地下水資源評(píng)價(jià)方法與發(fā)展研究

張博源，王愛(ài)欣，李鵬飛，張斯明，楊 煜

（北京市京密引水管理處，北京 101400）

1 地下水資源保護(hù)工作應(yīng)遵循的原則

地下水資源開(kāi)采與循環(huán)工作應(yīng)遵循如下原則：首先，應(yīng)確保以豐補(bǔ)歉，這是為了保證區(qū)域地下水量實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，在枯水季動(dòng)用區(qū)域水庫(kù)儲(chǔ)存水，而在豐水期則可以利用降水進(jìn)行儲(chǔ)存水補(bǔ)充。在實(shí)際水資源利用規(guī)劃時(shí)一定要確保開(kāi)采量低于區(qū)域多年平均補(bǔ)給量，否則就會(huì)使區(qū)域水資源循環(huán)利用效率下降。其次，還應(yīng)確保地下水資源利用與保護(hù)工作符合區(qū)域長(zhǎng)期發(fā)展需求。區(qū)域水資源利用與經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等動(dòng)態(tài)發(fā)展相關(guān)，要根據(jù)區(qū)域長(zhǎng)期發(fā)展需求進(jìn)行地下水資源補(bǔ)給與保護(hù)規(guī)劃。

2 常見(jiàn)地下水資源評(píng)價(jià)方法

2.1 水量均衡法

該方法能夠?qū)ρ芯繀^(qū)域內(nèi)一定時(shí)期內(nèi)地下水資源補(bǔ)給、儲(chǔ)存以及排泄情況進(jìn)行研究分析，探討區(qū)域內(nèi)影響地下水動(dòng)態(tài)變化的各種因素與變動(dòng)規(guī)律，以此來(lái)評(píng)價(jià)區(qū)域水資源體系能夠開(kāi)發(fā)利用的程度。

（1）水量均衡評(píng)價(jià)法的基本原理。水資源評(píng)價(jià)區(qū)域的含水巖組儲(chǔ)存量變化可以反映區(qū)域地下水在補(bǔ)給與徑流、排泄的動(dòng)態(tài)變化中的水量變化。通過(guò)研究含水層儲(chǔ)存量變化情況可以了解地下水資源補(bǔ)給與排泄量的實(shí)際差距，為探討未來(lái)地下水量變化提供信息依據(jù)。

（2）水量均衡評(píng)價(jià)法的具體適用條件。由于地下水資源評(píng)價(jià)方法適用于地下水資源位置較淺以及比較容易獲取與識(shí)別地下水資源的補(bǔ)給、開(kāi)采與徑流參數(shù)情況的區(qū)域，因此在干旱或者半干旱環(huán)境下的平原區(qū)域、河谷地帶以及喀斯特地質(zhì)區(qū)域都可以使用水量均衡評(píng)價(jià)法進(jìn)行地下水資源評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)成果的可靠性也較高。

（3）水量均衡評(píng)價(jià)法的優(yōu)缺點(diǎn)。這種地下水資源評(píng)價(jià)方法較為基礎(chǔ)，其評(píng)價(jià)分析的原理符合廣大地區(qū)的實(shí)際評(píng)價(jià)情況，且評(píng)價(jià)技術(shù)操作較為簡(jiǎn)便，所需獲取的信息參數(shù)不復(fù)雜，非常適合對(duì)一定區(qū)域地下水位進(jìn)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)與開(kāi)采情況監(jiān)測(cè)。如果地下水評(píng)價(jià)區(qū)域的參數(shù)精度要求不太高且所掌握的水文地質(zhì)信息量不大，那么水量均衡評(píng)價(jià)法的運(yùn)用能夠提升區(qū)域地下水情況測(cè)量評(píng)價(jià)的效果，且精細(xì)度有調(diào)整空間，適用性較強(qiáng)。

雖然水量均衡測(cè)量評(píng)價(jià)法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一定時(shí)期內(nèi)地下水可開(kāi)采量的大致評(píng)估，但是無(wú)法預(yù)測(cè)地下水位在一定時(shí)空變化條件下的浮動(dòng)情況，同時(shí)也無(wú)法精確計(jì)算出區(qū)域因開(kāi)采而需補(bǔ)給的水量，對(duì)區(qū)域內(nèi)實(shí)際地下水資源調(diào)配情況的指導(dǎo)性不夠精準(zhǔn)。

