浅谈地下水代谢与水资源保护

杨万良

(四川省资阳市雁江区水务局，四川 资阳 641300)

浅谈地下水代谢与水资源保护

杨万良

(四川省资阳市雁江区水务局，四川 资阳 641300)

文章对我国地下水资源现状进行分析，从地下水代谢的概念、地下水代谢方程式两方面对地下水代谢进行论述，提出确保充足的补给水量、增加地下水存储水的容量、对无功失水量进行控制等保护地下水资源的方法，以期能够提高地下水资源的利用效率，缓解我国水资源紧缺的现状。

地下水；代谢；水资源保护

地下水的代谢，能够解决一部分水资源问题，并且，在水资源的保护和功能恢复过程中，地下水代谢发挥着重要的作用。因此，在对水资源进行保护和循环利用时，要将地下水代谢充分的利用起来，从而改善水资源污染状况，促进我国资源的可持续利用。

1 我国地下水资源现状

我国的地下水淡水天然资源在国内水资源总量中所占的比例达到1/3，在全国的地下淡水天然资源中，南方地区所占的比例为69%，地下淡水可开采资源量为2045亿m3。北方地区的地下淡水天然资源在全国占31%，可开采量只能达到南方地区的77%。从面积上看，西北地区所占比例为35%，但开采总量在全国只占13%。随着城市用水量的增加，许多城市的地下水资源开发已经接近或者达到极限，而部分城市的地下水资源开采已经处于超采现象。当地下水资源的开采量超过补给量时，水资源的质量和数量就会失去平衡，从而引发一系列的环境工程地质问题。并且，在对地下水资源进行开采，会有更多的生活和工业污水排放出来，导致地表水遭到污染。过度的开采地下水资源，会降低地下水的水位，减少单井的出水量，从而增加用水成本[1]。随着水资源的逐渐减少直到枯竭状态，还会出现地面沉降、塌陷和地裂缝等问题。

根据调查，我国每年因为水资源污染而造成的经济损失约为377亿元，其中超过50%都属于地下水污染。全国有2/3以上的城市地下水质量都在直线下降，局部地段的水质非常恶劣。目前已有300多个城市的地下水污染严重，导致这些城市的供水紧张。随着地下水污染程度的加重，其检出的成分逐渐呈现出多样化、复杂化。根据统计，海水入侵面积已经得到1500km2，入侵距离为4-8km，最大能达到10km，海水入侵后淡水的水质会变咸，使咸淡水的天然平衡状态遭到破坏，还会引起土地的次生盐碱化。

2 地下水代谢

2.1 地下水代谢概述

许多地区在对水资源进行保护时，重点是对水资源的时空分布进行调整，使水资源的减少量得到控制，从而将水资源控制在不会造成水资源问题或者环境问题的范围内。在对水资源实施保护的过程中，地下水代谢是可以进行重复利用的。地下水能够对自然界中的水资源进行调节，而此调节作用是通过代谢实现的。比如，在非雨季，地下水是地表水的主要来源，当某处的地表水量减少，导致该处出现空缺时，主要是通过地下水进行补偿的。因此，地表水的恢复能力，是由地下水的代谢条件决定的。通常情况下，地下水代谢可进行人为控制，而地下水代谢则能对水资源的恢复能力和调节能力产生影响。因此，在对水资源进行保护时，可利用地下水代谢进行[2]。

2.2 地下水代谢的概念

大多数的地下水存在于岩石空间中，是地球水循环过程中形成的，岩石空间持续的从外界获取水，水会在岩石的孔隙中不断的运动，再将水排向外界，通过整个过程的循环，使水能够一直保持在岩石中。地下水的供给、迳流和排泄是地下水运动的3个过程，将这3个过程结合起来就称为地下水的代谢。水的质和量决定着地下水的代谢状态，且地下水代谢还会影响水运动和水储存，使水质发生改变，能量发生转换等。在水资源的利用和保护中，地下水代谢发挥着重要的意义。

2.3 地下水代谢条件方程

以系统中水量的增减状态为依据，对地下水代谢进行分类，可将其分为3种类型，①正代谢，②负代谢，③平衡代谢。能够增加系统中水量的代谢称为正代谢，会减少系统中水量的代谢称为负代谢，能够维持系统中水量平衡的代谢称为平衡代谢。在对地下水资源进行保护时，主要研究的是负代谢。如果系统长期处于负代谢状态，就使系统中的水量越来越少，导致水质恶化。要保持地下水资源，就是要在使用地下水的时候将系统中的水量进行控制，使其不低于最小控制存储量的状态，用公式表示为Ec+△Ec≥Ecmin，其中，Ec表示地下水系统中现有的水量；△Ec表示系统内水量的变化值，增加时为正、减少时为负；Ecmin表示系统中的最小控制储水量[3]。Ecmin即满足水资源与环境保护要求的下限存储水量，一般是通过水位核定。用Eb表示补给水量，Ex表示消耗水量，Eh表示取用水回收量，则△Ec=Eb+Eh-Ex。如果不计算水状态改变时减少的水量，用Ez1表示蒸发量，E1表示流出水量，Eq表示取出水量，则Ex=Ez1+E1+Eq。同时，用Ez2表示蒸发消耗量，Ej表示浸润消耗量则Eq=Ez2+Ej+Eh，综合以上各式可以得到，Ec+Eb-(Ez+Ej+E1)≥Ecmin，当Ec=Ecmin时，即地下水系统中的储水量减少到最小控制存储水量时，Eb≥Ez+Ej+E1。

