地下水可持续开发:概念、原理与方法

水均衡是众所周知的原理,但是它的应用却常常引发很多争议.争议之一就是应用水均衡方程确定地下水的安全开采量和可持续开采量.对于地下水的天然补给量存在两种截然不同的误解:一种认为,如果地下水的开采量没有超过天然补给量,那么开采地下水就是安全的;另一种则认为,地下水的可持续开采量仅仅取决于地下水的捕获量,而与天然补给量无关.事实上,地下水的天然补给量和捕获量共同决定了地下水的安全开采量或可持续开采量.本文阐明了围绕水均衡的争议,并用水均衡方程剖析了安全开采量和可持续开采量的概念.文中对可持续开采量的定义进行了详细的解释,对实现地下水可持续开发的方法进行了总结.其中,地下水数值模拟模型和模拟-优化模型是确定地下水可持续开发方案的最有效的工具,文中也对这两个模型进行了简单的回顾.     

DETERMINING GROUNDWATER SUSTAINABLE YIELD IN BASINS:A CASE STUDY OF YINMA RIVER BASIN

地下水可持续开采量的确定与评价既是合理开发地下水资源的基础,又是水文地质学研究中的难点.为克服没有统一的评价标准以及对众多约束条件难以定量化计算的难点,本文从提高流域内整体水资源的利用率出发,综合考虑了流域水资源整体开发利用效益和生态环境需水,以及人工调蓄作用对地下水系统的影响作用,提出了流域地下水可持续开采量的概念;论述了所提出概念的内涵;建立了由流域水循环模拟模型、水资源开发综合效益模型和可持续开采量优化模型组成的流域地下水可持续开采量的评价体系,将流域水循环模拟模型作为研究平台,以水资源开发的综合效益模型作为选优依据,以不同生态环境需水条件为约束条件,对施加其上的各种不同调控措施进行模拟,最后通过性价比的综合分析与评估,得到可持续开发方案下的流域地下水可持续开采量.以吉林省饮马河流域为例展开实例应用,确定饮马河流域最满意的开发模式下,即水库高比例供水(水库供水4.850×108m3),保证河道适宜生态需水时,饮马河流域地下水可持续开采量为2.516×108m3/a.     

地下水可持续开采量评价的前沿问题

地下水可持续开采量是允许开采量发展的必然,与允许开采量不同,地下水可持续开采量突出了环境因素,同时强调了地下水资源的可更新和可持续利用性。地下水可持续开采量评价是实现地下水可持续利用的前提。本文在综合调研基础上,探讨了地下水可持续开采量的内涵与特点,分别从地下水更新能力、环境需水、动态性等方面,综述了目前国内外实现地下水可持续开采量评价的前沿问题及发展动态。     

地下水可持续开采量与地下水功能评价的关系

针对中国北方地下水评价中偏重资源而对地下水的生态功能和地质环境功能重视不足的问题,立足于流域尺度的地下水循环系统和地下水的自然属性,突出协调综合发挥地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能的目标,从地下水可持续开采量与地下水功能的理念基础、评价原则和评价机理3个方面探讨二者的内在关联性,认为它们同源于人与自然和谐的理念,都以流域尺度的地下水循环系统为研究主体,以保护生态与地质环境为目标,彼此相互促进和相互支撑.地下水功能评价是合理确定地下水可持续开采量的充分条件,地下水可持续开采量的合理确定是实现地下水功能评价目标的必要条件;如果二者缺一,则地下水的生态功能或地质环境功能难以得到有针对性的保护.     

智利Santiago谷地上部含水层地下水可持续开采量评价

近十年来，智利Santiago地区的地下水使用量在显著地增长，因此需要准确评价Santiago谷地上部含水层的地下水供水能力。为了确定水的可持续开采量，进行了该含水层特性的研究。利用最近48年不同开采方案下的补给资料，应用数值模型模拟了水位埋深。利用这些地下水水位数据，通过拟合时间系列模型和交叉理论确定了地下水水位概率分布函数，并评价了开采量。应用这些信息，能够评估可持续开采量不能满足地下水供水要求的风险，90％保证率下的可持续开采量仅占要求水量的67％，并且，所得到的结果表明该方法能够确定地下水的保证率。     

