地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用的綜合技術(shù)體系分析

徐 箴

（錦州華地建設(shè)集團(tuán)有限公司，遼寧 錦州 121000）

當(dāng)前，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，生態(tài)環(huán)境卻遭到嚴(yán)重污染和破壞，人們應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到，工業(yè)化與經(jīng)濟(jì)增長并不是社會(huì)發(fā)展的全部內(nèi)容，應(yīng)高度重視經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展，堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展之路。為了順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代要求，改善生態(tài)環(huán)境，本文探討了地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用的綜合技術(shù)體系，其間使用蒙特卡羅模擬技術(shù)等方法。

1 地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用

地下水資源是社會(huì)生產(chǎn)生活中的重要資源，當(dāng)前，我國人均淡水資源占有量較少，僅為世界人均水資源占有量的四分之一。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷增長的同時(shí)，水資源問題卻愈發(fā)嚴(yán)重，嚴(yán)重制約社會(huì)生態(tài)的平衡發(fā)展，地下水資源不合理開發(fā)利用導(dǎo)致水資源形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。如何優(yōu)化技術(shù)體系，推進(jìn)地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用，是當(dāng)前水文地質(zhì)工作人員面臨的一項(xiàng)重要課題。地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用，是指在滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源需求的同時(shí)，科學(xué)保護(hù)水資源，減少不必要的水資源污染和破壞，推進(jìn)地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用。

2 地下水資源開發(fā)利用引起的環(huán)境生態(tài)負(fù)效應(yīng)

地下水資源溫度穩(wěn)定，遭受污染程度較低，便于開采，且投資較少，因而地下水資源開發(fā)利用受到社會(huì)的高度重視。近年來，我國城市化建設(shè)明顯加快，人口急劇增長，地下水開發(fā)利用力度也明顯加大。地下水資源開發(fā)利用在滿足人類社會(huì)用水需求的同時(shí)，也帶來諸多環(huán)境生態(tài)負(fù)效應(yīng)，如土地鹽堿化與沙漠化、地面沉降等，嚴(yán)重制約社會(huì)生態(tài)的平衡發(fā)展，以下進(jìn)行具體分析。

2.1 土地鹽堿化與沙漠化

地下水資源開發(fā)利用不科學(xué)，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，尤其是地下水不合理開采、利用，極易造成土地鹽堿化，這就勢(shì)必會(huì)影響土地資源的使用價(jià)值。渤海灣沿岸諸多地區(qū)存在地下水資源過度開發(fā)利用的情況，海水入侵嚴(yán)重，沿岸土地次生鹽堿化問題出現(xiàn)，嚴(yán)重制約地區(qū)生態(tài)環(huán)境的平衡發(fā)展。

地下水資源開采過量是土地沙漠化形成的重要因素之一。地下水開發(fā)利用過量，導(dǎo)致區(qū)域地下水水位下降嚴(yán)重，土壤水和淺層地下水資源狀態(tài)發(fā)生變化，區(qū)域植被系統(tǒng)生存遭到嚴(yán)重威脅。長此以往，這將造成植被退化，生物多樣性減少，進(jìn)而導(dǎo)致土地沙漠化問題出現(xiàn)，嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)的平衡發(fā)展[1]。

甘肅部分地區(qū)地下水資源開發(fā)利用不科學(xué)，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)地下水水位明顯下降，區(qū)域內(nèi)沙棗、白刺灌叢等植被無法從地下水資源內(nèi)汲取養(yǎng)分，導(dǎo)致植被不斷衰亡，土地沙漠化問題日益嚴(yán)重。河南省平原地區(qū)農(nóng)業(yè)用水和城市供水主要以地下水作為水源，過量開采地下水使不少地區(qū)地下水水位持續(xù)下降，降落漏斗面積不斷擴(kuò)大，水資源供需矛盾更加突出。全省18個(gè)省轄市中，除信陽、洛陽、濟(jì)源外，其他15個(gè)城市因地下水過量開采均形成面積不等的降落漏斗，嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)的平衡發(fā)展。

2.2 水體污染嚴(yán)重，地下水質(zhì)惡化

社會(huì)發(fā)展新時(shí)期，工業(yè)化進(jìn)程明顯加快，在推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也給生態(tài)環(huán)境造成一定污染和破壞。尤其是工業(yè)廢水、廢氣等的排放，給地下水資源造成嚴(yán)重污染。與此同時(shí)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中化肥和農(nóng)藥的大量使用、生活污水的排放等，使得地下水資源被嚴(yán)重污染。地下水資源開發(fā)利用會(huì)對(duì)地下水體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響，含水層內(nèi)形成與污水體相對(duì)的負(fù)壓區(qū)，這就給污水進(jìn)入含水層創(chuàng)造了條件，導(dǎo)致地下水資源遭到污染，水質(zhì)惡化問題日益加劇[2]。與此同時(shí)，地下水資源不科學(xué)開發(fā)利用，導(dǎo)致地下水資源含水層內(nèi)水文地質(zhì)化學(xué)條件發(fā)生一定變化，以強(qiáng)氧化環(huán)境取代弱還原環(huán)境，這就會(huì)形成新的水文地質(zhì)化學(xué)作用，給地下水資源造成極為不利的影響。當(dāng)前資源環(huán)境條件下，我國沿海地區(qū)地下水位下降問題比較嚴(yán)重，地下水資源天然平衡條件遭到破壞，海水大面積入侵，使得地下水質(zhì)嚴(yán)重惡化，嚴(yán)重制約社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)的平衡發(fā)展。

