地下水概念精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇地下水概念，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：微实践；师生互动；实例教学；能力培养

由于学科历史沿革不同，目前国内的地下水科学有许多分支，其中属于地质科学分支的有水文地质学、专门水文地质学以及地下水勘测类的科学；属于水文科学分支的有地下水水文学，水资源评价、规划和管理类的科学；地下水动力学以及渗流理论及其应用类的学科可以划归流体力学的范畴。我国地下水水文学、水文地质学在历代科研人员的共同努力下，已经取得了长足的发展，在理论研究和工作方法方面已大大缩短了和世界先进水平的差距，并接近世界先进水平。

地下水水文学是水文与水资源工程专业的必修课程和地下水方向的核心课程。课程主要的教学任务是培养学生从水文循环的基本原理出发，在完整的水循环体系内了解地下水的形成、储存、运动、补给、排泄等特征的变化规律，并使学生初步掌握地下水动态长期观测资料整理与分析的基本方法、野外实验设计与实验资料整理与分析的基本方法、水量平衡原理及其应用步骤、地下水资源评价的基本方法和水量平衡的基本分析方法，运动数理统计的方法，通过站网观测资料和实验资料来了解地下水动态，并作出地下水资源的初步评价。

由于地下水科学研究对象的特殊性，决定了野外实践是其基本工作方法。因此，野外实践是相关专业人才培养中的重要教学环节。从现阶段已有的水文学与水资源工程专业的培养方案来看，地下水相关的教学实践环节显然是不充分的。本文提出在水文学与水资源工程专业培养方案稳定不变的前提下，结合地下水科学的实际特点，提出在课堂教学开展“微实践”的教学手段，并且结合个人教学经历，开展试验性教学改革，分析了此次微实践教学改革的效果，并对微实践今后发展的方向提出了一些个人的看法。

一、微实践环节教学方案设计

传统高等教育培养人才的主要模式是课堂理论教学。“水文水资源”课程教学模式仍然采用传统的教学模式，即单向灌输。教材过分强调系统完整的知识体系，偏重于培养学生的理论素养和知识水平。应对传统教学理念与不断发展的教学群体，譬如，多媒体手段等新兴的教学手段逐渐成为授课教师关注的对象，并且得到了诸多有益的尝试。然而实践教学是水文与水资源工程专业人才培养的重要环节，在提高人才培养质量方面具有重要作用。作者提出可以在维持现有教学方案的前提下，适当增加课堂微实践的内容，弥补以往地下水教学过程中理论有余、实践不足的现状。

地下水水文学的基本概念与原理，从字面上理解并不困难，但是想要掌握并灵活运用，却并不容易。这里主要原因之一就是初学者缺乏地下水感性认识，同时地下水科学具有综合性，只有结合具体问题分析才能理解并掌握。地下水水文学课程中适宜于进行课堂实践教学的环节有水文地质特性实验、地下水渗流规律实验以及潜水与承压水的补给、径流与排泄模拟实验。除此之外，包括抽水实验等的水文地质实验虽然也是地下水水文学教学中的重难点，但是在室内模拟实验的难度较大，因此，本次微实践环节对此知识点不予考虑。

本次微实践教学方案基于水文地质学基础和地下水动力学基本原理的课内实践内容，具体包括：（1）水文地质性质认知实践；（2）地下水渗流规律演示实践；（3）潜水与承压水的运动模拟实践。共计三次实验活动。微实践课程目标：增强学生对含水介质水理特性的感性认识，掌握地下水运动的基本规律，能够较好地识记不同类型的地下水补给、径流与排泄的基本特征，培养学生理论联系实践的基本科研素养，并且训练学生基本的动手实践与计算分析能力，能够独立解决地下水水文学的基础工程问题。

本次课程微实践结合本人教学经历，在讲授相关理论知识后，使用一定的课堂时间开展相关内容的演示与学生动手实践。单次微实践控制在一个课时之内，总计三次。为了准确评估教学效果，采用学生自愿报名的方式。本次教学对象共计本科生147人，其中57人报名参加微实践环节。

二、实施效果对比分析

根据参与微实践环节与否，将授课学生分为两组（实验组和普通组）。下面按照出勤情况（非实践环节的课堂出勤情况）和课程总评分结果来对比微实践教学效果。两组学生的出勤结果见下表。整个课程教学期间，除去微实践环节，共计以课堂作业、提问、点名等形式考察出勤情况4次，共计588人次。其中实到人次532人次，出勤率为90.48%。对比实验组与普通组的出勤结果可知实验组同学的总体出勤率和方差均要优于普通组。

下图所示为两组同学的课程总评分分布情况（上图为实验组，下图为普通组）。实验组同学平均分为88.45（100分制），标准偏差为7.433。普通组的平均分为83.13，较实验组低5.32分；标准偏差为14.14，比实验组的标准偏差高出90.23%。从直方图分布来看，实验组的同学总评分更加集中，异常值（极小值）较少，而普通组的同学总评分中尽管也有部分同学取得了优秀的总评成绩，但是仍有部分同学考核成绩不理想。

通过出勤情况和课程总评情况来看，实验组的同学普遍具有更高的参与课程的积极性，课程主要内容的掌握情况也要高于普通组的同学。这里排除学生自愿参与的主观筛选因素外，课程微实践的主要教学效果可以体现在以下几个方面：学生可以在感性认识上增加对地下水基本知识的掌握，并且有利于提高学生利用地下水原理解决实际问题的能力，同时通过这些实际能力的掌握与增强，可以进一步增强学生对地下水课程的兴趣，提高自主学习的积极性。

三、微实践环节的发展前景

在教学理念的传承和发展过程中，地下水水文学（水文地质学）课程向来是秉承以学生为本、实验室与现场并重，突出能力考察的教学模式。目前纵观国内高校相关专业及课程现状，都是课堂教学远远多于实践教学。这往往是由于培养方案和培养经费等多方面的因素限制。随着信息化社会的快速发展，“微”字已经体现在我们生活学习的各个方面。通过我们开展的课程微实践活动，表明在不显著增加教学时间和经费的条件下，微实践可以有效提高教学效果。通过本次改革，作者对地下水课程课堂微实践的发展方向和注意要点做了初步的总结。

1.微实践中做到师生互动

传统的实践教学方式通常是“老师讲实验，学生照着做”。在时间较短的微实践环节中，更加要打破这种传统乏味的单一模式。教师可以事先把实验任务布置给学生，在微实践环节中用较少的时间进行纲要性地演示。把剩余的时间留给学生，各个实验小组根据实验指导书，研究和解决在实验过程中出现的各种问题。教师对各组进行提问和点评，让学生带着压力去实验，有利于提高学生的实验能力，培养他们的创新精神和意识，尽量多给学生留下思考的时间和动手机会。

2.微实践中强调实例教学

在地下水水文学课程原有的教学模式中，教师按照教学大纲，将规定内容传授给学生，尤其是注重基础理论、基础知识的传授。经常有学生会问：老师，这个理论在今后的工作中如何应用？对于科研工作经验丰富的优秀教师或许可以轻松解决学生此类的疑问。而对于多数年轻教师，要想圆满地解决学生的疑惑还是存在一定的困难。在微实践环节，学生更加直接地面对地下水问题，那么如何将室内模拟模型中的地下水文过程与实际问题相结合，是教师必须事先做好功课的内容。而且教师在微实践环节将实验与实际问题的内在关联解答清楚，也是提高教学效果的重要手段。最为重要的是学生可以提出自己对实际问题的看法，而学生的这些看法可能就会给教师带来教学的灵感，从而使教师自身水平得到提高，以达到“教学相长”的效果。

3.微实践中重视能力的培养

理论联系实践是地下水研究中的重要方法论。实践环节丰富了学生的感性认识，然后更重要的是要培养学生能够在对水文现象感性认识上进行整理、归纳、总结和概括。因此，实践环节虽然有助于学生对抽象概念的掌握及理解，但这一点也不能被滥用，否则就会影响学生抽象思维能力的培养。实践教学不仅在于验证书本知识和巩固理论知识，而且要更加重视引导学生探讨学科理论的形成与发展。这是与学科理论形成过程相反的过程。在实践教学过程中可以针对不同的地下水现象作为知识兴趣点提出问题，培养学生独立思考问题的能力和团队协作精神。从这一角度来看，微实践教学环节应该重视从单一方法的培养到方法综合运用培养的高级阶段，也即是科研能力培养阶段。

创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。寻求在体制范围内的微创新、微实践是教育事业改革的新方向。本文以地下水水文学现状教学体系为出发点，提出在不改变原有教学大纲、教学目标的前提下，引入若干次体量小、灵活性强的微实践活动。通过教学实践对比分析，表明微实践对于增强学生学习积极性，提升理论知识掌握程度具有显著的效果。

本次研究仅是作者结合自身教学科研领域做的微小尝试，其中不乏许多不足之处。作者对于微实践教学环节中的师生互动、实例教学和能力培养方面的认识都还不够深入。微实践作为解决信息化时代知识爆炸这一问题的有益解决方案，值得更多的教育工作者思考和尝试。

参考文献：

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[9]曹丽文，朴春德.“工程地质与水文地质”教学理念探索与实践[J].煤炭高等教育，2009.

篇2

[关键词]地下水环境 演化机制 地下水环境健康研究

[中图分类号] X532 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-8-256-2

1引言

地下水在生态和地质环境中具有不可替代的作用，地下水具有资源、生态、环境等多重属，它在维持生态环境的平衡方面起着十分重要的作用。针对人类活动对地下水环境的影响，以及如何解决地下水资源为人类发展提供持续的服务功能等问题，在地下水科学与工程研究领域已经开展了大量的深入研究，主要集中在环境水文地质问题、地下水环境演化、地下水的脆弱性评价、地下水可持续利用与管理方面。

2地下水环境概述

2.1地下水环境演化

干旱半干旱气候区地下水的形成、演化及各种影响因子，包括与人类活动的关系研究，是科学地开发利用地下水资源、保护生态环境，促进人与自然协调发展不可缺少的基础性工作，也是国际上水科学界研究的热点问题。早期的环境水文地质工作把重点集中在地下水污染的研究。20世纪70年代以后，随着工农业经济的快速发展，导致地下水系统水量衰减、水质恶化，人们主要集中于地下水循环特征，以及影响水的分布、可利用性和水质等因素的研究；至80年代，地下污染治理成为主要研究方向，并开始利用计算机技术开展污染物在地下水系统中迁移转化的数值模拟研究。20世纪80年代中期以来，随着人们对环境问题的日益重视，在可持续发展理念的指导下，人类在地下水的开发利用过程中越来越多的考虑资源、经济、社会、环境等制约因素，地下水资源的科学管理更多体现了经济、社会、环境协调发展的原则。90年代以来，地下水不合理开发引起了地面沉降、岩溶塌陷等生态环境问题，于是对地下水环境演化的问题，开始由传统的地下水流场、水化学场的理论研究转向重视人类工程活动的影响及其变异的研究，主要集中在人类活动对地下水环境演化进程、路径和方向的影响及其生态环境效应方面。研究地下水环境演化规律及其与地质环境、生态环境的相互制约作用，科学地总结地下水环境演化模式，可为生态环境的预测和充分合理地利用自然资源提供科学依据。

2.2地下水环境脆弱性

地下水环境脆弱性是指地下水环境由于自然条件变化和人类活动影响遭受破坏带来一系列问题的敏感程度，它反映了地下水环境的自我防护能力，也是衡量地下水环境健康的重要因素。地下水环境的脆弱程度是衡量地下水环境对外界胁迫的恢复能力的重要指标。“地下水脆弱性”是法国的Albinet等于1968年首次提出的[1]，他们认为地下水脆弱性是在自然条件下污染源从地表渗透与扩散到地下水面的可能性。目前，国际上公认的地下水脆弱性的定义是美国国家科学研究委员会于1993年提出的，地下水脆弱性是指污染物到达最上层含水层之上某特定位置的倾向性与可能性，据此可将地下水脆弱性分为本质脆弱性和特殊脆弱性。国外许多学者较早地开展了地下水脆弱性的研究，并取得了颇为丰硕的研究成果；国内20世纪90年代中期才开始地下水脆弱性研究，大多集中于地下水的本质脆弱性方面，对于影响地下水特殊脆弱性的敏感因子考虑较少。由于地下水系统的复杂性和人们认识的差异性，目前对地下水环境脆弱性的研究还存在许多问题，有待进一步完善。

2.3地下水的生态环境效应

地下水作为水资源的重要组成部分，其开发利用必然会对生态环境产生重大影响：地下水位过高会引发土壤盐渍化和沼泽化；地下水位过低会引起土壤干化、沙化和天然植被退化，下垫面变化，减少地表径流，包气带变厚，减少地下水的补给量。俄罗斯学者V.N.Ostrovski提出了“生态水文地质学”的概念，将水文地质的概念引入到生态系统中，他认为：生态水文地质学研究目的是控制地下水圈的体制以防止发生一些不可逆转的对生态环境不利的影响，一方面要预防人类活动对生态环境产生的不利影响，另一方面要科学地预测人类活动对生态环境所产生的影响[2]。近年来，国内外学者加强了地下水的生态环境效应的研究，有学者提出了合理生态水位概念，研究了地下水位与植被生长状况的关系，研究了作物产量与地下水位埋深的关系。以协调发展为目标，建立地下水引起的表生生态效应递阶层次评价指标体系，丰富水资源生态价值理论。这些研究表明，无论是对于整个区域的地表景观格局变化，还是对于局部典型的生态系统的演化，维持适宜的地下水系统状态都是很重要的。研究表明，无论是对于整个区域的地表景观格局变化，还是对于局部典型的生态系统的演化，维持适宜的地下水系统状态都是很重要的。地下水的生态环境效应的研究主要是土壤水盐运动状态、潜水水盐动态、潜水位埋深等与植物生长关系。地下水位生态环境指标是指与生态环境状况密切联系的地下水和与地下水有关的各种临界指标的总称，主要包括土壤含水量、土壤允许含盐量、地下水位适宜矿化度、地下水位临界深度、潜水蒸发极限深度、潜水零补排差深度和地面控制沉降临界水位等[3]，这些指标是地下水资源管理和生态环境保护的重要依据。地下水的生态环境效应的研究，可为地下水环境生态功能紊乱的辨识、确定合理的健康评价指标体系提供重要的理论依据。

