水中的营养物质和病菌。9．砂坝：建在干旱地区渗透性较差的干谷中，当水流动以及洪水期时，水携带的物质会沉积下来，逐步抬升，从而形成一个“含水层”，在干旱季节可以从中取水。10．地下坝：在季节性河流的河床中建造沟渠，并充填渗透性低的物质，将水流截留在饱和冲积层中，作为备用水或家庭用水。11．补给释放：在季节性河流上建造大坝，将洪水截留，之后将水缓慢地释放到下游河床，以维持下伏含水层的入渗量，从而极大地增加了补给量。四、MAR对“联合国千年发展目标”供水目标的作用MAR比大坝具有更好的经济效益，因为MAR的经济规模可以降到1000m3/a,而大坝只有达到足够大的规模才会有较好的经济效益（表1）。在干旱地区，大坝通常会造成巨大的水量蒸发损失，还可能会促进一些产生毒素的蓝绿藻的生长。尽管脱盐费用正在逐渐下降，但是脱盐仍是一种能量密集型产业，而且在运行过程中需要高水平的技术支持。表1影响供水技术选择的因素五、MAR在含水层和流域管理中的作用MAR是地下水管理者常用的手段之一，在水位下降、可开采量降低、海水入侵或地面沉降的含水层管理中起着非常重要的作用。然而，对于过度开采的含水层，并不能起到补救作用，而只能提高抽水率，不过可以作为整体防治对策的一部分，以控制开采和恢复地下水平衡。许多年前，在加利福尼亚的橘郡，地下水用户都同意采用“补充评价”来提高未来地下水供给的安全性（Mills，2002）。引入地下水收费制度，有助于限制地下水开采量，而且实施起来相对比较容易，尤其是当用户可以直观地看到交纳费用后由MAR带来的好处时。咸化的含水层（而且某些已经受到污染）对研究未来含水层的供水能力有重要的意义。需要强调的是，对水源进入地下的途径的保护能力以及地表水和地下水的储存能力。在用水的竞争过程中，具有一定存储能力的含水层可能会最终会成为一种稀缺资源。最终将在沿海含水层中实现抽取地下水，在这些含水层中，将淡水注入到水井中，抽取咸水排泄到河口或海洋中。采用风力泵和重力注入形成一个足够大的作为存储区的淡水含水层，需要10年或更长的时间。然而，通过这一方式可以在条件苛刻的地方建立一些小型坝，为饮用水供给提供存储区。出于对干旱和安全供给考虑，对水源进行战略储备变得越来越重要。然而，由于发达国家大量能源消耗所引起的降雨异常，再加之发展中国家环境的脆弱性和贫穷，使得发展中国家只能用最少的资源来解决干旱和饥饿问题。如果发达国家采用能源征税制，那么可以作为支持发展中国家水储备和缓解洪灾的一种手段，为日益严重的旱灾和洪灾给予一定的赔付。同时发达国家与发展中国家共享研究成果，进行项目进行合作也具有重要的意义。在大多数地下水已经超采或咸化的干旱和半干旱地区，强化补给具有存储多余径流量的潜力，例如可以将其存储在基岩裂隙含水层中。江河流域的全局管理需要保证上游的用户不会进一步耗尽自然的水源，而影响下游的用户。因此要慎重实施MAR，避免产生如修建新的地表水大坝那样而带来的问题。以社区为基础进行水质和水量管理，有助于制定出公平和可持续的解决方案。社区需要参与到如何使发展和环境相平衡的决策制定中。MAR不仅可以防止含水层咸化和地面沉降，而且可以增加维持水生生态系统的河流基流量，加强下游的饮用水供给。通过MAR可以弥补城市化造成的环境影响，在水压力较大的地区，如亚利桑那州，开发者们很快就认同了MAR。城市规划要综合考虑MAR的话，现阶段仍然面临着许多无法逾越的障碍。例如，利用暴雨水对含水层进行补给时，需要将水流暂时阻滞存储在沿着河道的场所，但是如果不进行分段设计，那么大范围的暴雨补给是不切实际的。六、水的再利用和水质标准与MARMAR在水截留和重复利用方面起着重要的作用。许多城市都是通过入渗盆地、水坑或水井将雨水注入到含水层中，随后再利用作为饮用水或灌溉用水。