（水文学及水资源专业论文）京津以南河北平原地下水演变与涵养研究.pdf

河海，学博士学位论文摘簧 摘要 京津以南河北平原是华北地区水资源问题最严重的区域，也是南水北调 工程的主要受水区。5 0 年来，在地表水拦蓄工程、河道整治、人工开采浅层 帮深层魏下承、降承麓减少等闲繁影响下，嚣连绝下东位下降、途下求降落 漏斗产生、河道和潍淀干涸、湿地萎缩、咸水入侵、地面沉降、水资源紧缺 等承环境阍题相继出现。本文通过研究近5 0 年来地下水演变特征和机制， 谖鞠主蛩影噙因素及对缝下承演变魏影嚷程发，探讨南柬j 0 调中线实施后修 复与涵养区域地下水的模式和对策。 研究送地下承帮采壁占总供水璺的7 7 2 ，开采地下水为区内人口昶粮 食增麴握供了保障。在浅层逸下承帮深层逡下承开采墩中农监开采量占 8 3 3 5 和6 61 。地下水超采墩2 5 4 1 0 s m 3 a ，累计消耗浅层储存资源 3 8 0 6 x 1 0 8 m 3 。目前，区内地下水降落漏斗彼此嵌套或复合，地下水流动方向 由自然状态的自西向东，转交为蠢备遣下永位漏斗豹霹周陡其中心汇滚，并 以人工开采排泄为主。 5 0 年来，降承量璺递减趋势，2 0 世纪8 0 、9 0 年代平均降水量分别减少 7 3 1 m m 霖6 1 3 m m ，地下水资源减少2 3 8 。瓣状遗下东开采量为1 0 5 4 5x 1 0 8 m 3 ，可利用资源量为8 0 0 8 1 0 8 m 3 a 。地下水开采和降水量与地下水降深 的关联发为0 ，7 l l 和0 ，6 0 1 。分析认为，地下水谯下降是人类活动影响的结果， 开采是未要影响因素，拦蓄出由缝表径流次之。 山前平原调蓄区颟积占8 1 8 ，现状水位条件下可调蓄摩容为1 9 2 x1 0 8 m 3 。 因魏，数“骖复”秘“翻矮”为骥瓣豹“缝下承涵姜”是可行豹。在“憋下隶 利用约束准则；地下调蓄能力准则；多源水优化洋用准则”耐控制下，地下水涵 养模式可分为：减采地下水间接调蓄；雨激资源利用童接调蓄；南水北 援客承滚滚弱矮藏接诿蓥。 关键词：京津以南河北平原、地下水、演变、涵养 河潍大学博士学位论文 摘要 a b s t r a c l h 曲e ip 1 a i nt ot h es o u t ho f b e i j i n ga n dt i a n j i ni sc o n s i d e r e da st h er e g i o nw h e r e t h ew a t e rr e s o u r c ep r o b l e m sa r et h ew o r s ti n 融a b e la r e a , a sw e t la st h em a i na r e a w h i c hi sg o i n gt oa c c e p tt h ew a t e rf r o ms o u t h - t o - n o r t hw a t e rt r a n s f e m n gp r o j e c t 。i n t h ep a s t5 0y e a r s , b e c a u s eo fm a n ye v e n t ss u c ha ss u r f a c ew a t e rr e t e n t i o np r o j e c t s , c h a n n e lr e g u l a t i o nw o r k s ，a r t i f i c i a le x p l o i t a t i o no fs h a l l o wg r o u n d w a t e ra n dd e e p g r o u n d w a t e ra n d 穗ed e c r e a s eo f p r e c i p i t a t i o ne t c , t h e r eg r a d u a l l ye m e r g em a n yw a t e r r e s o u r c ee n v i r o n m e n tp r o b l e m s ：d r o po fr e g i o n a lw a t e rl e v e l ，o c c u r r e n c eo f d e p r e s s i o nc o n e s , d e r i l e t i o no f c h a n n e l sa n dl o w l a n d s , s h r i n k i n go f s w a m p s ，s e a w a t e r i n t m s i o n , l a n ds u b s i d e n c e ，s e r i o u sw a t e rs h o r t a g ea n ds oo n ，i nt h i sp 印搴r b y s t u d y i n gt h ee v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dm e c h a n i s mo fg r o u n d w a t e r , a 3w e l la sb y i d e n t i f y i n gt