地下水可持续开采量评价方法综述

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1、水利学报年月第卷第期文章编号地下水可持续开采量评价方法综述王金生王长申滕彦国北京师范大学水科学研究院水沙科学教育部重点实验室北京摘要本文评述了地下水开采量概念的发展过程指出为实现可持续开采量的评价国内外目前研究的焦点主要集中在可持续开采量的可更新能力生态和环境用水约束与社会经济发展及环境保护的协调优化等方面同位素和地球化学示踪等新技术的发展及新技术与传统评价方法的有机结合大大促进了可持续开采量评价的发展本文着重讨论了当前水均衡法数值模拟同位素技术和基流分割等评价方法的优缺点以及在实现地下水可持续开采量评价方面的进展和面临的问题认为多种方法有机结合是未来的发展方向关键词地下水

2、可持续开采量评价可更新能力生态环境约束社会发展环境保护新技术中图分类号文献标识码地下水可持续开采量由地下水的开采储量和允许开采量演变而来在世纪年代以前前苏联地下水开采储量的概念关注的主要是取水对地下水系统本身的影响年代美国的允许开采量的概念被各国普遍接受其特点是将用水约束扩展到维持与地下水相关系统的正常运行年代以后由于可持续发展理论的发展国内外学者提出了用地下水可持续开采量取代允许开采量因为可持续开采量比允许开采量能够更准确更科学地反映地下水资源的客观实际地下水可持续开采量是一个含水系统在环境承载能力允许的条件下可以永续开采的水量它的最终目标为既要设法满足当代的发展需求又不

3、危及后代的发展需要地下水可持续开采量同允许开采量最大的区别是允许开采量注重的是技术经济和法律因素而可持续开采量突出了生态与环境因素强调了可持续开采资源的可更新能力和可持续利用性在实现可持续开采量评价方面近年来国内外的研究主要集中在地下水资源的可更新能力协调与优化地下水资源利用与环境保护社会经济发展之间的关系依赖于地下水的生态系统及其需水量的识别该问题研究才刚刚开始在地下水可持续开采量的评价方法方面同位素示踪遥感与等技术与地下水允许开采量的评价方法相结合产生了地下水可持续开采量的评价方法从而促进了地下水可持续开采量评价方法的发展但目前对可持续开采量的认识尚不统一仍停留在理论层

4、面上在当前全球性地下水资源不断减少地下水环境不断恶化的状况下探索地下水可持续开采量的评价方法显得非常重要为此本文讨论水均衡法数值模拟同位素技术和基流分割等评价方法在实现可持续开采量评价中的进展和存在的问题水均衡法水均衡法的原理是质量和能量守恒定律原理简单方法灵活计算简便适用的空间范围广是收稿日期基金项目国家自然科学基金委员会和水利部黄河水利委员会黄河联合资助重点项目国家自然科学基金国家重点基础研究发展规划作者简介王金生男河南太康人教授主要研究方向为水文地质污染物迁移数值计算等集计算和论证于一体的方法目前仍是地下水可持续开采量评价的最主要方法之一为实现地下水可持续开采量评价将

5、水均衡法与地下水同位素法结合提高了可持续开采资源量可更新能力评价的精度基于水平衡法和费用效益分析法建立地下水系统的优化模型较好地解决了可持续开采量在经济制度等方面的约束另外水均衡法同样也是评价依赖于地下水生态系统需水量的基本方法但其评价精度不高然而均衡并不等于平衡目前水均衡法在可持续性评价中存在的最大问题是随着人类活动影响的增大地下水系统的天然平衡早已被打破即使用多年水均衡分析也难以找到一个多年的平衡期而我们在评价时往往忽视了地下水系统的演变过程和平衡状态分析因此及等提出依据的动态平衡原理确定地下水系统新的平衡点图中的曲线表示在地下水开发过程中开采量由依赖于储存量曲线的左侧

6、转化为依赖于地表水损耗曲线的右侧的过程图储存量与补给量的转换关系曲线图可持续开采与部分开采的储存量消耗率图为在定流量开采条件下储存量消耗率随时间的变化曲线在开采量小于最大开采量的情况下储存量消耗率最终为零表明地下水系统的流入量与流出量可以平衡这时的开采量是可持续的代表地下水系统的最大可持续开采量和也是地下水系统的可持续开采量是地下水系统的非可持续开采量另一方面在小于最大可持续开采量的条件下系统达到新平衡的时间小于它的长短依赖于系统的流出量和开采量由此可见图中储存量占开采量的比例为零的时刻或图中储存量消耗率为零的时刻和是实现地下水资源可持续开采的必要前提应用的动态平衡原理重新

7、审视并指导可持续开采量的评价势在必行近年来人们同时注意到当补给量小于均衡方程中其它各项尤其是远小于蒸发量的时候蒸发量在精度上的微小变化都会引起补给量的较大误差和不确定性因此不少国外专家对水均衡法在干旱区和半干旱区的适用性提出质疑数值模拟方法从世纪年代后期开始地下水数值模拟已逐渐成为各国地下水资源评价与管理的主要方法之一目前数值模拟在基本水流方程的基础上向集成化可视化规模化综合化方向发展比较流行的地下水模拟模型在文献中有详细叙述典型模型如和等数值模拟自身的不足数值模拟的理论基础是质量守恒定律和渗流理论它在实现地下水可