地下水科学调控与增效利用

1、2005 年 8 月地下水A ug . , 2005第 27 卷 第 4期G r ound w aterV ol. 27 N O . 4地下水科学调控与增效利用吕红 , 张静 , 刘萍( 山东省水文水资源勘测局, 山东济南 250014) ) 摘 要 地下水参与自然界的水分循环, 同时又独立参与自身的补给、径流、排泄小循环, 具有再生性。只要把握地下水资源的客观规律, 充分利用地下含水空间和多年调节功能, 准确调控地下水资源开发利用的尺度, 地下水将会发挥更大的效益。从地下水循环机理的层面上, 阐明地下水超采区是动态的, 是某一时期的产物, 阐述地下水科学调控的合理水位标限, 提出了增效利用的

2、措施。 关键词 地下水 ; 循环机理 ; 科学调控 ; 增效措施 中图分类号T V 211. 1+ 2 文献标识码A 文章编号1004- 1184( 2005) 04- 0263- 03Scientific Regulation and Effective Utilization of GroundwaterLV Hong, ZHANG Jing , LIU Ping( Hydr olog y and Water Reso urces Survey Bureau of Shandong Province, Jinan, Shandong 250014)Abstract: Groundw ate

3、r not only participates in natural w ater cy cle but also in its ow n small cy cle of r e-plenishment, runoff, and drainage independently. It is a r eproductiv e system . As long as w e gr asp the objec-tive law s o f gr oundwater resources, fully utilize the space of undergro und aquifer and the pl

4、uriennial reg ula-tion function, and co rrectly regulate the scale of ex plo itation and utilization of gro undw ater reso urces, the m ore benefit from g roundw ater will bring into play. This paper, fro m the mechanism o f g roundw ater circula-tion, ex plains that the dynamic o verdraw n ar ea of

5、 gro undw ater is an outco me o f a certain per io d, ex patiates onthe r ational gro undw ater lev el index forscientific regulation,and puts forw ard the effective utilizatio n m ea-sures.:Groundw ater,Water Cycle Mechanism,Scientific Regulation,Effective Utilization M easuresKeywords1 地下水循环机理及特点地

6、下水是地球水圈的一部分, 参与自然界的水份循环, 同时又独立参与自身的补给、径流、排泄的小循环。地下含水系统从外界获得入渗水量, 通过径流把水从补给处输送到排泄处, 然后向外界排出。补给、径流、排泄决定着含水系统的水量在空间和时间上的变化 , 同时这种补给、径流、排泄无限往复进行, 构成地下水的循环。地下水具有再生性( 即可恢复性) , 有补给来源可自然排泄, 使得淡水不断交替, 储水不断更新, 开采利用后, 可以得到补偿。而且地下含水储存、调蓄空间大, 可起到多年调节作用, 且不占耕地, 能保持较稳定的供水量, 并能调蓄多余地表水, 增加有效水资源。2 对地下水超采的认识当某一地区地下水开采

7、量超过地下水补给量时,造成地下水位下降, 当地下水位低于某一临界值时,量变就会产生质变, 引起水文地质与生态环境问题。如在干旱地区, 当地下水位低于植物根系吸收的深度时 , 植物就会枯死, 绿洲就会消失。在沿海地区, 当地下水位低于海平面时, 就会引起海水入侵, 使水质恶化。由于矿化度过高, 使工农业生产受到巨大危害。在隐伏岩溶区和第四系松散沉积区, 由于地下水位大幅下降, 地下水的动力条件、土体与地下水之间的力学关系突然发生变化, 造成地表土体突然沉陷。在粘性土地区由于地下水位下降, 土层失水收缩, 雨季膨胀,导致土体变形产生地裂缝。对于深层承压水, 当地下 收稿日期2005- 07- 13

8、 作者简介吕红( 1962) , 女, 山东济南人, 高级工程师, 主要从事水文水资源研究工作。263第 27 卷第 4 期地下水2005 年 8 月水位低于某一深度时, 水压降低, 引起含水层压缩, 就高水位, 恢复“泉城”风貌。对于平原区第四系超采区,会产生地面沉降, 造成建筑物不均匀下沉并出现裂由于地下水补、径、排比较缓慢, 加之替代水源匮乏,缝、地下管线破坏。地下水位的恢复相对要慢一些。只要合理规划, 措施从上世纪 70 年代以来, 工、农业用水需求不断增得当, 科学调控地下水位, 在未来的 20 年或 30 年地强, 而 80 年代降水处于枯水期, 地表水供水明显减下水超采区将会消失

