地下水最新研究成果

1. 地質研究成果

深鑽和超深鑽井揭示的地層剖面反映了35億～16億年前的地史特徵和元古宙、太古宙的代表性岩石。第一次在一個連續的剖面中詳細研究了古老岩石變質作用的按區分布特性。建立了可靠的地球化學剖面（圖5.9）。在地殼深處發現了礦化地下水並揭示了其水文地質分布特徵。證明氣體對於地殼大型構造帶的形成起著重要作用，而且氫和氦的作用隨深度增加而增強。

在科拉超深井鑽進初期，在貝辰加雜岩下部曾遇到破碎區和低溫熱液硫化成礦區。進一步鑽進和綜合研究6～12千米井段獲取的岩心後又有了新的發現。鑽井在科拉系列岩石中揭露了銅-鎳的硫化礦化作用，發現了在中元古代遭受分層變質作用的含鐵石英岩和鈦鐵礦。第一次通過直接觀察證實了，低溫退化變質作用和熱液成礦過程不僅局限於大陸地殼的近地表部分，也會發生在深部區域。

重大成果之一是在9500～11000米深處發現了金的成礦作用。對岩心的放射性分析表明，這里金的濃度比其克拉克值（各種元素在地殼中含量的平均數——譯注）高好幾倍。在總長度430米的井段內都發現了這種情況，其金的含量超過0.1克/噸，在個別試樣中達2.0～6.7克/噸。詳細的礦相學和射線光譜研究表明，自然金中包含了25%～26%的銀，從組成上看它更接近於銀金礦。這些發現從根本上否定了古大陸地殼中成礦過程的傳統理念，證明了即使在礦區深部通過詳細研究仍可以有新的發現，找到未知類型的礦苗。

圖5.9 不同地質區塊的地殼構造與各超深鑽井的位置

СГ-3—科拉超深井；м—穆龍套井；у—烏拉爾井；к—庫班超深井；в⁃р—別爾塔-羅熱爾斯井；Ⅰ—用大洋鑽探船打的鑽井；Ⅱ—在大陸架上打的深井；1—水圈；2—大洋沉積層；3—大陸沉積層；4—嵌入褶皺帶；5—火山作用形成的凹地；6—前寒武紀結晶岩；7—大陸玄武岩層；8—大洋玄武岩層；9—上地幔；10—深部斷裂

業已確定，岩石應力狀態突變的界限往往與溫度梯度和熱流的階梯式變化相吻合。在鑽進過程中沒有遇到玄武岩層，可以確認，在鑽井穿越的地震波速度突變的界面上有些岩石缺失了，造成缺失的原因是變質過程中含礦水合物中的水被析出了。

從薩阿特累超深井的資料中也獲得了不少有意義的數據，該超深井位於外高加索的庫林斯克窪地，深度超過8200米。該井的成果之一是在3530～4100米的玄武岩基底頂板見到了厚度達570米的多孔熔岩充填和凝灰角礫岩。該區段岩石的孔隙率特別高（14%），來水量大，碘元素富集。大量顯示表明，該地區存在著來自陸源地層的地下水滲流，這些地下水可能實現碳氫化合物的搬運。由此可以認為，實際上庫林斯克山間窪地埋藏的整個中生代噴發岩頂板曲面可能就是石油、天然氣聚集的儲層。

在超深井中獲得的岩石成分、物理性質和井內過程的數據有助於我們用全新的觀點來解釋地面和井內地球物理獲得的資料。現已證實，在地下深處存在著形成固體礦產、石油、天然氣工業儲量的可能性，這對於進一步發展成礦理論具有重大的意義。對科拉超深井的資料進行全面研究後可得出這樣的結論，陸殼前寒武系在30億～16億年前的地質時間間隔里發生了重大的演化，並可在此基礎上建立起反映該演化的大容量模型。

2. 地下水資源合理開發利用建議

隨著社會的發展進步，對水資源的需求也隨之加大，但任何資源的過度利用都可能破壞經濟和社會的持續發展，受到自然界的懲罰。保持地下水資源的合理開發利用十分重要，對促進社會經濟的持續發展尤其重要。因此在對地下水的開發利用中提出以下建議，以使有限的水資源得到合理的、可持續的利用：

1）制定社會經濟發展規劃時應充分考慮水資源的保證程度，要做到「以水定地；先查清水資源，再上新項目」；優先保證人畜飲水，合理兼顧工農業用水，加大生態環境用水；堅持開源與節流並重，把節水放在首位。

2）加強基礎研究，積極採用新理論、新技術、新方法對地下水資源進行勘查和評價，為地下水開發提供依據，提高水資源利用和保護的科技水平。

3）加強上、下游地區水資源的規劃和管理，對地表水和地下水以最合理的方式利用：戈壁礫石平原等地下水深埋區應充分利用地表水，在減少投入的同時，也有利於地表水對地下水的有效補給；充分利用地表水與地下水的特殊轉化關系，提高水資源重復利用率。在地下水位埋深較淺的細土平原區採用井灌井排結合渠灌渠排方式，可以取得綜合治理旱、澇、鹼等自然災害的良好效果。

4）利用各河洪水資源，開展地下水補源工程，把客水資源補充到地下水庫容里，增加地下水補給量，充分利用田間灌排溝渠，增建補滲井和補滲溝，增加入滲量提高地下水調節庫庫容，緩解地下水的超采。

5）對深層承壓水的大規模開采利用一定要進行專門的水文地質勘察工作，不宜盲目開采，必須依據水文地質、地下水資源和開采技術條件，以地下水資源研究成果為依據，科學合理地確定地下水開發利用布局和開采方案。