2.4地下水资源可持续利用与管理

水资源的可持续利用与管理是经济和社会可持续发展极为重要的保障，水环境健康是水资源可持续利用的目标与方向。近年来，国内外学者对水资源可持续性的研究方兴未艾。有学者运用总量控制来研究地下水的可持续性，从生态环境角度评价了地下水资源的可持续性。有学者运用水、生态、社会经济复合系统理论研究地下水的承载力，从地下水资源承载力角度研究地下水资源的可持续性。地下水资源的可持续利用是指在确保地下水开发利用不对生态环境造成危害的前提下，地下水在数量上和质量上最大限度满足当前及长远的需求。维持地下水环境状态的健康是地下水资源可持续利用与管理的战略方向，因此，地下水可持续利用与管理的研究为地下水环境健康的研究奠定了理论基础。目前对于地下水资源的可持续性研究仍处于探索之中，现在还没有一套公认的标准方法。地下水可持续利用涉及到社会、经济、生态系统的方方面面，因而主要任务是在掌握广泛资料的基础上，找出适应评价区域的评价标准、指标体系。综上所述，目前水文地质学领域开展的地下水环境演化、地下水环境脆弱性、地下水的生态环境效应和地下水资源可持续利用与管理等方面的研究已经为地下水环境健康的研究奠定了良好的理论基础。但目前所进行的水资源可持续利用的研究局限在对这种理念的理解、研究内容的拓展，同时，地下水环境演化、地下水脆弱性、地下水生态环境效应等方面的研究也局限在地下水环境问题的某一方面，至今仍未进行综合性的研究与探讨。由于地下水环境健康问题的复杂性，以及影响因素的整体性与持续性，决定了我们必须从整体上来把握地下水环境健康的研究。

3地下水环境健康研究现状

地下水环境健康作为水环境健康的组成部分，对于促进生态环境的良性发展具有举足轻重的作用，然而，地下水环境健康理论的研究及其应用仍未展开，其基本理论、评价体系与方法是需要进一步探讨的重要问题。通过对生态系统健康、水环境健康理论与研究方法的分析，人类在对地下水的大规模的开发利用以后，必须重新审视地下水的生态环境功能与资源价值，探求人与自然的和谐发展道路，维护地下水环境健康必将成为地下水资源可持续利用与生态环境管理的重要战略方向。对地下水环境健康理论体系的研究，有以下几方面的发展趋势：（1）研究地下水环境的演化机制。在自然环境和人类活动的持续胁迫下，地下水环境始终处于发展和演化状态。人类活动的强度决定了地下水环境演化的性质与速度，是影响地下水环境健康的主导因素。开展人类活动影响下地下水环境的演化机制可以深刻揭示地下水环境的劣变原因，并为地下水环境健康状态的演变趋势分析奠定理论基础。（2）地下水环境健康的概念及评价体系的研究。地下水环境健康是生态系统健康的基础，是水环境健康的重要组成部分，维持地下水环境状态的健康可促进生态系统的良性发展。地下水环境健康的内涵是对地下水环境系统状态和功能的总结与概括，是地下水环境健康评价的理论基础。地下水环境健康评价体系是实现地下水环境健康评价的先决条件，包括地下水环境评价指标体系、评价标准、评价方法、评价模型等。（3）地下水环境健康评价指标研究。在地下水环境健康内涵的基础上，结合地下水环境演化机制分析，概括地下水环境健康的驱动因子和状态响应，并利用主导性、独立性的评价指标表征地下水环境系统的驱动因子和状态响应，并构建各评价指标的健康等级标准，这一环节是联系地下水环境健康理论与实践的重要纽带。（4）现论与先进技术的应用。地下水环境健康的研究是在已经发展成熟的地下水科学理论与技术方法的基础上进行综合、系统的研究，因此，在开展地下水环境健康研究中，应该综合运用现代系统理论和空间数据综合采集技术、系统模拟预测技术和综合评价技术，以提高研究的实用性、科学性，也有利于推动地下水综合评价理论与方法的发展。

参考文献

[1]Doerfliger N，Jeannin P Y，Zwahlen F.Water vulnerability assessment in karst environments a new method of defining protection areas using a multi-attribute approach and GIs tools [J].Environment Geology，1999，39（2）：165-l76.

篇3

地下水功能区划是地下水利用与保护规划中的重点也是亮点。

根据《全国地下水利用与保护规划》：地下水功能区划是地下水利用与保护工作的基础平台。按照《关于开展地下水功能区划的通知》（水资源[2005]386号）文件的要求，全国开展了浅层地下水功能区划工作，明确了浅层地下水的功能定位。对于深层承压水，按照储备为主的原则，不再划分功能区。

以地下水主导功能为基础，划分全国地下水功能区；根据地下水功能区的主导功能，兼顾其他功能要求，确定各功能区维系供水安全的水位、开采总量控制指标和水质保护目标。本次规划在第二次水资源评价的基础上，进行了浅层地下水功能区的划分，按两级划分为三大区类。地下水功能区按两级划分。

一级功能区：地下水一级功能区划分为开发区、保护区、保留区共3类，主要协调经济社会发展用水和生态与环境保护的关系，体现国家对地下水资源合理开发利用和保护的总体部署。

二级功能区：在地下水一级功能区的框架内，根据地下水的主导功能，划分为8类地下水二级功能区。其中，开发区划分为集中式供水水源区和分散式开发利用区共两类地下水二级功能区，保护区划分为生态脆弱区、地质灾害易发区和地下水水源涵养区共3类地下水二级功能区，保留区划分为不宜开采区、储备区和应急水源区共3类地下水二级功能区。地下水二级功能区主要协调地区之间、用水部门之间和不同地下水功能之间的关系。

我国浅层地下水功能区划呈山丘区以保护区为主、平原区以开发区为主的显著特点。地下水二级功能区界线不能跨水资源二级区，基本规划单元面积太小时，根据情况可进行适当归并。

在地下水功能区划工作的基础上，水利部于2007年下发了《关于做好全国地下水利用与保护规划编制工作的通知》（办规计函[2007]409号），要求编制地下水利用与保护规划。

1.2地下水功能区与地表水功能区的差异

流域综合规划修编涉及到各个方面，其中有水功能区和地下水功能区关系密切。

地下水功能区划分是针对流域面上的地下水，是编制浅层地下水利用与保护规划的基础，规划编制主要以地下水功能区为单元，根据其功能状况，提出分区分类开发利用与保护修复规划方案。

地下水功能区以流域的地下水资源量与可开采量和水质功能定义，水功能区划分地表水水资源状况来定义。

地下水功能区区划采用水资源评价地表水资源评价的面积和分区一致，即采用流域全覆盖的方式进行，包括不透水面积、水面面积及沙漠区面积等。水功能区以干流支流为主河段为单元，已经水利部的批复，待国务院批复。

水功能区划分是针对流域干支流河流，指为满足水资源合理开发和有效保护的需求，根据水资源的自然条件、功能要求、开发利用现状，按照流域综合规划、水资源保护规划和经济社会发展要求，在相应水域按其主导功能划定并执行相应质量标准的特定区域。

依据同为水利部水资源不同的批文，分区不同：一级区为3类与4类，二级区8类与7类。

水利部水资源[2003]233号文“水功能区管理办法”第三条：水功能区分为水功能一级区和水功能二级区。水功能一级区分为保护区、缓冲区、开发利用区和保留区4类。水功能二级区在水功能一级区划定的开发利用区中划分，分为饮用水源区、工业用水区、农业用水区、渔业用水区、景观娱乐用水区、过渡区和排污控制区7类。

1.3地下水功能区需完善

如何与水功能区相互协调是地下水功能区需要面临的问题。

其实所谓的水功能区实际是应该准确表达为：地表水（江河、湖泊、水库、运河、渠道等地表水体）大部分干流河段与主要支流水域相应质量标准的特定区域的水功能区。

水功能区是沿河道（湖泊）的一条线，地下水是河道外的流域片。

在水资源开发利用强烈的地区地表水与地下水的交换也强烈，重复利用量就越大。

无论地表水功能区与地下水功能区都与环保部门有着密切的联系，特别是地表水，在中国素有“九龙治水”之称的多头治水管理模式中，水利部门和环保部门是两个重要的行业管理部门，而在水的管理权限中，最主要的就是水质和水量这两大部分。治水的工作概括为：水利部门主要管水量，即水资源的利用；环保部门主要管水质，即水污染。目前我国已经形成了这样一个部门分割体制：“环保部门不下河，水利部门不上岸”。

管理体制设置上，充分发挥现有流域水资源保护机构的作用，建立流域管理与区域管理相结构的体制。

2009年3.22世界水日提出的口号是：“地下水——看不见的资源。”地下水一旦由于开发和保护不当而遭受污染，不但其自净能力极弱，而且会对生态环境造成严重影响，直接对人类及其活动造成危害。因此加强对珍贵的地下水资源保护具有非常重要的意义。

地下水功能区保留区中的应急水源区或储备区也可归于开发区，应急水源区应进行一些基础设备的投资，真正起到应急的作用。

2005年11月松花江污染事件哈尔滨宣布停水4天时，为保证市民生活用水，哈尔滨市启动应急预案，从黑龙江省内各市县调水，由各区对口送水，大庆石油管理局钻井总公司钻井队来到哈尔滨帮助在哈的大专院校、供水供热企业新打约100口深水井，哈尔滨市启动市区386口备用水源井。单一以松花江地表水为主的供水的哈尔滨市，2009年总库容5.23亿立方米常年一类水体的磨盘山水源地供水工程全线竣工通水，哈尔滨供水格局实现了由松花江水源向磨盘山水源的重大转变，主城区市民即将全部饮用来自磨盘山的优质水。磨盘山供水工程满负荷运转后，哈尔滨市以松花江水为水源的各水厂将作为备用水源，城市供水将变为“一供一备”的格局，正符合国家关于城市多水源保障体系的要求。

2.深层承压水与浅层水

2.1公报概念深层承压水与浅层水

地下水资源量指地下水体（含水层重力水）的动态水量，用补给量或排泄量作为定量依据。“中国水资源公报编制技术大纲”中：地下水源供水量是指水井工程的开采量，按浅层水、深层水、微咸水分别统计。浅层水指与当地降水、地表水体有直接补排关系的地下水；深层水指承压地下水。坎儿井的供水量计入浅层水中。混合开采井的开采量，根据当地情况按比例划分为浅层淡水和深层承压水，并在备注中说明。

由于水资源公报中的深层水根据各省区实际按照大致深度划分，有的省区按100m或80m埋深，而内蒙古草原采用50m。因此，与本次深层承压水概念上有较大区别，一些省区没有统计或较少深层承压水。各省（自治区、直辖市）基于“水资源公报”成果上报的深层承压水现状实际开采量包含了部分易于补给更新的承压水和岩溶水。

2.2本次规划采用概念

本次将与当地大气降水和地表水体有直接水力联系的潜水以及与潜水有密切水力联系的承压水统称为浅层地下水，将埋藏相对较深、与当地大气降水和地表水体没有直接水力联系而难于补给的地下水称为深层承压水。

浅层地下水广泛分布于我国山丘区和平原区，深层承压水则主要分布于松嫩平原、黄淮海平原和长江三角洲平原。

为解决在地下水利用与保护规划中深层承压水实际开采量统计不准的问题，根据全国水资源综合规划对浅层地下水和深层承压水的界定，并结合国土资源部的研究成果，对有关概念做进一步明确：浅层地下水包括潜水、易于补给和更新的承压水，以及岩溶水；深层承压水是指极难更新补给，基本不参与现代水循环的承压水。

2.3极难更新的深层承压水近似可以看做“矿藏水”

本次规划采用2005年为现状年依据2005年全国和流域以及各省区的地下水现状供水量并对深层承压水进行了调整。

全国水资源综合规划的专题：《深层承压水量计算方法研究专题报告》认为深层承压水除分布于松嫩平原、华北平原（黄、淮、海平原）、长江三角洲地区外，准噶尔盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、河西走廊、鄂尔多斯盆地和四川盆地等大盆地也存有深层承压水。由于山前平原的中深层承压水易于接受山前侧渗补给，且多与潜水有较密切的水力联系，松嫩高平原的中深层承压水亦具有山前平原之特性，故两类地貌区的地下水开采量均划入浅层地下水。所以，仅在松嫩低平原、大盆地中部、华北平原的中东部平原以及长江三角洲地区统计深层承压水实际开采量。

水利部公报编制组在2009年7月中国水资源公报编制汇总协调工作会议上提出的“水资源公报编制有关技术问题”要求注意公报与相关成果，特别是水资源综合规划的比较分析和协调，确定浅层、深层承压地下水供水量的最新概念：浅层地下水包括潜水、易于补给和更新的承压水，以及岩溶水；山丘盆地、山前平原、松嫩高平原。深层承压水是指极难更新补给，基本不参与水循环的承压水。仅统计松嫩低平原、大盆地中部、华北平原中东部、以及长江三角洲地区等。

“中国水资源公报”的深层承压水新概念实施，需等本次规划批复后正式行文。

本次规划经过多次汇总后确定采用极难更新的地下水作为深层承压水。

由于省区长期应用的概念与这次的无法很快统一，因此，部分省区仍保留原深层承压水的概念，比如河南省涉及四大流域，但省上已经批复规划。

深层承压水让省区接受需要一定的时间，与当地大气降水、地表水体没有直接补排关系的地下水，地质历史时期累积形成的地下水资源量，含水系统中不可再生和恢复的、不能持续利用的水量，“极难更新的深层地下承压水”储存资源可以解释为埋藏较深的类似于矿藏的这类水，当然“矿藏水”不能完全理解为深层承压水，较容易理解。

我国矿藏水开采量占总储量比例不大。深层承压水既然是“矿藏水”，也像煤炭一样一次性资源，作为战略储备不难理解。作者也倾向于既然是矿藏也是可以适量开采的，比如污染严重地区解决饮水安全，以及特殊行业的用途。

3.功能区保护指标

3.1开采量、水质和水位

根据地下水的功能要求、现状情况、水资源配置方案以及未来利用保护的需要与可能，合理确定各功能区的地下水保护目标，包括地下水开发利用的总量控制目标即目标开采量、维系供水安全的水质保护目标以及维持良好生态环境的合理生态水位控制目标。

功能区保护指标：水质、开采量和水位三类。

水质要根据主导功能的水质要求，严格控制，避免地下水水质恶化。

地下水开采量以可开采量和开采区地下水补给条件来合理确定，实现区域地下水的采补平衡。

地下水水位要根据地下水功能区生态与环境保护目标的要求，合理确定。

地下水保护指标，加强保护、控制目标不低于现状；地下水超采区治理采取三方面措施：节约、替换、增源；加强节水，减少和控制地下水开采量替代水源建设。对于地下水超采量通过水资源配置替换为地表水，压缩地下水开采。增加地下水补给量，提高地下水的可开采量。