9、。少, 地下水开采量不断增加。如山东省地表水供水量3 地下水科学调控从 1980 年的 143 亿 m 3 减少到 2000 年的 118 亿 m 3,根据地下水循环机理, 地下水资源具有再生性,减少了 25 亿 m 3。而地下水开采量明显增加, 从 1980每年都可以得到降水和地表水的补给, 枯水年少补,年的 91 亿 m 3 增加到 2000 年的 132 亿 m 3, 增加了 41丰水年多补。而地下水利用越是枯水年开采量越大,亿 m 3。地下水供水量占总供水量的比重也由 1980 年丰水年地下水用水量反而减少。但即使在枯水年地下的 38. 6% 上升到 2000 年的 53. 6% 。由

10、于人们对地下水开采量大于当年地下水补给量, 只要地下水不到极水补径排规律认识不足, 仅局限于“取之不尽、用之不限水位( 不大于多年平均地下水补给量) , 在丰水年即竭”,致使地下水超采问题日趋严重, 造成无节制地开可得到回补。采和利用的局面, 使一些地区出现上述具有危害性的地下水在开发中, 要把握两个极限水位, 一个上后果。限水位, 一个下限水位, 同时还有一个最佳水位。上限一旦出现水文地质灾害, 有些是很难恢复。但这水位指不影响作物生长、不至于发生土壤次生盐渍化并不能代表当在一些地区由于出现地质环境问题之的地下水位。下限水位指不至于发生水文地质灾害、后 , 就不能动用地下水。地下水超采区对整

11、个区域来 生态环境恶化的地下水位, 该水位不是固定的, 而是说仅限于局部, 当然地下水超采区一般分布于城区周 随开采水平及补给情况而变动。最佳水位是指既减少围, 对人们生活环境造成的危害是勿须质疑, 但只能 蒸发损失, 又能使地下水得到最大补给的水位。这三针对其处而行之, 不可泛泛。如山东省平原区第四系 个水位要因地而定, 根据当地水文气象、水文地质条2003 年超采区面积约 150002 , 还有约 48000 2 淡件、包气带岩性、土壤水的运移变化规律等进行细致kmkm水区面积未出现超采, 其中尚有 10000 余 km 2 的地下研究, 针对不同的水文地质单元进行分区分片研究。水浅埋区(

12、 汛前埋深 2. 5 范围) 。超采区面积仅占同时, 还要考虑当地开采是否涉及临区地下水动态的m平原淡水区面积的 24% 。超采区 2000 年浅层地下水可能变化及临区开采是否影响本地地下水动态的可实际开采量 39. 9 亿m 3, 占全省平原区开采量85. 6 亿能变化。m 3 的 47% , 在未超采区尚有 18 亿 m3 的可开采潜力地下水埋深太浅, 可造成土壤盐碱化, 使粮食作( 据山东省地下水资源开发利用规划研究)。物减产, 且一旦接受较大的降雨等补给, 含水层和包地下水超采区是动态的, 是某一时期的产物。地气带容易蓄满形成地面积水, 造成渍涝灾害。地下水下水超采区的范围与降水丰枯、

13、地下水开采量的多和土壤中均含有一定盐份, 由于不适宜的地下水动态少、超采区治理措施等有很大关系。如山东省 1980 年变化过程, 产生灌溉土地次生盐渍化。地下水埋深越水位埋深大于 6m 的区域面积 2526km 2, 由于 80 年代浅, 潜水蒸发量越大, 带到表土的盐份越多, 必须要控期间连年干旱、地下水开采量增加, 至 1989 年特枯年制地下水位来控制土壤积盐。因此, 在有些浅埋地区,份, 埋深大于 6m 的区域面积扩大到 1. 66 万 km 2。而适当开发利用地下水, 会有利于生态环境的改善和地1990 年遇 19802000 年最丰年, 埋深大于 6m 面积下水资源量的增加。如引地

