发布于：2005-09-09 00:58:09
来自：水利工程/水文与水资源工程
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［俄罗斯］Igor S. Zektser
本文概述了地下水天然资源的区域评价和填图特征，讨论了地下水天然资源区域评价方法（长期监测河流水位、水力学方法、对地下水补给和排泄区的长期水均衡评价等）的优缺点。采用这些方法进行地下水天然资源和地下水径流区域评价的基础是可以对水文和水文地质资料进行分析和处理，而且无需补充成本很高的钻孔和抽水试验。建议对特定的地下水补给模型进行评价，地下水径流模数是1升/秒·平方公里，地下水排泄系数是根据降水入渗的补给系数（是说明地下水对总河水流量的贡献）来确定的，这是地下水天然资源的定量特征。文章主要是针对中欧和东欧的不同地区和国家，根据以上提及的方法和地下水天然资源的定量特征，来编制不同比例尺的地下水排泄图。这些方法也适用于编制世界水文地理图和地下水排泄图。
一、概 述
最近几十年，各国的水文地质学家对地下水天然资源区域评价工作进行了深入的研究。这有两个原因，一是为了满足人们对水资源需求量的日益增长，这需要确定不同地区地下水的利用前景，同时，这对区域规划以及地下水资源的保护和利用非常重要。另一个原因是随着地下水资源的区域评价方法的不断发展和完善，无需耗费太多的人力和财力就可以通过分析和处理水文和水文地质资料，就可以客观经济地评价地下水天然资源。
二、方 法
地下水天然资源是指可以通过大气降水入渗、河水流入和邻近含水层渗漏而不断得到补给的地下水流。在整个水文循环过程中，地下水天然资源不断得到更新。在进行区域评价时，认为长期地下水补给的平均值等于蒸发蒸腾作用的排泄量。因此，定量的地下水排泄特征可以作为研究区地下水天然资源的指标。换言之，天然资源是水交替强烈区主要含水层的天然产量（地下水排泄）。实际上，地下水天然资源是在不定期开采过程中，可以不断得到补给的地下水，但是对于海滨地区开采，主要是河流的排泄。总而言之，地下水天然资源可以通过地下水排泄的某些定量特征表现出来。这些特征包括：地下水径流模数、地下水径流系数以及与接受地下水补给的河流相关的系数。地下水径流模数定义为：一个集水区的地下水排泄量，以升/秒·平方公里为单位。地下水流动系数是地下水流与大气降水的比率（通常以百分数表示），可以用来说明大气降水如何补给地下水。河流补给系数是河流补给地下水的量与河流总径流量的比率（通常以百分数表示），可以用来说明地表水对总河流径流的贡献。给定的一些定量特征（地下水径流模数、地下水流动系数和地下水接受的补给量），不仅可以用来说明地下水天然资源特征，而且可以将这些参数作为重要的水均衡特征，来比较水均衡中的不同组成，还可以用来评价不同地区的水资源总量。
例如，在莫斯科地区，每年的平均大气降水量为600毫米，多年的河流总径流模数平均值为6公升/秒·平方公里（相当于190毫米/年）。通过河川径流水文历线图基流分离法，计算多年的地下水径流模数，约为2升/秒·平方公里，相当于63毫米/年。这样，可以得出莫斯科地区的地下水流动系数（地下水补给量63毫米/年与大气降水600毫米/年的比率）约为10%。由此可知，仅有十分之一的大气降水补给地下水。地下水与河流总径流量的比率，即地下水资源（地下水流量）和水资源总量（河流径流量）的比率平均为30%。
区域评价的目的是确定大范围（如江河流域，自流水盆地或其中的局部）的地下水天然资源，计算相关的定量指标（地下水排泄的模数和系数）和地下水天然资源总量。目前，评价区域地下水资源广泛采用的方法如下：
1．计算具有长期观测记录的河川径流水文历线图的基流分割法；
2．计算地下水流出的水动力法（包括数值模拟方法）；
3．估算河川水文观测站间低水位径流量或基流量差异法；
4．计算地下水补给区和排泄区的长期水均衡法。
这些评价地下水流动和地下水天然资源的方法见表1，这里只对其中两种最常用的方法进行说明，即：河川径流水文历线图基流分割法和计算地下水流出的水文动力法。
河川径流水文历线图的基流分割法需要根据补给源的类型进行评价，基于如下假定：在有常年河流系统存在的水交替强烈区，地下水补给主要是由于河流的排泄。在河流径流中，取含有地下水组成的样品进行分析，可以评价地区的地下水流量。
目前，关于河川径流水文历线图的基流分割法，已有许多经过证实的方法和技术手段。在这种情况下，许多作者都相继研究仅由于地下水流动而形成的基流水位（排除了主要的湖泊和沼泽补给的河流）。在洪水期和高水位期，河川径流水文历线图的基流分割法的应用范围明显不同，主要采用的方法有三类：
1．不考虑洪水期海滨地区的影响；例如，在洪水期不考虑地下水排泄量的变化；
2．尽可能地减小海滨地区的影响，使河流对地下水的补给量可以忽略不计；
3．由于地下水补给量的增加，使得地下水向河流的排泄量增加
