区域地下水功能及可持续利用性评价理论与方法

区域地下水功能及可持续利用性评价理论与方法

张光辉,申建梅,聂振龙,王金哲,严明疆,郝明亮

(中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄 050061)

摘要:本文针对我国北方地下水评价中偏重资源而对地下水的生态功能和地质环境功能重视不足的问题,立足流域尺度地下水循环系统,从地下水的自然属性切入,突出协调综合发挥地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能的目标,应用系统论和层次分析方法,建立了地下水功能的基本理念、评价标准和方法及评价指标体系,并以华北滹沱河流域作为示范区应用,结果表明具有实用性。

关键词:区域地下水;资源-生态-地质环境功能;功能评价与区划;滹沱河流域示范

中图分类号:P64116;64118 文献标识码:A 文章编号:100023665(2006)0420062205

收稿日期:2005204214;修订日期:2005210226

基金项目:中国地质调查局科研专题/地下水综合评价方法专

题研究0和国家自然科学基金项目(编号:40472126)。

作者简介:张光辉(1959-),男,博士,研究员,博士生导师,主

要从事区域地下水循环演化与可持续利用及生态地质环境保护基础研究。E 2mail:Huanjing@

1 问题提出

地下水的资源供给功能(简称/资源功能0,下同)仅是地下水功能的一部分,生态环境维持功能(简称/生态功能0,下同)和地质环境稳定功能(简称/地质环境功能0,下同)是其重要组成部分,它们彼此制约和相互作用。无论地下水的哪一功能过度强化,都必然引起地下水的其他功能响应变化。

近30年以来我国北方地区地下水资源过度开发利用和地表水长期大规模地拦蓄,使得不少地区的地下水位持续下降,地下水位降落漏斗出现并不断扩大,引发了地面不均匀沉降、生态环境退化和海咸水入侵等环境问题。这与以往偏重地下水的资源功能而对生态功能和地质环境功能的认识不足密切相关,急需按新的要求对区域地下水评价的指导思想、理念和方法诸方面进行完善和发展,以利于协调综合地发挥地下水的资源、生态和地质环境功能,为提高地下水可持续利用能力提供科学依据。

2 基本理念与适用范围

211 基本理念

地下水功能(G roundw ater Function)是指地下水的

质和量及其在空间和时间上的变化对人类社会和环境所产生的作用或效应,主要包括地下水的资源供给功能、生态环境维持功能和地质环境稳定功能。

(1)资源功能:地下水的资源功能(Groundwater Resource 2function)是指具备一定的补给、储存和更新条件的地下水资源供给保障作用或效应,具有相对独立、稳定的补给源和水的供给保障能力。

(2)生态功能:地下水的生态功能(Groundwater Ec ological Function)是指地下水系统对陆表植被或湖泊、湿地或土地质量良性维持的作用或效应,如果地下水系统发生变化,则生态环境出现响应的改变。(3)地质环境功能:地下水的地质环境功能(Groundwater Geologic Environment Function)是指地下水系统对其所赋存的地质环境稳定性所具有支撑和保护的作用或效应,如果地下水系统发生变化,则地质环境出现响应的改变。

212 评价主体

地下水功能评价的主体是一个完整的流域尺度地下水系统,包括驱动、状态和响应三类群。/驱动因子0是指驱动地下水系统变化的影响因子。例如降水变化、开采地下水等。/状态因子0是指描述地下水系统(或功能)状态的因子。例如地下水水位、水量和水质等性状。/响应因子0是指由于地下水系统(或功能)状态变化而相关能力或环境响应变化的因子。213 应用范围

主要面向西北、华北和东北的平原区地下水系统。

3 技术导则与方法

311 技术导则

(1)立足于地下水自然属性,兼顾长期人为因素影

响下的社会属性,重视前期资料及成果的利用。

(2)以人与自然协调、可持续发展为根本目标。

(3)水循环规律作为基础,流域尺度地下水系统为评价主体,重点评价地下水的各功能区位特征及主要自然属性状况。

(4)尽可能地多目标保护、多功能互补和综合发挥作用。

312评价体系

(1)体系的层次结构:地下水功能评价体系如图1所示,它由系统目标层(A)、准则功能层(B)、属性指标层(C)和要素指标层(D)4级层次结构组成(见图1)

。

图1地下水功能评价体系的层次结构模型示意图

Fig.1Fra mewor k of the hier archy system for gr oundwater function assessment

A层是系统的总目标,即地下水可持续利用性。B

层是描述总目标的功能准则,由资源功能B1、生态功

能B2和地质环境功能B3构成。C层是描述各功能层

(B i)的属性指标,由m个指标C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、

C8、C9、C10、,,、C m构成,是各功能状况的评价基础。

D层是描述各属性指标(C i)的最基础要素,它们分别

从不同侧面反映地下水系统某一属性状况,是具体评

价的基本指标,由n个D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、

D9、D10,,D n构成。

(2)指标体系与标准:地下水功能评价的指标体

系,包括属性评价标准、功能评价标准和系统综合评价

标准,如表1所示。

表1地下水功能评价的分级标准

Ta ble1Grading criteria for groundwater function assessment

系统目标(层)综合评价分级标准

综评指数值018~110016~018014~016012~014012~0

状况分级可持续性强可持续性较强可持续性一般可持续性较弱可持续性弱

功能(层)综合评价分级标准

功能指数值0184~1100167~01840134~01670117~01340117~0

状况分级强较强一般较弱弱

级别代码I II III IV V

属性(层)状况评价分级标准

属性指数值018~110016~018014~016012~014012~0

状况分级好较好一般较差差

313评价步骤与方法

(1)确定评价目标及划分基本单元:首先确定评价

范围,使地下水系统具有完整性。然后按流域尺度划

分评价分区和剖分基本单元。

剖分基本单元的方法有二:¹在资料较齐全的地

区,将完整的流域尺度地下水系统划分至第4级区(基

本单元),其中上、中、下游段作为第一级分区;在各一

级分区内,根据水文地质条件,划分第二级分区;再根

据各二级分区的补给、迳流和排泄,以及地下水埋藏状

况,划分入渗补给带、迳流储存带、滞留储存带等,作为