2.2 地下水開(kāi)采實(shí)驗(yàn)法

這一地下水資源評(píng)價(jià)方法主要是通過(guò)抽水試驗(yàn)的方式對(duì)一定區(qū)域地下水開(kāi)采狀態(tài)以及實(shí)際資源量進(jìn)行評(píng)價(jià)的技術(shù)方法。開(kāi)采試驗(yàn)評(píng)價(jià)法比較適合對(duì)水文地質(zhì)信息難以獲取的區(qū)域進(jìn)行地下水評(píng)價(jià)，它是通過(guò)在鉆探井中根據(jù)開(kāi)采情況進(jìn)行抽水，并根據(jù)實(shí)際抽水試驗(yàn)結(jié)果明確開(kāi)采量。

（1）開(kāi)采試驗(yàn)評(píng)估法的基本原理。利用鉆探機(jī)井中抽水試驗(yàn)可以獲取一定開(kāi)采量影響下區(qū)域地下水資源變化信息，根據(jù)試驗(yàn)成果可以確定區(qū)域地下水可開(kāi)采量。

（2）開(kāi)采試驗(yàn)評(píng)價(jià)法適用條件。該地下水資源評(píng)價(jià)方法較為適合新開(kāi)發(fā)水源地以及承壓水區(qū)域等，但是抽水試驗(yàn)需要大量打井、抽水、計(jì)算。因?yàn)樵囼?yàn)法的實(shí)際資金與時(shí)間需求較大，所以這一方法只能在一些中小水源地使用。

（3）開(kāi)采試驗(yàn)法優(yōu)缺點(diǎn)。開(kāi)采試驗(yàn)評(píng)價(jià)法使用操作較為便利，大量試驗(yàn)與計(jì)算的評(píng)價(jià)結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性，適用于一些水文信息較難獲取的情況。開(kāi)采試驗(yàn)評(píng)價(jià)法的成本非常高，并不適合大面積推行。

3 北京地區(qū)水源地水質(zhì)動(dòng)態(tài)分析

懷柔應(yīng)急備用地下水源工程位于北京東北部懷柔區(qū)，工程采用水源群井抽取地下水，通過(guò)聯(lián)絡(luò)管線向北京市自來(lái)水集團(tuán)第九水廠提供水源。懷柔應(yīng)急水源地地下水位動(dòng)態(tài)分析工作在2003年8月底應(yīng)急水源地并網(wǎng)運(yùn)行的同時(shí)，就在區(qū)內(nèi)開(kāi)展包括地下水水位、水質(zhì)和水量的綜合監(jiān)測(cè)研究。隨著水源地完成設(shè)計(jì)開(kāi)采任務(wù)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為應(yīng)急水源地的科學(xué)合理開(kāi)采、影響評(píng)價(jià)、續(xù)采方案的制訂提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)資料，在保障應(yīng)急水源地安全穩(wěn)定供水方面發(fā)揮了巨大作用。

3.1 水源井水質(zhì)

水源淺井：地下水礦化度平均370mg/L；硬度平均311mg/L；pH值平均7.76；硝酸鹽（以N計(jì)）平均值8.3mg/L。根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017），從以上指標(biāo)來(lái)分析，水源淺井水質(zhì)屬于Ⅲ類水。

水源深井：地下水礦化度平均198mg/L；硬度平均166mg/L；pH值平均8.03mg/L；硝酸鹽（以N計(jì)）平均值2.74mg/L。深井水質(zhì)優(yōu)于淺井，屬于Ⅱ類水。

水源地自2015年底開(kāi)始處于熱備涵養(yǎng)運(yùn)行階段，各水源井輪換開(kāi)啟，四個(gè)季度均在同一對(duì)水源井取水化驗(yàn)較為困難，此次選取位于懷柔應(yīng)急水源地最北端南房村西的1號(hào)或2號(hào)水源井及最南端趙各莊村東的8號(hào)或9號(hào)水源井水質(zhì)情況進(jìn)行分析。其中淺層水源井為取水層位40～120m的淺層承壓水，深層水源井為取水層位120～250m的深層承壓水。

懷柔應(yīng)急水源地典型水源井主要指標(biāo)年際變化情況表如表1所示。由表1可知，從多年水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析可知：（1）區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)由淺至深，其礦化度和硬度均隨深度增加而降低；（2）熱備涵養(yǎng)之前水源淺井、深井的硬度和礦化度平均值均呈現(xiàn)逐年增高趨勢(shì)，但淺井年均升幅較大，深井升幅較緩；（3）淺井受環(huán)境影響較大，硝酸鹽濃度變動(dòng)較頻繁。水源地進(jìn)入熱備涵養(yǎng)階段初期，由于水位的快速恢復(fù)上升，因此淺層含水層向深層含水層的越流量增加，深層含水層各指標(biāo)上升明顯，而后隨著熱備涵養(yǎng)的持續(xù)，各指標(biāo)區(qū)域穩(wěn)定，2019年相較2018年稍有改善。