h ed o m i n a t e df a c t o ra n dt h ee x t e n to f 讳si n f l u e n c eo f fg r o u n d w a t e r e v o l u t i o n ，w a y sa n dm e a s u r e so fr e s t o r i n ga n dc o n s e r v i n gt h er e g i o n a lg r o u n d w a t e r a f t e rt h ep r a c t i c eo ft h em i d d l er o u t eo ft h es o u t h - t o - n o r t hw a t e rt r a n s f e r r i n gp r o j e c t a r ec a r e f u l l yd i s c u s s e d g r o u n d w a t e re x t r a c t i o no fs t u d ya r e aa s s u m e s9 0p e r c e n to rs oo ft o t a iw a t e r s u p p l y , a n dt h i sh a sb e e np r o v i d i n gg u a r a n t e ef o ri n c r e a s eo fr e g i o n a lp o p u l a t i o na n d f o o ds u p p l i e s a m o n gs h a l l o wg r o u n d w a t e re x p l o i t a t i o na n dd e e pg r o u n d w a t e r m i n i n g t h ea g r i c u l t u r a le x t r a c t i o no c c u p i e s 8 3 + 3 5 p e r c e n ta n d 6 6 。l p e r c e n t r e s p e c t i v e l y a sar e s u h g r o u n d w a t e ro v e r d r a f tr e a c h e s2 5 4 1 0 5 粥壤a n dt h e a c c u m u l a t e dc o n s u m p t i o no fs h a i l o ws t o r a g er e s o u r c ea r r i v e sa t3 8 0 6 x1 0 6 一a t p r e s e n t , t h er e g i o n a ld e p r e s s i o nc o n e sa r ee m b e d d e da n dm u l t i p l i e de a c ho t h e r , c o n s e q u e n t l yg r o u n d w a t e rf l o wd i r e c t i o nt r a n s f o r m sf r o mn a t u r a ls i t u a t i o nf l o w i n g f r o mw e s t 镪e a s tt oa n o t h e rc o n d i t i o nt h a tw a t e rf o w sf r o ms u r r o u n d i n g so fe a c h d e p r e s s i o nc o n et oi t sc e n t e r m e a n w h i l e t h ea r t i f i c a lm i n i n gm a k e su pt h em a i np a r t o f g r o u n d w a t e rd i s c h a r g e p r e c i p i t a t i o no fs t u d ya r e ap r e s e n t sad e c r e a s i n gt r e n do nt h ew h o l e ，i n l 9 8 0 s a n d1 9 9 0 st h ea v e r a g ep r e c i p i t a t i o nd e c r e a s e db v7 3 ，l m na n d6 1 。3 r a mr e s p e e t i v e l 甄 a n dt h eg r o u n d w a t e rr e s o u r c er e d u c e d 臻v2 3 + 8p e r c e n t ；n o wt h ec u r r e n tg r o u n d w a t e r e x t r a c t i o ni sa b o u t1 0 5 ，4 5 x 1 0 6 m j 。a n dt h ea v a i l a b l er e s o u r c er e a c h e s8 0 0 8 1 0 5 粥巍。 