地下水生态系统保护探讨

从生态保护的角度,指出现行地下水管理存在的问题;提出维持地下水生态系统健康发展的可持续开采量的概念;探讨了不同地下水生态系统环境用水量的计算方法。地下水的开发利用应以可持续开采量作为最大闽值。通过预留环境用水量,确定生态水位,建立生态缓冲带,实施生态调度,制定合理开发利用方案等措施,可有效修复和保护日益恶化的生态环境。     

地下水环境容量初探——以济南泉域为例

分析了水环境容量的内涵和地下水资源开发利用产生的环境效应,探讨了地下水环境容量的概念,认为地下水环境容量是用来表征一定目标约束下,地下水系统对自然或人类活动影响所能承受能力的最大阙值,其评价指标可采用地下水临界水位、可持续开采量、TDS、水温、纳污能力等单项指标或多项综合指标。以济南泉域为例,采用地下水位与泉流量作为济南泉域岩溶地下水环境容量的阙值,论证了地下水环境容量的动态可变性。最后指出了地下水环境容量研究的发展趋势。     

通过预测地下水埋深变化实现指导地下水安全开采的探讨

分析目前邢台地区面临的地下水超采问题,提出安全开采量的概念,并通过枯季(11月-次年5月)和汛期(6月-9月)分别预测地下水埋深变化的方法预测地下水未来一个月甚至一年的埋深变化,从而达到在地下水开采过程中根据降雨补给控制开采量,实现指导地下水安全开采。     

中牟县东漳——狼城岗区域地下水资源评价及开采潜力分析

开展地下水资源及开采潜力评价,对于认识区域地下水资源禀赋和开发利用分布状况,建立资源环境监测预警机制和水资源支撑能力体系具有重要意义。为研究中牟县东漳—狼城岗区域地下水资源状况,保证中牟县地下水资源的可持续利用,文章基于数值模拟方法,对东漳—狼城岗区域水源地的开采潜力进行了分析。结果表/a,消耗量15 927. 98万m3/a,允许开采量5 475万m3/a,预测漏斗中心水位埋深7. 82 m,地下水开采有补给保证,总体安全。该评价方法可为其他区域地下水资源评价提供参照。     

华北平原农田区地下水开采量对降水变化响应

通过区域农业开采量、区域平均年末浅层地下水位对区域年降水量变化的响应特征研究,结果表明:区域农业开采量与年降水量之间存在两极互逆效应,即在枯水年份,作物需耗水量和区域农业开采量增大;在丰水年份,作物需耗水量和区域农业开采量减小。上述规律,突现了在连续枯水年份地下水对农业安全保障的特殊作用。由此,提出了农业开采量的利用水平、合理性和节水潜力以及预测的新的评价方法。     

柴北缘鱼卡地区中侏罗统石门沟组含煤层段沉积有机相分析

柴达木盆地北缘鱼卡地区中侏罗统石门沟组含煤段中发育有油页岩、煤、碳质泥岩和泥岩等富有机质细粒沉积.为了研究其沉积有机相的类型及煤和油页岩形成的控制因素,本文通过岩心观察、工业分析结合有机地球化学测试分析等方法将含煤段细粒沉积物划分为了类型A(三角洲平原沉积环境)、B(三角洲前缘-浅湖沉积环境)、C1(湖沼非油页岩亚相)及C2(湖沼油页岩亚相)四种类型,其中类型C1沉积物中发育煤,类型C2中发育油页岩,且煤较油页岩具有更高的含油率、水分、挥发分以及发热量值.有机质类型特征方面,沉积有机相类型A、B及C1沉积物有机质类型均为Ⅱ2-Ⅲ型、有机质来源均以陆源和混合来源两种有机质来源为主,而类型C2中主要为Ⅱ2型,以混合有机质来源为主;类型A及C2其沉积物有机质均处于未成熟阶段,而类型B和C1中有机质均处于未成熟-低成熟阶段;有机质保存条件方面,类型A沉积物主要形成于缺氧的淡水环境,类型B主要形成于贫氧-缺氧的淡水-半咸水环境,类型C1形成于贫氧-缺氧的淡水-半咸水环境,而类型C2则主要形成于缺氧的淡水-半咸水环境.其中类型B较类型A,类型C2较类型C1,其沉积物均形成于更为还原且盐度更高的水体环境中.石门沟组含煤段是煤和油页岩的形成层位,稳定的沉积环境、丰富的湖泊有机质来源、良好的保存条件及较少的陆源碎屑的稀释共同促进了类型C2中油页岩的形成,而丰富的陆源植物供给及良好的保存条件则促进了类型C1中煤层的形成.     

