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1第十四章地下水资源与水资源管理水资源：waterresources地下水资源：groundwaterresource14．1作为资源的地下水1．自然资源的概念与分类（1）概念自然资源是国民经济与社会发展的重要物质基础，随着人们生活水平的提高和人口的增长，人类对自然资源的需求日益增大，同时对环境的破坏也日趋加剧。如何以最低的环境代价确保经济持续增长，同时还能使自然资源可持续利用，已成为当代所有国家在经济、社会发展过程中所面临的一大难题。通常人们为了方便将自然资源简称为––––资源。①《辞海》中把资源定义为：“天然存在的自然物，不包括人类加工制造的原料，如土地资源、矿藏资源、水利资源、生物资源和海洋资源等，是生产的原料来源和布局场所。”②《英国大百科全书》中把资源定义为：人类可以利用的自然生成物，以及生成这些成分的环境功能。前者包括土地、水、大气、岩石、矿物、及其群聚体森林、草地、矿产和海洋等，后者则指太阳能、生态系统的环境机能、地球物理化学的循环机能等。③1972年联合国环境规划署指出，资源是指“在一定时间条件下，能够产生经济价值以提高人类当前和未来福利的自然环境因素的总称。”④我国学者中较为流行的资源定义：自然资源是指人类可以利用的、天然形成的物质和能量，它是人类生存的物质基础、生产资料和劳动对象。⑤《水文地质学基础》：资源––––是指自然界存在且可被人们利用的一切。尽管存在着许多种不同的资源定义，但归纳起来有三点值得我们注意（或相同）：①是天然物质；②可以利用；③能够产生生态价值和经济效益。（2）分类①按照资源的地理学性质分为：水利资源（含淡水资源）、土地资源、气候资源、生物资源、矿产资源和海洋资源。②按照自然资源在不同产业部门中所占的主导地位分为：农业资源、工业资源、能源、旅游景观资源、医药卫生资源、水产资源等。③按自然资源的可更新特征分为：可更新资源和不可更新资源。可更新资源包括水资源、耕地资源、生物资源等，而不可更新资源主要是矿物资源，特别是以矿物为主的能源。④为了研究及开发利用上的方便，依据资源的一些共同特征，将资源进行统一分类（见下图）。22．水资源的概念水资源是人类赖以生存的最重要的物质基础。关于水资源国内外文献有许多提法，尚未形成公认的定义：①《英国大百科全书》中定义：“全部自然界任何形态的水，包括气态水、液态水和固态水的全部量。”②1988年联合国教科文组织和世界气象组织共同制定的《水资源评价活动––––国家评价手册》中则定义水资源为：“可资利用或可能被利用的水源，具有足够的数量和可用的质量，并能在某一地点为满足某种用途而可被利用。”③在1988年通过的《中华人民共和国水法》中定义：“所谓水资源，是指地表和地下水。”作为水资源的水体一般应符合下列条件：①通过工程措施可以直接取用，或者通过生物措施可间接利用；②水质符合用水的要求；③补给条件好，水量可以逐年更新。水资源主要指与人类社会生产、生活用水密切相关而又能不断更新的淡水，包括地表水、地下水和土壤水。地表水资源量通常用河川径流量来表示（按流域计算）；地下水、土壤水资源量可用补给量来表示（地下水按水文地质单元或地下水系统计算）。三种水体（地表水、地下水、土壤水）之间密切联系而又互相转化，扣除重复量后的水资源总量相当于同一区域的水资源总量。3地下水是水资源的一个重要组成部分。地下水是一种宝贵的资源。中国河流中，最重要的有被称为七大江河的松花江、辽河、海河、黄河、淮河、长江和珠江。水资源资料中国水资源（淡水）的总量为2800km3（2.8万亿m3），居世界第6位，人均占有水量仅2200m3（或2400m3），只相当于世界人均占有量的1/4，居世界第109位。全国多年平均河川径流量为27115亿立方米，多年平均地下水资源量为8288亿立方米。扣除重复水量后，全国多年平均年水资源总量为28124亿立方米。