地下水补给研究进展

张旭洋

（青岛大学环境科学与工程学院，山东青岛266071）

地下水补给是指含水层或地下含水系统从外界获取水量的过程[1]，现阶段，关于地下水补给量的研究大多数是以地表水、包气带以及饱水带作为研究对象进行研究，不同研究对象计算得到的补给量代表不同的含义。以饱和带作为对象所评估的补给量，由于它代表实际进入含水层的水量，会引起地下水位上升，故称其为实际补给量；以地表水或包气带作为对象所确定的补给量，因为用根系之下土壤水的入渗量代表地下水的补给量，下渗水流不一定都能达到地下水面，可能导致计算得到的补给量偏小，称为潜在补给量[2,3]。目前，以包气带或者饱水带作为研究对象进行地下水补给估算的方法有很多，归结起来大致可以分成物理法、示踪法和数学模型法三大类。

物理方法主要包括地中渗透仪法、水均衡法、达西定律法等方法。示踪剂法主要包括人工示踪剂法：如溴离子示踪法和有机染料示踪法等；历史示踪剂法：主要是利用放射性同位素3H和14C进行研究；环境示踪剂法：主要是氯离子示踪法和氢氧稳定性同位素示踪法。数值模拟方法可以分为：基于土壤水动力学过程的渗流带模型法和地下水流模型法。由于每种地下水补给量评价方法各有优缺点，并且适用于不同的气候和水文地质条件，履行着不同的研究目的，所以每种评价方法所确定的地下水补给量通常是难以相互比较的。

1 多种方法综合评价地下水补给量

由于地下水补给受到气候、岩性以及土地利用方式等多种因素影响，具有高度的时空非均一性，而每种地下水补给量的估算方法又存在一定的局限性，单独使用一种方法很难达到准确评估地下水补给量的目的，只有合理运用多种评估方法，才能提升评估结果的精确度和可靠性。

综合运用多种方法评估区域地下水的补给量，近年来已成为地下水补给研究的热点之一，Demlie等[4]利用土壤水量平衡法和氯离子质量平衡法对埃塞俄比亚Akaki流域的地下水补给量进行了估算，根据研究结果Demlie指出土壤水量平衡法和氯离子质量平衡法所得补给量的平均值可以代表该流域的最大可能补给量值；Hornero等分别使用氯离子质量平衡法和土壤水分平衡法估算了西班牙Alcadozo含水系统的补给量，并对两种方法的结果进行了不确定性分析；Delin等运用非饱和带水平衡法、地下水位波动法、地下水测年法以及区域回归补给模型（RRR）对明尼苏达地区地下水补给量进行了评估，并对各种方法所得的补给量进行比较分析，为流域尺度地下水补给量的计算提供了科学依据；Flint等为了准确评估美国内华达州Yucca地区的地下水补给量，在该地区使用了氯离子质量平衡法、非饱和带达西法、经验法以及历史示踪剂法等多种方法，结果表明该地区地表渗透率在空间上存在较大的变异性；Zhang等将地下水位波动法与土壤水量平衡模型相结合，对多瑙河上游地区地下水补给的评估结果进行了验证和改进。尹立河等[5]根据研究区的实际情况，选取多种地下水补给量评价方法，如地下水位波动法、饱和带达西定律法和水平衡法等，对内蒙古鄂尔多斯平原年均地下水补给速率进行了估算。

部分学者还将地表水模型与地下水流模型相结合，通过对模型相关参数不断的调整，可以获取到较准确的区域地下水补给量。白乐[6]以及王中根[7]等将SWAT模型和MODFLOW模型相结合，构建SWATMODFLOW耦合模型，并成功将该耦合模型应用在不同流域地下水补给量的模拟计算中；武强等[8]将代表河流运动的一维明渠非恒定渐变流方程和代表地下水运动的准三维非稳定流运动方程相耦合，构建了地表水体-地下水耦合模型。

2 小结

虽然将两种或多种评价方法结合使用，可以提高地下水补给估算的可靠性，但补给量的准确性仍然需要根据研究区的降水、地下水开采以及地下水位变化等实测资料加以验证说明。而且，每一种评价方法都需要大量的实测数据支撑才能完成，而获取较大区域范围内含水层的参数十分困难，因此基础数据缺乏已经成为限制使用多种方法评价地下水补给量的首要原因。

[1]张人权.水文地质学基础[M].地质出版社,2011.

[2]Rushtonk.Recharge form permanent water bodies[J].1997.

[3]ScanlonBR,HealyR W,CookPG.Choosingappropriate techniques forquantifying groundwater recharge[J].HydrogeologyJournal,2002,10(1):18-39.

[4]Demlie M.Assessment and estimation ofgroundwater recharge for a catchment located in highland tropical climate in central Ethiopia using catchment soil–waterbalance(SWB)andchloridemassbalance(CMB)techniques[J].EnvironmentalEarth Sciences,2015,74(2):1-14.

[5]尹立河.基于多种方法的地下水补给研究[D];中国地质大学(北京),2011.

[6]白乐,李怀恩,何宏谋,等.煤矿开采区地表水-地下水耦合模拟[J].煤炭学报,2015,40(4):931-7.

[7]王中根,朱新军,李尉,等.海河流域地表水与地下水耦合模拟[J].地理科学进展,2011,30(11):1345-53.

[8]武强,孔庆友,张自忠,等.地表河网-地下水流系统耦合模拟Ⅰ:模型[J].水利学报,2005,36(5):588-92.