Determining safe yield and mapping water level zoning in groundwater resources of the Neishabour Plain

Groundwater is a crucial sources of water supply, especially in arid and semi-arid areas around the world. With uncontrolled withdrawals and limited availability of these resources, it is essential to determine the safe yield of these valuable resources. The Hill method approach was used in this study to determine the safe yield the Neishabour aquifer in Khorasan Razvi province in Iran. The results showed that the safe yield in the Neishabour aquifer is 60% lower than the current pumping amounts during the study period, indicating that further overdrafts could result in the destruction of this aquifer. This highlights the importance of using the Hill method to estimate the permitted exploitation from other aquifers, thus preventing problems caused by over-extraction and maintaining stability of global groundwater levels.     

某隧道涌水量预测及地下水负效应环境评价

隧道的涌水量计算和对环境的影响一直是人们研究的重点。运用地下水径流模数法预测隧道涌水量,运用综合指标体系评价方法评价隧道对地下水环境的影响效应,为隧道对环境的影响提供依据。     

新疆东准噶尔两类碱性花岗岩及其地质意义

研究证明,东准噶尔境内广泛发育的碱性花岗岩在空间上与深断裂、蛇绿岩及偏碱性的钾长花岗岩类紧密伴生,并可规律地分为卡拉麦里碱性花岗岩带（简称南带）、乌伦古碱性花岗岩带（简称中带）和布尔根碱性花岗岩带（简称北带）。南、中两带碱性花岗岩形成于海西中晚期,图...     

Estimation of groundwater recharge of shallow aquifer on humid environment in Yaounde,Cameroon using hybrid water-fluctuation and hydrochemistry methods

A study of environmental chloride and groundwater balance has been carried out in order to estimate their relative value for measuring average groundwater recharge under a humid climatic environment with a relatively shallow water table. The hybrid water fluctuation method allowed the split of the hydrologic year into two seasons of recharge (wet season) and no recharge (dry season) to appraise specific yield during the dry season and, second, to estimate recharge from the water table rise during the wet season. This well elaborated and suitable method has then been used as a standard to assess the effectiveness of the chloride method under forest humid climatic environment. Effective specific yield of 0.08 was obtained for the study area. It reflects an effective basin-wide process and is insensitive to local heterogeneities in the aquifer system. The hybrid water fluctuation method gives an average recharge value of 87.14 mm/year at the basin scale, which represents 5.7% of the annual rainfall. Recharge value estimated based on the chloride method varies between 16.24 and 236.95 mm/year with an average value of 108.45 mm/year. It represents 7% of the mean annual precipitation. The discrepancy observed between recharge value estimated by the hybrid water fluctuation and the chloride mass balance methods appears to be very important, which could imply the ineffectiveness of the chloride mass balance method for this present humid environment.     

北京突发地质灾害应急避险场所调查评价

结合北京地区突发地质灾害发育特征,提出了应急避险场所调查的内容、方法、工作流程及技术指标等内容,总结分析了北京市应急避险场所的分布、类型、规模、物资储备、建筑形式、路线长度及受灾情况等特征。同时,根据给出的应急避险场所适宜性简易评价方法对全市的应急避险场所进行了系统全面的评价,并针对性的提出了避险防范措施。     