世界水资源研究所提出用四级水平来评估人均占有水资源量的多少：人均占有水量小于1000m3为最低水平，严重缺水；1000～5000m3为低水平，缺水；5000～10000m3为中等水平，不缺水；＞10000m3为高水平，水资源丰富。此外，联合国可持续发展委员会将人均水资源量1750m3确定为缺水警告数了。按照这个标准，中国人均水资源量处于缺水上下限（1000～5000m3/人）的中低值，总体缺水。而且中国的水资源分布也极不均衡。北方地区人均水资源量仅988m3，低于1000m3的重度缺水标准，黄河、淮河、海河流域及内陆河流域共有11个省、市、区的人均水资源拥有量低于1750m3的缺水紧张线，其中山东为380m3，河北为330m3，北京不足300m3，天津仅为150m3，成为世界上最缺水的地区之一。更为严峻的，部分地区严重的水污染，造成合格水源减少，水质性缺水已威胁到我国业已不足的水资源供给。例如，上海的水资源总量丰富，但由于受污染影响，人均水资源拥有量仅为全国平均水平的40％，实际可供饮用的水仅占地表水资源的20％。为此，联合国已将中国列为全球13个最缺水的国家之一。地下水是世界许多干旱、半干旱地区以及地表水污染严重地区重要的饮用和生产水源，全国约有三分之二的城市以地下水为主要供水水源。3．地表水与地下水的比较作为资源地下水具有一系列优点（与地表水相比）：①空间分布：地表水仅分布于水文网，地下水分布比较广泛。②时间调节性：地表水循环迅速，为了利用它需要筑坝建库，以进行时间上的调节；地下水受含水介质的阻滞，循环速度远较地表水缓慢，含水系统为具有天然调节能力的地下水库，地下水的这种时间上的调节性，对于干旱地区与干旱年份的供水尤为可贵。③水质：地表水易受污染；地下水相对不易受污染，水质一般较好。④可利用性：地表水一般需进行水质处理；地下水一般不需进行水质处理即可利用。4．地下水资源概念的演变在相当长的一个时期中，人们对地下水的需求量不大，开采地下水的规模小，地下水总是能够满足持续而稳定地供应某一定水量的要求。于是，人们在头脑中把地下水看作是“取之不尽，用之不竭”的，并没有意识到地下水是一种有限的资源。随着人口的增长与生产力的发展，人们对地下水需求的增加，首先是在一些缺乏地表水的干旱半干旱地区，大量而集中地开采地下水，很快引起区域性水位下降，出现地下水资源涸竭的现实威胁。这时，人们才逐渐认识到，地下水是一种数量有限，值得珍惜的资源，必须查明其数量，有计划地开发利用。414．2地下水资源的特征1．地下水资源的系统性地表水的系统性比较容易理解。地表水资源总是按水系（或流域）进行计算，并按水系进行规划利用的。地下水资源发育于内部具有统一水力联系、与外界相对隔离的地下含水系统或含水层之中。赋存于含水系统中的地下水具有统一水力联系，在其任一部分加入或排除地下水，影响将波及整个系统。因此，地下含水系统是地下水资源评价的基本单元，也是地下水管理的基本单元。松散沉积物包含多个含水层和弱透水层，含水层之间通过弱透水层越流发生水力联系，构成具有统一水力联系的地下含水系统。通常，浅部含水层水力联系密切，随着深度加大，含水层之间水力联系变差。因此，浅部发育潜水，深部发育半承压水。浅部水循环更新迅速，深层水循环更新缓慢；开采时，浅部含水层以疏干方式排水，深部含水层以弹性释放方式释水。开采同等水量情况下，深部含水层水位下降幅度明显大于浅部。基岩中存在多个含水层和隔水层时，当隔水层厚度较小，构造破坏较强，含水层之间水力联系较好时，构成具有统一水力联系的地下含水系统；隔水层厚度较大，构造作用破坏不明显时，各含水层分别构成独立的系统。地表水资源的评价：通常按流域，统一评价及规划利用地表水资源。地下水资源也是按系统形成与分布的，这个系统就是含水层系统。存在于同一含水系统中的水是一个统一的整体。而某一含水系统作为供水水源利用的地下水资源，原则上等于补给量。地下水资源的评价：应当以含水系统为单元，统一评价及规划利用地下水资源。2.地下水资源的可再生性地下水资源分为两类：补给资源及储存资源，补给资源：参与现代水循环、不断更新再生的水量。