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可计算单个含水层中地下水排泄量。
需要完整的地下水参数，很难取平均值，不可能评价地下水量长期的变化情况。
计算地下水补给区和排泄区的长期水均衡法
可评价不接受河流排泄的深层含水层的排泄量。
需要通过独立的方法确定主要水均衡组成，且估计的地下水量应当超过误差。
采用地下水水位数据计算入渗量
可评价单个含水层的地下水排泄量。
很难计算一个点（井）处地下水补给量，需要许多观测井。
河川径流水文历线图的基流分割法，可以考虑地表水和地下水相互作用的具体水文地质条件，也就是说，可以考虑它们之间的水力联系。
为了获得河流接受地下水补给的可靠数据，有必要将集水区地下水和地表水特征之间的相互作用结合起来进行分析。在洪水期，海滨控制过程造成了河流接受地下水补给量明显变化，在采用水文图分割法时要考虑到这一点。
关于河川径流水文历线图的基流分割法，俄罗斯专家发展完善了一种复杂的“水文－水文地质”方法，在前苏联和中欧及东欧的一些国家，成功地进行地下水排泄的区域评价。这一方法的主要特征是，考虑河流盆地地下水和地表水的相互作用特征及程度，这可以通过深入研究现有的地质资料及水文地质资料获得。对于一些较难的情况，需要进行野外踏勘或特别调查。在河流盆地的不同地段，需要根据文献或野外资料制定不同的实施方案。在这些方案中，要给出排泄含水层和含水层岩性，以及不同季节的地下水和河水的水位。河流和含水层之间的不同水力联系特征，取决于地下水水位和河水水位的联系，可以据此确定水文图分割法的不同方案。
评价地下水接受河流排泄的最简单方法，是评价两个观测站间的低水位径流量的长期变化。
评价地下水排泄的水力学方法的基础是研究主要含水层的水文地质参数。此时，需要编制每一个含水层的水位和渗透系数图。根据达西定律确定地下水总排泄量，这一传统方法非常简单，获得的每一含水层的地下水流量数据都非常可靠。需要特别注意的是，根据水力图确定的水文地质参数的初始值必须准确可靠。根据一些主要参数，通过流程计算排泄量。水力学参数初始值并不是取平均值，而是要详细地给出，并据此计算流程。
在复杂的水文地质条件下，有足够的数据可以说明地下水的入渗条件，在评价地下水流量时，可以采用不同的方法。评价含水层和自流水盆地相互作用是计算该类问题时最恰当的方法。在已知区域内的水头和传导系数条件下，根据这一方法可以将每一点地下水流的水平和垂直组成结合起来。通过河流径流总量模型确定集水区的地下水流具有特别重要的意义。有许多方法可以计算水分运移、地下水入渗和河川水流。评价区域地下水流的主要方法及其优缺点见表1。例如，一种广泛采用的方法，主要是确定有效湿度，在根据水文图分割法确定地下水流量时，具有非常明显的优点（可以获得多年的地下水流量变化资料），也具有一定的局限性。假定地表水和地下水的集水区重合（在岩溶活动强烈和岩石破碎地区，完全不可能），最重要的是利用未受干扰河流区的资料，以及利用长期观测的资料。提及的每一种方法都有各自的优缺点，这也是需要根据研究区具体的地质条件和水文条件、研究目标和范围确定适当方法的原因。因此，最可靠的方法是采用将各种方法相结合来评价区域地下水水量。
需要指出的是，需要解决许多有关地下水天然资源区域评价方法的问题。研究者可以采用河川径流水文历线图的基流分割法得出所有排泄区的地下水排泄量，但是如何评价这一地区每一含水层补给量，却没有确切的方法。在河流受到剧烈干扰的流域，应用这一方法面临的一些问题尚未得到解决。当采用水力法计算地下水流速时，并不能很好确定水文地质参数。
三、结 论
有关地下水天然资源和地下水流量的区域评价和填图的研究，开始于上世纪60年代前苏联的B.I. Kudelin博士，他在1964年完成了1/500万的“苏联地下水流量图”，并于1966年出版了“苏联地下水流量”专著，实际上是对流量图的详细说明。之后，在上世纪70年代，水文地质学家和水文专家又完成了1/250万比例尺的“苏联地下水流量图”。同时，也实现了中欧和东欧地区地下水流量的评价和填图。
1983年，根据联合国教科文组织（以下简称UNESCO）国际水文计划，编制了1/50万的“中欧和东欧的地下水流量图”。据此可以获得大区域的地下水流量，根据物理地球化学特征和地质－水文地质条件，可以确定地下水流动层的主要特征，以及地下水流量的比值和系数。
考虑到1987～1992年间学者们在地下水资源区域评价和填图领域的交流与合作，根据UNESCO国际水文计划，对全世界的地下水流量的区域评价和填图工作进行研究。许多国家（前苏联、美国、法国、澳大利亚、印度、巴西、阿根廷和泰国等）的科学家参与了这项工作，在他们不懈的努力下，完成了1/1000万比例
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