地下水動(dòng)態(tài)承載力與區(qū)域旱情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)探討

□鄭　萌（河北省張家口水文水資源勘測(cè)局）

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地下水動(dòng)態(tài)承載力與區(qū)域旱情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)探討

□鄭萌（河北省張家口水文水資源勘測(cè)局）

摘要：我國(guó)雖然地大物博，資源豐富，但是水資源一直存在干旱缺水、洪澇災(zāi)害和水環(huán)境惡化等問題。隨著近些年來(lái)人口數(shù)量的不斷增加和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，水資源供需緊張矛盾更是日益凸顯。正確、合理地評(píng)價(jià)水資源的開發(fā)和保護(hù)有利于水資源的可持續(xù)性發(fā)展，文章希望通過對(duì)地下水資源承載能力的正確評(píng)價(jià)，來(lái)做到對(duì)某些地區(qū)旱情的即時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，維護(hù)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)，同時(shí)，也為我國(guó)地下水資源的健康長(zhǎng)久發(fā)展提供可行性良策。

關(guān)鍵詞：地下水；動(dòng)態(tài)承載力；區(qū)域旱情；監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)；評(píng)價(jià)指標(biāo)

0前言

旱情監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)工作對(duì)地區(qū)水資源發(fā)展具有推動(dòng)作用，它們不但可以客觀分析當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的實(shí)際旱情，也可以對(duì)未來(lái)的旱情發(fā)展趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)，根據(jù)不同的干旱級(jí)別作出應(yīng)對(duì)策略，保證地區(qū)生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。為了預(yù)測(cè)旱情，許多地區(qū)都會(huì)借助雨水、地下水埋深和土壤墑情等方法來(lái)獲取有效數(shù)據(jù)。文章將提出一種預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)區(qū)域旱情的新方法。

1地下水承載力

地下水資源極其寶貴，關(guān)于它的承載力解釋主要基于目前地區(qū)內(nèi)民眾的社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)水準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)水平條件下，地下水資源對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及人民生活的最大用水提供能力。

從廣義上來(lái)講，地下水的承載力應(yīng)該包括3個(gè)方面。首先，地下水的承載力應(yīng)該涵蓋社會(huì)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)這四大要素。其次，地下水的承載力應(yīng)該是具有閾值的，它閾值的高低取決于當(dāng)下地區(qū)性的經(jīng)濟(jì)水平和水資源技術(shù)管理能力，而且這兩個(gè)對(duì)立的因素呈現(xiàn)明顯的正比例關(guān)系。同時(shí)，也應(yīng)該考慮生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面對(duì)地下水資源的承載力制約，這兩者的關(guān)系是反比關(guān)系。最后，可以認(rèn)為地下水資源承載力是一種典型的動(dòng)態(tài)量，因?yàn)榈叵滤Y源的開發(fā)量會(huì)根據(jù)水利工程質(zhì)量和技術(shù)工藝的提升，而提升開發(fā)量，如此一來(lái)，地下水承載力也會(huì)水漲船高。不過要注意的是，這種增長(zhǎng)也是存在閾值的。如果人為地長(zhǎng)期挖潛，過度開發(fā)，就會(huì)造成地下水資源的環(huán)境惡化，造成水流失和污水現(xiàn)象，降低地下水資源的承載能力。

2地下水承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系解讀

2.1地下水承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建設(shè)

地下水承載力的一個(gè)關(guān)鍵研究點(diǎn)就是對(duì)水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立。該評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取存在許多方法，比如可以從地下水資源可供需水量、可承載人口、地區(qū)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平及規(guī)模等多方面來(lái)考量水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立。所以相對(duì)而言，對(duì)某一地區(qū)來(lái)說(shuō)，影響區(qū)域地下水承載力的因素也存在許多，比如供需水方面的因素、影響水資源開發(fā)的直接間接因素等等。文章希望根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中所希望遵循的完全性原則、獨(dú)立性原則和客觀性原則等來(lái)進(jìn)行體系建設(shè)。當(dāng)然，也要同時(shí)考慮到地下水資源本身的差異性和開發(fā)利用方式，所以地下水承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)該是具有相對(duì)性的。

2.2地下水承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的關(guān)鍵指標(biāo)