3.2水质保护目标

水质类别按照I、II、III、IV、V填报，选择功能区代表性井的水质平均状况作为功能区水质状况；如集中供水水源区按照开采井的水质浓度数据平均确定，分散式开发利用区按照典型井的平均水质代表功能区水质。

以集中式供水水源区保护目标为例加以说明水质标准：具有生活供水功能，水质标准不低于Ⅲ类水的标准值，现状水质优于Ⅲ类水时，以现状水质作为控制目标；工业供水功能的集中式供水水源区，以现状水质为控制目标。

集中式生活水源区根据《地下水质量标准》（GB/T14848-93），地下水矿化度不大于1g/L；集中式工业用水区地下水水质不劣于IV类水；分散式农业用水区地下水水质不劣于V类水。

水质要求不发生地下水污染或发生恶化，影响到功能区的正常使用功能。针对不同地区，依据地下水水质状况和污染源治理情况，提出不同阶段地下水开发利用与资源量保护的规划目标。在水质目标控制中未受污染的区域保持水质现状，经过改水、替换、调水补源等措施提高水质；受到污染的区域治理保护达到原来的水质状况。

3.2开采量控制方案与水位目标

地下水开发利用量要求以可开采量和开采区地下水补给条件来合理确定，目的是实现开发利用区的地下水采补平衡，实现地下水的良性循环；地下水水位是维持地下水生态环境功能的重要指标，不能太低，也不宜过高，要根据各功能区的实际保护目标要求，合理确定。可开采量根据地下水资源调查评价成果进行核定。

水量标准：年均开采量不大于可开采量。

在全国水资源综合规划成果的框架内，不同水平年的地下水开采量控制方案。按照分区规划、有压有增的原则，超采区压采量是规划的难点重点。

集中式供水水源区大部分为城市工业和生活供水，在当地地表水、跨流域调水、再生水利用等方面有相对良好的水资源条件，故未来以压采为重点。

除了浅层地下水开采量控制方案外，还要进行深层承压水开采量控制方案。规划报告中列出了重点地区地下水开采量控制方案：黄淮海平原（由海河一般平原、淮河一般平原及黄河下游平原）、黄河中上游能源基地（山西、陕北、宁夏和内蒙鄂尔多斯高原是我国重要能源化工基地）、长三角地区（包括江苏的苏州、无锡、常州、泰州四地市和浙江杭嘉湖地区以及上海市）、东北平原（东北松嫩平原、三江平原和辽河中下游平原）、西北内陆河（西起帕米尔高原国境线，东至大兴安岭，北起国境线，南迄冈底斯山分水岭）。

地下水水位由于全国无法统一统计最后采用以埋深来代替，并且应有一个高低数据，即一个区间值；超采区一般压采，“退出开采”，中心埋深回升；盐渍化如宁蒙河套及黄河下游沿岸的引黄灌区需要抽取地下水来降低水位，保持一定的埋深；荒漠化地区依据植被的生存要求，要保持一定的水位埋深。如华北深层承压水水位埋深一般不应大于50米，胡杨林地的地下水埋深条件是保持不大于8m的埋深等。

4.重复水量（岩溶水、傍河井、泉水等）

4.1地下水分类与开采概念

本次规划中的地下水是指赋存于地面以下岩土空隙中的饱和重力水。根据我国各地区地下水含水层介质、埋藏条件的不同，可将地下水划分为不同的类型。

按照埋藏条件，可将地下水划分为潜水、承压水两种类型。

根据含水层介质的不同，可将地下水划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类岩溶水、基岩裂隙水共3种类型。地下水指埋藏在地下孔隙、裂隙、溶洞等含水层介质中储存运移的水体。

岩溶水主要赋存在碳酸盐岩的溶洞和裂隙中，南方岩溶主要以溶洞甚至地下暗河的形式发育，如贵州、广西等地是南方岩溶较发育的省份。北方寒武或奥陶系岩溶水则多呈现溶隙特点，出水量大，开采条件好，水质优良，是一些城市的重要水源，如河北和山西的太行山一带和山东部分地区岩溶水分布较广泛。

地下水开采：采用抽水设备取用地下水称为地下水开采；包括溶洞甚至地下暗河、坎儿井、傍河井、泉水出露的使用等实际是地表水的利用，与此关系密切的还包括矿井水的利用。

水资源开发利用程度越高，地表水与地下水利用中交换越剧烈，重复利用水量就越多。

4.2岩溶水等地下与地表重复利用水量

对部分比较明确的重复利用水量如岩溶水等，在评价中没有涉及本次规划允许部分省区保留。傍河井开采如关中渭河以及郑州黄河大堤内外的自来水井群等，其利用的实际是地表水量。

西南喀斯特岩溶发育强烈的中心区域，地表涵养水源能力较弱，水资源开发利用难度较大，工程性缺水问题十分突出。岩溶山区由于地表和地下形成的双重空间结构，岩溶地下水较丰富，岩溶大泉及地下暗河是贵州岩溶地下水赋存的主要形式，打深井解决农村居民饮水安全，岩溶水利用采用泉水出露后修建集水设施。

贵州省大约利用量为28亿m3，全国近60亿重复利用水量。

4.3提高水资源耗水率与污水重复利用水量

根据“中国水资源公报”2007年全国总用水（供水）量5819亿m3，用水消耗总量3022亿m3，全国综合耗水率（消耗量占用水量的百分比）为52%，废污水排放总量750亿t；废污水排放量是指工业、第三产业和城镇居民生活等用水户排放的水量，但不包括火电直流冷却水排放量和矿坑排水量。

水资源开发利用率（总供水占当年水资源总量）为23%；其中，地表水源供水量占81.2%，地下水源供水量占18.4%，其他水源供水量占0.4%。供水与耗水相差近2800亿m3、提高其他水源如污水资源化、雨水利用和海水淡化量和用水耗水率，将有近1000亿m3潜力，减少大量新鲜水资源量的使用。

按照取水水源不同分为地表水源、地下水源和其他水源三大类。其他水源供水量包括污水处理再利用、雨水利用和海水淡化利用。污水处理再利用量是指经过城市污水处理厂集中处理后的污水回用量，不包括工业企业内部废污水处理的重复利用量。中水又称再生水、回用水，是指城市污水和工业废水经净化处理，水质改善后达到国家城市污水再生利用标准，可在一定范围内使用的非饮用水。如果能将这些废污水通过处理转化为中水无疑将是一块巨大的资源。提高污水处理率，增加污水利用量，污水资源化迈入进行大量使用阶段。

5.规划保障措施

5.1工程措施

地下水利用与保护规划的主要措施包括地下水超采治理、地下水污染治理、地下水涵养与修复、城乡供水保障和地下水监测工程。除供水措施属于利用外，其他措施都属于保护方面的内容。

超采治理是本次规划的重点。超采治理的主要措施是压缩地下水开采量，使地下水系统逐步通过自然修复，实现地下水水资源的良性循环和相关生态系统的修复。

5.2管理措施

地下水资源管理措施主要包括法制建设、制度建设、能力建设、机制和体制等方面内容。

编制《地下水资源管理条例》和《地下水资源管理办法》，并完善地下水功能区划。

地下水功能区划应列入地下水资源管理条例中，作为地下水利用和保护的重要管理依据，赋予地下水功能区应有的法律地位。建立和完善地下水功能区管理制度，分区分类指导地下水的开发利用和保护涵养。建立分区地下水总量控制与定额管理制度，完善地下水取水许可管理和水资源有偿使用制度。

5.3跨流域调水将修复地下水环境

根据本次规划结果，2020年，全国将从跨流域调水工程中，利用118亿m3的水量来支持地下水超采治理，压缩相应的地下水开采量，其中2014年东、中南水北调工程是海河和淮河流域直接受水区，替代的水量也最多，近70亿m3。西北地区利用跨流域调水进行地下水治理的替代水量达29亿m3。

作者通过对黄河流域1919年至2008年天然径流量滑动平均分析将在2013年后将结束自1986年以来较长时段的枯水少水年，有可能出现一个平水年时期，也将对水资源利用紧张有所缓解。

污水资源化的全面使用，结合跨流域调水使相关地区压采与环境修复成了可能，因此，2015年将是北方地下水利用一个一级“拐点”。

5.4规划实施极大提高地下水综合管理水平

在本次地下水利用与保护规划基础上，制定并实施地下水保护的实施方案，落实地下水利用与保护规划的有关措施，确保规划目标的实现。

在地下水利用与保护实施方案中，要建立监测和评估制度，建立适应性管理为原则的动态机制，及时发现实施过程中出现的新问题，提出解决对策，保证规划目标的实现。

地下水功能区的划分与实施，以集中水源地与重点地区控制方案为管理重点，建立监测监督有效体系，对每个地下水水源地的总量、水位、水质动态管理，甚至对重要地区的地下含水层的管理，以及充分发挥广大用水户或自律协会的节水管水自觉性，规划实施必将使我国地下水综合管理水平大幅提高，紧追世界先进管理水平。

5.5建议

本次规划坚持大原则下省区保留差异性，遗留问题留待今后工作中进一步完善。建议2015年作为基准年进行规划的修订,并且提前到该年之前开始工作避免规划中基准年变动带来的不必要的麻烦。

篇4

近些年，环境风险评价和环境风险管理的概念被提出。欧美国家基本都在走这条路。但是它带来的另外一个问题是政府要出面加强管理。另外，利用地下水分层分布的特点杜绝一部分地下水污染是我国可实施的重要手段。

地下水是我国淡水资源的重要组成部分，占全国水资源总量的1/3。随着人口的增长、经济的发展和城市化进程的加快，地下水资源出现了严重危机，主要表现在地下水的超量开采和污染加剧两个方面。有机污染物地下水资源的“癌细胞”

有关监测数据表明，约有64％的城市地下水受到严重污染，33％的城市地下水受到轻度污染。我国地下水污染范围日益扩大，全国2/3城市地下水水质普遍下降，局部地段水质恶化，300多个城市由于地下水污染造成供水紧张；从地下水中检测出的污染物成分越来越多、越来越复杂，仅京津唐地区地下水中检测出的有机污染物种类就已达百余种之多；而且污染程度和深度也在不断增加，有些地区深层地下水中已有污染物被检出。

在城市，地下水中的有机污染物主要来自垃圾填埋场、加油站、生活污水和工业废水。在农村，农业活动――主要是大量使用化肥――对地下水造成了严重的威胁。我国化肥用量实在到了令人触目惊心的地步，目前我国化肥的生产和使用量已列居全球第一，从上世纪70年代初的百万吨左右快速增加到五千万吨的量级。但是，化肥的实际利用率非常低，它们中未被植物吸收利用的部分会随地表径流进入地表水体或通过渗透进入地下水。

除此之外，由于地下水超采造成的大面积的地下水位漏斗，更加速了浅层受污染的地下水向深层流动。地下水污染已经严重威胁公众健康，加强治理迫在眉睫。

地下水污染防重于治

在日本，针对空气污染、水污染的法律叫“防治法”，而针对土壤污染的叫“对策法”。这是因为他们已经认识到被污染了的土壤和地下水是很难完全被修复的。

美国从1980年起就雄心勃勃地要治理地下水中的有机物污染，但是几十年的实践表明，要完全治理几乎是不可能的，于是，近些年，环境风险评价和环境风险管理的概念被提出。具体来说，某个地方的地下水有污染，在制定污染治理目标的时候，并不需要将所有被污染的地下水都治理干净，而只要保证取用地下水的地方的水质符合饮水标准就可以了。欧美国家基本都在走这条路。但是它带来的另外一个问题是政府要出面加强管理。这个治理目标和方案要有具体污染点的特色，而不是一个普适的标准。如果具体情况(比如土地使用的形态、地下水开采利用的方式等)发生了变化，那么就需要重新进行评价，必要的话，要进行更进一步的治理。要对土地建立更加详细的账本，以前关于土地的账本是不包括环境质量调查结果的，现在有了。咨询公司可以从政府相关部门查到，历史上这块土地做过哪些环境调查，调查的结果是什么?如果发现了有毒有害物质，是什么物质?浓度多少?标准是多少?是否超标?要改变土地的使用形态，必须考虑土地的环境质量。这个地方能不能作为居民生活区用地?如果不能作为生活区建设用地，是否可以作为商业区用地?建商业区不行那可不可以建工厂?……管理措施跟上了，环境标准就可以适当放宽，这也是我国将来的一条出路，以我国目前的经济实力，要完全修复已经被污染了的土壤和地下水是不现实的。

篇5

[关键字]水源地 FEFLOW 模型 评价

[中图分类号]

U212

[文献码]　B

[文章编号]　1000-405X（2012）-10-72-1

关于FEFLOW软件利用的研究，在国内外越来收到重视，有限元地下水系统是一种交互式的、以图形为基础的地下水模拟系统，可用水对有压或者无压的地下水水资源的三维（3D）和二维（2D）、区域和断面（水平、垂直或轴对称断面）、流体密度耦合以及温盐线或者非耦合的、变饱和的瞬间水流、化学物质以及热传导进行模拟。关于采用FEFLOW软件对地下水流、化学物质等等方面研究已有很多[1]。其中国内冯尚友、夏军和陈家琦等也都分别进行了相关研究报道[2-4]。

1　模拟区水文地质概况

模拟区位于燕山山脉沉降带东南端，东西构造带与华夏系构造的复合部位，为燕山联合弧的凸出部分，都山复背斜西侧。因河流切割褶皱断裂等原因，形成重叠山峰，许多穹窿构造和小盆地。境内地层发育完整，除上奥陶、志留、泥盆、白垩、侏罗下统以及三迭地层外均有明显出露，尤以太古界、元古界及中生界侏罗系火山岩出露广泛。

根据含水介质将拟建水源地所在区域划分为两个水文地质区：基岩裂隙水区和松散岩层孔隙水区。

2　模拟区地下水动态变化

模拟区地下水主要为潜水，受降水影响较大。模拟区地下水位随季节变化比较明显，非汛期1～5月份、10～12月份由于降水较少，地下水补给不足，地下水位逐步下降，6～9月份，降水量逐渐增多，地下水补给比较充分，地下水位逐渐回升。从年际变化来看，本区域地下水长期处于动态平衡状态，无明显的持续下降现象，即使在枯水年或枯水季节，地下水位有所下降，但在丰水年或丰水季节会得到迅速补充。