2.3 環(huán)境災(zāi)害問題

在生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，地下水資源的價(jià)值在于維持土體應(yīng)力平衡和穩(wěn)定。而地下水資源不科學(xué)的開發(fā)和利用，明顯加劇了土體含水層水頭壓力，導(dǎo)致土體原本穩(wěn)定狀態(tài)造到嚴(yán)重破壞，土體原有壓力平衡被打破，地面沉降問題出現(xiàn)。這樣極易引發(fā)巖溶塌陷等環(huán)境災(zāi)害，給周邊人們的正常生活造成嚴(yán)重影響，甚至威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

以河南省平原地區(qū)為例，第四系及新近系沉積厚度較大，巖性以黏性土為主，膠結(jié)程度低，其中黏性土孔隙比大，壓縮性強(qiáng)。地下水資源不合理開發(fā)利用后，土體壓力明顯下降，地層呈現(xiàn)出壓密性特征，這樣極易引發(fā)地面沉降問題。當(dāng)前，在河南省，地下水資源開發(fā)利用不科學(xué)，引發(fā)地面沉降問題的地區(qū)以許昌、開封、濮陽等為代表。

3 地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用的綜合技術(shù)體系

地下水資源的合理開發(fā)，可以為人類生產(chǎn)生活提供寶貴的水資源。一旦開發(fā)利用不科學(xué)，極易造成生態(tài)破壞，給環(huán)境造成諸多負(fù)效應(yīng)，甚至影響人體健康。地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用研究，是指在水文地質(zhì)學(xué)理論和系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)方法以促進(jìn)地下水資源可持續(xù)開發(fā)目的的順利實(shí)現(xiàn)。為建立地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用綜合技術(shù)體系，人們應(yīng)當(dāng)深入研究地下水系統(tǒng)，針對(duì)其開發(fā)利用過程中存在的環(huán)境生態(tài)問題進(jìn)行分析，采取可行的技術(shù)措施，制定優(yōu)化方案，以促進(jìn)地下水資源開發(fā)利用所引起的環(huán)境生態(tài)負(fù)效應(yīng)問題得到妥善解決。本文基于模型技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)和決策支持系統(tǒng)（DSS）技術(shù)，建立綜合技術(shù)體系，以促進(jìn)地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用的順利實(shí)現(xiàn)。

3.1 模型技術(shù)

新時(shí)期，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，模型技術(shù)在地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用中具有良好的應(yīng)用價(jià)值。在進(jìn)行地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用分析的過程中，人們會(huì)應(yīng)用到蒙特卡羅法。這種方法又被稱為統(tǒng)計(jì)模擬法，它是20世紀(jì)40年代中期研發(fā)的新型統(tǒng)計(jì)方法。蒙特卡羅方法涉及包括計(jì)算機(jī)技術(shù)在內(nèi)的很多科學(xué)技術(shù)，其在處理概率統(tǒng)計(jì)問題中發(fā)揮非常重要的作用。此外，在地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用的過程中，應(yīng)用蒙特卡羅方法會(huì)產(chǎn)生大量隨機(jī)數(shù)。人們可以利用這些隨機(jī)數(shù)解決水資源開發(fā)利用過程中出現(xiàn)的問題，有效提升水資源開發(fā)利用的合理性。在地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用過程中，人們要全面把握地下水資源的具體情況，運(yùn)用模型技術(shù)建立地下水模擬模型和地下水資源管理模型。

地下水模擬模型能夠分別對(duì)水量和水質(zhì)進(jìn)行模擬，為地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供可靠的信息支持，有助于緩解水資源問題，推進(jìn)社會(huì)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展[3]。地下水模擬模型的應(yīng)用，需要全面了解地下含水層具體情況，包括結(jié)構(gòu)狀態(tài)與邊界條件等，通過全方位分析，建立具有高度適應(yīng)性的水文地質(zhì)概念模型和地下水資源數(shù)學(xué)模型。此種模型的解法比較特殊，一般采取有限差分或有限單元數(shù)值法進(jìn)行解答。水文地質(zhì)概念模型和地下水資源數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用，能夠科學(xué)預(yù)報(bào)地下水位變化情況，便于精確評(píng)價(jià)地下水資源，除此之外，還能夠準(zhǔn)確把握地下水資源溶質(zhì)濃度的時(shí)空變化，并進(jìn)行科學(xué)預(yù)報(bào)，從而為地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

