水文地质孔隙水的研究方法分析

郑龙日，刘立强



水文地质孔隙水的研究方法分析

郑龙日1，刘立强2

（1.吉林省有色金属地质勘查局六○五队，吉林 延吉 133000；2.黑龙江省第一地质勘察院，黑龙江 牡丹江 157011）

我国是人口大国，每年总体用水量高达6万亿m3，人均用水量更是逐年增长。我国是典型的内陆型国家，淡水资源稀缺，以至于我国大部分地区的淡水资源都是通过开凿地下井水获得的。随着人口的增大，用水量的增加，我国地下水的水位正逐年下降，应该让人们对水文地质孔隙水有所了解，加大对水文地质孔隙水的重视。

水文地质；孔隙水；研究方法；地下水

孔隙水是地下水的一种，主要赋存在松散沉积物颗粒的孔隙中，多呈层状分布，空隙间互相连接，同一含水层为统一的地下水面。在堆积平原和山间盆地内广泛分布，是工农业和日常生活用水的主要来源。孔隙水呈层状分布，空间上连续均匀，含水系统内部水力联系良好，因此，在孔隙水系统中打井取水，成功率很高。水文地质孔隙水能够对孔隙水的水流量、水位高低进行科学地测量，能够为我国地下孔隙水的研究提供很多便利。

1　水文地质孔隙水研究的意义

我国从几千年前就通过挖井开采地下淡水，这种获取淡水的方法一直延续到今天。但是由于常年的开采地下水，不仅直接导致我国地下水存储量减少，还间接造成了许多问题。例如，地下水的减少造成沉积物颗粒间的孔隙水流失，沉积物颗粒坍塌堆积，使原本的土地缺失了泥土的支撑，从而导致地面凹陷、下沉、裂缝等现象。此外，由于土地中水分的流失，导致土壤中的营养随之减少，土壤干旱、农作物收成不好的现象时常发生。个别地区更是由于土壤缺水导致地区生态系统不能正常运作，发生地区干旱等自然灾害，造成人员的伤亡，地区经济水平下降。由此可见，我国应该对地下水的开采实行相应的措施，降低地下水过量开采的问题，保护我国的淡水资源不被破坏。要做到这些就必须对水文地质孔隙水进行相应的研究，通过三维立体地下模拟模型对地下孔隙水的情况进行分析，确定什么地区适合开采，什么地区不适合开采。

2　水文地质孔隙水相关数据获得方法

2.1实际数据收集方法

水文地质孔隙水研究需要建立在数学模型的基础上，这就需要大量的数据支持。我们需要对各个地区的水文地质进行研究，如果将每个地区的所有数据都进行一一收集，不但会花费大量的时间和经费，而且在研究过程中可能还会出现地下水轻微变动的情况，对相关研究造成很大的影响。所以，我们首先应该对数据收集方法进行研究，选择适合的获取数据方法。我国常用的收集数据方法为实际检测数据和模拟数据。实际数据从字面上就可得知，是根据地区的实际情况进行数据收集。然而，对整个研究地区的水文地质孔隙水进行总体数据收集很困难，并且还要通过多次测量取平均值，这显然很难办到。所以，我们不得不采取随机抽样的方式对勘察地区进行数据收集，收集数据时需要在不同分割区内进行随机取样，并且，需要对测量时间进行规定，在不同时间进行重复测量，这样能够更加准确地收集水文地质孔隙水的地域情况。

2.2模拟数据收集方法

模拟数据方法与上一种数据收集方法有很大的区别，不需要对勘察地区进行现场考察，仅仅通过其他相关信息进行分析就可推算水文地质孔隙水的目前情况。这种数据收集方法需要三维地下水数值模拟计算方法加以辅助。模拟数据收集的优点就是耗费时间少、成本低。不仅不用花费大量的勘察设备，还大大减少了人工费用的开支，也不用大量的时间进行数据采集。然而，这种方法是通过信息推算得出的数据，与实际数据收集方法相比，其准确率明显低于实际操作，所以这种方法一直都没有被广泛使用。