3　地下水数值模拟模型的建立

为建立研究区地下水数值模拟模型，首先要对实际的水文地质条件加以概化，建立水文地质概念模型。模拟区东西长1930m，平均宽度500m，面积0.97km2。模拟区的目标含水层是潜水含水层，在垂直方向上，上层为粉质粘土，以下是颗粒粗大的砂卵砾石，为潜水含水层，这两层为第四纪沉积物；砂卵砾石层以下为风化程度不同的砂砾岩，视为潜水含水层底板。模拟区上下游边界均概化为流量边界；两侧与基岩山区相连，概化为零流量边界。补给项包括河流渗漏补给、河谷地下径流流入、两岸基岩山区地下水补给和河谷区域降雨入渗补给。排泄项包括地下水开采、河流排泄、河谷地下径流流出、潜水蒸发。模型的含水层内部结构概化为均质、水平方向上各向同性，水流服从达西定律。

4　建立数学模型

根据上述水文地质概念模型，建立相应的数学模型：

式中：K：含水层渗透系数；

H：潜水水位；

B：潜水含水层底板标高；

W：单位体积流量，用以代表流进源或流出汇的水量；

μ：给水度；

H0：初始水位；

H1：计算期间边界处的地下水水位；

t：时间；

D：模拟区范围；

Г2：第二类流量边界。

5　模型参数率定

根据水文地质概念模型，采用FEFLOW软件建立数值模拟模型，利用抽水试验期间的水位观测资料，对模型进行识别，使数值模型符合实际的水文地质条件。根据拟建水源地进行的抽水试验期间的水位动态观测资料，将模型的识别时段定为抽水试验期。运行模型后，通过比较地下水观测孔处的计算水位和观测水位，来调整模型的主要水文地质参数，例如：河床沉积物的渗透系数，含水层的渗透系数等，使得计算水位和观测水位拟合情况较好，考虑到傍河取水水源地调节特征，强调水源地整个流场趋势拟合。

抽水试验期间两观测孔地下水位过程线拟合良好，区内所有观测点水位与模拟水位均匀分布在45°相关线两侧，且偏离数值在±0.5m以内。说明地下水数值模型模拟结果较好，所建立的数学模型正确，可以代表该拟建水源地的水文地质条件，并可以将模型用于拟建水源地的地下水资源评价与预测。

6　模型的灵敏度分析

拟合优度目标函数等值线在代表含水层渗透系数变化的水平方向梯度较大，在代表河床沉积物渗透系数变化的垂直方向则相对较小，说明含水层渗透系数相对更敏感。同时发现目标函数有明显的极值点，说明模型总体反应灵敏。

7　地下水数值模拟与评价

作为傍河取水水源地，地下水补给量与开采强度密切相关。以2020年本区域对水资源的需求量为参考，利用率定出的模型，结合搜集整理的近10年资料，进行不同开采强度条件下的逐日数值模拟，通过对模拟结果进行分析，确定开采强度Q=2.60万m3/d。

根据计算结果分析评价，在开采强度条件下，水源地10年平均地下水资源量（按补给量计）为1018.6万m3。在总补给量中，河流入渗补给量占79.8%；基岩山区侧向补给量占13.5%，河床潜流流入量占5.6%，降雨入渗补给量占1.1%。说明该河段河谷含水层地下水与河流地表水联系密切。可以将数值模拟的开采量做为可开采量。

8　结论

本文根据地球物理勘探、抽水实验数据，采用FEFLOW软件在某水源地建立了地下水数值模型，根据率定计算水位和观测水位进行对比，验证了模型的正确性。对模拟结果进行分析，确定了研究区的稳定可靠的开采强度，根据预测，到2020年，水源地模型模拟区内用水量小于开采强度，为区域未来水平年经济快速发展提供了水资源保证。水源地取水的可靠性将随着上游用水的增加而逐渐减弱，这是需要引起重视的问题。

参考文献

[1]　王玉明.　地下水资源评价中随机模型的应用[J].　河南水利，　2006，　8：　34.

[2]　冯尚友，　刘国权.　水资源可持续利用的框架[J].　水科学进展，　1997，　8（4）　：　302　-307.

篇6

【关键词】地下水；污染特点；防治措施

随着我国工业化进程的不断推进，致使地下水质量逐渐恶化。了解地下水的污染特点及治理措施的复杂性，以便增强人们对地下水污染及治理的难度的认识。提高人们的环保意识。

一、地下水污染的概念

所谓地下水污染，就是在人为影响下，地下水的物理、化学或生物特性发生不利于人类生活或生产的变化。地下水污染相对与地下水环境背景值或对照值而言。所谓地下水环境背景值是指地下水未受污染的情况下其所含化学成分的浓度值，它反映了天然状态下地下水环境自身原有的化学成分。如果无法取得地下水环境背景值时，人们引用了对照值的概念，通常将所在区域内历史记录最早的地下水水质统计值或所在区域内人类活动影响较小的地下水水质统计值作为对照值。

二、地下水污染的特点

地下水污染与地表水污染不同。污染物质进入地下水及其进入地下水后其运动速度相当缓慢，若不进行长期的、专门的监测，很不容易发现，但在发现时，其污染已达到相当严重的程度。地下水由于循环交替缓慢，即使排除污染源，已经进入地下水的污染物质将在含水层中长期滞留，污染范围不断扩大。如要使其自然净化，将需要几十、几百甚至几千年。如要人工处理，将付出巨大的人工、经济代价。同时还必须有一定的技术和条件。因此，地下水一旦污染，将会造成巨大的污染事故，无法预料的后果。

三、地下水的污染途径

地下水的污染途径是多种多样的，大致可分为四种形式，一是径流型污染。它是污染物通过地下径流进入含水层，污染物通过岩溶孔道进入含水层即是此类型。二是越流型污染。它是通过越流的方式从已受污染的含水层转移到未受污染的含水层，地下水的开采改变了越流方向，是已受污染的潜水转移到未受污染的承压水即是此类型。三是连续渗入型污染。污染物随水不断渗入含水层，造成地下水的污染。废水池、废水渠、渗坑、渗井和受污染的地表水连续渗漏造成的地下水污染即是此类型。四是间歇入渗型污染。大气降水或其它灌溉水是污染物周期性地渗入含水层造成地下水污染。固废存放不当在淋滤作用下，淋滤液下渗引起的地下水污染就是此类型。

四、地下水污染的防治措施

环境监测部门要在地下水污染的严重区、易发区建立专门的地下水监测机构及设施，进行长期的专业的跟踪监测。一旦发现地下水污染，立即报告当地政府及有关部门，及时采取措施，查清污染来源及途径，采取补救措施。对于那些极易引起地下水污染的行业，要建立完善的工程防治措施。在实际过程中，具体措施我认为有以下几项：

1、地下水分层开采

开采多层地下水是，各含水层水质差异较大的，应当分开采；在地下水易受污染的区域，禁止已污染含水层和未污染含水层的混合开采；进行勘探的活动时，必须采取防护措施，防治串层，造成地下水污染。

2、工程防渗措施

工程防渗措施是为了防止建设项目产生的废水、污水和固废淋滤水渗入地下而必须采取的防范措施。防渗采用的材料包括黏土、沥青、水泥砼、聚乙烯膜和油毡等。生活垃圾填埋场、工业垃圾填埋场、危险废物填埋场、废弃物填埋场、固体废物填埋、尾矿填埋、废渣填埋、尾矿山防渗的固废危废填埋项目。不同的工程项目，具有不同的工程防渗要求。

3、污染物的清除及阻隔措施

篇7

关键词:外水压力;边界条件;静水压力;概念模型

1　关于隧道壁的边界条件

“随笔”针对“原文”指出:“为什么将属于预测变量的隧道涌水量(该量可以通过模拟获得)按经验公式作为边界条件预先给定呢?”而“答复”对此坚持原有意见并进一步表示:“隧道的预设计阶段，要计算衬砌外水压力，为此必须确定隧道开挖后围岩中的水位，要采用数值方法计算围岩中的水位必须确定边界条件，而富水区隧道在开挖后，往往有涌、突水现象产生，此时隧道洞壁应处理为流量边界。”陈崇希老师在地下水数值模拟“防止模拟失真，提高仿真性”的讲座中，特别强调:要正确地刻画边界条件。由于边界条件处理不当导致模拟失真的实例，不乏其事[4]，边界条件不能随意地给定。如果边界上水头已知，则取第一类边界条件;若边界上流量(流速)已知，则取第二类边界条件，这是刻画边界条件的原则。隧道预设计阶段，隧道壁边界处的什么运动要素是已知的呢?在隧道壁面渗水的条件下，其流量是未知的;而隧道壁处的水压是已知的(p=0)即水头是已知的。隧道洞壁只有在隧道是隔水的或衬砌是隔水的条件下，流量等于零，才是已知的。这就是“随笔”对隧道预设计阶段建议的隧道壁内边界条件选取的两个类型(方程3和4)。并非隧道有渗水，就“隧道洞壁应处理为流量边界”[3]。这个“应”，是“不应”的。如果硬将一个人为给定的流量作为第二类边界，可能会导致模拟结果的失真。至于“原文”中计算实例的结果是否会失真，可通过其数值模拟结果计算出的隧道洞壁各点的水头值是否满足水压等于零(大气压力)这个约束条件来检查。至于隧道预设计时需要隧道涌水量的预测值，这一点“随笔”已指出:隧道涌水量属于预测变量，“该量可以通过模拟获得”[2]。

2　关于“原文”中的计算实例

“随笔”针对“原文”的实例未对水文地质条件做基本的介绍分析，就给出数学模型的情况指出:“一个实际问题的数值模拟，极其重要的一步是建立一个符合当地水文地质条件和向集水建筑物流动基本特征的地下水概念模型。为此应当对地层的产状、岩性、构造以及地下水的补径排作必要的分析，要避免未作水文地质条件基本分析就摆出数学模型。”[2]在“答复”的补充说明中也仅仅给出其所建立的概念模型，即:“计算区域承压含水层，顶、底为隔水边界，两侧面为由沟通浅层水的大型导水平移断层(走向与隧道近于平行，产状近于直立)概化为定水头边界。”仍未对基本的水文地质条件做必要的介绍、分析。作为读者，更有兴趣的是什么样的水文地质条件可以概化成上述的概念模型，因为这是读者能从中吸取养分的主要部分之一，也是“防止模拟失真”极为关键的一步。笔者读了“二文”[1，3]，至今还不知道实例中隧道围岩的地层岩性、地层产状、构造及地下水的补径排等(哪怕是区域性的)基本的条件，如此怎么能把握概念模型的正确建立呢?特别要指出的是“两侧面为由沟通浅层水的大型导水平移断层(走向与隧道近于平行，产状近于直立)概化为定水头边界。”这两个“定水头边界”的水头是如何确定的?什么条件使它能“定水头”?这是建模过程中应该论证的。退一步来说，若上述概念模型的边界条件成立，又为什么可以采用“原文”中的流量计算公式(1)来近似刻画隧道初期的最大涌水量呢?

3　关于“静水压力”

的确，“原文”没有提及“静水压力”这个术语，但是“随笔”引用“原文”关于确定隧道外水压力目前一般的做法是“查明地下洞室地区的地下水位，乘以折减系数对水头进行折减，然后根据折减后的水头计算外水压力”[1]其中洞室开挖前地下洞室地区的地下水位至洞室间水柱形成的压力，就是其静水压力;“乘以折减系数对水头进行折减，然后根据折减后的水头计算外水压力”[1]，前者是洞室开挖前的，后者是开挖后的，不知是否为此理解。“答复”表示:“正因为‘地下水流动有水头损失，用静水压力作为隧道衬砌出的水压力是不妥’才采用作用系数的方法对静水压力数值进行修正。”[3]这里表述的与“原文”说的是两回事。先不讨论这种修正是否合理，但不能把开挖洞室前后的修正相混淆。为了搞清此问题，笔者查阅了“答复”中引用的文献。晏同珍指出“外水压力计算，…，一般是按最高地下水位到洞室拱顶内壁的垂直距离乘以水重度。但工程实践上发现，外水压力并非完全与水位至拱顶的水柱高相符合，往往偏小，故设计时是按具体的水文地质条件将水柱垂直高乘以小于1的折减系数。”[5]可见这里指的正是“静水压力”。邹成杰阐述到“地下洞室地区的地下水位乘以某一折减系数，即外水压力值。”[6]指的是开挖洞室后的水压。通过此次阅读，笔者深深地体会到，充分、正确利用水文地质信息，正确建立概念模型是应用数值模拟解决实际问题极关键的一步。同时使笔者深有体会:深埋隧道水文地质勘查，虽然资料偏少，但区域水文地质测绘工作总是应该进行的，也会有“非常有限的深孔资料”[3]，应该说地质剖面是清楚或基本清楚的，钻进过程中总是会测地下水位(分层的或混合的)，可能还会做测井、抽水(压水)试验等，这些对于一个实际的数值模拟问题都是十分宝贵的，在建立概念模型(含边界条件)和参数的确定上应加以充分的利用。在此感谢陈崇希老师在阅读过程中悉心指导。 参考文献

[1]　王建秀，杨立中，何静.深埋隧道外水压力计算的解析———数值法[J].水文地质工程地质，2002(3):17-19

[2]　陈崇希，刘文波，彭涛.确定隧道外水压力的地下水流模型———读《深埋隧道外水压力计算的解析-数值法》一文随笔[J].水文地质工程地质，2002，29(5):62-64

[3]　王建秀.深埋隧道外水压力计算中几个问题的探讨[J].水文地质工程地质，2003，30(1):95-97

[4]　陈崇希，裴顺平.地下水开采—地面沉降数值模拟及防止对策研究[M].武汉:中国地质大学出版社，2001 86.