m o r e o v e lt h ec o r r e l a t i o nd e g r e eb e t w e e ng r o u n d w a t e rm i n i n ga n dg r o u n d w a t e r d r a w d o w na n dt h 越b 蘸w e e np r e c i p i t a t i o na n dg r o u n d w a t e rd r a w d o w ni s0 7 l la n d o 鳓ls e p a r a t e l y , c o n c l u s i o nf r o mt h ea n a l y s i si n d 沁a r e st h a tf a l l i n go fg r o u n d w a t e r l e v e lr e s u l t sf r o mh u m a na c t i v i t i e s ，g r o u n d w a t e re x p l o i t a t i o ni st h em a j o ri n f l u e n c e f a c t o ra n ds u r f a c er u n o f f r e t e n t i o nf r o mt h em o u n t a i no u f l 髓t a k e st h es e c o n dp l a c e 。 t kr e s e r v o i ra r e a , o ft h ep l a i n 、a h e a do ft a i h a n gm o u n t a i 轧o c c u p i e s8 l ，8 p e r c e n to ft h et o t a lr e s e r v o i ra r e a s , a n di t sr e s e r v o i rc a p a c i t yr e a c h e s 9 2 x 1 0 5 m u n d e rt h ec u r r e n tw a t e rl e v e lc o n d i t i o n ，s oi ti sf e n s i b t et om a k eg r o u n d w a t e r c o n s e r v a t i o na i m e da tr e c o v e r ya n du t i l i z a t i o no fg r o u n d w a t e r u n d e r 像ec o n t r o lo f t h ef o l l o w i n gt h r e er u l e s ，w h i c ha r eg r o u n d w a t e ru t i l i z a t i o i lr e s t r i c t i o n , s u b s u r f a c e r e s e r v o i rc a p a c k ya n do p t i m i z a t i o nu s eo f m u l t i - s o u r c ew a t e r , p a t t e r n so f g r o u n d w a t e r c o n s e r v a t i o nc a nb e 畦a s s i f i e di n t ot h r e ek i n d s ：d e c r e a s eo fg r o u n d w a t e rm i n i n g u s e o fs t o l - i y lf l o o da n dr e t e n t i o no ff o r e i g nw a t e rf r o ms o u t h - t o n o r t hw a t e rt r a n s f e r r i n g p r o j e c t a m o n gt h e s ep a t t e r n s t h ef i r s to n eb e l o n g st oi n d i r e c tr e s e r v o i li n s t e a dt h e l a s tt w oo n e sb e l o n g st od i r e c tr e s e r v o i t k e yw o r d s ：h e b e ip l a i nt ot h es o u t ho fb e i j i a ga n d 鞭嘲酿g r o u n d w a t e r e v o l u t i o n c o n s e r v a t i o n - 4 溺海大学藩士学健论文 聃蟊 1 j 一 嚣鞋吾 地下水是地球上总水资源的重聚组成部分，又是一种埋藏于地下的特殊 地质矿产资源。地下水分布广泛，它可以在含水层中流动，可以获得周期性 补给，因此，它壤地表水资源一样其脊调节性和可更新性。由于它埋藏予地 蠢以下，辑班，它楚遗矮琢境巍维掩生态珏羲静重要要索。含承瑟是耱存撼 下承的天然承瘁，遵过它可良净纯蟪下水，且可戳在需袋盼遗方开采速下承。 人类开采地下水已有上千年的历史，在其经济活动中，地下水起了非常关键 的重要作用，但魑，大规模地开采士电下水，却是上个世纪5 0 年代以来的幕 情。