在澳大利亚南部的MountGambier市，已经通过排水井向岩溶含水层注水120年，在饮用水中没有检测到水质污染。在墨西哥的部分地区，污水通过蓄水池或灌溉系统进入作为饮用水供给的含水层中。尽管尚未检测到对人体有害的污染物质，但是仍然需要进一步的调查研究。一些污染含水层发生了被动的生物修复，这些实例说明含水层有一定的自净能力。这与在何处补给、在何处进行补给管理有关，显然，在用水紧张的城市，有望通过堤岸过滤、土壤含水层处理、ASR和ASTR技术形成新的费用低廉的可持续供水水源。对含水层处理和存储的关键是科学的导则。多年来，食品行业一直采用名为HACCP（危害分析和关键控制点）的风险管理方法。近年来，在澳大利亚饮用水草案和新的世界卫生组织（简称WHO）水重复利用导则中，已采用了这一管理方法，主要目的是确保水质安全，通过识别潜在的危害从而制定相应的管理措施。这一方法的引入，为提高关于污染物的衰变过程以及污染物在含水层中的运移时间的水文地质认识带来新的契机。确定在含水层中的水停留时间是饮用水处理培训中必须包括的内容，含水层的氧化还原条件、矿物成分、温度和宏观结构会在估计病原体失活的最低限度或不同有机物的迁移速率中起到重要作用。将会研究出一些新的补充处理方法，例如，被动处理过程（包括湿地处理）和ASTR相结合，利用考虑了雨水中潜在的污染物和雨水运移路径的HACCP管理方法，可以保证城市的暴雨水经处理后达到饮用水水质标准。七、MAR和水文地质学家的作用社区成员、城镇规划者、开发商、用户和协调者的广泛参与，有助于提出一些创新性的解决方案，以减少城市地区的水资源问题，实现城市的可持续发展。水文地质学家在提高人们对MAR作用的认识中，起着至关重要的作用，并不是忽略适用条件就采用某一种MAR方法，而是指导人们想出最好的解决办法。在一些实例中，利用MAR进行有效管理的前景不太乐观，因此水文地质学家建议不要采用，原因可能是采用MAR会造成严重的后果，如水涝、基础设施破坏、地下室进水、土壤盐化、斜坡失稳等，或者是风险评价表明再生水的水质不能满足用水要求。另外，水文地质学家非常了解区域地质条件，可以更好地确定调查研究的范围和程度以确定MAR是否适用，另外，水文地质学家在出实施MAR项目之前必须进行调查。IAH委员会的MAR网站HYPERLINK"/recharge"/recharge包括一些关于与其它组织合作完成MAR的目的和方法的信息。另外，可以通过网络搜索MAR的文献数据、即将举办的会议和研讨会的信息、工作人员的E-mail地址、最近发表的重要文章、可下载的适用于专业人士（非水文地质学家）使用的MAR手册。八、结论和建议在了解足够多的背景知识后，将着手为MAR和地下水管理的示范论证和培训选择区域示范区，在某些地区需要与生态卫生系统和基础卫生培训计划结合起来进行。通过国际投资可以保证该地区实施MAR，对于那些半干旱地区，MAR可能会对饮用水供给做出巨大贡献。在发达国家和发展中国家，都需要作进一步调查研究，以查证在更大范围内利用含水层系统进行水质处理的可行性，有助于对暴雨水和再生水的间接利用进行风险评价。在某些情况下，考虑到在创新项目的调研阶段会获得一些新的调查数据，因此也可以对既有规则进行修改，这样可以为将来的规则提供科学依据。含水层处理将会成为包括工程处理在内的处理体系中的主要组成部分。鉴于含水层系统在水重复利用中日益增加的重要性，制定出一个针对水质管理的风险管理方案，例如世界卫生组织对制定与饮用水供给相关的水重复利用标准的提议，将有非常重要的意义。要制定出能够促进流域和含水层的综合用水管理政策，需要考虑使用地表水和使用存储水的价格对比、含水层的储水量以及水质和水价之间的联系。同时，要不断提高城市规划者、用户、协调者、开发商的教育水平和意识，以使