[5]　晏同珍.水文工程地质与环境保护[M].武汉:中国地质大学出版社，1994，195-196

篇8

地下水影响分析的必要性

为了解地下系统施工过程和工程运行过程中对地下水环境的影响程度、影响范围，以便采取相应措施，对工程施工和运行产生的地下水影响问题进行分析是非常必要的。

工程施工和运行对地下水的影响

（一）对地下水位的影响

根据建立的计算模型，对工程区天然渗流场及施工期、运行期渗流场进行计算分析，工程区天然渗流场计算了平洞开挖前、后两种情况的渗流场特性；施工期渗流场主要计算了以下三种情况渗流场特性：一是平硐PD1、PD11、进厂交通洞及通风洞均未衬砌的情况下，引水系统、地下厂房系统、尾水系统开挖后支护完成，未作混凝土衬砌，即工况1；二是引水系统、地下厂房系统、尾水系统衬砌后（其它同一），即工况2；三是平硐PD1、PD11、进厂交通洞及通风洞、地下厂房系统、尾水系统全部衬砌，即工况3；运行期主要计算了上下水库蓄水（平洞、进厂交通洞及通风洞均未衬砌）情况下（工况4）的渗流场特性。结果表明，工程地下系统施工和运行对工程区地下水渗流场会产生较为明显的影响，但在不同的施工阶段、工程区不同位置受影响程度不一。

地下水影响减缓措施

为避免工程地下系统施工引起的地下水位下降对六度寺村、新庄村和各矿泉水厂用水的影响，主要采取以下措施：

（1）施工时要尽量及时对诸如F12和F5等主要结构面进行注浆封堵和衬砌；同时，应尽可能对一些地下工程进行衬砌，以利于地下水位的及时恢复。

（2）加强地下水位的监测工作，做好工程开工前、施工过程中和工程运行期的地下水监测工作，及时进行监测成果分析和对周围居民、矿泉水厂的生产生活用水影响的评估工作。

结语

篇9

关键词：污染场地；地下水；污染物运移

地下水污染健康风险评估是健康风险评估在地下水环境保护治理领域的衍生概念。基于保护人类健康和生态环境的考虑，以地下水质量标准和风险评估的健康基准值为基础，客观、科学地量化评估地下水污染对人体健康和生态环境产生的潜在影响。地下水是人类赖以生存的重要组成部分，非地下水原有物质进入地下水后可能会对地下水造成污染，地下水一旦受到污染，治理和恢复都是非常困难的。因此，应用科学有效的方法进行地下水环境影响评价是非常必要的。

一、地下水健康风险评估方法

1、地下水暴露量的计算

该研究在进行场地地下水健康风险计算中主要考虑的暴露路径为人体直接饮用途径，运用地下水饮用途径暴露量计算公式对污染物在场地地下水中的暴露剂量进行计算，可得到地下水饮用途径污染物暴露剂量。

ADD=（1）

式中，ADD为经口暴露剂量；CW为水中污染物浓度；IR为人的饮水率；EF为暴露频率；ED为暴露持续时间；BW为人的体重；AT为平均暴露时间。

2、场地地下水健康风险计算

根据石油类污染物对人类的不同毒性特点，可将地下水健康风险分为致癌风险和非致癌风险。致癌风险即对人体造成致癌效应的风险，一般认为没有剂量阈值，只要有微量存在，即会对人体产生不利影响。根据美国国家环保局（EPA）推荐值可知，当致癌风险值大于10-6时，表示污染物致癌风险超过可接受水平；非致癌风险则指对人体造成非致癌效应的风险，一般认为有剂量阈值，低于阈值则认为不会产生不利于人体健康的影响。当非致癌风险值大于1时，表示污染物非致癌风险超过可接受水平。对于一种污染物质，可能既具有致癌风险，又具有非致癌风险，这时应分别对其计算致癌风险及非致癌风险。

地下水污染物的致癌风险模型计算：

R 1 =ADD×SF（2）

式中，R1为致癌风险（无量纲）；SF为致癌斜率因子；ADD为致癌污染物地下水饮用暴露量。其中，当R1值大于10-6时，表示污染物致癌风险超过可接受水平，需要进行修复。

地下水污染物的非致癌风险模型计算：

R2=（3）

式中，R2为非致癌风险（无量纲）；RfD为经口摄入污染物参考剂量；ADD为非致癌污染物地下水饮用暴露量。其中，当R2值大于1时，表示污染物非致癌风险超过可接受水平，需要进行修复。

二、实例研究

评价区位于工业园区内，地理坐标为东经119°38'―119°40'，北纬45°26’―45°27'。地貌属山前冲洪积地貌，地形起伏较大。地层上部为第四系冲洪积、风积细砂及沙砾石层，下部为凝灰质胶结的沙砾层。所在含水层为松散岩类孔隙与基岩风化带孔隙裂隙潜水含水层（组），含水层岩性为含砾粉细砂、砾石、凝灰岩等，厚度25―35m，水位埋深2―5m，导水系数（T）59.81―259.2m2/d，渗透系数（K）3.15―8.64m/d。通过上述分析，模拟评价区的水文地质概念模型可以概划成非均质、各向同性、二维非稳定流地下水流系统。

1、数学模型的建立

评价范围内水流状态符合达西定律，利用有限差分法或有限单元法进行数值求解。本次模拟把包含模拟评价区的矩形区域在二维平面上剖分成125×125=15625个网格单元，其中模拟评价计算区6607个单元，共6个区。

2、模型的识别和验证

模型的识别与检验过程是整个模拟中极为重要的一步，通常要经过反复修改参数和调整某些源汇项的过程才能达到较为理想的拟合效果。模型的识别与检验过程采用的方法称为试估――校正法，属于反求参数法。通过反复调整参数和均衡量，识别水文地质条件，确定模型的结构、参数和均衡要素。最终确定了各个分区的水文地质参数如表1所示。

表 1 模拟评价区含水层参数

识别后的含水层水文地质参数

分区编号 参数值 分区编号 参数值

渗透系数（m/d） 给水度 渗透系数（m/d） 给水度

1 6.8 0.25 4 4.5 0.15

2 4.5 0.15 5 3.5 0.18

3 6 0.2 6 7.5 0.2

3、溶质运移影响因素及模拟时间段的确定

根据污染源特点，本次污染物预测评价过程不考虑污染物在含水层中的吸附、挥发、生物化学反应，只考虑运移过程中的对流、弥散作用。模拟时段确定为自泄漏时间点起30年，共计10950天，设定渗漏时间起点为2011年1月。

4、污染物质的确定

大修渣成分复杂，并非只有一种污染物，而是存在一种主要污染物和多种次要污染物，根据大修渣取样进行的相关浸出试验结果，确定大修渣主要污染物为氟，浓度为300mg/L。

5、模拟结果分析

1）非正常工况无防渗措施情景预测

根据评价区污染物浓度大小，对氟污染物进行预测分析，特征污染物氟的污染羽在弥散、对流综合水动力作用下，逐渐向东南方向迁移出污染场地并向下游运移，污染羽的面积逐渐增加，浓度由于水流的稀释在逐渐降低。100d后，影响范围为91721m2，超标范围64166m2，最大运移距离239.9m，最大超标倍数约93.4倍（对应的浓度为93.4mg/L）；1000d后，影响范围为468101m2，超标范围243355m2，最大运移距离713.8m，最大超标倍数约17.1倍（对应的浓度为17.1mg/L）；10000d后，污染羽的最大浓度为0.12mg/L，远远小于限值，所以不存在超标现象，但存在影响范围，面积为311649m2，预测结果详见表2。

表 2 地下水中氟污染预测结果

污染年限 影响范围（m2） 超标范围（m2） 最大运移距离（m） 最大超标倍数 最大浓度mg/L

100天 91721 64166 239.9 93.4 93.4

1000天 468101 243355 713.8 17.1 17.1

10000天 311649 - 829.4 - 0.12

2）非正常工况有防渗措施情景预测

有防渗措施，污染物仅通过防渗层破损点渗漏，进入地下水的污染物总量急剧减少，浓度将大大少于无防渗措施下的浓度。根据无防渗措施的预测结果来看，在非正常工况采取防渗措施时，下游厂区边界地下水污染物浓度变化差异显著，各污染物达到稳定浓度的值远小于检测下限。地下水污染程度明显减弱，均未超出检测下限。

结论

综上所述，虽然污染场地砂卵砾石层能对污染物起到一定的吸附和净化作用，但由于其渗透性很大，在污染物浓度超标很大的情况下不能有效地吸附，超标的污染物会随地下水向下游运移。在有防渗膜的前提下，污染物的扩散、迁移路径被有效地阻滞，当污染物扩散至砂卵砾石层及其下部地层时，浓度已明显减小，水平扩散范围及侵入深度也明显减小，因此不会对污染场地下游区域地下水水质产生影响。

参考文献

[1]王克三。地下水污染及其监测治理问题[J].水文地质工程地质，2009

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论文关键词：地下水 数值模拟 modflow 水源地

论文摘要：本文首先建立了汾河二库及其下游地区水文地质概念模型，然后根据地下水水头长观资料识别模型的水文地质参数，运用可视化标准软件Visual Modflow，建立了地下水三维不稳定流模型来刻画汾河二库地下水下游区域流动的基本规律。运用识别后的模型预测了未来2010年和2015年水库不同蓄水位条件下的地下水动态变化。模拟结果表明，汾河二库的建成使周围地下水流动发生了变化，水库蓄水造成流域地下水位的上升，但对兰村水源地的影响有限。

汾河二库位于兰村泉域中西部太原市区西北约32km的汾河峡谷区，坝址下游8km为兰村水源地。兰村饮用水水源地是太原市规模最大、产水量最高的水厂。汾河二库建成以后，由于水库渗漏严重，对其周边地下水环境产生了一定的影响，研究汾河二库蓄水以后对兰村水源地地下水水位的影响具有一定的现实意义，可为当地政府合理、可持续开发利用、保护地下水资源提供决策依据，对汾河二库调蓄运行具有一定的指导意义。笔者将从研究区地下水的形成、循环规律入手，建立地下水三维流数值模型，进而利用该模型对区域地下水的水动力条件进行分析，预测分析水库在不同蓄水水位方案下对兰村水源地地下水动力场的影响。

1 研究区概况

研究区面积约162km2，多年平均降雨量为484.8mm，多年平均蒸发量为1806mm，属典型的北温带大陆性干旱、半干旱季风气候。研究区地势总趋势是北高南低，依地貌特征分成两部分：其北、西、西南部为侵蚀、溶蚀为主的石灰岩剥蚀构造地貌，出露地层主要为奥陶系和寒武系灰岩，海拔高度为1000m～2000m；东南部为盆地区洪积倾斜平原分布于西山区边缘，出露地层主要为第三、第四系松散堆积物，海拔高度为800m～830m。

研究区地下水补给、径流、排泄条件分成山区和盆地区。山区裂隙岩溶水主要接受大气降水和河流的入渗补给，地表径流渗漏主要是汾河渗漏，沿汾河罗家曲－镇城底、古交（寨上）－小塔为两个主要漏失段。山区岩溶裂隙水接受大气降水和河流的入渗后，沿东、西、北三个方向向盆地方向径流。从补给区至径流排泄区，地下水由无压水向承压水逐步过渡，排泄带岩溶水承压水头由于受地形地貌及地质条件的控制，承压水头从几米到几百米不等。天然状态下排泄主要是以泉的形式排泄，现状条件下排泄以人工开采为主。盆地孔隙水主要接受大气降水的入渗补给，汾河干流段地表水的渗漏补给，灌溉渠系及田间灌溉的入渗补给，山区岩溶裂隙水的侧向径流补给。由平原北部向南部，由东西两侧向中部径流运移。但由于平原地形相对较平坦，其流动缓慢。浅层孔隙水以潜水蒸发和向下游径流，现状条件下，由于长期大量超采，形成地下水位下降漏斗，地下水由四周向漏斗中心径流，以人工开采的形式集中排泄。

2数值模型的构建

2.1 水文地质概念模型

根据区内水文地质钻孔资料及地下水储存条件，以边山断裂带为分界线将研究区分为两个区。汾河二库所在区为奥陶系及部分寒武系岩层出露，属灰岩裸露区，由于灰岩厚度较大，故将其概化为一层。兰村水源地所在区地表为第四系覆盖物的覆盖，由于其透水性明显弱于其下面的奥陶系灰岩，故将该区在垂向上概化为两层，第一层为弱透水层，第二层为承压含水层。含水层均为奥陶系岩溶介质，概化为非均质各向异性介质，同一参数分区内含水层可视为均质，水流服从达西定律。根据区内的地下水动力场特征，研究区所有边界均为第二类边界。受自然条件及人为开采地下水的影响，研究区地下水流为非稳定流。根据实际长观系列资料，以2003年1月1日的水头分布作为研究区的初始水位。

2.2 数学模型

根据模拟区地下水系统水文地质概念模型，建立了计算区内水位分布数学模型。潜水和中深层承压水系统地下水运动的数学模型分别为:

潜水系统：

2.3 模型剖分

研究区的总面积为162km2，在平面上将其剖分为209行，184列，在垂向上分为两层，其网格为矩形，共计76912个单元格。其中，有效单元格45465个研究区的总面积为162km2，在平面上将其剖分为209行，184列，在垂向上分为两层，其网格为矩形，共计76912个单元格。其中，有效单元格45465个，无效单元格31447个，每个单元格的平面面积约为0.007km2。

2.4 均衡要素的确定

地下水系统的均衡要素是指其补给项和排泄项，均衡区为整个研究区。在均衡区内地下水补给项主要包括有大气降水入渗补给、地下水侧向径流补给、河道渗漏补给和二库渗漏补给；地下水排泄项主要包括有人工开采和径流排泄。均衡要素计算的目的在于确定地下水的各个补给排泄项随时间和空间的变化规律，为建立地下水流数值模拟模型准备数据。各均衡要素计算结果如表1。

表1 水文地质参数分区图

3 模型模拟结果及讨论

3.1 模型调较与验证

根据研究区地下水位观测资料的实际情况，选取2003年1月1日至2003年6月30日作为模型识别时段，历时半年，计算时段按应力期进行划分。在每个应力期内的开采量和补给量不随时间变化，分10个步长来计算研究区内的水位。

研究区水平方向分成四个参数分区：Ⅰ区为西部和北部岩溶裸露地区，是本研究区的主要补给区；Ⅱ区为沿河及河谷地区，渗透性较强；Ⅲ区为薄层黄土覆盖区，受山前断裂带阻隔，水位雍高，是本区主要排泄区；Ⅳ区为石炭二叠系出露，与奥陶系相比渗透性能稍弱。研究区水文地质参数分区见图1。

图1 水文地质参数分区图

利用试错法对模型参数进行率定，经过反复调参，得到较为理想的模型识别结果和合理的参数，各分区水文地质参数见表2。

表2 含水层水文地质参数分区表

根据所建立的数学模型，计算观测孔所在单元的水位，并和实际观测的水位进行对比，从而反求相关水文地质参数。由于研究区内的观测点较少，本次计算选用兰村水源地代表性水位观测孔S1进行水位拟合，水位拟合曲线见图2。由图可知，观测孔的实测水位和计算水位的变化趋势基本一致。