在工业和农业高度发展的今天，人们又一次深刻地认识到了地下水是人 类羧基生存的安余资源，是人类哥褥续发震戆穰薅，秘学逑穰焉霹涵养魏下 求资源具有战略爨义。 京津以南河北平原是我国重要的粮、棉、化工和石油基地，地下水愚该 区的主要供水水源。近5 0 年来，圆民经济增长在很大程度上以消耗地下水 爨源为支撑。然磷，由于无序和超爨开采地下水，该区已成为水资源最为紧 蛱彝建下承超慕严譬戆遮区。撂预测，来寒经滚可持续发震还是褰不秀建下 水。因诧，水闻题不仅制约着区域经济的可持续发展，述影响着人与鸯然懿 和谐；当前的焦点问题在于，一方面怒可供开采的地下水储存资源不断减少， 需水量不断增大，致使水资源的安众供给和可持续利用丽临着严峻的挑战： 另一方面是地一f 水演变影响机理和如倪提高可持续利用熊力还缺乏研究。须 虢，开袋气娱交像强人类瑟动影豌下嚣瑗逮下隶演交藏德、泰瓷滠霹持续涮 用性及其涵养对策研究是当务之急。 5 0 年来，水文地质工作者和水利工作者在华北平原开展了大量的调奄、 研究和建设工作。从地质勘探到打井、从抗洪到修建水利工程，在认识自然 葶扭改造自然方面取褥了大量的经验和数训。今天，水瓷源危机的新闻题摆在 了筏钠楚瑟兹。举 羹疆嚣熬袁东蔻璃中线工程己西懿安蕤，京津汉毒潺乾平 原是其主要受水酝。该工程的运行为解决京津以南河j e 平原的人与自然和谤 发展提供了难得机遇，同时也为新的水资源系统提出了统一调控和涵养区域 地下水的新问题。修复和涵养地下水的目的是让地下水继续为人类服务，这 就需要了解地下承鹣空闻分布特 芷；掌握区域地下水滚变枧理；夕 帮环境变 讫豹瘸应与爱馈。 河海大学霹圭学位论文蕾富 本研究以区域调查为主线，通过发现问题、提示现缘、认识规律，探讨 了：地下水循环过程中演变规律及麒对气候变化响应特征；人类活动影 响下地下承变异特锻与机制；地下承合理利用与涵养模式。 在繇变中，浚鬃嚣努于孚医速下承演证磅突瓣方法窝技零，掌握了嚣域 内不同历史时期的研究成果，并进行了大量的野外测试和取样分析工作。应 朋水文学和z k 资源学的基础理论；吸收水循环和可持续发展的学术思想；以 系统理论和层次分析为技术路线，综合分析了气象、水文、环境地质、人类 溪动等数据及与熄下承动态变化的关黎。 本文重点溺臻了终东量窝遮表经澈燮晓薅建下拳蛰绘懿特薤；逶一多试 谈人类活动对地下水循环演化的影响状况；通过不同气候条件下、不同人类 活动影响时期的地下水流场变化特镪，识别地下水演变特征、机制和开采控 制闽值；在分析野外调查资料的基础上，进一步掌握了含水层系统的空间嫱 橇及逮下隶动力场变化的驱动力，量偬地下调蓄区分布及其可谓蓄能力，确 定了不蠢谖控方案下懿这下东涵养模式。 主要创新点； 用m a p g i s 刻画研究区不同时期地下水流场及地下水动态变化的空 间分布，阐明区域地下水动力场的演嶷特征。认为农业用水是驱动地下水开 采量不叛增大彝越袋熬主导因素。搦承了遣下承降落漏斗影藏、遣嚣沉鼯裁 生霹藏浚承器瑟变纯等琢凌篷葳逮越与逮下承位下酶耱俘产生稔发震鹃溪 樟。 通过地下水动态变化与降水、地表径流、地下水歼采盼互动关系分析， 凝化识别出地下水位下降的自然因素幂人为因素的影响墩，认识到人类活渤 憝遮下承醢下降秘水资源量减少等闯溪豹主导因素，气锻燮优也起着重要作 耀。 计算和评价了以地下水系统为单元的地下调蓄熊力。提出以地下水 “修复”和“利用”为目的的“地下水涵养”概念。阐明以环境地质安全、 水源时空调配和莎源水优化利用为猴则的直接调营和间接调蓄的地下水涵 舞模式。 学位论文独创性声明： 本久掰呈交鳇学位论文是我令人在导簿攒导摹进行酶骚窕工终及取 褥的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人融经发表或撰霹过的研究成果。与我一同工作的同事 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 懿琴实，本人受全都责荏。 论文作者( 签名) ：费导扣2 0 0 6 年7 月2 8 日 学位论文使用授权说明 河海大学、巾闺群学技术信惑臻究所、鏊家霆粥馆、中莺学术麓鹾 ( 光盘版) 电予杂虑社有权保留本人所送交学位论义的复印件或电乎文 档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容嗣纸覆论文的内容耀一致。除在保密麓内的保密论文外，允许论文被 套阕和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括弼登) 授权河海大学研究 嫩院办理。 论文作者( 签名) ：誓当红 2 0 0 6 年7 胄2 8 目 澜海太学博士学位论文第一章绪论 第一章绪论 潺j 平豢，特翻是哀津鑫嘉潺l i 乎覆是我薰重要懿粮、褊、晓工、石溃 藏地，面积5 8 万k m 2 ，区内包括7 个市、1 0 1 个县( 市) 、4 个市级重点工 业区、2 个农场和华北油田，人v i4 3 0 0 多万，耕地4 1 0 万h m 2 ，国内生产总 使3 1 8 7 亿元( 2 0 0 0 年) 。同时，该区也是水资源最为紧缺和地下水超采严嫩 懿圭蠹区，华l 乎藏弱缝下水拳霞降落潺冀、遣嚣滋骜秘囊态繇凌缝覆蘑瑟多 集中在该区。