3　地下水数值模拟研究方法

3.1三维地下水数值模拟研究方法

近几年，随着科技的发展和地下水勘测技术的进步，三维地下水数值模拟技术被人们广泛应用，成为了当前水文地质孔隙水研究的最实用的方法。数值模拟方法是对真实情况的仿真模拟，其原理是根据水文地质的孔隙水相关数据进行参数分析，确定地下孔隙水的大概含量，根据确定结果做出合理的计划。目前国内的地下水系统数值模拟方法有有限分差法（FDM）、有限单元法（FEM）、边界元法（BEM）、有限分析法（FBM）等。有限差分方法是一种求偏微分（或常微分）方程和方程组定解问题的数值解方法，简称差分方法。这种方法是一种数学方法，被巧妙运用在孔隙水研究当中，可对孔隙水的流向和水位进行大致推算。虽然三维地下水数值模拟一直被广泛应用，但是还是存在短板，相关领域应该对数值模拟的薄弱环节进行研究，提出新的思维方法，采用新的数学工具。

3.2GIS地下水数值模拟模型拟合方法

对于三维地下水数值模拟方法来说，整个过程通过数字数据和相关文件进行展示，其可视化程度差，表达出的形式不能够直观地进行判断，很容易导致数据分析错误。GIS即地理信息系统的地下水数值模拟模型方法能很好地弥补可视性差的缺点。它将相关数据和地形勘测结合，通过机器转化图纸，方便人们直接观察。这种方法可以通过勘测地形、水位高度、孔隙水流等要素进行自动曲线绘制，绘制出相应的剖面图，再通过参数对比判断其准确度，如果准确率过低，将重新进行要素分析，直到其达到满意的准确度。地下水的元素特征在点、线、面3种状态下有一定的差距，所以GIS地下水数值模拟模型拟合方法应该分别从点、线、面3个方面进行模拟研究。

4　我国水文地质孔隙水研究存在的不足和相应优化

我国虽然已经大量开采地下水资源，但是对地下水数值模拟的研究起步较晚。虽然我国近几年科技发展迅速，但是仍然有一些问题亟待解决，最主要的问题是人们对于基本学术知识和地质条件的研究重视度不够。我国在水文地质孔隙水研究方面的一流人才较少，人们大多只关心具体实践，忽略专业知识，导致相关工人在具体操作时困难重重。由于研究设备花费大，研究时间较长，我国的大部分技术都是从国外引进，没有真正花时间研究适合我国的孔隙水研究技术，导致我国的研究技术效率低，成果差。所以要真正将我国的水文地质孔隙水研究提高上去，需要创建适合我国的研究体系，提高孔隙水研究人员的素质。国家也应大力支持人才培养建设，让学生有更多的机会了解相关专业。

5　结语

我国的地下水数值模拟的研究和使用较晚，虽然近几年的水文地质孔隙技术研究有了很大的进步，但与发达国家相比还有一定的差距。我们还应从国际的角度对地下水模拟的发展趋势进行研究，对孔隙水发展制度制定科学的发展规划，真正地使我国的地下水实现可持续发展，保证居民的用水安全。

［1］翁爱华，李舟波，王雪秋，等.黑河干流浅层地下水与地表水相互转化的水化学特征［J］.吉林大学学报（地球科学版），2012，（3）：39.

［2］ 武强，董东林，武钢，等.水位下降过程中孔隙水压力变化的若干规律研究［J］.西北大学学报（自然科学版），2010，（4）：28.

Analysis of research methods of hydrogeological pore water

ZHENGLong-ri1，LIULi-qiang2
（1.Jilin Nonferrous Metals Geological Exploration Bureau No.605 Team，Yanji 133000，China；2.First Geological Exploration Institute ofHeilongjiangProvince，Mudanjiang157011，China）

Our country is a large country in population，the annual total water consumption is up to 6 trillion m3，water consumption per capita is increasing year by year.Our country is a typical inland country and lacks of fresh water resources，so that freshwater resources of most parts of China are obtained by digging underground wells.With the increasing population and water consumption，the water level of groundwater is declining year by year，we should let people understand hydrogeological pore water，and make emphasis on issues of hydrogeological pore water.

Hydrogeology；Pore water；Research method；Groundwater

P641

A

1674-8646（2016）15-0020-02

2016-02-04