图2 S1观测孔模型识别阶段水位拟合曲线图

图3 模型验证S1观测孔水位拟合曲线图

本次识别各时段长观孔的水位计算值与实测值的拟合误差（绝对误差）小于0.1m的达到80%，符合识别要求。上述模拟结果表明，正负误差比较均匀，系统稳定性较好，模拟的精度和效果是理想的。

为进一步验证识别后的模型和水文地质参数的可靠性，用校正后的模型及参数组合计算出S1观测点的地下水位，将计算结果与实测水位相比较，对模型进行检验。根据计算区地下水位观测资料的实际情况，选择2003年7月1日至2003年12月31日期间的水位观测资料对模型进行验证。模型验证阶段的水位拟合结果见图3。

本次检验各时段水位拟合误差小于0.1m达85%，符合验证要求。结果表明通过水文地质条件的概化、边界条件的确定、水文地质参数的选取以及源汇项的处理后，所建的数学模型较好地反映了研究区的水文地质特征，该模型可用于地下水位动态预报。

3.2预测方案与结果分析

（1）模拟方案

为了能模拟二库蓄水以后对兰村水源地的影响，采取了两种模拟方案，即在现状年蓄水位和正常年蓄水位下，预测分析研究区岩溶地下水2010年和2015年的流场变化情况。

表3 模拟方案

（2）结果分析

在现状年蓄水位下，各预测年地下水位降落漏斗以水源地为中心向四周扩展。2010年研究区内水位升幅主要变化在0m～30m之间，在兰村水源地地下水位降落漏斗一带水位降幅最大，可达30m，以770m等水位线所围成的面积为6.9km2；2015年与2010年相比，水位在水源地周围稍有减低，以770m等水位线所围成的面积为7.2km2。

在方案二下，与方案一相比，各预测年地下水位在二库库区明显上升，兰村水源地附近水位降幅减小。2010年研究区内水位降幅主要变化较方案一，二趋缓，在兰村水源地地下水位降落漏斗内以770m等水位线所围成的面积为6.8km2；2015年与2010年相比，水位在水源地周围稍有减低，以770m等水位线所围成的面积维持不变，二库库区地下水位明显上升。

图4 现状年水位下2010年等水位线预测图

图6 现状年水位下2015年等水位线预测图

图5 高水位下2010年等水位线预测图

图7 高水位下2015年等水位线预测图

参考文献

[1] 冯玉明.泉枣沟水源地地下水保护区划分报告[R].太原，2009.

[2] 李俊亭.地下水流数值模拟[M].北京地质出版社，1989.

[3] 周念清，朱蓉，朱学愚.MODFLOW在宿迁市地下水资源评价中的应用[J].水文地质工程地质，2000（6）:9-13.

[4] 刘建忠.太原市汾河蓄水工程对兰村泉域水资源的影响[J].太原科技，2003(4):47-49.

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[关键词]地质学专业 水文地质学基础 教学探索

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）11-0146-03

一、引言

“水文地质学基础”是水文与水资源工程、地下水科学与工程本科专业的一门重要主干基础专业课程，同时也是地质工程、勘查技术与工程等工科专业的重要基础课程，但国内理科地质学专业开设该课程的高校较少。

安徽大学立足安徽，服务区域经济社会发展，在环境科学与工程、生态学、地理信息科学等相关专业基础上，于2011年开设地质学专业。在我校地质学本科人才培养方案中，“水文地质学基础”作为专业基础课程开设，以培养学生具有地下水方面的知识和意识。本文就两年来我校地质学专业“水文地质学基础”课程教学过程中的探索和实践进行归纳和总结，以便更好的指导今后的教学工作。

二、教学探索与实践

（一）使用教材优中选优

在教学活动和教学改革中，教材占有重要的地位，是提高教学质量的重要保证。一本好的教材不仅要内容丰富、知识点全面，更要通俗易懂、深入浅出，使学生容易接受，而且要反映学科最近进展。[2]因此，需精心挑选教材。

目前，国内水文地质学基础方面的教材主要有以下几本。①张人权等编著，地质出版社出版的《水文地质学基础》（第六版，2011年），该书是在我国水文地质学重要奠基人王大纯先生主编的《水文地质学基础》（前5版）基础上修订出版，是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。[1]②崔可锐主编，合肥工业大学出版社出版的《水文地质学基础》（2010年），该书是安徽省高等教育岩土工程和工程地质专业系列规划教材。[3]③陈南祥主编，中国水利水电出版社出版的《水文地质学》（2008年），该书是普通高等教育“十一五”规划教材。[4]④肖长来等编著，清华大学出版社出版的《水文地质学》（2010年）。[5]⑤高宗军等编著，中国矿业大学出版社出版的《水文地质学》（2011年），该书是普通高等教育“十二五”规划教材。[6]③④⑤三本教材针对非水文地质专业方向，不仅包含“水文地质学基础”课程的相关内容，还包括地下水运动、水文地质参数计算、水文地质勘察、地下水资源评价等内容。

考虑到：①我校地质学专业有地下水动力学、专门水文地质学等后续选修课程，因此在基础课程教学中宜使用《水文地质学基础》教材。②调研发现，国内多数高校在水文地质学入门课程使用张人权等编著的《水文地质学基础》教材。该书着重阐明水文地质学的基本概念、基本原理及基本分析方法，广泛吸收国内外最新研究成果，深入探讨地下水资源及地下含水系统概念，引入地下水流系统理论，强调与地下水有关的生态环境问题。[1]因此，我们选用该书作为我校地质学专业本科教材。实践表明，选用该教材是合适的，学生普遍反映该教材通俗易懂，概念清晰，内容丰富且新颖。

（二）教学手段四位一体

心理学研究表明，人通过不同器官获取知识的能力不一样。通过听觉获得的知识一般能记住15%，通过视觉获得的知识能记住25%，同时使用这两种器官能记住获得知识的65%，在交流过程中对自己所说的内容能记住70%。而且，人通过不同媒介认识事物所需的时间也不同，通过实物、图形图像认识事物所需时间最短，通过语言描述认识事物的时间约是上述的2倍。[7]基于这一认识，本门课程采用课堂讲授、随堂讨论与练习、实验实习、上机操作等四位一体式教学手段，以增加知识的保持度，同时缩短学生对新事物认识所需时间。

1.课堂讲授

随着计算机技术的快速发展，多媒体技术已经被广泛地运用到该课程的教学中。[8]因此，课堂讲授主要采用现代化的多媒体数字课件，辅以板书。本门课程的多媒体课件图文并茂，文字简洁精炼，图片（照片）经典丰富，不但配有水文循环、潜水承压水示意图等经典图片（彩色），而且还有黏性土的微观扫描电镜照片、淮南地区猴家山组灰岩（含裂隙）、巢湖地区南陵湖组板状灰岩照片（含裂隙）等任课教师科研中积累的照片及我校学生实习照片，全部课件有照片近200张。给文字、图片配以教师讲解，使讲授内容既丰富多样，又提高了学生的兴趣，吸引了学生的注意力。

2.随堂讨论与练习

随堂讨论与练习主要是为了给予学生思考、联想、创新的启迪，以及调动学生情绪，活跃课堂气氛。在详细了解学生以往所学过的地质学基础课的基础上，教师以实际问题为例，以启发式的方法引导学生根据已有的知识来理解新的概念和专业术语。通过教师和学生互提问题，大家共同讨论的方式，使同学们试图为解决该问题提供思路以加深对概念的理解，而不只是对书本上的知识死记硬背。

比如在地下水运动的基本规律这一部分内容讲授完之后，把学生分成10个小组，随堂讨论达西公式的应用条件、岩土介质渗透系数的测试方法等问题;并进行8个题目的练习，涉及实际流速与渗透流速的关系、地下水流向的判断、水力梯度与单宽流量的计算、地下水水位线的绘制等达西定律的理解与应用问题。通过讨论和练习，增加了学生对达西定律的认识和理解，并提出一些岩土介质渗透系数测试有意义的想法，更重要的是创造了一个轻松愉快的学习氛围。

3.实验实习

由于初学者缺乏对地下水的感性认识，同时，地下水科学具有综合性，只有结合具体问题进行分析才能掌握理解。因此，实验和实习显得尤为重要，通过该环节的训练，有利于提高学生分析和解决问题的能力，有利于培养学生的创新思维。[9]

我校根据中国地质大学（武汉）等知名高校教学实验情况，从上海江科实验设备有限公司定制水文地质实验仪器28台，开设了雷诺实验、孔隙与水、达西渗流实验、砂土中水的毛细运动、潜水模拟演示、承压水模拟演示共6个实验，进行编制潜水等水位线图、达西定律的物理实质及其应用、地下水化学成分形成作用实例分析、读水文地质图等4个实习。

通过开设的实验实习项目，促进了学生创新精神和实践能力的培养，强化了学生对基本知识的掌握和基本技能的训练，提高了我校复合型和应用型高素质人才的培养质量。

4.上机操作

数值模拟可视化是新兴发展的计算机技术，以实时动态模拟可视化教学手段将抽象的公式和概念表达具体化和形象化，以加强学生对计算模拟结果的感官认识，加深对知识的理解，从而提高学生的动手实践能力，提高教学效果。[10] [11]

使用GMS软件，对学生进行了4个学时的上机操作训练，采用直接建模法演练了有降雨入渗、河流排泄、人工取水等条件下的地下水流问题。多数学生在练习之后的报告中直接谈到“通过上机模拟，直观地观察到地下水的运动状态，同时，也将该课程的基础理论与现代技术相结合，把研究问题可视化的呈现在我们面前”。

（三）任课教师团队化

在教学过程中，组建教学科研团队，将“一课一人上”变为“一课多人上”的教学模式，每个教师发挥自己科研领域的独特优势，将精力集中于自己擅长的一个或几个部分，相比传统教学模式，学生可领略不同教师的不同教学风格，丰富模块的知识结构。

同时，任课教师把各自近几年相关科研成果实施到教学工作中来，提前让学生接触科研，打破他们对于科研的“敬畏”，并组建创新团队，对他们的新想法进行创新实验。比如，2013级地质学5位学生在进行砂土中水的毛细运动实验之后，积极思考，主动查找文献，设计并进行了粉煤灰及其改良砂质土壤的毛细上升试验，获取了粉煤灰中毛细水上升规律和过程。

（四）考核方式多样化

在课程教学中，考核方式具备检验和激励双重功能。一方面要全面、客观、公平的检验学生学习情况，另一方面要充分利用它的激励功能，特别是在课外拓展学习中的激励性。在该课程的考核方式中，细化考核因子，采用三级指标体系（图1）进行考核。

图1 考核指标体系及权重

1.增加平时考核的适用性

平时成绩是考核学生学习知识的重要方面，要客观公平、全面，且要有实际可操作性。具体做法是把平时成绩分成三个部分，包括出勤率（30%）、课堂知识回顾与提问以及小组讨论情况（30%）、课后作业练习及文献阅读等（40%）。这种平时成绩考核方式，不仅仅是要学生来到课堂，更重要的是激发学生自主思考，使学生由原来的被动“接受性”学习变为主动的“发现性”学习或“探究性”学习，从而真正成为学习的主体。

2.提高试卷考核的开放性

“水文地质学基础”这门课程注重基本概念、基本原理的教学，但试卷考核题型应避免让学生“死记硬背”，避免出现试卷分数很高，但只记住概念，不理解概念的现象，要提高试卷考核的开放性，把基本概念的考核融入图件的绘制、实际问题的分析中。

比如，在考查含水层、隔水层、潜水、承压水等基本概念时，比较简单的做法是以名词解释或简答题来考查学生。笔者考查的题型则是绘图分析题，具体题目是“绘制一水文地质剖面图，使之反映并表示出含水层、隔水层、潜水、承压水、上层滞水，潜水含水层厚度、潜水埋深、承压高度、承压含水层厚度，以及潜水位、测压水位。”该题型具有以下几个特点：①既考查基本概念，又灵活开放，重点是考查学生对基本概念的理解，而不是简单的背记概念;②综合程度较高，该题目把地下水赋存的基本知识点包括在内，而且构成一个有机的整体，增加学生对地下含水系统概念的理解，而不是基本概念简单机械的叠加;③该题目外延要求较高，而不但要求学生掌握地下水赋存的基本概念，而且要求学生对水文地质剖面图的绘制有一定掌握，从另一个方面加强了学生的基本能力锻炼，这在平时练习中也是重点锻炼的。

三、结束语

通过优秀教材的比选，课堂讲授、随堂讨论与练习、实验实习、上机操作四位一体教学手段的构建，一课多人上的教学团队化建设，三级考核指标的细化等措施的探索与实践，有效提高了地质学专业“水文地质学基础”课程的教学质量，为今后教学质量的进一步提高打下基础，也为其他课程教学模式的探索提供了参考借鉴。

[ 注 释 ]

[1] 张人权，梁杏，靳孟贵，等.水文地质学基础（第六版）[M].北京：地质出版社，2011.

[2] 杨治东.对高校优秀教材研发要素的思考[J].教育探索，2013（10）：19-20.

[3] 崔可锐，赵川，查甫生，等.水文地质学基础[M].合肥：合肥工业大学出版社，2011.

[4] 陈南祥.水文地质学[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[5] 肖长来，梁秀娟，王彪.水文地质学[M].北京：清华大学出版社，2010.

[6] 高宗军，魏久传，王敏.水文地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011.

[7] 徐慧，章国安，严燕.现代化教学手段下教学模式研究[J].南通大学学报（教育科学版），2005（1）：77-80.

[8] 郭会荣，梁杏，孙蓉琳，等.《水文地质学基础》课程多媒体教学改革与实践[J].湖南环境生物职业技术学院学报，2007（4）：74-77.

[9] 梁杏，郭会荣.水文地质学基础实验实习教程[M].北京：地质出版社，2009.