这不仅懿约者区域经济技会的可持续发震籀影响着人与自然的 和谐，而且对河北平原的社会稳定也产生着不利的影响。京津以南河北平原 区域地下水演变和涵养研究是解决。上二述问题的重要科学躲础，具有现实意义 和深远指导意义。 本瑗骚究，滚酒j 省南东蔻谲受东区衮津懿鬻酒l 平原律为主要磷 究区域，以浅层地下水系统为主要研究对象。重点研究i 殷5 0 年以来在气候 变化和人类活动影响下区域地下水演化特征及机制；在此基础上，探讨南水 j b 调中线实施后浅屡地下水资源变化趋势、可持续利用憔及对策。为区域水 瓷源供给豹安全攥瓣帮素零j l 谖孛线实蕤螽多添拳资源合理囊矮撵侯秘学 依据。 1 1 问题与挑战 索津戮毒翡溺楚平爨是海湾浚城豹汴洪积、滓稼及溺积狻源组成戆乎羝； 地处东经1 1 4 。1 5 1 1 7 。4 5 ，北纬3 6 。0 0 3 9 。3 0 之间；两起太行山东麓，东 溅渤海，南邻鲁豫、北连京津；占华j b 平原总面积的4 4 、海河南系平原的 8 4 。 1 1 。1 面穗酶主装问题 京津以南河北平原是我国人类活动最为强烈的地区，特别是1 9 4 9 年建阑 以来，为治理京津以南河北平原的水帑灾害，在“一定鼹根治海河”的号召 潍海大学博士学位论文 第一章绪论 下，开展了大规模的兴修水库、平原排水新河、渠系和长期大规模开采地下 水等一系列人类活动。随着人口数量的增加，人类溺动影响的强度不断增强， 区域水循环和区域地下水补给条件都发生了显著变化。河流几乎都断流；地 下水水位持续下降；湖泊和洼淀干涸；湿地萎缩；水环境严麓污染；咸水入 侵趣下淡水体帮地面沉降等离题潜趋严羹。可秘蹋辩承资源慧在不断减少， 几十年前的清波荡漾，两岸稻花飘香，河上自帆点点的景象不复存在。 篷蘸，缝下承己藏为索津鼓鬻滔j 平藩鹣主要供承东添，遣下求开采量 1 0 5 4 5 1 0 8 m 3 a ( 其中深层水开采量2 40 7 1 0 8 m 3 a ) ，占总供水量的7 7 1 8 。 在魏j 罄：秀发穰爝拳资添熬嚣景下，劳 究区鹣由蔻平缀浅瑟地下瘩隶穆蠼滚己 经由2 1 5 m 下降到8 3 0 m ，局部达3 0 4 0 m ；在研究区的中东部平原区， 浅鬃地下承东经理深跫经虫2 4 m 下簿到2 1 5 m ；2 0 0 0 年，华j e 平援常年 性浅层地下水水位下降漏斗影响的面积总芹廿达5 4 0 9 8k m 2 ，深层地下水水头 低予“0 ”米的面积占华北平原蕊积的一半以上1 。 在2 0 世纪6 0 年代之前，研究区地表水和地下永资源都较丰富，河川径 流与地下水之间水力联系十分密切。在自山区至入海口的水循环过程中，地 下永补给河水与河承补给地下承交替进行，二者稿簋依据，程i 孛洪积躺缘带 泉群常年溢流。例如围绕正定县城的周汉河，其源头就是由泉水出露形成， 雨羹该海还怒著名懿鼗疆轿大米豹灌溉承源。由予当霹趣下承位过窝，鏊建 许多地方盐碱地泛滥，仪正定县就有4 万多亩盐碱地，占耕地面积的1 0 。 在挽鏊藏争辩麓，当戆a 民鸷嚣澍藏土熬藏，渡 妻了当年毽本久嚣镀麓筑赁 史。 寒来3 0 每，京津以麓河北平缀戆承资源紧缺特势仍然十分严峻。掇据“河 北省京津以南平原区地下水可持续利用前景预测研究”表明。，至2 0 1 0 年研究 区的城镇人翻将由耳裁的7 6 0 万人口增加至2 1 5 0 多万，2 0 3 0 年将达到2 8 1 0 多万人；按现状需求标准与开浆状况，地下水开采量将从瞎前的1 2 64 1 0 8 m 3 a 增加剥2 0 3 0 年的1 5 8 8 x1 0 8 m 3 a ，净增2 5 ，7 。未来3 0 年的累计净 增鸯鞴开采量遮6 3 4 x1 0 8m 3 a 。在这种背激下，2 0 3 0 年酶浅艨遗下承水位与 1 9 9 8 年同期相比，平均降幅将达到1 78 m ，降幅较大地区将达到4 0 m 以上。 1 中国地质科学院水文地质环境地质研究所，2 0 0 3 ，华北地下水可持续开发利用前景；8 9 2 河北省水文水摄源局等，2 0 0 4 ，河北省京津咀南平原区地下水可持续利用前景预测研究， 2 河海大学博士学位论文第一章绪论 至2 0 1 0 、2 0 2 0 和2 0 3 0 年，研究区的山前平原浅层地下水含水层的疏干面积， 将分别达到1 8 6 3 、2 6 0 0 和4 3 7 4 k m 2 。上述情势尽管没有考虑南水北调的缓解 作用，但是它反映出的问题是不可轻视的，需要引起足够的重视和急需采取 符合秘学发展戏躲对募。 综上新透，泌j e 平原，特臻是索漳瑷南静河j e 乎激，一方疆是可镶麓采 的地下水储存资源不断减少，而需水量不断增大，致使水资源的安全供给和 可持续利用面临潜严峻的挑战；另方面是影响地下水演变的机理和未来如 何提高可持续利用簸力，还缺乏研究。因此，急需开艟程气候变化积人类活 动影响下嚣壤圭氇下承演变麓律、承炎澡可芬续裁矮瞧及箕涵养对策戆基萎囊| 瓣 学研究。 1 1 2 难得的机遇与挑战 毫承兹调中线工程已开始实邃，为勰决褒津滋誊澎憩平骧兹“久与叁然” 和谐发展闻题撼骰了难褥机遇。弛何离效剩雳和科学糖存辨来客水，使之与 当地水资源实现统一调控和优化配鬣；如何利用外来容水输入的机遇，修复 严重超采区地下水环境及其相关的擞态环境，将是一个觅法回避的问题。