可管理的含水层补给策略

序言许多国际、国家和地方组织都认识到，通过增强补给来提高缺水地区供水的安全性和水质存在巨大的潜力。但是，如果这些项目要取得成功，他们就需要良好的规划、设计和运作，并应该作为集水区/流域性水管理策略的一个主要部分。联合国教科文组织代表机构于2002年4月25-26日在巴黎召开了一次会议，一致同意制定相关的计划和活动。该文件成为这一倡议的一部分，我们希望这将引发一些个人和组织为将来的联合倡议作出贡献，以使所有新的增强补给的项目具有可持续性。在联合国教科文组织国际水文计划和英国国际发展部的支持下，国家水文地质学家协会委员会已经编制了关于可管理的含水层补给的文件。IanGale（英国地质调查局）和PeterDillon（澳大利亚联邦科学与工业研究组织）一起汇集了来自各地的投稿，并对他们的投稿表示诚挚的感谢。该文件的目的是总结MAR在半干旱地区的应用经验，以便在世界范围内提供指导和最佳实践的范例。作为更广泛的水管理战略的一部分，它提供了对实施和管理含水层补给的深刻理解，并联合其他联合国教科文组织-国家水文地质学家协会机构一起，将有助于推动网络化、信息共享、增强理解和实施可持续的MAR计划。已完成的和计划好的活动包括：•信息宣传——2002年9月•京都的简介，2003年•可管理的含水层补给策略——本文•在干旱和半干旱地区增加回灌的评估研讨会——2002年9月20-22日在阿德莱德•一份关于用再生水增加补给的报告——2003年世界卫生组织•关于“含水层补给管理和地下储存”的会议报告，2003年国际水文地质学家协会、NHV、联合国教科文组织•与再生水补给相关的风险管理专题讨论会——国际水文科学协会/世界卫生组织/国际水文地质学家协会，2003年7月7-8日在札幌•出版更多的刊物；实施区域培训方案，正在进行中•使数据收集更容易；监测和评价项目，正在进行中•促进网络化和信息的传播（)•促成关于“含水层补给管理和集水”的区域研讨会——联合国教科文组织-国际水文计划/伊斯兰教科文组织2004年11月27日-12月1日在伊朗亚兹德——联合国教科文组织-国际水文计划/巴基斯坦水资源研究委员会2005年4月25-5月2日在巴基斯坦拉合尔——联合国教科文组织/国际水文地质学家协会2004年12月15-17在越南河内•在发展中国家开展MAR的研讨会，2005年6月11日在柏林•联合国教科文组织-全球环境基金会/科学和技术咨询小组关于MAR研讨会，2005年9月在联合国教科文组织新德里办公处MAR的目标可管理的含水层补给（MAR）有可能成为联合国千年发展目标的一个主要贡献成果，针对供水尤其是为干旱和半干旱地区村庄供水。使用地下水的好处已经明确地被证实，储存水资源的含水层，如果能加以有效的利用和管理，能在以下几个方面起到重要的作用：•减少贫困/稳定生计•减少风险；在经济和健康两个方面•通过可靠的灌溉保证，增加的农业产量•增长经济效益•分配公平（高水位意味着每个人有更多的使用机会）•降低脆弱性（对于干旱时期，降水的变化）可管理的含水层补给（MAR）和雨水收集有助于维持上述利益，尤其是作为一种较广泛的方法应用到水资源管理实践中，而其水资源管理是强调需求、水质及供水方面。MAR往往以最廉价形式为城镇和小社区提供了新的安全水供应。由于缺乏对水文地质学和/或MAR知识的理解，其领会吸收得到限制。通过培训和示范项目，MAR有可能为联合国千年发展目标的水资源供应目标作出重要贡献，尤其是为干旱和半干旱地区村庄供水。MAR描述了含水层中水的有目的储存和处理，“人工回灌”一词也被用来说明这点，但在一个社区参与水资源管理变的越来越普遍的社会，“人工的”这一含义，在一个很多社区参与水资源管理的社会中越来越普遍，表明是时候换个新名称了。可管理的补给是有目的的，正与垦荒、灌溉和安装水管等带来偶然补给相反。MAR也被称为增加补给、蓄水和可持续的地下储存。