篇12

关键词 地下水库；可行性；可持续发展

中图分类号TV7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）100-0135-02

1 地下水库

考虑国内学者对地下水库概念的理解，李旺林[1]给出地下水库概念：地下水库是利用天然地下储水空间兴建的具有拦蓄、调节和利用地下水流作用的一种特殊的水库。

依据国内外地下水库建设及工程实践，可把地下水库分为有坝、无坝和混合地下水库[2]。

地下水库的组成一般包括以下部分[3]：

1）由天然储水构造组成的地下水库库区；

2）拦截地下径流的地下坝；

3）地表拦水和引渗工程；

4）地下水开采工程。

2 区域概况

某流域所在地区工、农业发达，用水量大，供水量不足，一遇旱年旱季库塘干枯，农业无水可用、工业停产，用水紧张是该区当前生产发展的最大问题，严重制约该地区经济发展，解决供水危机迫在眉睫。

造成该区供水紧缺的原因有二：第一是工、农业用水蓄水量大，地表、地下水开采水平低，加之无地下径流拦蓄调节工程调蓄导致缺水；第二是地表水资源丰富但缺乏建库条件，导致大量河川径流入海，无法利用而缺水。

该流域回流总面积22.975km2，其中水库流域20.85km2，并且无较大的河流流经此区，因此水资源相对短缺。

由表1可知，地表开采利用量仅及多年平均开采量十分之一，仅及特枯年补给量的三分之一强。由此可知其区域地表水资源开发利用率极低，可开采潜力大。

理论计算，区域地下水年补给总量在115.4（95%）～565.6（20%）万立米/年，开采量在219.5万立米/年。通过分析可以得出，除枯水年地下水处于超采状态外，一般干旱年均不出现超采，而其旱季缺水是地下水可开采量不足造成的，故建库拦蓄有一定条件。

综上所述，本区缺水关键原因是用水量大，其次是开采水平低造成。因此解决缺水关键是提高开采水平，即提高水资源开发水平和提高水的利用率，搞好节水工作，是目前缓解供水危机的唯一出路。因此修建地下水库实属必要。

3 可行性分析

地下水库的建设需要考虑各方面的问题，需要具备各项基本条件[4]。

3.1气候特征、降水与水质

满足一定数量和质量的水源是建设地下水库的先决条件[5]。

该流域地区属暖湿带季风海洋湿润气候区。多年平均降水量849.2mm，降雨较丰富，多年平均地表径流系数在0.4～0.5之间，地下水入渗补给系数在0.2～0.3之间。由于低山丘陵面积大（占80%），加之无地表拦蓄工程兴建条件，其年径流90%以上以弃水形式排泄入海，故而导致缺水。

对流域水质取样分析，其水质良好，符合生活、生产用水标准，适于建库。但建库后预防污染是一项重要任务，因为地下水库中的水一旦受到污染，治理起来难度很大[6]。

3.2 水文地质条件

3.2.1流域岩性及地形

流域内岩性单一，出露岩层主要为中生代燕山期中细粒花岗岩及黑云母花岗岩，走向西南～东北。

区内地形为低山、丘陵、平原三种，其中低山占53.8%；丘陵占22.9%；平原占20%。低山区基岩为半风化微风化花岗岩，丘陵区为强风化花岗岩形成成土母质，平原区由残积、坡积、洪积、冲积的亚砂、中粗砂含砾与中粗砂卵砾石互层构成。

流域区岩性单一，流域闭合，地上与地下分水岭一致。加之第四季含水岩层厚度较大，是理想的地下建库区。

3.2.2地下水储水条件

影响地下水库储水条件的因素有很多[7]，如岩性，构造和自然条件等，下面从以下方面进行分析。

首先是库区周边边界条件。库区除其东北为平原区外，其北、西、南三面均为低丘陵环绕，形成天然分水岭。又因岩性为单一的弱透水或不透水的花岗岩，库区周边隔水性好，是理想的建库条件区。

其次是库区基底条件。库区下游除上部有较厚的第四季河卵石层含水层外，其基底仍为弱透水或不透水的花岗岩。因此库底不存在渗漏问题。虽有两条断层横穿大坝，但因出现在弱透水层，只要建坝时灌浆堵漏处理，库区基本无漏水问题。

最后是库区储水层结构。库区平原是本次建库的储水区。区内共有三个含水岩组：库区表层为亚砂质沙壤土，此层以下为中粗砂含砾石层，最下层是粗砂卵砾石层，松散无结构，透水性好，具有一定含水性。后两层是主要含水层，其厚度平均约12m～13m。

3.2.3坝址工程地质条件

第一，坝址工程地质条件。本区第四季含水层厚度平均14.05m，共分为亚砂砂壤土组、中粗砂含砾卵石层和中粗砂卵砾石层三组，其下部为强风化花岗岩含水岩组，强风化层以下为半风化、微风化花岗岩，不富水，结构完整坚硬。坝址区基岩在两端河边台地以强风化层出露，均厚约2m～3m，在河床区坝段深埋地下。故建坝应穿透该层，将板墙与较完整基岩接触，插入微风化层0.5m～1.0m。

第二，坝址工程地质评价。本区既有断层通过，又有较厚第四季中粗砂夹砾卵石含水层。渗漏、稳定性和震动液化问题是工程地质评价的核心问题。

1）依据钻孔勘探及断层区基岩压水试验，其吸水率在0.2L/min·m·m～0.4L/min·m·m之间。其K值在2×10-4cm/s～5×10-4cm/s之间，渗透性不强，并且裂隙不多，稍加灌浆处理即可堵漏。

2）河床区河卵石及砾石层为中等密实，坝体墙体在灌浆过程中由于水泥浆与周围砂砾石层形成充填胶结连结结构，形成一体，因而其稳定性和震动液化问题不大。

4 结论

该流域工农业发达，用水量大，供水量不足，严重影响该地区的经济发展。通过分析可知，造成缺水的重要原因是水资源的开采不足，因此建库蓄水，提高水资源的利用率是必要的。并且该地区的气候特征还有水文地质条件也适合修建地下水库。

修建地下水库是一项复杂的系统工程，该地区还应加强该地下水库的环境和效益的评价分析，加强地下水库监测规划工作，加快地下水库建设，做好已建地下水库的优化管理[8]和库区水污染防治工作，防止地面沉降等环境问题的出现。

参考文献

[1]李旺林，束龙仓，等.地下水库的概念和设计理论[J].水利学报，2006，37（5）：613-618.

[2]林学钰.论地下水库开发利用中的几个问题[J].长春地质学院学报，1984，2：113-121.

[3]赵天石.关于地下水库几个问题的探讨[J].水文地质工程地质， 2002，5：65-67.

[4]孙晓明，王卫东，等.环渤海地区地下水库开发利用前景[J].地质调查与研究，2007，30（1）：54-61.

[5]徐建国，卫政润，等.环渤海山东地区地下水库建设条件分析[J].地质调查与研究，2004，27（3）：197-202.

[6]杜新强，廖资生，等.地下水库调蓄水资源的研究现状与展望[J].科技进步与对策，2005，2：178-180.

篇13

关键词：河间地块均衡分析

中图分类号：F470.1 文献标识码：A 文章编号：

水文地质条件简要分析

研究区为河间地块，全区总长度和宽度都为2000m，并且为稳定流。左右两边的河流和渠道都为定水头边界，右边水头值为53m，左边水头值为52m，南北两侧边界均为隔水边界。根据该地区上下岩层渗透性的差异，可将本区分为上下两部分，上部为潜水含水层，下部为承压含水层，并且两个含水层之间水力联系密切。

本区主要的补给项是大气降水的入渗补给，降水量为445mm/a，入渗系数为0.35，因此，大气降水的入渗补给量为0.00043m/d。而且地下水与河间地块两侧河流和渠道具有密切的水力联系，天然条件下，地下水向两侧地表水排泄；在开采条件下，随着开采量的变化，其补排关系会发生很大的变化。

水文地质概念模型

水文地质概念模型的边界，左右两边的河流和渠道都为定水头边界，南北两侧边界均为隔水边界。

水文地质概念模型的空间结构，根据该地区上下岩层渗透性的差异，将本区分为上下两部分，上部为潜水含水层，下部为承压含水层。由下表可知含水层的空间结构。

水文地质概念模型中地下水的流动特征，地下水与河间地块两侧河流和渠道具有密切的水力联系，天然条件下，地下水向两侧地表水排泄；开采条件下，地下水的流动特征会发生变化。

地下水流数值模型的建立

数学模型:由控制方程和边界条件组成。

—降水入渗补给量 T1—左边界 T2—右边界

（2）进行软件的选取，利用PMWIN软件进行稳定流条件下河间地块地下水资源评价工作。PMWIN是美国地址调查局开发的用于模拟和预报地下水系统的一个应用软件，它是一个以Modflow为核心的可以用来处理三维模型的软件。其数值方法采用的是有限差分法。他可以模拟井、河流、排水、水头边界、补给和政法。也可以用来模拟和示踪污染分布的范围等。

（3）然后进行网格剖分，将单元剖分成20行，20列，共两层。网格大小为100*100m。模型区域的总长度和宽度定为2000m。应力期的长度为365d。

（4）网格剖分工作结束后，进行各项参数的赋值。

天然条件下地下水资源评价

天然条件，全区全部的补给量来自于大气降水的入渗补给。

天然条件下地下水均衡表

由上面表中数据可以看出，两层的补给项和排泄项，及两层之间的补排关系。上下两层主要是通过越流进行水量交换的，越流量主要来自于大气降水的入渗补给。地下水向两侧河渠排泄量主要来自于降雨入渗补给量。

图一天然条件下第一层等水位线图

由上面两张图可以看出，地下水流场在第16竖行处存在分水岭，分水岭处水位大致为53.11m。再根据上面的均衡表格可知，天然条件下，地下水的补给资源量全部来自于大气降水的入渗补给，排泄量主要是向两侧河流和渠道排泄，所以，初步判断可开采量在1400m³/d。

图二天然条件下第二层等水位线图

不同开采条件下地下水可开采量评价

开采井方案一：

（1）开采井的确定原则：

考虑采用单层抽水的方式，减少成本，对开采的效果影响不是很大。由于上层的含水层厚度较小，因此这次决定采用下层抽水的方式，抽水量为1000 m³/d。充分利用了降水入渗量，维持下部地下水环境的均衡。

（2）方案设计：

在坐标（8，10）处设置一口开采井，进行单层开采，开采第二层的抽水量为1000 m³/d。

（3）地下水均衡分析：

第一开采方案条件下地下水均衡情况

开采一情况下，由于抽水井的存在，袭夺了一部分河水的水量，同时也向河渠中排泄了一部分水量，排泄量大于袭夺量。说明井的开采量主要来自于大气降水的入渗补给量。

另外，由于开采层位位于第二层，因此上下两层之间有明显的越流交换量，上层对下层有大量的补给，所以下层抽水量的来源主要是通过与上层的交换获得的，来自于大气降水的入渗补给量，进而为抽水量提供来源。

③开采量组成分析:

与天然条件下的均衡进行对比，如下表：

从上面的与天然条件下对比的表可以看出，在开采条件下补给项增加了侧向补给量，排泄项增加了井开采量。天然条件下，降水入渗补给量基本都通过侧向排出了；而在开采一条件下，开采量主要来自于大气降水的入渗补给量，说明由于开采井的存在，减少了大气降水入渗补给量向两侧河渠的排泄。

④可开采量评价:

由上面的分析可以知道，总的补给量大致为1.4322632E+03，而目前地下水的开采量为1.0000000E+03，仍有一部分的补给量通过侧向流出了，说明此时的开采量是合理的，还可以适当的增加开采量，在增大开采量的同时还要考虑降落漏斗的大小，不能低至承压含水层，降落漏斗过低时，应考虑降低开采量。还要考虑两侧河渠的季节性水量变化和河流水质的特点。

因此我认为可开采量应该维持在1400 m³/d左右，若外界环境因素较好，则可以考虑适当增加开采量，以便利用河水水量。从可持续发展的角度，应以利用降水入渗量为原则进行开采。

开采井方案二：

（1）开采井的确定原则：

由于前一个方案是靠近同一侧进行抽水的，所以下面的方案考虑在河渠两侧同时抽水，以便能充分袭夺两侧河渠的水量。这样，既可以利用大气降水的入渗补给，还能利用两侧河渠的水，提高抽水量。由于水源地需要扩大开采，所以要设置比较大的水流量。该方案设计的抽水量为1600 m³/d，左右两口井，分别抽800 m³/d，抽水量比较大。

假设河渠的水量比较稳定，水质较好，可以长期利用。所以设计的抽水量略大于降水入渗补给量。

（2）方案设计：

在坐标（6，10）和（14,10）处分别设置一口开采井，进行单层开采，左边第二层的抽水量为800 m³/d，右边第二层的抽水量也为800 m³/d，两井间距离为700m。

（3）地下水均衡分析：

第二开采方案条件下地下水均衡情况

开采二情况下，由于抽水井的存在，袭夺了一部分河水和渠水的水量，同时也向河渠中排泄了一部分水量。说明井的开采量主要来自于大气降水的入渗补给量和河渠的补给量，但是大部分来自于降水入渗。

另外，由于开采层位位于第二层，而且有两口开采井，因此上下两层之间有明显的越流交换量，上层对下层有大量的补给，所以下层抽水量的来源主要是通过与上层的交换获得的，来自于大气降水的入渗补给量，进而为抽水量提供来源。

（4）开采量组成分析:

与天然条件下的均衡进行对比，如下表：

从上面的与天然条件下对比的表可以看出，在开采条件下补给项增加了侧向补给量，排泄项增加了井开采量。天然条件下，降水入渗补给量基本都通过侧向排出到了河流和渠；而在开采二条件下，开采量主要来自于大气降水的入渗补给量和部分的侧向补给量，说明由于开采井的存在，很好的激发了两侧河渠的补给。

（5）可开采量评价:

由上面的分析可以知道，仍有一部分的补给量通过侧向流出了，说明此时的开采量是合理的，还可以适当的增加开采量。还要考虑两侧河渠的季节性水量变化，在河流和河渠水流量稳定的情况下，可以使用该种方案，不足之处就是造成的漏斗面积较大。在枯水季节，降雨量减少，河渠水量减少的时候，该方案不能实施。可开采量组成为补给增量和天然排泄减量组成，因此我认为在1400 m³/d。

六、综合评价上述开采方案，确定合理的地下水开采方案和可开采量

从上面的方案设计和分析中，可以了解到两种方案的地下水流场特点、均衡状况等。

开采方案一和开采方案二的区别较大，方案一的开采量是1000 m³/d，方案二的总的开采量为1600 m³/d，开采量相差较大。两种方案的降深都较小，水位较高，但是方案二漏斗的面积较大，更多的激发了两侧河流的侧向补给和上部含水层的补给，不利于长远的发展。