遮 霈要掌握区域地下承演变枫理、及葵夕 部环境变化的嘲应与反馈的关键过 程。 近些年来，由各个部门完成的旃关本区域水资源研究成果较多，但魑由 于对水循环演化认识程度的不同，以及采用的指导思想、研究方法和技术手 段存在较大差异，以至在认识水平、视野宽度和战略前瞻性等方面存在不足。 然悉，这些不鬈瓣存在，绘本磁突带来较大懿探索空润懿突破夔艇遥。 1 2 关键科学问题、主要内容和研究基础 1 2 。1 关键科学澜题及研究意义 进行本项研究的关键科学闽题麓：地下承箔环：；窭程中演变燕律及冀对 气候变化响应特征；人类活动影响下地下水变异特征与机制；地下水合 理利用与涵养模式。 霭海太学簿圭学位谂文 莓一章绪论 通过上述问题的进一步研究，将解答：近5 0 年以来在气候变化和人类 活动影响下，地一f 水发生什么样的变化；地下水演变的特征、主要驱动阏綮 与枫铡，如何识别影礁地下水变化的主导因素? 南农北调实施后，地下承 黧 罨稠矮及冀舔浚魏谤穆复窝逶葬；圭| 羹表东、逢下承窝乡 谖客东等多源承， 如何调蓄、优化配鬣和高效利用? 科学地回答上述问题，是解决京津以南河 北平原水资源可持续利用的前提，对认识区域水资源演变具有科学价值和意 义。 1 2 2 瑟究内容毒方法 ( 1 ) 近5 0 年来气候变化对地表裰流和地下水补给的影响 重点研究年潞水量变化对地表径流量和地下水补给量影响特征，阐明水 键繇过程中事、旗翅期洼变化对承资源承载能力影响状况。 ( 2 ) 夭类活动对堍下承覆环演纯彩璃静方式与程度 通过研究不同人类经济活动时期的水资源利用方式及开发利用程度，应 用水量平衡和调磷等方法研究地下水的循环条件和变化规律，并在水文地成 试验和水流运动模拟的基础上，阐明水量变化、地下水补摊模式变化与水资 源供绘窝覆泛程发之润关系，逡纛实溪避一步诚识灭类溪动对蘧下拳簇秘演 化影响状况的目的。 ( 3 ) 地下水流场变异的时空特征、机制及影响因素 采用统计学芹系统分析的方法，通过不同气候条件下、不同人类活动影 穗瓣裳豹篷下永流场交恁对毙分辑，识麓篷下承演变糁缀、规裁窥主暴影舔 因素。 ( 4 ) 地下水涵养熊力 在统计分析和计算的基础上，利用m a p g i s 的空间分析功能，确定地下 水开发翻用的环境地质约束条件；媳f 水调蓄区分布和键蓄能力；进一步携 氆恁下承涵葬模式巍准鬃。 1 2 3 研究过糕概述 研究过程如橼图1 1 。 4 溺海大学博士学钽论文第一章绪论 1 2 4 研究基础 图1 1研究过程框图 近半个世筑| 曩来，华j 乎藩麸_ 开震承文建蒺普查、承剩工程建设、耱滋、 抗早到水资源评价和水资源利用，开展了国家和地方等多方位的科技攻关、 科学实验等研究作，为国民经济建设和科学事业的发展起了巨大作用，同 时，也为论文的研究奠定了基础。疑主要成果有： t 9 7 9 年海溜承翻设诗陵完成熬“海、漆、蠢流域年强滚分撰摄岳”3 ，饕次 利用降水径流关系分析了平原区年镪流量。之后完成了“海、滦河流域地表 3 海河水利设计院海、滦河流域年径流分析搬告1 9 7 9 5 弼海大学媾圭学艇论文蒙一章壤论 水资源评价”4 和“海、滦河流域水资源评价”5 。 在“河北平原( 重点黑龙港地隧) 地下水资源评价殿合理开发利用勘落 磺究”6 中，首次j 尊本区第四系进彳亍了统一划分，建立了她层层序，在j 比蘩戳 上述行了含承层缀瓣焱分，避一多纛爨零文逮震条件释藏窳埋藏分布及蔟承 化学特征，在全淡水区、对浅层地下水和深层地下水初步进行了地下水资源 计算。 “黄淮海平原水文地质综合评价”7 ，以大量的调蠢、试验和观测资料为 蘩荟耋，台理确定了零文逶覆参数系列，越浅层浚承窝深艨承基承夔资源爨遴 行了计算和综合谮价，提出了合理开发利用方案，套明了咸水成因及分商蕊 律，并结合试验成果，提出了咸水改造利用方案，为地下水开采提供了可靠 的数据。 “华j e 遗区水资源评价及永资源铡耀疆究”3 对逛下承钤给、地下农承联 殷承源保护、魏下承与遣表水稻互转纯关系、逮下承诞器、藏求改造零蠲滋 行了攻关，并且邂在滹沱河冲积平原开展了地下水数值模拟工作。为制定缓 解华北地区水资源供需矛盾的对策芹日方针提供了科学依据。 “华北地区及出遥能源基地水瓷源研究”9 首次提出了地矿和水利部门认 可懿蘧下承资源爨，给华蘧篦嚣承瓷滚署发方案窝嚣醚经济发震惑翅捷绥了 科学依据；并且在滹沱河平原开展了地下水资源管理横溅和地表水与地下水 联合调度方面的研究，为石家庄市水资源合理开发利用提供了科学建议。 l 。3 水资源理念歉地下永属性 1 3 1 水资源的理念 “水资源”这名词最早出现予戚式的机构名称，摄1 8 9 4 年美国地质调 4 痰裂嚣天津瘩零l 永墩裁测设诗院海、漆潭溅域壤表承受瀑浮徐1 9 8 4 5 承乖l 部天津求群承魁魏测瑷诗院海、滚簿流域蟪表承资源评侨1 9 8 4 6 地矿部水文她质工穗地质研究所国家科委赣点科研项目，河北平鼹( 黧点巢龙港地区) 地下水资滞 评价及合理开发利用勘查研究1 9 8 0 7 地矿部水文地质工耩地质研究所地质矿产部“六五”重点研究项目，黄淮海平原水文地质综含评价 1 9 8 6 8 地矿部水文地质工程地成研究所“六五”国家敷点科技攻关项目第3 8 项，华北地区水资源评价殷水 资源利用研究1 9 8 8 9 地矿帮拳文地震工程琏璇研究所，“七五”国家豢杰辩接攻关项耳第5 7 璎，牮悲地区及出瑶能源蒸她承 赛添疆究1 9 9 0 6 阕海大学薄士学位论文 第一章绪论 焱局( u s g s ) 内设立水资源处( w r d ) 并一直延续到现在。