由上式可知，在对地下水资源进行保护时，当地下水系统中的储水量减少到最小储水量之后，必须确保Eb≥Ez，否则水资源就会朝着被破坏的方向发展。我国的水资源紧缺，但浪费现象却十分严重，对蒸发量进行控制，能够有效的缓解这一现象。假设一个地下水系统中的Eb、Ej和E1增量是有限的，在上式中起关键作用的就是Ez，也就是蒸发量是最关键的。但是，在对水资源的实际利用和保护中，蒸发量却常被忽略。比如，根据某实验室的试验结果，半干旱地区在休闲期的土壤蒸发量非常大，与同期的降水量相比，其比例能够达到60%-80%，而半干旱偏旱地区和半湿润地区则分别能够达到72%-98%。由此可见，蒸发是水资源浪费的重要原因，要减少水资源的浪费量，就需要对水的蒸发量进行控制[4]。

3 地下水资源的保护

3.1 确保充足的补给水量

水资源主要有3大功能，①恢复功能，②调节功能，③重复利用功能。水资源的3大功能是通过代谢水量来体现的。代谢水量越大，水资源的功能越强；代谢水量越小，水资源的功能越弱。代谢量的大小主要受补给量大小的影响，为确保地下水的代谢量，就需要保证充足的补给水量。要解决我国水资源紧缺的问题，就需要确保在地下水和地表水都不足的情况下，能够维持正常的补给水量。比如，在降雨量比较大的时候，在地面将大气降水集蓄起来，用于补充地下水。因此，当天气比较干旱时，地表水可通过地下水补给[5]。

3.2 增加地下水存储水的容量

水的各项功能大小，以及各项功能的持续性，都会受到存储水容量的影响。因此，在对水资源进行保护时，要适当的增加地下水存储水的容量。在选择水源地时，要确保其拥有较强的调节能力和恢复能力。当地下水的补给和排泄保持在相对稳定的状态时，水的储存量是常量；当补给量减少时，会消耗存储量；当补给量增加时，水的储存量也会随之而增加。增加地下水储存量，可增强水资源的各项功能，对于维持和改善生态平衡具有重要的意义。因此，在对地下水资源进行保护时，要注意控制好地下水存储容量，以保证足够的地下水补给量。

3.3 对无功失水量进行控制

无功失水的方式主要有2种：①蒸发，②流失，每个地区的无功失水量都比较大，尤其是针对蒸发问题，一直没有找到有效的解决方法，只能任由水资源浪费。如果能对蒸发掉的水资源进行控制，则能减少水资源的流失量，且其效果会比一般的水利工程好。对蒸发量的控制可以有多种方法，比如，采用封闭式的水利用系统；对地下水位进行控制；改变传统的灌溉方式，实施绿色工程等。其中，绿色工程在控制蒸发量的过程中发挥着重要的作用。虽然绿色植物会因为蒸腾作用而增加水分的流失量，但补给或保留的水量却比蒸腾作用流失的水分多，能够有效的涵养地下水资源，还能保持水土的完整性，对于降低环境污染，保持生态平衡有重要的意义[6]。因此，在地下水资源的保护中，应大力实施并推广绿色工程。对于一些地产地，可种植绿色植被，使其成为林地，从而将其在水资源保护中的作用充分的发挥出来。

4 结 语

综上所述，在我国加强生态建设和环境治理力度的新形势下，地下水代谢在水资源保护中具有重要的意义，对于促进人类、自然和经济等可持续发展有着巨大影响。因此，根据地下水代谢原理，保证充足的补给水量，适当的增加地下水存储水的容量，并对无功失水量进行控制，从而减少水的流失量，缓解我国水资源紧缺、浪费严重的情况，以提升我国水资源的利用效率。

[1]梁欢欢,安达,杨昱，等.基于MCDA模型的危险废物填埋场地下水污染风险分级[J].环境科学研究,2016,29(01):131-137.

[2]吴爱民,荆继红,宋博.略论中国水安全问题与地下水的保障作用[J].地质学报,2016,90(10):2939-2947.

[3]鹿海员,谢新民,郭克贞，等.基于水资源优化配置的地下水可开采量研究[J].水利学报,2013(10):1182-1188.

[4]陆垂裕,孙青言,李慧，等.基于水循环模拟的干旱半干旱地区地下水补给评价[J].水利学报,2014(06):701-711.

[5]陈伟涛,孙自永,王焰新，等.论内陆干旱区依赖地下水的植被生态需水量研究关键科学问题[J].地球科学-中国地质大学学报,2014(09):1340-1348.

[6]吕倩,魏洁云.中国地下水污染现状及治理[J].生态经济,2016,32(10):10-13.

1007-7596(2017)10-0185-03

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B

2017-09-22

杨万良(1965-)，男，四川资阳人，工程师,从事水资源管理、水土保持等相关工作。