从方案的合理性角度出发，方案一比较合理，抽水量没有超过大气降水的入渗补给量。在外部条件比较理想的情况下，方案二也能很好的利用地下水资源，获得更大的可开采量，设计的开采量为1600 m³/d，若两侧的河渠水位稳定，不会出现很大的丰枯季节性变化，可适当的增大开采量，更好的利用傍河这一特征，另外还要考虑降水的影响，降水出现季节性或年季性变化，则要考虑调整抽水量，枯水年适当降低抽水量，丰水年适当提高抽水量，更好的利用大气降水这一补给资源。但是方案二中由于要打两口井，因此需要的资金较多。

若外部条件不太稳定，河流和河渠的流量不定，降水量变化很大，则方案一更合理一些，因为不仅节省资金，并且漏斗的面积相对较小，对地下水的流场影响更小一些，是比较保守的做法。设计中采用的抽水量为1000 m³/d，在降水稳定，河渠水量稳定情况下，保证降落漏斗不达到承压含水层，还可以适当的增加。

综上，可开采量组成为补给增量和天然排泄减量组成，我认为在外部环境条件接近设计的区域条件时，可开采资源量可以达到1400 m³/d，还可做适当的增加。但若遇到外部条件不稳定的情况，还应适当的进行减少。

参考文献：

篇14

摘要：通过对地下水资源管理概念的介绍，阐述了加强地下水科学管理是实现水资源可持续利用的重要手段，指出如何实现模拟模型与优化模型的耦合，是完成地下水系统管理模型构建的关键，根据已经发表的国内外大量文献，系统地回顾和总结了国内外耦合方法（嵌入法和响应矩阵法）的研究情况和应用现状，通过比较两种方法的优缺点，分析了实际运用中存在的问题，指出最适宜单位脉冲值的选择和探求解嵌入法的经济方法等问题是今后研究需要重视的方面。

关键词：水资源；地下水管理模型；嵌入法；响应矩阵法；国内外进展；单位脉冲响应函数

中图分类号：P641.8 文献标识码：A 文章编号：

1672-1683（2012）02-0142-03

Research Progress to Couple Groundwater Simulation Model and Optimization Model

ZHANG Xiao-ye,DONG Zeng-chuan

(College of Hydrology and Water Resources,Hohai University,Nanjing 210098,China)

Abstract:This paper introduces the concept of groundwater resource management and illustrates that a scientific management of groundwater resources is the important way to realize the sustainable utilization of groundwater resources,and points out that how to realize the coupling of the optimization model and simulation model is the key to build the groundwater system management model.In this paper,the research and application progresses of the coupling methods (embedded method and response matrix method) are discussed and summarized based on the numerous published paring the advantages and disadvantages of the two methods,this paper analyzes the problems in the practical application,and notes that the problems which are needed to be further studied,including the selection of the most appropriate unit pulse value and the economic method to solve the embedded problems.

Key words:water resources;groundwater management model;embedded method;response matrix approach;newest research progress;unit impulse response function

随着人口的增长、经济的发展及城市规模的扩大，全社会对用水量的需求急剧增长。由于地下水资源具有分布广泛，便于就地开采使用，水质普遍较优，动态比较稳定，供水量受气候变化影响较小等优点，使得地下水在总供水量中所占的比重不断提高，地下水资源供需矛盾日益突出。在大规模开发利用地下水的过程中，出现了区域性地下水位持续下降、部分地区地下含水层被疏干、集中开采区地面沉降、海（咸）水入侵等严重的地质环境问题。因此，合理开发利用地下水资源，使有限的地下水资源发挥最佳的社会、经济效益，实现社会、经济的可持续发展。

1 地下水管理模型

地下水管理模型以运筹学原理为基础,根据地下水本身所固有的物理规律，采用系统分析方法,通过调控地下水系统的可控输入，为使地下水系统按所规定的目标达到最优化而求解的管理决策所建立的数学模型。地下水管理模型由［1-2］：决策变量、目标函数、约束条件三部分组成。目前，数值模拟和最优化仍是模型研究中的主流建模方法。它通常由地下水模拟模型、优化模型、地下水模拟模型与优化模型的耦合集成技术三部分构成。地下水管理模型的建立步骤为六步：确定管理问题、收集和分析基本资料、建立和求解数学模型、综合评价管理方案、实施运行最佳决策方案以及检测和控制反馈信息等。地下水模拟模型、优化模型、地下水模拟模型与优化模型的耦合集成技术三部分构成地下水管理模型。地下水模拟模型描述了地下水系统输入与输出之间的响应关系，表达了地下水系统本身所固有的规律。优化

模型用以描述地下水系统及其所面临的决策环境，通常以目标函数和约束条件组成的形式来表达与地下水开发利用和生态环境保护有关的多种因素。模拟模型与优化模型的耦合集成技术是运用某种技术方法把模拟模型的转化形式表达在优化模型之中。如何实现模拟模型和优化模型的耦合，是建立地下水管理模型的关键，所以，对耦合技术方法的研究，显得十分重要。

2 耦合技术方法概述

2.1 嵌入法

嵌入法的基本思想［1-2］是把经离散化处理的反映地下水系统固有物理规律的整个地下水流方程组作为约束条件直接嵌入到优化模型中，再与目标函数和其他约束条件一起构成地下水管理模型，一步完成地下水系统的模拟与优化，同时给出决策方案的各种变量结果。嵌入法主要用于处理小规模的稳定流地下水管理问题，由于嵌入法没有考虑状态变量（水位）和可控输入变量（抽水量）之间的函数关系，将两者同时作为优化模型中的决策变量，使得嵌入法在处理大规模，不稳定的地下水管理问题时的约束矩阵很大，导致“维数灾难”［3］，增加了计算数学规划的工作量。

2.2 响应矩阵法

响应矩阵法的基本思想［1-3］是首先从地下水系统的模拟模型中求得一系列表征水文地质特性的单位脉冲响应函数，并形成其集合――响应矩阵，然后用数学规划中的水均衡约束条件来求解管理模型。响应矩阵法主要用于处理大规模、水文地质条件复杂的非稳定流地下水管理问题。优点体现在：状态变量能运用单位脉冲响应函数来表达可控输入变量，在模型中不以决策变量的形式出现；不一定对全区所有点约束，可对管理区中某些重点时间段或区域上的决策变量和水力状态进行约束,因此只把相关的响应矩阵作为约束条件参与运算，大大减小了数学规划的规模。响应矩阵法广泛应用于我国的地下水管理模中，但是，由于对响应矩阵法应用条件方面理解的偏差，导致在实际应用上存在很多问题。响应矩阵法的缺点是不能保证全局最优；选择不同的响应点会导致不同的优化结果；严格限定地下水系统的平稳性和线性；当边界位置距离人工可控输入点（如开采井，注水井等）边界较近时，边界值必然受到人工可控输入的影响，如果仍给线性子模型的边界赋零值，人工开采量对边界值的影响反映不出来，使得计算出来的响应矩阵失去了准确性，人为在操作过程中产生了较大的误差。

嵌入法理论较完善，在处理小规模的数学规划上，简单方便，通常地下水管理模型处理的均是水文地质条件复杂，大区域、大规模的问题，因此，响应矩阵法较嵌入法而言，广泛应用于地下水管理模型。

3 耦合技术国内外研究进展

3.1 嵌入法

1974年，嵌入法由Aguado和Remson［4］提出，他们使用有限差分法将地下水数值模拟模型与线性规划联立，把地下水稳定流动方程组作为约束条件直接嵌入到最优化模型之中，实现数值模型与管理模型的耦合，主要是用于解决水力管理问题；Alley［5］在1976年提出一种序贯嵌入法，把多个时段的整体优化分解为求解各个时段上的优化，因此，局部的最优组合并不等于全局优化，所以序贯嵌入法在理论上有缺陷，不宜广泛应用；嵌入优化模型于1977年开始兴起，Aguad［6］等人将有限差分法离散的支配方程嵌入到优化模型中，解决了一个码头基坑开挖排水优化决策的选择问题；1980年，Elango和Rouve［7］首次将嵌入法应用于解决非稳定流问题；1985年Y.K.Tung和C.E.Koltermann［8］指出嵌入法形成的带状矩阵会造成大规模计算的困难。我国在应用嵌入法方面的实践经验也很不足。1988年陈雨孙［9］论述了安阳市冲积扇地下水优化开采方案决策的一个实例；1989年刘国东［8］应用嵌入法解决了西北某市一个地下水水源地有无扩大开采可能性的问题，提出了嵌入法地下水管理模型的分段决策技术。1989年施德鸿［8］等应用嵌入法在河北省淖沱河冲积平原区建立了地下水管理模型。1992年叶新民［10］从约束条件设置上对嵌入法进行了探讨。

3.2 响应矩阵法

响应矩阵法由Lee［11］于1958年首次提出，他将响应矩阵用于线性规划管理模型中以寻求最大的石油产量；1970年，Deninger［12］为求解最大抽水量，采用响应矩阵法实现模拟模型与优化模型的耦合；1972年，Maddock［13］首次提出响应函数的概念,他通过两年的研究［12］导出了潜水含水层的非线性降深响应函数式和承压含水层多井、多时段抽水降深响应系数的表达式。响应系数的提出，对响应矩阵法的应用进行了完善，使得响应矩阵法在地下水管理模型中得到了广泛应用，同时在地下水水力管理及策略评价等方面，亦发挥了重要作用。1975年Morel-Seytoux［8］导出了河流存在的响应函数表达式；1977年Larson等人为确定位于印地安那州Carmel附近的地下水系统的安全开采量，运用响应矩阵法建立实际大规模的水力管理模型；1979年J.Bear［8］对Maddoek的工作做了全面的回顾与总结；1980年Remson和Goreliek［8］在水力梯度最优控制方面进行了研究；1983年Willis［8］为确定三个连续用水时期的最优抽水方案，将响应矩阵法用于台湾石林盆地地区的地下水资源管理模型之中，使该地区的农业用水需求得到了满足；1985年Willis和FIllney［8］对非线性模型的拟线性化求解工作做出了卓越的贡献，大体上代表了国外关于响应矩阵法的研究水平。我国虽然对于应用响应矩阵法建立地下水管理模型方面起步较晚，但取得了显著的成绩。1987年，响应矩阵法最早由我国学者林学钰、焦雨［14］在研究石家庄市地下水管理工作中提出，他们通过响应矩阵法将水质模型、水量模型和优化模型融为一体，针对既要满足石家庄市持续发展对水资源增长的需要，又要合理调控地下水超量开采这一严峻形势，提出了两个地下水管理方案，既有现实意义，又有实用价值。在研究内容的广度和解决问题的深度上均和国际水平持平，是我国开展地下水管理工作的一个典型示例；1987年杨悦所［15］提出了地下水位响应函数的概念，形成地下含水系统的响应矩阵，在微机上将有限元水流模拟模型和最优化模型藕合起来，提高了水位响应系数的计算精度；1988年宿青山［15］建立了用特征值法确定地下水流系统水位响应矩阵的方法；1989年薛凤海［8］提出了综合影响函数法，简化了响应矩阵的计算量；1990年李竞生［16］将响应矩阵法应用于地面沉降问题严重的华北和上海地区，解决了有越流补给的承压含水层地区的地下水管理问题，使我国在响应矩阵理论和实际应用的研究上均取得了巨大成就。进入20世纪90年代后，随着对生态环境问题的不断重视，出现了很多考虑水质、环境的管理模型。1991年王和平［17］提出了一种求解线性非齐次系统响应矩阵的剩余降深法。1993年卢文喜［18］建立了 “准三维”渗流系统的目标规划管理模型；1994年王洪涛将水流模型分解为天然流场和人工流场，人工流场模型应用响应矩阵法表示，解决了响应矩阵法在非线性系统中应用的问题，具有很好的实际应用意义；同年，刘贯群，邱汉群等［19］建立白沙河地下水资源管理模型，针对地下含水层的地质结构和开采现状，导出新的响应矩阵公式；1999年陈葆仁，张成元提出地下水管理模型、资源预报模型与模拟模型三位一体“广义地下水管理模型”新概念；目前，响应矩阵法多用数值法求解，尹尚先，李玉林［20］于2001年通过研究发现采用边界元拉普拉斯变换法求解响应矩阵能提高计算精度，可求任意时刻的响应函数值，使得响应矩阵法更加灵活，并探讨了边界元中奇点处理的新方法――重点单值法；2007年余强用响应矩阵法进行降水优化设计，解决了基于复杂水文地质条件下的基坑降水优化设计问题；同年，王国利，梁国华建立了单位脉冲-海水入侵响应函数，定量描述了沿海边界地下水与海水的水量交换；2008年李平［10］为了提高地下水管理模型的精确度，考虑了协变量与地下水位之间的相互关系；2010年于福荣，卢文喜通过实验对比，得到了特定水文地质条件下的单位脉冲量值100 000 m3/d。

4 展望

随着社会经济的迅速发展，水资源需求量不断增长，特别是北方地区，由于地表水资源匮乏，为了维持经济社会发展，长期依靠过量开采地下水或挤占农业用水来满足城市用水要求。由于长期过量开采地下水，形成了大面积的地下水超采区，造成地下水水位持续下降并形成漏斗，使当地水资源的战略储备和应急供水能力受到严重影响。外调水工程（南水北调工程）的实施，将有效改善受水区水资源配置格局，能否制定科学合理的优化开采量，在实现地下水生态修复目标方面具有十分重要的意义。

综上所述，对模拟模型与优化模型的耦合集成方法的研究还不够深入完善，实际运用中仍存在不足，从研究现状看，笔者提出以下几点建议。

第一，目前，应用响应矩阵法进行耦合时，单位脉冲值大多直接采用100 000 m3/d、1 000 m3/d，优化开采量的计算结果与单位脉冲值的选择有密切关系，然而对最佳单位脉冲值的研究较少。笔者认为不同的水文地质条件和优化目标，导致不同的单位脉冲最佳值。选取时，应根据实际情况，设定不同的脉冲值，模拟不同取值对优化结果的影响，通过比较得到研究区域最适宜的单位脉冲值。

第二，目前，许多地下水管理模型采用响应矩阵法耦合，但其自身有严格的应用条件，因此今后要重视求解单位脉冲响应函数时齐次边界和初始条件的限制；嵌入法由于不破坏原有地下水模拟模型结构，可以获得更多的含水层信息，因此使得计算结果更精准，但是计算量巨大是其弊端，研究出解嵌入法有效、稳定而经济的解法是今后的发展方向。

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