地下水安全开采量的概念与评价方法研究

本文回顾了地下水安全开采量概念的产生与发展过程,综述了可持续开采量、允许开采量和安全开采量的内涵与差异,在此基础上,提出满足地下水的资源供给、生态环境维持、地质环境稳定和可持续开发利用能力4个功能条件下的地下水安全开采量概念.将安全开采量的评价方法分为单一约束型和耦合约束型两大类,提出一种基于水均衡和地下水动力学相结合的评价方法,并对安全开采量研究趋势进行了展望,为地下水的安全开采方案研究与动态管理提供技术支撑.     

潮白河冲洪积扇地下水可持续利用评价

潮白河冲洪积扇地区是北京市最重要的地下水供水水源地区,年开采量达到6亿方左右。持续过量开采地下水已经诱发了水位严重下降、水质变差和地面沉降等地质环境问题。本文在深入分析研究区水文地质条件基础上,选取地下水可持续利用评价指标,采用层次分析法对白河冲洪积扇地区地下水资源可持续利用进行分析评价。评价结果表明:研究区中地下水可持续利用较好区域占24.82%,主要是由于其补给条件较优,并且具有丰富的补给水源;可持续利用中等区域占70.06%,由水位下降严重或补给条件差造成;可持续利用较差区域占4.11%,主要原因是地下水可更新能力差,中深层承压水水质较差,同时是地面沉降主要发育区。     

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.     

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.     

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。     

神火工业园备用水源地地下水资源计算与评价

永城市神火工业园备用水源地地下水资源计算与评价主要是对中深层地下水允许开采量进行计算与评价,采用均衡法、解析法和开采抽水试验法进行评价中深层地下水允许开采量,通过计算结果对比,地下水允许开采量差别较小,按水源地拟定的开采量开采是可行的。在现有开采条件下,水源地开采20 a中心井的最大井壁动水位埋深97.88 m,位于含水层顶板之上,故在规划年限内开采1.80×104m3/d是可行的。因此,该水源地的允许开采量是完全可靠的。     

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.     

可靠度分析在确定地下水允许开采量中的应用

基于地下水实际开采量超过允许开采量时将引起不良环境地质问题的前提，利用水均衡原则建立有限状态方程，并应用改进一次二阶矩法进行可靠度分析，确定地下水的允许开采量。结果表明，用可靠度分析确定的地下水可开采量要比传统方法确定的更精确和符合实际情况，可靠度分析为地下水资源评价提供了一种有效方法。     

广西岩溶地下水资源及允许开采量的探讨

广西岩溶地下水资源十分丰富,前人用枯水迳流模数法计算的地下水允许开采量为148.11亿m3 /a,但该法未能充分考虑广西岩溶区雨季补给量大及地下岩溶储存空间大的特性,使评价结果偏于保守。本文从地下水开发利用的经济、技术及生态的约束性条件出发,并参考已有水源地的有关参数,提出了评估地下水允许开采量的方法,使地下水允许开采量评价结果比前人有了较大的提高。      

腾格里沙漠邓马营湖开发区地下水资源现状评价

在充分研究邓马营湖开发区已有水文地质成果的基础上,通过开展水文地质调查、水文物探、地下水动态观测及抽水试验等工作,基本查明了区内地层结构、地质构造、基底形态、地下水的埋藏与分布及补径排条件,进行了地下水资源计算和允许开采量评价,得出允许开采量为4317.61万m3/a,占地下水天然资源量为87.05%,占地下水总补给量的78.07%,不会造成区域地下水位下降,将其作为评价区允许开采量是合理可行的。为邓马营湖开发区的农业开发与农田供水提供了水文地质依据。     