MAR作为地下水管理者工具的一部分，有可能有利于对受到产量下降、盐水入侵或地面沉降的含水层重新加压。其本身并不能治理过度开发的含水层，仅仅能提高抽水速率。然而它作为一系列措施的一部分，可能对控制开采和恢复地下水平衡起着重要的作用。MAR在雨水集蓄和重新利用方面也发挥着核心作用。许多城市通过渗盆、集水坑和井将雨水排到含水层里，随后再将水重新用于饮用水或灌溉水供应。消息灵通的社区、城镇规划者、开发者、水公用事业和监管机构能更好的研究创新方法，来减少城市地区的水资源覆盖面积和创建更多可持续的和有吸引力的城市。水文地质学家们在他们的地质环境中，担任创造一种MAR能发挥作用的意识；并引导社区寻求最佳方案。可管理的含水层补给和雨水收集通过使用一系列技术已经在世界干旱和半干旱地区实行了几百年。采用的方法和这些干预效力不仅被自然动力也被社会和经济动力所控制。通过经验获得的知识包括不成功的方案，经常不被传播，并且计划的有效性往往也得不到评估。本文试图汇集当前的知识并提供一些来自于世界各地的最佳实践的范例。当评价作为水管理战略一部分的MAR适用性或现有方案的有效性时，下述清单汇集了应该被考虑的问题。文中给出了详情和指南，并在文件结尾的最佳实践实例和参考资料中给出，更多信息在和的检索数据库中找到。MAR的目标和益处是什么？\•在含水层中蓄水以供将来使用•平复供水和需水的波动性•作为一个综合的水资源管理政策的一部分•在过度开采的地方稳定和提高地下水位•在没有合适的可用地表水贮存的地方适用•减少通过蒸发和径流的损失•阻止暴雨径流和土壤侵蚀•改善水质并减少水质波动•保持溪流/河流的环境流量•管理盐水入侵或地面沉降•污水/雨水的处理/再利用水的来源是什么？•常年溪流/河流/运河•间歇溪流/河道/洪水流•储水坝•城市雨水•处理过的饮用水•屋顶收集的雨水•污水/再生水如何对一个地点进行评估？•制定一个水文地质概念模型（理解）•掌握水文学（包括气象学）•评估储存额外水的含水层的空间•量化水平衡的组成部分•评估地下水和水源的水质•使用数学模型评估方案•评估下游构造的影响如何进行地下含水层的补给？•扩散，渗透池/沙丘间的池塘•河床的改造•开井，竖井和深沟•洞井补给•促使河岸过滤•来自屋顶集水区的污水渗透坑水质的含义是什么?•去除水源中的悬浮固体，病原体，重金属，有机物质，硝酸盐等•稀释劣质地下水•优质地下水可能受到的污染•通过混合和溶解增加溶解物•有害的地球化学反应（砷，氟，铁，锰）需要考虑哪些制度和管理方面的内容？•水权•土地所有权•法律和监管问题•谁支付和谁受益？•谁管理？•社区/非政府组织？•地方/中央政府/国有企业？•市政部门/公司？—私人的/家庭的/私营部门机构？•综合管理（用户/非政府组织的/政府）•联合使用•需求管理如何进行效益评估？•稳定/上升的测压管水位•增加河流的基流量（环境的）•消除盐水入侵•减少地面沉降•可持续的地下水源•可持续的灌溉区域•稳定土壤侵蚀•实际的成本/效益分析•改善生计可能遇到的常见问题•堵塞的管理•地质学和水文学的误解•渗透结构或洞井的设计差•运行条件下洞井结构的稳定性•计划的运行或管理•劣质地下水（扩散混合）•保护地下水水质•渗透或注入水的流失•从试验到实际操作的转变•政策，社会和宗教的可接受性•信息/知识的可用性和传播•技术的可用性和人的能力含水层补给管理因为各种各样原因在全世界范围内得到实施，在它的最简化式中包括限制的地面径流和鼓励通过建造土地堤岸向含水层的渗透。提出了大量的计划来蓄水，以备将来用于饮用水供应和农业。可管理的含水层补给的其他原因包括控制海水浸入，增加低河道的流量，减少径流和土壤侵蚀，吸收洪水以减少洪水的破坏能力以及控制沉降。含水层补给管理不仅提供了一个有效贮水的手段和更好管理可用资源的方法，而且它也通常以一个有益的方式影响水质。水源水和地下水水质的变化都是由以下因素造成的：颗粒物质的去除及病原体和有机物质的微生物去除，稀释或移除劣质地下水以及本地地下水和含水层物质的地球化学反应。