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地下水水位管理的前沿动态

2020-02-13 397 上传者：管理员

摘要：地下水资源量多寡直接表现在地下水位的变化。地下水水位作为地下水管理最重要的控制性指标，可以通过地下水水位管理实现地下水资源的量化管理。本文对地下水水位管理的几个主要方面进行了综述，包括地下水位与生态及地质环境的关系、地下水管理水位划定等，力图从实施地下水水位管理所需要技术手段的角度，为相关科研和管理人员提供一定的参考。

关键词：
发展趋势
地下水
研究现状
管理水位
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地下水位变化是地下水资源量多寡最直接的表现形式，是地下水管理最重要的控制性指标。地下水水位状态是水文地质要素的综合反映，它不仅反映了地下水补给、径流、排泄的随机变化过程，同时也是一个用来判断地下水是否出现环境问题以及其严重程度的重要指标。从地下水资源可持续利用角度看，对地下水位进行管理也是评价地下水可开采资源，进而进行地下水取水总量控制的重要依据。通过确定地下水管理水位，实现对地下水资源的量化管理。本文对地下水水位管理的几个主要方面进行了综述，包括地下水位与生态及地质环境的关系、地下水管理水位划定等，力图从实施地下水水位管理所需要技术手段的角度，为相关科研和管理人员提供一定的参考。基于我国目前地下水资源按照行政区划管理的现状，本文初步建立了区域地下水资源优化配置决策支持系统，可有利于实现不同行政区之间地下水联合调度，有效解决地下水超采等问题。

1、地下水位与生态、地质环境

1.1 地下水位与地质环境

在地下水位与地质环境方面，国内外研究者主要关注地面沉降、海水入侵和地裂缝等内容。姜晨光等根据多年城市地表沉降及城市地下水位监测资料，系统分析了地下水位变化与城市地面沉降的关系，并给出了城市地表沉降的数学模型。黄健民等对广州金沙洲岩溶区地下水位变化与地面塌陷及地面沉降关系进行了探讨，认为区内岩溶地面塌陷及地面沉降受控于地下水位的变化，地下水位波动至基岩面附近时，是地面塌陷较活跃的时期，地面沉降与地下水位变化呈正向相关。众多的研究结果都显示，地面沉降、地面塌陷、地裂缝等地质灾害与地下水位有着紧密的联系，控制地下水位是防止此类地质灾害发生的重要措施。海水入侵地区，海水入侵的程度可以由地下水位和C1-浓度的关系来表示，河海大学荆艳东以大连市为例，运用相关分析、人工神经网络等方法，研究了地下水开采量、地下水位与海水入侵的关系，在此基础上，提出了控制海水入侵的地下水开采阈值和临界地下水位(1.30-3.41m)。

1.2 地下水位与生态

在地下水位与植被生长和生态关系方面，张凤英等分析了淮北砂姜黑土区降雨、地表水、地下水的特点，提出了该区不同要求的地下水适宜埋深，防止作物受渍的地下水适宜埋深经实验研究为0.5m,且是在降雨持续时间为2天的条件下；防止作物受旱的地下水适宜埋深1-0mo高长远认为干旱区绿洲地带水土开发的生态平衡埋深为4~7m。塔里木河下游胡杨脯氨酸累计对地下水位变化的响应表明，3.5~4.5m为塔里木河下游胡杨生存的合理地下水位,4.5m以下为胡杨正常生长的胁迫水位，而当地下水位在9~10m之间时，为塔里木河下游胡杨生存（死亡）的临界地下水位。上述概念和研究虽然研究的角度不同，出发点不同，但其核心问题都是合理的地下水位埋深。如果地下水位在该范围内，生态环境朝向良性方向发展，否则就会向恶性方向发展。

2、地下水位阈值研究

2.1 水位临界深度

袁长极在1962年提出“地下水临界深度”的概念，即土壤开始返盐时的地下水埋深，并根据土壤水分资料来确定临界深度，从而确定了轻质土和粘土的地下水临界深度分别为2.4m和1.2m左右。20世纪90年代，张惠昌从生态平衡出发，提出了“地下水生态平衡埋深”概念，即在无灌溉的天然状态下，不致发生植被退化、土地沙化、土壤盐渍化问题而保持生态平衡的地下水埋深，在此基础上提出石羊河流域下游民勤地区的生态平衡埋深为2~5m。郭占荣等在分析了土壤盐渍化发育特点与地下水位的关系基础上，提出了“地下水动态临界深度的概念”，认为一个地区的地下水临界埋深并不是一成不变的。杨泽元以陕北风沙滩地区为例，提出了“生态安全地下水位埋深”的概念，确定了风沙滩地区生态安全地下水埋深为1-5-5m0众多概念和理论的研究成果多是从地下水位与环境问题关系方面得来，试图寻求地下水的适宜水位，也就是能够维持良好的地下水环境、保证地下水可持续开发利用、发挥地下水资源环境功能的地下水位或地下水埋深。