北京市平原区地下水更新能力变化的动态均衡证据

对北京市地下水更新能力的时空变化进行分析,为地下水资源管理提供依据。用地下水动态均衡法对北京市平原区地下水,尤其是开采层地下水的补给量、更新周期、更新速率和补给速率等参数做了计算,进而对地下水更新能力及其时空变化做评价和分析。研究结果表明：在自然状态下,地下水更新能力总体上自山前至平原区腹地由强变弱,但总体上更新能力较强;含水层接受外来水源补给的边界条件和赋水条件良好,降水量的多寡是影响地下水更新能力的瓶颈因素;2001－2008年的地下水平均补给速率（0.28 m/a）比1981－2000年减少了35.6%,更新能力明显减弱;近些年地下水开采强度连年大于其更新能力,导致与自然状态下相比地下水位埋深平均下降幅度已达19.73 m,含水层中地下水减少量达101×10⁸ m³。以上证据表明,在气候变化和人类活动的双重影响下,北京市未来的地下水资源可持续供水问题十分严峻。     

地下水资源可更新性的环境同位素研究

论述了环境同位素在研究地下水可更新性中的应用现状,分析研究区氢氧稳定同位素、氚和14C放射性同位素、CFCS的分布特征及其指示意义,对比人类开采前后地下水的同位素特征.结果表明:盆地地下水的可更新性随不同深度、地域、含水层的不同而各异,人类活动加强了浅层与深层地下水之间的水力联系.     

黑河流域民乐山前隐伏构造带地下水补给与更新

第四系地下水是民乐山前地区居民清洁饮水的重要水源,而复杂的隐伏构造对区内地下水的运移和更新具有重要的控制作用。本文应用环境同位素技术,深入讨论了该区地下水的补给、更新能力以及隐伏构造对地下水更新的影响。结果表明:(1)民乐山前第四系地下水的补给来源包括出山河水渗漏和当地降水入渗,二者对地下水补给的贡献分别为89%和11%;(2)地下水更新能力由山前向下游变差,山前一带地下水更新周期在20～30年之间,下游的六坝北部一带地下水更新周期大于50年;(3)隐伏构造具有明显的阻水作用,导致地下水径流速度减缓。     

从黑河流域地下水年龄论其资源属性

地下水资源的可持续性是当前干旱区流域水资源管理的首要问题之一 ,我国西北内陆干旱区地下水的可持续开发必须首先要了解地下水系统的更新能力 ,地下水的放射性同位素测年可以提供系统循环时间和更新能力的重要信息。本文利用地下水中放射性氚 (3H )和碳 (1 4C)测年方法 ,计算黑河流域地下水的年龄 ,进而讨论地下水的更新性。结果表明 :潜水年龄多数小于 5 0 a,具有可再生的资源的属性 ,其中山前戈壁带和张掖盆地细土平原潜水地下水年龄小于 4 0 a,为 196 3年以来补给。酒泉东盆地排泄区承压含水层中地下水的年龄为 2 338～5 5 6 9a,额济纳附近的深层承压含水层中 ,地下水的年龄为 5 4 86～ 86 30 a,地下水资源更新性较差。但是张掖盆地河流附近深层承压地下水年龄小于 5 0 a,具有一定的更新性。上述认识不仅对黑河流域水资源管理和生态环境建设具有重要意义 ,而且对西北类似的内流盆地的地下水系统的研究有着借鉴意义     

Use of hydrogeochemistry and environmental isotopes for evaluation of groundwater in Qingshuihe Basin,northwestern China

Hydrogeochemistry and environmental isotope data were utilized to understand origin, geochemical evolution, hydraulic interconnection, and renewability of groundwater in Qingshuihe Basin, northwestern China. There are four types of groundwater: (1) shallow groundwater in the mountain front pluvial fans, originating from recent recharge by precipitation, (2) deep paleo-groundwater of the lower alluvial plains, which was formed long ago, (3) shallow groundwater in the lower alluvial plains, which has undergone evaporation during the recharge process, and (4) mixed groundwater (shallow and deep groundwater in the plain). The main water types are Na–HCO₃, which dominates type (1), and Na–SO₄, which dominates types (2) and (3). Geochemical evolution in the upper pluvial fans is mainly the result of CO₂ gas dissolution, silicates weathering and cation exchange; in the lower alluvial plains, it is related to mineral dissolution. The evaporative enrichment only produces significant salinity increases in the shallow groundwater of the lower alluvial plains. Shallow groundwater age in the upper plain is 10 years or so, showing a strong renewability. Deep groundwater ages in the lower plain are more than 200 years, showing poor renewability. In the exploitation areas, the renewability of groundwater evidently increases and the circulation period is 70–100 years.     