14、表水灌区( 山东的引黄灌就减小至 1. 17 万 km2 。又如以“泉城”而闻名于世的区) 或地下水位很浅的平原洼地, 在汛前适当抽取地济南, 据记载, 历史上泉水常年不衰。随着城市和工业下水, 降到合理地下水位, 供汛期存蓄入渗雨水, 减少的发展, 地下水开采量逐年增加, 导致泉水位下降, 在地表径流, 可减少涝灾威胁, 防治土壤盐渍化, 同时能1982、1988、1989 年 3 个枯水年趵突泉竟然全年断流,袭夺一部分地下水蒸发量成为资源量。其泉域成为一个非常严重的超采区。但自 2001 年济地下水开采长期过量, 打破原有的水量平衡, 造南市政府采取限制开采地下水、回灌补源等措施, 直成地

15、下水位持续下降, 如果动用了地下静储量( 不参至 2003 年济南市区禁止开采地下水, 伴随 2003、2004与水循环的地质历史时期积累形成的地下水资源年 2 个丰水年, 2004 年 10 月泉水位达到 30 年来的最量) , 在不采取任何措施的情况下, 即使在丰水年也难2642005 年 8 月地下水A ug . , 2005第 27 卷 第 4期G r ound w aterV ol. 27 N O . 4以回升。因此, 必须压缩地下水开采量, 增加人工回灌量 , 同时发挥浅层地下水具有不断接受大量降水的补给、更新速度快、调蓄库容大, 可进行多年调节的功能和优势, 把地下水位逐步恢复到

16、不产生严重的环境地质问题的最佳位置。在采补平衡区积极开发利用浅层地下水资源, 可有利于浅层含水层中地下水的循环更新, 改善水质,在枯水期开采利用地下水, 腾出地下库容, 在丰水期得到降水补给, 增加地下水动态水量。对于补给周期长, 循环更新慢的深层承压水, 当地无其它水源时, 在允许总沉降量和年允许沉降量的约束条件下, 可适当开采。4 合理开发利用地下水增效措施4. 1 人工回灌充分利用水资源人工回灌就是在水文地质条件有利人工补给地段, 通过各种入渗措施, 把各种地表水源补充到地下含水层内, 以增加地下水可利用量。进行人工回灌是直接扩大地下水资源最有效的手段, 也是解决水资源不足和有效改善地下

17、水环境的重要途径。通过地下含水层, 将汛期洪水补给部分地下水, 还起到对水资源的时空调节作用。同时也是控制地面沉降、防止海水入侵、地下水污染等有效措施。在发达国家人工回灌入渗补给量占地下水总利用量的 20% 30% 以上。我国还处于起步阶段, 在山东人工回灌入渗补给量仅为2. 6 亿m 3, 约占平原区地下水开采量的 3. 8% 。现在不少国家进一步把人工回灌发展成为有计划贮存和调节水资源、增加稳定地下径流的一项重大措施。2000 年世界水均衡预测报告指出, 需要调节和控制的不稳定洪水流量, 其中 60% 左右将要利用地下库容调节 1 。美国 21 世纪水资源战略研究成果提出: 地表水库是 2

18、0 世纪水资源最主要的调控手段, 而地下水库则是 21 世纪水资源调控的最主要手段。山东省多年平均入海和出境水量( 不包括黄河) 为 83 亿 m3 , 若按 60% 粗算, 假若地下含水系统具备贮存条件, 有 50 亿 m3 的水可用地下水库调蓄利用。由此说明, 进行水资源的地下调蓄和人工补给,是必然趋势, 是我们当前解决水资源短缺刻不容缓的实效措施之一。4. 2 地表、地下水, 上、下游优化调度由于地表水和地下水、大气降水的相互转化, 持续循环, 使得淡水不断交替, 储水不断更新, 开采利用之后, 又可以得到补偿。因此, 有计划地合理开发、利用和保护水资源, 充分利用大气降水, 调整地表水和地下水的开采布局, 进行地表水和地下水的联合最优调度, 解决水资源在时空上分布不均的矛盾, 发掘地下水库的潜力, 加速大气降水与地表水向地下水的转化等, 充分发挥地表水库和地下水库各自的优势, 取长补短, 优势互补, 综合开发利用水资源。对于山丘区, 丰水年在流域上中游可通过回灌工程将大气降水、地表水( 包括洪水、水库弃水) 截入地下 , 通过地下径流输送到下游, 增加机井出水量, 减少大气降水、地表水的流失和蒸发损失, 同时起到滞洪作用。枯水年由于地表水库拦蓄水量减少, 则可适当地超量开采, 腾出地下容蓄空间, 待丰水年予以补偿。实行地下水人工调蓄, 最大限度地利用水资源,