含水层补给管理应作为一种方法与广泛的其他水源的方法协力一起管理水资源，包括地表储存，地下水的开采，需求管理，水的回用等。印度村级计划中的含水层补给管理水的保护和补给可以追溯到公元前3000年以上。自那时以来印度农村的干旱和半干旱地区已经建造了渗滤池，淤地坝和蓄水池来蓄水，这也间接地补给了地下水。无节制的地下水开发，尤其是干旱和半干旱地区坚硬的岩石含水层，已造成大约34万平方千米以上面积水位的持续下降。在印度总的4000×109立方米年降水量中，大约1240×109立方米的降水以地表径流的形式损失。据估计，870×109立方米的水仍然可用于补给地下水，并且储存200×109立方米的地下水是可行的。作为总可行性的一部分，印度计划拥有36×109立方米的地下水储存量，通过建造约23万小型且简单的补给结构，如渗滤池，淤地坝，地下堤坝等。REFERENCE:Chadha,DK.2003.FromChapter3of“ManagementofAquiferRechargeandSubsurfaceStorage.”NCC-IAHPublication.No.4.水质问题和回灌水源地下水（包括天然保有的和由于人类活动改变的部分）的水质，以及地下水和回灌水的相互作用是需要我们了解和管理的。地下水可管理的含水层回灌的一个必备条件是一个具备适合水质和充足数量的水源。一些水源可被考虑用作回灌水，如地表水、雨水、处理后的污废水或饮用供应水。地下水的天然水质会随着其周围岩石类型的改变而不同，在含水层中的地下水流通道中也是如此。没有受到人类行为影响的地下水，从化学、混浊度和微生物方面分析，被认为具有极好的水质。然而，地下水中会天然地发生铁、锰、砷、氯化物、盐度、硼等的富集，这会使得地下水不能满足饮用水或其他用途用水的水质要求。地下水的高水质方面是由于雨水和河流水渗滤过土壤区进入含水层的工程中发生的天然过滤和微生物处理过程造成的。在这个过程中，多层覆盖的岩层保护了地下水免遭人类污染的危害。地下水的天然水质在一系列广泛的人类活动影响下会发生改变，最显著的人类活动有：地下水抽取、回灌增强、灌溉、土地使用的改变、农林业、城市规划、采矿和液体及固体废弃物排放。地下水受到的最大威胁是由咸水侵入沿海地区导致的盐化或是由于灌溉用水和废水经深层渗滤作用进入深层含水层。在研究回灌对某一特定水文地质环境的影响时，首先了解地下水的天然水质、人类活动的影响以及用以控制由此引发的水质问题的处理过程是非常重要的。在这个基础上，回灌对原有地下水和回灌水的可能影响就能被预测和监测，用以避免不合理的影响。一般来说，在潜水含水层已经被过度开采的地区，水位的下降最终将伴随水质恶化现象的出现。通过地表渗透构造进行的剩余雨水的回灌常常能够提供高质量的水，因为这一过程不仅能够补充水资源，而且能够通过稀释提高水质，或者通过形成一个水力栅栏用以阻隔来自侧面的咸水入侵（如荷兰的沿海沙丘回灌体系）。在通过回灌井将处理后的饮用水或暴雨水注入含盐承压含水层的过程中，由于矿物质的混合和溶解，回收水的水质会逐渐恶化，不过这一问题可以通过脱营养物过程和一些有机混合物的衰减过程得到改善。总的来说，想要从水质的角度来评估可管理的含水层补给的效力，首先了解原有地下水水质、人类活动的影响以及涉及到的地球化学处理过程是非常重要的。一个合理的概念模型可以通过一项地下水水质抽样方案以及对有关水文地质学和该地区人类活动的认识建立起来。这样，适当回灌体系的可能影响就能被预测，并通过监测进行检验。地表水（案例B、H、I和J）*基于气候情况，地表水可以作为一项重要的回灌水源。在潮湿的情况下可以预期河水水流的平稳变化，这时，长期持水的河流占主导地位。而在干旱或者半干旱的情况下，短期持水的河流占主导。长期持水河流中的水可以被引入附近的回灌设施，或是修改河道将其引入较远处的回灌设施处。尽管回灌的主导因素是水质的改善而不是存储，直