淺談地下水代謝與水資源保護(hù)

楊萬(wàn)良

(四川省資陽(yáng)市雁江區(qū)水務(wù)局，四川 資陽(yáng) 641300)

淺談地下水代謝與水資源保護(hù)

楊萬(wàn)良

(四川省資陽(yáng)市雁江區(qū)水務(wù)局，四川 資陽(yáng) 641300)

文章對(duì)我國(guó)地下水資源現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從地下水代謝的概念、地下水代謝方程式兩方面對(duì)地下水代謝進(jìn)行論述，提出確保充足的補(bǔ)給水量、增加地下水存儲(chǔ)水的容量、對(duì)無(wú)功失水量進(jìn)行控制等保護(hù)地下水資源的方法，以期能夠提高地下水資源的利用效率，緩解我國(guó)水資源緊缺的現(xiàn)狀。

地下水；代謝；水資源保護(hù)

地下水的代謝，能夠解決一部分水資源問題，并且，在水資源的保護(hù)和功能恢復(fù)過(guò)程中，地下水代謝發(fā)揮著重要的作用。因此，在對(duì)水資源進(jìn)行保護(hù)和循環(huán)利用時(shí)，要將地下水代謝充分的利用起來(lái)，從而改善水資源污染狀況，促進(jìn)我國(guó)資源的可持續(xù)利用。

1 我國(guó)地下水資源現(xiàn)狀

我國(guó)的地下水淡水天然資源在國(guó)內(nèi)水資源總量中所占的比例達(dá)到1/3，在全國(guó)的地下淡水天然資源中，南方地區(qū)所占的比例為69%，地下淡水可開采資源量為2045億m3。北方地區(qū)的地下淡水天然資源在全國(guó)占31%，可開采量只能達(dá)到南方地區(qū)的77%。從面積上看，西北地區(qū)所占比例為35%，但開采總量在全國(guó)只占13%。隨著城市用水量的增加，許多城市的地下水資源開發(fā)已經(jīng)接近或者達(dá)到極限，而部分城市的地下水資源開采已經(jīng)處于超采現(xiàn)象。當(dāng)?shù)叵滤Y源的開采量超過(guò)補(bǔ)給量時(shí)，水資源的質(zhì)量和數(shù)量就會(huì)失去平衡，從而引發(fā)一系列的環(huán)境工程地質(zhì)問題。并且，在對(duì)地下水資源進(jìn)行開采，會(huì)有更多的生活和工業(yè)污水排放出來(lái)，導(dǎo)致地表水遭到污染。過(guò)度的開采地下水資源，會(huì)降低地下水的水位，減少單井的出水量，從而增加用水成本[1]。隨著水資源的逐漸減少直到枯竭狀態(tài)，還會(huì)出現(xiàn)地面沉降、塌陷和地裂縫等問題。

根據(jù)調(diào)查，我國(guó)每年因?yàn)樗Y源污染而造成的經(jīng)濟(jì)損失約為377億元，其中超過(guò)50%都屬于地下水污染。全國(guó)有2/3以上的城市地下水質(zhì)量都在直線下降，局部地段的水質(zhì)非常惡劣。目前已有300多個(gè)城市的地下水污染嚴(yán)重，導(dǎo)致這些城市的供水緊張。隨著地下水污染程度的加重，其檢出的成分逐漸呈現(xiàn)出多樣化、復(fù)雜化。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，海水入侵面積已經(jīng)得到1500km2，入侵距離為4-8km，最大能達(dá)到10km，海水入侵后淡水的水質(zhì)會(huì)變咸，使咸淡水的天然平衡狀態(tài)遭到破壞，還會(huì)引起土地的次生鹽堿化。

2 地下水代謝

2.1 地下水代謝概述

許多地區(qū)在對(duì)水資源進(jìn)行保護(hù)時(shí)，重點(diǎn)是對(duì)水資源的時(shí)空分布進(jìn)行調(diào)整，使水資源的減少量得到控制，從而將水資源控制在不會(huì)造成水資源問題或者環(huán)境問題的范圍內(nèi)。在對(duì)水資源實(shí)施保護(hù)的過(guò)程中，地下水代謝是可以進(jìn)行重復(fù)利用的。地下水能夠?qū)ψ匀唤缰械乃Y源進(jìn)行調(diào)節(jié)，而此調(diào)節(jié)作用是通過(guò)代謝實(shí)現(xiàn)的。比如，在非雨季，地下水是地表水的主要來(lái)源，當(dāng)某處的地表水量減少，導(dǎo)致該處出現(xiàn)空缺時(shí)，主要是通過(guò)地下水進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。因此，地表水的恢?fù)能力，是由地下水的代謝條件決定的。通常情況下，地下水代謝可進(jìn)行人為控制，而地下水代謝則能對(duì)水資源的恢復(fù)能力和調(diào)節(jié)能力產(chǎn)生影響。因此，在對(duì)水資源進(jìn)行保護(hù)時(shí)，可利用地下水代謝進(jìn)行[2]。