有關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的關(guān)鍵指標(biāo)一共有8項(xiàng)，它們分別代表了與地下水承載力相關(guān)的各個(gè)參數(shù)，它們有利于對(duì)區(qū)域旱情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作的輔助實(shí)施，文章將它們?cè)O(shè)置為U1～U8。

U1為地下水的耕地灌溉率，它的計(jì)算方式為U1=地下水資源灌溉面積/耕地面積，單位為%。

U2為地下水的利用率，它的計(jì)算方式為U2=當(dāng)年地下水供水量/可利用地下水資源，單位為%。

U3為地下水資源的開發(fā)利用程度，它的計(jì)算方式為U3=當(dāng)年地下水供水量/地下水資源總量，單位為%。

U4為供水模數(shù)，它的計(jì)算方式為U4=地下水資源的年供給量/土地面積，單位為104m3/km2。

U5為需水模數(shù)，它的計(jì)算方式為U5=當(dāng)年需水量/實(shí)際土地面積，單位為104m3/km2。

U6為地下水資源的重復(fù)利用率，它的計(jì)算方式為U6=地下水資源重復(fù)使用量/地下水資源總量，單位為%。

U7為人均供水量，它的計(jì)算方式為U7=地下水年供給量/總?cè)丝冢瑔挝粸閙3/人。

U8為生態(tài)環(huán)境用水率，它的計(jì)算方式為U8=生態(tài)環(huán)境用水量/總水量，單位為%。

上述從U1～U8這8項(xiàng)指標(biāo)對(duì)地下水承載力影響很大，而且按照影響程度可以將這8項(xiàng)指標(biāo)劃分為3個(gè)等級(jí)，這里分別用V1～V3表示。從V1到V3表示地區(qū)內(nèi)的地下水承載力從大到小，一旦承載力到達(dá)V3，就表示該地區(qū)的地下水承載力已經(jīng)接近飽和，而V2是最好的階段，它不但已經(jīng)擁有了一定的水資源開發(fā)規(guī)模，而且還存在繼續(xù)開發(fā)的利用潛力。本文對(duì)這三個(gè)級(jí)別進(jìn)行了定量分析，希望它們能夠準(zhǔn)確反映在各自級(jí)別條件下對(duì)地下水資源的影響度。將范圍設(shè)定在0～1分內(nèi)，對(duì)應(yīng)V1/V2/V3這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)分分別為a1/a2/a3。通常講，a1/a2/a33個(gè)評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)范圍應(yīng)該分別為0.90～0.95、0.50～0.60、0.05～0.10。當(dāng)a的數(shù)值越高時(shí)，就表明地區(qū)范圍內(nèi)地下水資源的開發(fā)潛力越大。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)及其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如表1。

表1　地下水承載力各項(xiàng)關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)值列表

3結(jié)合承載力的旱情理論分析

通常講，水資源直接決定旱情程度，所以應(yīng)該明確區(qū)域旱情是存在與地下水承載力之間的必然聯(lián)系的。

3.1不同年份的地下水承載力與旱情之間的關(guān)系

如果是地表水儲(chǔ)量豐富、降水及河道側(cè)滲補(bǔ)給充分的豐水年，地下水位就會(huì)呈現(xiàn)大幅上升趨勢(shì)。此時(shí)土壤水含量會(huì)更高，而農(nóng)業(yè)區(qū)域的人工灌溉用水量也會(huì)降低，此時(shí)進(jìn)行地下水開發(fā)是最佳時(shí)機(jī)。從技術(shù)方面看，此時(shí)的地下水承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)會(huì)無(wú)限接近于取值，而且根據(jù)區(qū)域降水量的提升，它的綜合評(píng)分制也會(huì)達(dá)到0.90甚至以上的高度。而在降水量相對(duì)偏少的枯水年，不但需要大量的人工灌溉來(lái)補(bǔ)償土壤干旱缺水狀況，地表水也會(huì)因?yàn)榻邓∩俣蕾囉诘叵滤某椴?，此時(shí)地下水位就會(huì)明顯降低，相對(duì)的地下水承載力也會(huì)銳減。由于我國(guó)某些地區(qū)常年持續(xù)干旱，所以這些地區(qū)都是較為嚴(yán)重的地下水超采區(qū)，這不但不利于地下水資源的良性發(fā)展，也會(huì)造成地面的龜裂、沉降甚至塌陷等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。從技術(shù)方面看，此時(shí)的地下水承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)會(huì)無(wú)限接近于希望取值，一般在0.05這樣的極限值，此時(shí)說(shuō)明地下水的承載力已經(jīng)很小，達(dá)到飽和狀態(tài)。如果在平水年，評(píng)價(jià)指標(biāo)取值范圍趨于常規(guī)化，地下水的承載力評(píng)分值基本會(huì)保持在0.50～0.65區(qū)域內(nèi)，這種情況是地區(qū)地下水承載力的最佳狀態(tài)。