煤炭绿色开发地质保障体系的构建

煤炭资源的大规模、高强度开采诱发了煤矿区地质条件和生态环境的损害,开展煤炭开采引起的地质结构–地下水环境–生态环境动态演化的耦合机制研究,发展煤炭绿色开发地质保障理论和技术,对于推动我国煤炭工业高质量发展有重要意义。结合当前煤炭开采技术,分析了煤炭绿色开发地质保障的研究现状,提出了“煤炭绿色开发地质保障体系”的科学内涵。主要包括:(1)开采前煤炭赋存综合地质条件勘查、评价,开采区生态环境类型划分:通过三维地质结构、水文地质条件、岩土工程性质和生态环境等系统调查分析,阐明煤炭开采区损害类型及其主控因素。(2)煤炭采动作用下地质条件变化与地质结构功能系统演化:阐明煤炭开采条件下覆岩变形特征及地质条件响应模式和损害机理,揭示开采过程中应力场、变形场、渗流场等多场耦合作用下生态环境的时空演化特征和损害规律。(3)采后煤炭绿色地质保障技术与生态环境功能重建:研究采后覆岩结构、地质结构功能、生态环境的相互作用,提出采空区与遗留资源的利用途径,恢复煤炭开采区生态环境功能。基于精准勘查与监测,创建含地层结构、水文地质结构和岩体力学性质等信息的数据库,建立煤炭开采地质结构演化动态模型,构建生态脆弱区煤炭...     

青海-甘肃民和盆地油页岩成因类型及特征

利用岩心、钻井和分析测试资料,对民和盆地油页岩的沉积环境、层序地层、赋存、工业品质和地球化学特征进行了研究,将民和盆地油页岩划分为3种成因类型：油一层为深湖—半深湖低含油率腐泥型油页岩,油三层为浅湖相低含油率腐殖—腐泥型油页岩,油四层为湖沼相中含油率腐泥—腐殖型油页岩。研究成果表明：形成于深湖—半深湖相的油一层分布范围广,厚度较大,油页岩含油率不高,属高灰分低含油率的油页岩;形成于湖沼相的油四层厚度较小,平面上分布不稳定,含油率较高,属中灰分中含油率的油页岩。     

Evaluation of groundwater resource potential by using water balance model: A case of Upper Gilgel Gibe Watershed,Ethiopia

Groundwater resource potential is the nation’s primary freshwater reserve and accounts for a large portion of potential future water supply. This study focused on quantifying the groundwater resource potential of the Upper Gilgel Gibe watershed using the water balance method. This study began by defining the project area’s boundary, reviewing previous works, and collecting valuable primary and secondary data. The analysis and interpretation of data were supported by the application of different software like ArcGIS 10.4.1. Soil water characteristics of SPAW (Soil-plant-air-water) computer model, base flow index (BFI+3.0), and the water balance model. Estimation of the areal depth of precipitation and actual evapotranspiration was carried out through the use of the isohyetal method and the water balance model and found to be 1 664.5 mm/a and 911.6 mm/a, respectively. A total water volume of 875 829 800 m³/a is estimated to recharge the aquifer system. The present annual groundwater abstraction is estimated as 10 150 000 m³/a. The estimated specific yield, exploitable groundwater reserve, and safe yield of the catchment are 5.9%, 520 557 000 m³/a, and 522 768 349 m³/a respectively. The total groundwater abstraction is much less than the recharge and the safe yield of the aquifer. The results show that there is a sufficient amount of groundwater in the study area, and the groundwater resources of the area are considered underdeveloped.     

老黑山盆地下白垩统穆棱组油页岩与煤含油率控制因素

我国陆相盆地内普遍存在油页岩与煤共生的地质现象。本文以老黑山盆地下白垩统穆棱组油页岩与煤为研究对象,基于工业分析（含油率、灰分、挥发分、全硫和发热量）和有机地球化学分析（有机碳、岩石热解、显微组分和生物标志化合物）,对油页岩与煤含油率的控制因素开展研究。根据含油率等工业品质特征,将研究区油页岩与煤进一步划分为高含油率油页岩（HOS）、低含油率油页岩（LOS）、高含油率煤（HC）和低含油率煤（LC）4种亚类。其中HC的总有机碳质量分数和生烃潜力最高,其次为LC、HOS和LOS,4种亚类的有机质类型以Ⅱ型干酪根为主,均处于未成熟的热演化阶段。沉积环境与有机质来源是控制油页岩与煤含油率的关键因素,HOS主要形成于陆源有机质供给中等的湖沼环境,而HC主要形成于陆源有机质供给丰富的泥炭沼泽环境。油页岩与煤形成时期的高等植物以松科、柏科/杉科、南洋杉科、罗汉松科和蕨类植物为主,这些植物可以提供充足的树脂和蜡质有机质,从而使油页岩与煤具有相对较高的含油率。