2.2 控制水位线

张德尧提出在地下水超采区、未超采区和特殊区域设定正常水位、禁限釆水位、警戒水位、警示水位等控制水位线进行地下水水位管理的构想。正常水位指相当于可开采量的平均水位；警戒水位指达到该水位继续开采，预示地下水超采可能性大；警示水位指在生态与环境对地下水水位有特殊需要的地区，有利于改善环境和维系生态平衡的水位。谢新民等研究了地下水控制性关键水位，提出将地下水控制性关键水位划分为抬升型关键水位和下降型关键水位。其中抬升型关键水位，主要是由于地下水补给过量或开采量不足等造成，下降型关键水位，主要是由于地下水补给量不足或过量开采造成。

3、地下水管理水位确定方法

目前有关地下水管理水位确定的研究方法主要有模型方法、回归分析法等。

3.1 模型方法

模型方法是研究地下水位与生态环境之间的关系和进行预测分析的有力工具。Thourburn等应用稳定状态水流理论描述了土壤水蒸发量与地下水位埋深的关系，并以“土壤含水量-土壤水蒸发量-地下水位埋深”三者之间的相关关系作为地下水生态环境指标。陈崇希等通过建立一个“三维流动一一维非线性固结地面沉降”模型，对地面沉降与地下水位之间的关系进行了模拟，认为地下水的运动实际是“地下水开采一地下水水头下降一土层固结一土层孔隙率减小一渗透系数降低，反过来又影响地下水”的复杂过程。崔姜晨光根据滨海平原多个城市多年地表沉降及城市地下水位监测资料，系统地分析了地下水位变化与城市地面沉降的关系，并利用计算机模拟的方法，给出了该类城市地表沉降的数学模型。

3.2 回归分析方法

回归分析方法在地下水位动态预报中有着广泛的应用，常见于地下水的长期或中短期地下水位系统预测中。依照考虑影响因素的数目及其间存在的关系分为：一元线性回归模型、多元线性回归模型、多元非线性回归模型、逐步回归模型、自回归模型。姜媛等对北京顺义地区天竺地面沉降监测站多年分层地面沉降及对应含水层组地下水位监测数据进行统计分析，建立了该地区基于累计沉降量与含水层组水位标高、水位变幅及水位波动的多元回归模型，研究了分层地面沉降与地下水位变化的定量关系。因为地下水位降落漏斗与地面沉降保持着较好的一致性，回归分析方法在研究地下水位与地面沉降的关系方面有着较好的应用。

4、我国地下水位管理策略

目前我国地下水资源管理是按行政区管理，不同行政区可能位于同一个水文地质单元，许多地下水降落漏斗也是跨行政区的。因此，建立区域地下水资源优化配置决策支持系统，有利于实现不同行政区之间地下水联合调度，有效解决地下水超采等问题。通过归纳总结上述地下水位管理研究方法，总结我国地下水水位系统管理的策略，从管理框架、管理单元、复合管理及成效评估四个方面进行研究，形成完整的地下水管理体系。地下水管理体系初建如下。

图1地下水管理体系图

地下水管理的主要技术手段是水位监测。我国正在开展国家地下水监测工程建设。地下水监测是水资源统一管理和地质环境保护的重要基础工作，实施地下水监测可以掌握地下水基本情况和动态变化情况。地下水管理的行政手段主要为地下水取水总量和水位“双控”管理。在实际应用过程中，某一行政区域可能不只存在单一的问题。地下水管理决策支持系统应包括以下几部分：（1）确定该地区的主要问题类型，即哪一种管理手段放在优先位置，对存在的几个问题进行排序，如地面沉降〉生态脆弱〉海水入侵等；（2）分析目前该区域为解决地下水问题所采取的手段都有哪些，如压减开采量，地表水源置换，种植结构调整等；（3）构建模型，利用现有数据进行分析，得出上限和下限水位管理目标；（4）提岀解决该地区地下水问题的对策建议，一般应包括利用外调水、本地区地表水调配、降低产能限制发展、跨行政区域联合管理优化管理，水权交易，以水定城，以水定产等。

针对我国现行水资源管理县级行政单元，必须要综合考虑水文地质单元、地下水降落漏斗分布、地表水-地下水联合调度，对不同类型的管理单元优缺点进行剖析，最终提出跨县域、跨市域甚至跨流域的地下水最优管理模式。

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