2.2 地下水代謝的概念

大多數(shù)的地下水存在于巖石空間中，是地球水循環(huán)過(guò)程中形成的，巖石空間持續(xù)的從外界獲取水，水會(huì)在巖石的孔隙中不斷的運(yùn)動(dòng)，再將水排向外界，通過(guò)整個(gè)過(guò)程的循環(huán)，使水能夠一直保持在巖石中。地下水的供給、逕流和排泄是地下水運(yùn)動(dòng)的3個(gè)過(guò)程，將這3個(gè)過(guò)程結(jié)合起來(lái)就稱為地下水的代謝。水的質(zhì)和量決定著地下水的代謝狀態(tài)，且地下水代謝還會(huì)影響水運(yùn)動(dòng)和水儲(chǔ)存，使水質(zhì)發(fā)生改變，能量發(fā)生轉(zhuǎn)換等。在水資源的利用和保護(hù)中，地下水代謝發(fā)揮著重要的意義。

2.3 地下水代謝條件方程

以系統(tǒng)中水量的增減狀態(tài)為依據(jù)，對(duì)地下水代謝進(jìn)行分類，可將其分為3種類型，①正代謝，②負(fù)代謝，③平衡代謝。能夠增加系統(tǒng)中水量的代謝稱為正代謝，會(huì)減少系統(tǒng)中水量的代謝稱為負(fù)代謝，能夠維持系統(tǒng)中水量平衡的代謝稱為平衡代謝。在對(duì)地下水資源進(jìn)行保護(hù)時(shí)，主要研究的是負(fù)代謝。如果系統(tǒng)長(zhǎng)期處于負(fù)代謝狀態(tài)，就使系統(tǒng)中的水量越來(lái)越少，導(dǎo)致水質(zhì)惡化。要保持地下水資源，就是要在使用地下水的時(shí)候?qū)⑾到y(tǒng)中的水量進(jìn)行控制，使其不低于最小控制存儲(chǔ)量的狀態(tài)，用公式表示為Ec+△Ec≥Ecmin，其中，Ec表示地下水系統(tǒng)中現(xiàn)有的水量；△Ec表示系統(tǒng)內(nèi)水量的變化值，增加時(shí)為正、減少時(shí)為負(fù)；Ecmin表示系統(tǒng)中的最小控制儲(chǔ)水量[3]。Ecmin即滿足水資源與環(huán)境保護(hù)要求的下限存儲(chǔ)水量，一般是通過(guò)水位核定。用Eb表示補(bǔ)給水量，Ex表示消耗水量，Eh表示取用水回收量，則△Ec=Eb+Eh-Ex。如果不計(jì)算水狀態(tài)改變時(shí)減少的水量，用Ez1表示蒸發(fā)量，E1表示流出水量，Eq表示取出水量，則Ex=Ez1+E1+Eq。同時(shí)，用Ez2表示蒸發(fā)消耗量，Ej表示浸潤(rùn)消耗量則Eq=Ez2+Ej+Eh，綜合以上各式可以得到，Ec+Eb-(Ez+Ej+E1)≥Ecmin，當(dāng)Ec=Ecmin時(shí)，即地下水系統(tǒng)中的儲(chǔ)水量減少到最小控制存儲(chǔ)水量時(shí)，Eb≥Ez+Ej+E1。

由上式可知，在對(duì)地下水資源進(jìn)行保護(hù)時(shí)，當(dāng)?shù)叵滤到y(tǒng)中的儲(chǔ)水量減少到最小儲(chǔ)水量之后，必須確保Eb≥Ez，否則水資源就會(huì)朝著被破壞的方向發(fā)展。我國(guó)的水資源緊缺，但浪費(fèi)現(xiàn)象卻十分嚴(yán)重，對(duì)蒸發(fā)量進(jìn)行控制，能夠有效的緩解這一現(xiàn)象。假設(shè)一個(gè)地下水系統(tǒng)中的Eb、Ej和E1增量是有限的，在上式中起關(guān)鍵作用的就是Ez，也就是蒸發(fā)量是最關(guān)鍵的。但是，在對(duì)水資源的實(shí)際利用和保護(hù)中，蒸發(fā)量卻常被忽略。比如，根據(jù)某實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果，半干旱地區(qū)在休閑期的土壤蒸發(fā)量非常大，與同期的降水量相比，其比例能夠達(dá)到60%-80%，而半干旱偏旱地區(qū)和半濕潤(rùn)地區(qū)則分別能夠達(dá)到72%-98%。由此可見，蒸發(fā)是水資源浪費(fèi)的重要原因，要減少水資源的浪費(fèi)量，就需要對(duì)水的蒸發(fā)量進(jìn)行控制[4]。

3 地下水資源的保護(hù)