地下水更新能力评价指标问题刍议——更新周期和补给速率的适用性

地下水更新能力是近些年地下水科学与工程领域的一个研究热点,其定义目前尚未统一,评价指标也较多,其中较常用的有地下水更新周期、补给速率、年龄和滞留时间等。尽管这些参数间大都存在一定的数量关系,但由于它们代表的物理意义不同,所以得到的地下水更新能力的结论也会不同。以北京市平原区地下水为例验证了这种不同,并对更新周期和补给速率这两个存在密切数量关系的参数作为地下水更新能力评价指标的适用性进行了对比分析。结果表明:① 分别用更新周期和补给速率作为评价指标,得到的各地区(北京市平原区各区、县)之间地下水更新能力相对强弱的结论是不同的;② 与更新周期相比,由补给速率得到的评价结论具有较好的稳定性;③ 在作为地下水更新能力评价指标时,补给速率比更新周期具有更重要的实际意义。     

应用氚和14C方法确定柴达木盆地诺木洪地区地下水年龄

以柴达木盆地的诺木洪为研究区,利用氚与¹⁴C方法计算了当地各水体的年龄,分析地下水年龄分布特征及其可更新能力。结果表明：山区至冲洪积扇中部地下水年龄为15~18 a,为1952年之后补给的现代水,更新能力较强;冲洪积扇前缘地下水年龄不超过2 ka,具有现代水与古水混合的特征,更新能力较差;溢出带到盆地中心地下水年龄急剧变老,变化范围为5~28 ka,据此推测研究区溢出带位置的隐伏断层具阻水性质,该位置的地下水基本无更新能力。     

Recharge,geochemical processes and water quality in karst aquifers: Central West Bank,Palestine

The Central West Bank aquifer (CWB) is one of the most important resources of fresh groundwater of Palestine. The geology of the area consists mainly of karstic and permeable limestones and dolomites interbedded with argillaceous beds of late Albian–Turonian age. Exploitation of the CWB aquifer, combined with lack of information required to understand the groundwater pattern, represents a challenge for reservoir management. The present work reports hydrogeochemistry, microbiology and environmental isotope data from spring water samples, which were utilized to understand recharge mechanisms, geochemical evolution and renewability of groundwater in CWB aquifer. Besides the major chemical compositions, ionic ratios were used to delineate mineral-solution reactions and weathering processes. Interpretation of chemical data suggests that the chemical evolution of groundwater is primarily controlled by (1) water–rock interactions, involving dissolution of carbonate minerals (calcite and dolomite), and (2) cation exchange processes. The measured equation of the local meteoric water line is δD?=?5.8 δ¹⁸O?+?9.9. Stable isotopes show that precipitation is the source of recharge to the groundwater system. The evaporation line has a linear increasing trend from south to north direction in the study area. All analyzed spring waters are suitable for irrigation, but not for drinking purposes. The results from this study can serve as a basis for decision-makers and stakeholders, with the intention to increase the understanding of sustainable management of the CWBs.     

基于Bossel框架的双城市地下水资源可持续利用评价

为了确定影响双城市地下水资源可持续利用的最主要因素、评价地下水资源可持续利用状况并进行预测,采用Bossel可持续评价的理论框架筛选了最能反映和影响双城市地下水资源开发利用的6大基本定向指标共36个具体评价指标,建立了考虑地下水资源、社会经济和环境系统及其之间相互关系的可持续利用评价体系。对双城市地下水资源可持续利用现状进行了评价,辅助采用数值模拟技术预报地下水流场变化趋势,进而预测评价了新地下水水源地投产5年后和10年后的可持续发展趋势。现状条件下,双城市地下水资源可持续利用态势处于绿色(良好)级别,但随着地下水开采量的不断增加,可持续利用态势逐渐恶化,由良好级别转变为危险级别。