地下水資源管理模型主要價(jià)值在于解決地下水資源開發(fā)利用過程中存在的問題，以地下水模擬模型為基礎(chǔ)，確立地下水資源管理的基本目標(biāo)，明確目標(biāo)函數(shù)及相關(guān)約束條件，進(jìn)一步建立地下水資源管理模型，為地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供可靠的支持。地下水資源管理模型以地下水水量、地下水水質(zhì)等作為管理對(duì)象，常見的地下水資源管理模型主要包括地下水水量管理模型、地下水水質(zhì)管理模型、地下水水量-水質(zhì)聯(lián)合管理模型等。由于地區(qū)地質(zhì)條件有所不同，地下水資源狀態(tài)也存在一定差異，因此，人們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中應(yīng)堅(jiān)持具體問題具體分析的原則，做好目標(biāo)規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃，為地下水資源管理模式的運(yùn)行提供可靠的技術(shù)支持，推進(jìn)地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用，維護(hù)社會(huì)生態(tài)的平衡發(fā)展。

3.2 地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)

地理信息系統(tǒng)技術(shù)簡(jiǎn)稱GIS技術(shù)，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步所形成的一種技術(shù)系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)軟硬件為支持，能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行科學(xué)化采集、儲(chǔ)存、管理、分析和處理等，滿足地理學(xué)的應(yīng)用范疇。其在空間屬性信息功能方面不斷完善，在自然資源調(diào)查、環(huán)境保護(hù)、區(qū)域規(guī)劃等領(lǐng)域內(nèi)也發(fā)揮著重要價(jià)值，取得良好的社會(huì)效益。

地下水資源是人類社會(huì)賴以生存的寶貴資源，具有鮮明的動(dòng)態(tài)化特征，呈空間異質(zhì)性分布。地下水資源開發(fā)利用往往會(huì)涉及水文、地質(zhì)、環(huán)境、土地資源利用以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素，各影響因素之間存在密切的聯(lián)系，因此地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用具有一定的特殊性和復(fù)雜性。而GIS技術(shù)的應(yīng)用，滿足地下水資源開發(fā)利用的實(shí)際需求，作為一種現(xiàn)代化的技術(shù)形式，GIS技術(shù)能夠有效增強(qiáng)區(qū)域綜合能力，改善地下水資源動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)效果，為地下水資源模擬及地下水資源管理等創(chuàng)造有利條件。GIS技術(shù)能夠結(jié)合地下水資源開發(fā)利用所造成的污染問題進(jìn)行全面調(diào)查分析，就地下水資源開展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以圖形、圖像清晰展示出地下水資源具體狀況，便于人們研究地下水資源保護(hù)方案，采取科學(xué)合理的地下水資源開發(fā)利用措施，更好地滿足人類社會(huì)對(duì)地下水資源的多元化需求，并降低地下水資源開發(fā)利用所造成的生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)，真正推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.3 決策支持系統(tǒng)（DSS）技術(shù)

決策支持系統(tǒng)技術(shù)簡(jiǎn)稱DSS技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)建立人機(jī)交互式信息系統(tǒng)，能夠?yàn)闆Q策提供有效支持。DSS實(shí)現(xiàn)了知識(shí)推理、模型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理的高度集成，通過人機(jī)界面系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、模型庫系統(tǒng)及方法庫系統(tǒng)等的協(xié)調(diào)配合，將模型與分析技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)檢索相結(jié)合，為決策完成提供依據(jù)，能夠?yàn)榘虢Y(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化決策提供支持，屬于一種計(jì)算機(jī)輔助決策。地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用具有一定系統(tǒng)化特征，實(shí)質(zhì)是地下水資源的管理決策過程。在社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，地下水資源、環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)之間存在一定相關(guān)關(guān)系，這種關(guān)系比較復(fù)雜，而圍繞這三者可建立一個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)空分布狀態(tài)復(fù)雜，各子系統(tǒng)之間存在相互作用，其中涉及諸多地下水資源相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，因而地下水資源管理決策是一個(gè)特殊的過程，需要對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行多層次決策，以促進(jìn)系統(tǒng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。而DSS技術(shù)在地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用過程中，能夠滿足地下水資源管理決策的多元化需求，將多重?cái)?shù)據(jù)信息優(yōu)化整合，組建具有高度適應(yīng)性的地下水資源管理決策模型，在人機(jī)交互作用下，對(duì)地下水資源管理決策進(jìn)行有效輔助，提高地下水資源管理決策水平，促進(jìn)地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用的順利實(shí)現(xiàn)，全面提高地下水資源管理效率。

4 結(jié)語

地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用滿足國家和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的整體需求，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)保護(hù)水資源環(huán)境。而應(yīng)用模型技術(shù)、GIS技術(shù)和DSS技術(shù)等綜合技術(shù)，對(duì)地下水資源進(jìn)行可持續(xù)開發(fā)利用，可以降低地下水資源開發(fā)所形成的生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)，推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 趙 銘.淺談地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用[J].中州煤炭，2011，（9）：60-61.

2 王漢禎，徐 輝.科學(xué)管理，實(shí)現(xiàn)地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用[J].山東水利，2008，（2）：48-50.

3 尤龍鳳，李洪建，郝永紅，等.城市地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用模型研究[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2005，（11）：25-28.