表1 懷柔應(yīng)急水源地典型水源井主要指標(biāo)年際變化情況表

3.2 回補(bǔ)區(qū)水質(zhì)特征

選取雁棲河附近2眼水質(zhì)監(jiān)測(cè)井WR-76、WR-78以及潮白河附近2眼水質(zhì)監(jiān)測(cè)井HJ-492、HJ-493，分析2019年不同月份的水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況，監(jiān)測(cè)井水質(zhì)均符合《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017）地下水III類標(biāo)準(zhǔn)，硝酸鹽氮等指標(biāo)濃度在2019年度出現(xiàn)向上升后下降的趨勢(shì)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)井2019年硝酸鹽氮變化如圖1所示。初步分析：由于2019年豐水期南水北調(diào)工程通過(guò)雁棲泄洪閘向雁棲河補(bǔ)水以及通過(guò)小中河向潮白河補(bǔ)水，使部分區(qū)域的水位上升明顯，導(dǎo)致包氣帶累積成分中的部分淋溶進(jìn)入地下水，指標(biāo)含量上升；后期隨著水質(zhì)較好的南水不斷回補(bǔ)，水質(zhì)變好，濃度下降。

圖1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)井2019年硝酸鹽氮變化

4 我國(guó)水資源評(píng)價(jià)的發(fā)展

4.1 建立水資源評(píng)價(jià)模型

為對(duì)目前及未來(lái)水資源量進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，在不同的物理背景下，應(yīng)該建立降水、地表水、土壤水、地下水的相互轉(zhuǎn)化機(jī)制，入滲蒸發(fā)的水循環(huán)過(guò)程，以及引水、開(kāi)發(fā)等水資源開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)的水資源評(píng)價(jià)模型。對(duì)植被狀況、巖性特征、耕作環(huán)境及水資源運(yùn)用能力等因素可通過(guò)調(diào)參數(shù)辦法在結(jié)構(gòu)化水資源評(píng)估模型中充分體現(xiàn)出來(lái)。依據(jù)不同區(qū)域自然地理環(huán)境及水文地質(zhì)環(huán)境，合理調(diào)整模型組件，使模型參數(shù)具備物理性質(zhì)及可量化性，并通過(guò)參數(shù)調(diào)整，將水流條件及水資源的運(yùn)用水平充分體現(xiàn)出來(lái)，從而依據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及氣候的長(zhǎng)時(shí)間變化合理預(yù)測(cè)未來(lái)水流條件變化及水資源的運(yùn)用狀況。

4.2 充分利用國(guó)家水文數(shù)據(jù)庫(kù)

合理運(yùn)用國(guó)家水文信息庫(kù)體系，將水資源評(píng)估體系與水文信息庫(kù)、水資源信息庫(kù)聯(lián)系起來(lái)，不斷提升水資源評(píng)估工作現(xiàn)代化能力。

4.3 在GIS平臺(tái)上建立集成化的水資源評(píng)價(jià)信息系統(tǒng)

合理運(yùn)用地理信息體系對(duì)空間及屬性信息的管理、研究性能，充分將GIS與水資源評(píng)估模型、水文及水資源管理信息庫(kù)有效結(jié)合，并在GIS平臺(tái)基礎(chǔ)上構(gòu)建水資源評(píng)估數(shù)據(jù)體系，從根本上對(duì)水資源評(píng)估手工操作情況進(jìn)行改進(jìn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，在我國(guó)各領(lǐng)域迅猛發(fā)展的大環(huán)境下，地下水資源保護(hù)已經(jīng)成為社會(huì)性問(wèn)題。北京地區(qū)在過(guò)去一段時(shí)間曾經(jīng)過(guò)度重視經(jīng)濟(jì)發(fā)展而忽視了水資源保護(hù)，強(qiáng)化當(dāng)?shù)氐叵滤Y源評(píng)價(jià)與保護(hù)效力迫在眉睫。未來(lái)地下水資源評(píng)價(jià)工作會(huì)向著大數(shù)據(jù)應(yīng)用與智能化方向發(fā)展，全國(guó)應(yīng)重視地下水資源信息共享與綜合分析平臺(tái)的建設(shè)，為我國(guó)地下水資源保護(hù)工作提供基礎(chǔ)保障。