3.1 確保充足的補(bǔ)給水量

水資源主要有3大功能，①恢復(fù)功能，②調(diào)節(jié)功能，③重復(fù)利用功能。水資源的3大功能是通過(guò)代謝水量來(lái)體現(xiàn)的。代謝水量越大，水資源的功能越強(qiáng)；代謝水量越小，水資源的功能越弱。代謝量的大小主要受補(bǔ)給量大小的影響，為確保地下水的代謝量，就需要保證充足的補(bǔ)給水量。要解決我國(guó)水資源緊缺的問題，就需要確保在地下水和地表水都不足的情況下，能夠維持正常的補(bǔ)給水量。比如，在降雨量比較大的時(shí)候，在地面將大氣降水集蓄起來(lái)，用于補(bǔ)充地下水。因此，當(dāng)天氣比較干旱時(shí)，地表水可通過(guò)地下水補(bǔ)給[5]。

3.2 增加地下水存儲(chǔ)水的容量

水的各項(xiàng)功能大小，以及各項(xiàng)功能的持續(xù)性，都會(huì)受到存儲(chǔ)水容量的影響。因此，在對(duì)水資源進(jìn)行保護(hù)時(shí)，要適當(dāng)?shù)脑黾拥叵滤鎯?chǔ)水的容量。在選擇水源地時(shí)，要確保其擁有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力和恢復(fù)能力。當(dāng)?shù)叵滤难a(bǔ)給和排泄保持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，水的儲(chǔ)存量是常量；當(dāng)補(bǔ)給量減少時(shí)，會(huì)消耗存儲(chǔ)量；當(dāng)補(bǔ)給量增加時(shí)，水的儲(chǔ)存量也會(huì)隨之而增加。增加地下水儲(chǔ)存量，可增強(qiáng)水資源的各項(xiàng)功能，對(duì)于維持和改善生態(tài)平衡具有重要的意義。因此，在對(duì)地下水資源進(jìn)行保護(hù)時(shí)，要注意控制好地下水存儲(chǔ)容量，以保證足夠的地下水補(bǔ)給量。

3.3 對(duì)無(wú)功失水量進(jìn)行控制

無(wú)功失水的方式主要有2種：①蒸發(fā)，②流失，每個(gè)地區(qū)的無(wú)功失水量都比較大，尤其是針對(duì)蒸發(fā)問題，一直沒有找到有效的解決方法，只能任由水資源浪費(fèi)。如果能對(duì)蒸發(fā)掉的水資源進(jìn)行控制，則能減少水資源的流失量，且其效果會(huì)比一般的水利工程好。對(duì)蒸發(fā)量的控制可以有多種方法，比如，采用封閉式的水利用系統(tǒng)；對(duì)地下水位進(jìn)行控制；改變傳統(tǒng)的灌溉方式，實(shí)施綠色工程等。其中，綠色工程在控制蒸發(fā)量的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。雖然綠色植物會(huì)因?yàn)檎趄v作用而增加水分的流失量，但補(bǔ)給或保留的水量卻比蒸騰作用流失的水分多，能夠有效的涵養(yǎng)地下水資源，還能保持水土的完整性，對(duì)于降低環(huán)境污染，保持生態(tài)平衡有重要的意義[6]。因此，在地下水資源的保護(hù)中，應(yīng)大力實(shí)施并推廣綠色工程。對(duì)于一些地產(chǎn)地，可種植綠色植被，使其成為林地，從而將其在水資源保護(hù)中的作用充分的發(fā)揮出來(lái)。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)和環(huán)境治理力度的新形勢(shì)下，地下水代謝在水資源保護(hù)中具有重要的意義，對(duì)于促進(jìn)人類、自然和經(jīng)濟(jì)等可持續(xù)發(fā)展有著巨大影響。因此，根據(jù)地下水代謝原理，保證充足的補(bǔ)給水量，適當(dāng)?shù)脑黾拥叵滤鎯?chǔ)水的容量，并對(duì)無(wú)功失水量進(jìn)行控制，從而減少水的流失量，緩解我國(guó)水資源緊缺、浪費(fèi)嚴(yán)重的情況，以提升我國(guó)水資源的利用效率。

[1]梁歡歡,安達(dá),楊昱，等.基于MCDA模型的危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)[J].環(huán)境科學(xué)研究,2016,29(01):131-137.

[2]吳愛民,荊繼紅,宋博.略論中國(guó)水安全問題與地下水的保障作用[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2016,90(10):2939-2947.

[3]鹿海員,謝新民,郭克貞，等.基于水資源優(yōu)化配置的地下水可開采量研究[J].水利學(xué)報(bào),2013(10):1182-1188.

[4]陸垂裕,孫青言,李慧，等.基于水循環(huán)模擬的干旱半干旱地區(qū)地下水補(bǔ)給評(píng)價(jià)[J].水利學(xué)報(bào),2014(06):701-711.

[5]陳偉濤,孫自永,王焰新，等.論內(nèi)陸干旱區(qū)依賴地下水的植被生態(tài)需水量研究關(guān)鍵科學(xué)問題[J].地球科學(xué)-中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),2014(09):1340-1348.

[6]呂倩,魏潔云.中國(guó)地下水污染現(xiàn)狀及治理[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì),2016,32(10):10-13.

1007-7596(2017)10-0185-03

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B

2017-09-22

楊萬(wàn)良(1965-)，男，四川資陽(yáng)人，工程師,從事水資源管理、水土保持等相關(guān)工作。