3.2基于旱情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的地下水動(dòng)態(tài)承載力

要明確地下水承載力所表現(xiàn)的過程是動(dòng)態(tài)的，如上文所述，不同的時(shí)段對(duì)應(yīng)不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其承載力也是不同的，這些評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)也是地方預(yù)測(cè)旱情的主要依據(jù)。如果能按照不同層次的評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)制定抗旱標(biāo)準(zhǔn)，確立控制指標(biāo)體系，就能做到對(duì)旱情應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域性旱情的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)目標(biāo)。在旱情的監(jiān)測(cè)、控制和預(yù)報(bào)工作中，應(yīng)該將地下水的承載力作為關(guān)鍵因素來(lái)看，堅(jiān)決執(zhí)行“地表——地下”順序的用水原則，如果出現(xiàn)了區(qū)域性地下水超量利用情況，應(yīng)該在汛期對(duì)超采區(qū)及時(shí)實(shí)施回灌補(bǔ)給措施，保證為未來(lái)的抗旱儲(chǔ)備提供可供利用的豐富水源。

4地下水動(dòng)態(tài)承載力案例計(jì)算分析

文章以某地區(qū)的平水年作為基本評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)其所在區(qū)域的地下水動(dòng)態(tài)承載力進(jìn)行計(jì)算分析，首先為其建立評(píng)價(jià)因素集：

U=|U1，U2，……，U8|=（0.50，0.90，0.75，0.10，0.15，0.45，0.03）

此時(shí)采用定量結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)模型的AHP層次分析法，判斷U1～U8各個(gè)指標(biāo)對(duì)地下水承載力的具體影響。再借鑒國(guó)家的水資源評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算8項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重值應(yīng)該為：

所以該評(píng)價(jià)因素集的評(píng)價(jià)矩陣應(yīng)該為：

此時(shí)可以計(jì)算a1～a2的評(píng)價(jià)集B=A×R，所以就有：

如果3個(gè)等級(jí)中V1=0.90，V2=0.50，V3=0.05，那么相對(duì)權(quán)重值的綜合評(píng)分值就應(yīng)該為：a=（V1，V2，V3）×（b1，b2，b3）T=（0.90，0.50，0.05）×（0.45，0.15，0.50）T=0.645。

還可以應(yīng)用同一種方法對(duì)枯水年和豐水年的地下水動(dòng)態(tài)承載力進(jìn)行評(píng)分值的計(jì)算。所以根據(jù)上述計(jì)算的綜合評(píng)價(jià)值結(jié)果可以了解到，某地區(qū)的地下水承載力綜合評(píng)價(jià)成果在V1和V3的隸屬度都達(dá)到了0.50左右，而V2的隸屬度則要低于0.50，綜合評(píng)分制在0.65也表明了某地區(qū)的地下水資源已經(jīng)開發(fā)到一定程度，而且仍有巨大的開發(fā)利用空間。

5結(jié)語(yǔ)

文章利用地下水承載力的分析評(píng)價(jià)和計(jì)算，證明了它是一種計(jì)算精度高且客觀的評(píng)價(jià)方法，它能夠?yàn)閰^(qū)域性地下水資源的開發(fā)利用做短期甚至長(zhǎng)期的整體規(guī)劃，以量化理論的方法來(lái)解決干旱缺水給地區(qū)性經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的問題，所以對(duì)于水資源嚴(yán)重緊缺的我國(guó)來(lái)說(shuō)，采取正確的方法合理開發(fā)地下水資源，是具有必要和深遠(yuǎn)意義的。

（責(zé)任編輯：左英勇）

中圖分類號(hào)：P641.72

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8853（2016）05-0041-02

收稿日期：2016-03-28