储存资源：不参与现代水循环、不能更新再生的水量。补给资源是地下含水系统能够不断供应的最大可能水量；补给资源愈大，供水能力愈强。含水系统的补给资源是其多年平均补给量。储存资源是地质历史时期形成的水量，消耗一部分就减少一部分，是无法持续供应的水量。自然资源①可再生资源––––地下水为可再生资源––––具有可恢复性②不可再生资源，如固体矿产资源、石油等5补给资源的单位是m3/a，是个流量概念。储存资源的单位是m3，是体积。将一个地下含水系统的储存资源除以补给资源，得出地下水平均贮留时间Ta，单位为a；Ta愈大，则地下水“年龄”愈老，交替更新愈慢，可再生能力愈差。平均贮留时间的倒数Ta-1，称为水交替系数，单位为1∕a，即地下含水系统中补给资源与储存资源的比值。水交替系数的含义是：地下含水系统中的水量（注意，是水量，而不是水）每年更新的比例。如果水量在一年中更新交替一次（Ta=1a），则水交替系数为1；如果10a更新交替一次（Ta=10a），水交替系数是0.1；水交替系数愈大，地下含水系统中资源的更新速度愈快，可再生能力愈强。地下水补给的丰枯程度，可用地下水补给模数（groundwaterrechargemodulus）表征。补给模数——每年每平方千米地下水补给量(立方米)，单位是m3/a•km2。地下水开采强度可用地下水开采模数(groundwaterexploitationmodulus)表征。地下水开采模数——为每年每平方千米开采的地下水量，单位也是m3/a•km2。地下水资源的再生是通过水循环实现的。地下水从大气水与地表水获得补给，向大气与地表水排泄。在水文循环过程中水量不断再生，水质也不断更新。一个地区的降水量→从根本上决定一个地区补给量的多少→决定着一个地区水资源的多少。潜水参与水文循环积极，资源具有良好的可恢复性；承压水，水的循环交替较缓慢，水的更新再生较慢，可恢复性较差。3地下水资源的变动性由于自然及人为原因，地下水资源处于不断变动之中。几个因素地下水资源处于不断变动①自然原因方面，受季风气候控制的我国，大气降水存在季节、年际以及多年的周期变化，导致地下水补给资源变动。②人为原因方面，有几个因素影响地下水补给资源变动：土地利用方式的改变，城市化进程导致的无渗下垫面增多，以及温室气体排放导致的全球变化(王长申等，2007；张建云等，2008)。③土地利用方式改变影响地下水资源变动，主要表现为土地种植方式的变化，随着作物单产及复种指数增大，土壤水消耗增多，降水的更多份额被包气带截留，补给地下水的份额减少。④随着城市化进程，城镇、厂矿、道路的无渗化，使降水的更多份额转化为地表水或者直接进入排水管网，从而减少地下水补给。⑤温室气体排放导致的全球变化，全球气候变暖将加速大气环流和水文循环过程，引起水资源量及其时空分布变化加剧，进而可能导致水资源短缺问题更加突出、生态环境问题进一步恶化、洪涝灾害威胁更加严重等。4．地下水资源的可调节性对供水水源的一个基本要求是保证经常稳定地供应某一水量（不论丰水年还是枯水年）。地表水，通过修建水库，将一部分丰水季节与年份的地表水贮存起来，以供枯水季节与年份之用，从时间上调节水量。地下水含水系统是具有时间上调节水量功能的天然的“地下水库”。利用有利的地质结构蓄存地下水，或利用含水介质滞留水。含水系统的贮存水量可维持6枯水季节或年份的供水，并在丰水季节得到补偿。含水系统的调节能力取决于滞留水量的能力，一般上层滞水调节能力差；潜水含水层通常厚度不大，储存水量有限，一般只有年内或隔年调节能力，遇到连续干旱缺水，供水往往难以保证；承压含水层厚度通常较大，地质结构也有利于蓄存水量，常具多年调节功能。14．3地下水资源的分类及其供水意义1.地下水资源分类①补给资源量（补给量）––––含水系统的地下水多年平均年补给量为其补给资源量（m3/a）。②储存资源量（储存量，静储量）––––含水系统地下水多年平均低水位以下的重力水体积为其储存资源量（m3）。③允许