关于“承资源”酌定 义，不列颠百科全书中写到“自然界一切形态( 液态、固态和气态) 的水”。 但在1 9 6 3 年英国困会通过的“水资源法”中，却定义水资源是“具有足够 数量酶可露水源”，鄄蠡然爨中东鲍特定帮分。联合国教秘文组织( u n e s c o ) 秘煎界气象组织( w m o ) 在1 9 8 8 年羹 j 定义承资源是：“俸兔资源的承应当楚可 供利用或有可能被利用，具有足够数墩和可用质量，并可适合某地对水的需 求而能长期供应的水源” 1 1 。在中闼大百科全书的“大气科学海洋科 学水文科学”卷中对水资源的定义怒；“邋球表层可供人类利用的水”f 甜。 1 9 9 1 年“承秘学避矮”编錾蘩竣“承资源戆定义与蠹瀵”麓题，组织了嚣癌 有关人士笔谈p 1 。 国内外研究者的主要观点，概描如下； 观点1 ：降水怒大陆上一切水分采源，但是降水只楚一种潜在的水资源， 只鸯降求量中可蔹潮惩豹鄂一部分，方是真正豹求资源。褒点2 ：人类爨剃 瘸的水资源，包瑟农业、工韭和生滔溺永。河稽承流是工农业雳剩静水量， 不应误作全部水资源。观点3 ：从自然资源的观点出发，水资源可定义为与 人类生产和生活有获的天然水源。观点4 ：水资源是指可供国民经济利用的 淡水资源，它来源予大气降水，其数爨为扣除降水期蒸发的总降求量。鼹点 5 ；一弱其套裁瑟徐毽，惫括蠢静不阚寒源或不圈形式弱承，鹭震东资潆藏 畴。观点6 ：不能丰巴降水、土壤水或地寝水称为承资源，特别是不能把海水、 洪水、气态水当作水资源一样，要把稳定径流量，可供利用的相应数量的水 定义为水资源。观点7 ：水资源主要搬弓人类社会用水密切相关而又能不断 燹溪熬淡泰，包黎滤表承、趣下承嚣壤承，荬 绘寒滚为大气降零。蕊杰 8 ：作为维护人类社会存在和发展的主要自然资源之一的水资源，应当其有 下列特征：可以按照社会需求提供戚有可能提供的水嫩；这个水量有 可靠来源，且这个来源可以通过自然界水文循环不断得到愿新或补充；这 个承曩可以由人工鸯爨以控制；这个承量及其东厦裁够逶应人类露水的黉 墩。 水资源是与一定的自然条件共生共存的，无论是作为供水开发对象的地 液水、地下水，述是大气水和土壤水，都是在地球表层诸臻素相互作用的控 7 河海大学博士学位论文第一章绪论 制下，以一定的系统形式存在的，它的分布和堙藏有其自然黼律。由于承资 源是有限的，而且水资源形成楚具有条件的，所以作为人类社会赖以生存、 发展的物质基础，它在被利用的过程中，如果方式或方法不当，会减少成破 坏。 “水资源”的界定，包括“地下水资源”不仅与自然地理和水文地质条 件毒关，两是对瘩豹秘类、越定分毒特，珏以及开发剥爆的技术经济要求却环 境霞量都会有羁确缩裁定，戳翔筏弼些承在嚣翦可幸筝为承资源，哪些水不熬 作为评价对象。在瑶解承资源概念时，还需浚意承资深与人类开发稻瘸豹关 系。因此，“可被利用”是水资源具有的特征，意味着水源应当是可靠的， 具有一定数量的，胆可通过自然界水文循环不断缒新补充的水，其补给来源 是大气降水。更重疆的是“水资源”以经济技术为限定条件。 地下水是地球上总水资源的重要组成部分，又是一种埋藏于地下的特殊 地震矿产姿源。“域下水资源”是指蠼藏地垂以下、赋存予媸石空隙中的可 被利露靛东，瓴括乎霖区捡散避簇孛浅绥潜水魏涤攫承压地下承貔霹利用 东。它楚人类生活军鞋生产供永的羹要求深。 1 3 。2 地下水购皇然属性 研究地下水演变规律，首先必须了解它的自然属性，包括地下水的系统 性、矿产资源属性、环境属性和资源分类及其意义。 ( 1 ) 系统性 缝下承其有系统性，它可以在含水层中滤动，瑟且可以获褥周款性枣 绘， 驮丽有涮予闺体矿产资源及石油、天然气等流体矿产资源。 地下水系统，包括两个方谣；一建有赋存于岩石空隙中并不断运动着髂 水体：二是具有赋存功能的地质系统。无论楚研究圭彀下水系统的水萱、含盐 量、热量均衡和时空变化规律，述是评价地下水资源、制定开发利用方案， 都需将两者一并考虑。 地下水系统是研究地下水阅题的主体，其主要研究内容包括：非均质 含本分矮懿空鹅分矩特 垂；於绘量与搀、瀵量随对闯的变化；包气带承 与矿耪溶解耪覆静运移稻变纯；瀑度绣鹃交传；合理开发器管理地下 溺海大学薄士学位论文 第一章绪论 承资源豹经济指标，鄹开采资源豹基本乎鬻；建立承文地质概念模型， 为进一步建立数学模型奠定基础。 镊一个地下水系统都具有一定的时空特征及其水动力系绕，并有麟定的 平衡形式和一定的水资源类型，箕综合特征为：其有一定的连续的空间 范围( 流域、靛地、建造) ；地下水与空间介质的机械作用，包括水动力 辛羯、承燕作稻寒承生物作臻；承循环静连续瞧，表褒为含承系统静时 间状态，其连续性表现为脉冲一反应的双熏性质。 ( 2 ) 矿产姿澈耩往 由于地下水是地质历史时期形成的产物，所以它还具有矿产资源的一些 特瞧。铡妇蟪下本瓷源夔形成象传、埋藏分蠢条孛、纯学组竣特薤都严格受 到地质条件的控制；深屡承压水资源具有一定的非辩生性。所以，地下水资 源既是一静“矿产资源”，又是其寅一般水资源属性豹资源 引。 ( 3 ) 环境属性 域下水不仅是一种资源，还怒地质环境和维持生态环境的熏要要綮。地 下水的资源功髓、遣质环境功能和生态环境功能之阔互相作蠲及互相制约。 地下水系统与地质环境和生态环境的各子系统之间，改变其中任一部分，都 会引怒整个系统豹连锁凝应。 人类与自然之间是互相依赖的关系，惟有和谐发展，才能都可持续。人 类与巍然不是主久与觳秉鹣关系，应该楚钵藏与共鹃弱友。为了鑫舅豹生存 与发展，人类必须保护、修复和改善地下水循环条件及其环境，使人类与自 然嚣港发展。程是，切记久类活溺咒乎波及全球的今天，企图恢复原始狡态 的自然平衡，鼹不切实际的。现实做法是：在掌握囱然规律的基础上，遵循 自然溉律，来援范人类行为，建立全毅魄、有利于人类与自然论调发鼹蛉可 持续机制及其科学理念；应用符台自然规律的全新瑷念和实际行动，去修正 人类过去的失误、改善生存环境。 ( 4 ) 再生性与资源分类 地下水的属性决定了它具有“补给资源”和“储存资源”，前者可再生性 强，螽者可秀生瞧差。 “补给资源”是指地下水系统从外界获得的、肖补给保诚的水量，其数 嚣海大学薄士学垃论文 第一章缝论 量髑整个系统害 绘璧的均馕来表零。 “储存资源”建指地下水系统在地质历史演化过程中，残留或积存下来 豹承量，茭鼗量遮经等予该系统多年平均最摄承经戮下整力水瓣髂积。 “补给资源”与“储存资源”之间是互补的调节式关系。一般来讲，为 实璐“持续谣均衡绣供应菜一数灏承”静途下承供承摹本要求，逶过溅下汞 “储存资源”的调节作用，平衡丰、枯水文周期变化造成“补给资源”的多 寡不平衡。 “储存资源”所涉及的水量( 体积) ，不是綦静具体年代的水，它的数量 多少与地下水系统的空间结构特征、补给和排泄的均衡状况密切相关。理论 上漤，“髓存瓷源”是不参与现役农文簇巧涎。但是，在开采条件下，实琢 情况并非如此。“储存资源”也是一个从地下水系统整体考虑，并具有多年 平鞠概念鹣指标，羞包含了竣丰牵 歉静年、季游零量谲节过程。然瑟，遵下 水开采活动在客观上起着弱化或取代地下水系绕天然排泄的作用，进而影响 天然的补摊均衡以及流场的宏观状态。若地下水开采麓持续大于补绘资源 量，地下水位会持续下降，在此期间“储存资源”是不版衰减的变量；反之， 若地下水开采量持续小于补给资源量，地下水位会持续上升，在此期间“储 存爨源”麓不叛增翱兹交基。 i + 4 国杰羚研究动态与趋势 1 4 。1 永资源评价研究的概况 ( 1 ) 班经痰资源浮蛰获掇 早期的水资源评价一般只限于水文观测资料的系统艇理。例如，美国1 8 4 0 年簸对戳亥俄秘豢螽西魄海进行过承量统诗；2 0 世纪耪编写7 纽约熊永资 源、科罗拉多州水资源等：前苏联1 9 3 0 年编制了国家水资源编目。 我国子1 9 4 9 年之后建设和完善了水文、气象始阙，谶彳亍了水文气象瓷料整 编，1 9 6 3 年出舨了中圈水文图集。 2 0 世纪6 0 年代以来水资源矛盾越来越突出。1 9 6 8 年美国完成了国家第 一次承资源评侩，送行了全国拳瓷源分熬，讨论了缺承遗题。t 9 7 8 年继续完 l o 河海大学博士学位论义 第一章绪论 成了第二次永资源评价，对承姿源的关键闯题( 如地下承超采、浃水灾害等) 进行了专项研究。前苏联在1 9 6 0 年以后开始进行国家水册的第二次修订。 我国第一次水资源评价工作是1 9 8 0 芷# 开始的，主要分析了水文要素的时空 交铯，对建表承资源、逮下东资源、东瓷源总量和承赝遴行了译徐( 孵阉黪 列采焉1 9 5 6 1 9 7 9 年) ，1 9 8 7 年完藏了中国隶资源谱价。 ( 2 ) 现状水资源评价内容 全国水资源综合规划技术大纲1 。对地表水资源评价的要求规定，地液 承资源数量主要怒攒河流、湖泊等撼裘水体可以更耨的动态水量，用天然涎 川径滚量来表示。溪矧径流量一黢怒遥遘隶文鏊实溺海翊绞淡资精来分橱诗 算的，分析的内容主要包括：多年平均值、不同保证率的河川径流量、年内 分配和多年变化规律等。为了保持年径流系列的一致。陡，臻求根据用水调焱 统计、水库蓄水动态等有关资料，对选用水文站的实测径流进行还原计算p i 。 2 0 0 1 发布豹溺家标准供承拳文熄震懿察蕊范( g b 5 0 0 2 7 2 0 0 1 ) 1 6 l 表明， 魄下水资源评价，捌分为补给量、髓存量、允许开采量。在近年来的辩磷报 告或论著中，“补给资源”、“储存资源”和“开采资源”被广泛使用。 ( 3 ) 地下水资源及环境问题调查评价 在选下水资源开发利用酶今天，缝下承资源量的燮纯及其弓l 起的环境潺 疆，已越来越被入稍霍视。2 0 0 2 季，中国趣矮键查裁缀缓开震鹃“圭遣下承 姿源及环境问题调查评价”工作，对资源和环境问题做了统一筹划。其总体 思路是：以建国5 0 多年来特别是近2 0 年来的水文地质调查、研究成果为潦 础，充分吸取国海外区域性地下水调囊、研究和开发利用的经验与教训，紧 綮圈绕匡琵经滂蝣挎续发震藏略、鏊家生态安全俸系建设溪翻察瑟部大嚣发 等区域开发计划，以承循环科学理论和她下水系统理论为指导，综合运愆多 学科方法，以地下水系统为单元，调憋评价深度与广发，进一步查明区域地 下水系统的空间分布与结构，重点调套地下水补、径、排特征及其变化过