6）對重要的城市生活供水水源地，在充分論證資源量的基礎上，要加強防止水質污染的研究工作，尤其要結合社會經濟發展，從持續發展的長遠角度進行充分的科學論證。

7）地下水資源開發利用要堅持興利除弊，實現水資源的可持續利用與生態環境的有效保護，並適應經濟結構調整、節水技術進步等因素對水資源供需再分配的要求；加強對「三廢」污染物的綜合治理，對垃圾堆放場、化工廠、毛紡廠等易對地下水造成污染的企業的選址、排污治理的審查管理工作，同時在農業生產中應減少化肥、農葯的施用量，防止污染物進入含水層而影響對地下水的利用；對局部已受污染的含水層，要查明污染原因，並加強監測工作。

8）堅持預防為主，保護優先的原則，合理制訂地下水開發利用和保護方案，防止地下水污染。開發利用地下水與防治土地鹽漬化、沙漠化相結合，發揮水土資源的綜合效益。

9）在對水資源進行規劃時應充分考慮生態環境對水資源的需求，要通過天然河道泄洪、人工提水等方式開展植樹種草，保護自然生態環境的良性發展；加強地下水動態監測，為合理開發利用和有效保護地下水資源提供科學依據。

10）加強水行政管理，切實加強節水的宣傳和推廣工作：加強宣傳，增強水資源的憂患意識，提高公民保護水資源的自覺性。依法律強化地下水資源保護管理工作。農業上要推廣滴灌、噴灌技術；工業上要推廣新的節水工藝流程；居民生活中要使用節水設備，減少漏水；同時相應採取價格措施和行政管理措施作為保障。

11）不再興建或增加平原水庫、庫容，加大地下水水庫調蓄能力的勘察和研究。

3. 　地下水資源評價和管理的研究進展現狀

為滿足社會、經濟持續發展的需要，必須對有限的地下水資源實行科學的管理；而科學管理則建立在對地下水資源正確的評價基礎之上。

1）地下水資源的評價

地下水資源量通常分為天然資源和開采資源兩部分。幾十年來隨著評價方法不斷的改進，許多國家都多次對區域地下水資源重新進行評價，提高其精度。如原蘇聯在1977年發布的地下水天然資源為7044×10⁸m³/a，開采資源約為3185×10⁸m³/a。中國在80年代進行了全國地下水資源的評價工作。匯總結果：天然資源約為8700×10⁸m³/a，開采資源約為2900×10⁸m³/a。90年代對各重點國土規劃片和大的自然單元的地下水資源進行了更詳細的計算和評價。美國從1978～1994年專門立項研究大面積分布的層狀含水層系統的地下水資源，共圈定328個區域含水層系統。這項「區域含水層系統分析計劃」（RASAP）採用分布參數系統的有限差分法評價地下水資源。歐共體9個成員國，包括英、法、聯邦德國、愛爾蘭、丹麥、荷、比、盧、意於80年代聯合對區域地下水開采資源進行了評價，編制了38幅1:50萬的圖幅，地下水超采區占丹麥國土的16%，佔英國國土的4%。由此可見，在區域地下水資源的定量評價方面已取得重要的可供應用的研究成果。

2）地下水資源的管理

地下水資源的管理不僅是一個技術性問題，而且還是一個社會性的問題。因為提出一個地區或一個城市的最佳或最優化地下水開發方案和管理模型，是專業人員可以做到的，而能否實施在很大程度上取決於地方行政管理部門的重視程度、管理體制和相應的政策法律保證。所以地下水資源的管理是一個統籌兼顧的系統性工程。不僅要解決當地的水資源問題，也要解決整個流域的水均衡問題；既要預測地下水動態的變化對環境自然條件的影響，也要從經濟社會發展角度評價規劃水資源的開發和管理。在管理目標上不是單純考慮含水層特性，而是多目標的，即社會、經濟等多種因素。為改善水資源的管理狀況，國際上一些國家開始重視研究地下水的經濟價值，以提高其使用和分配的合理性；研究用水市場和水的轉讓，以提高其經濟使用效益，如美國、智利、墨西哥都在積極推行水資源管理新的運行機制。

50年代後期國外開始用模型的方法管理水資源，中國則始於80年代後期。水資源管理模型研究經歷了模型理論摸索、發展、推廣應用和實用性研究4個發展階段。90年代主要研究如何利用水資源，在保證最大經濟效益的同時，保持良好的生態環境和社會環境。模型的目標函數除了普遍考慮經濟目標外，水質、環境和社會目標也在考慮之中，並且隨機性的水質管理模型明顯增多。在已建模型中地下水管理模型居多。

由上可見，地下水管理從單一的水力學管理模型發展到綜合考慮社會、經濟和環境的地下水主要管理模型，從單一的地下水管理發展到地表水、地下水聯合管理，從地下水水量合理開發到綜合考慮水質、水量管理一體化模型，從集中參數管理到分布參數管理。今後地下水管理明顯的發展趨勢是（賀學海，1997）：①以水資源的可持續發展為中心，即對水資源的開發利用必須與人口、經濟、資源、環境協調發展；②大系統、多目標、多級優化的綜合管理趨勢，水資源系統是一個高度復雜的非線性系統，其功能和作用是多方面、多層次所決定的；③隨機、動態、智能化的趨勢，從以前的趨勢性、確定性評價方法轉向隨機性和模糊性的評價方法，發展非線性的解法並建立智能化的模型。

對於如何解決淡水資源，尤其是地下淡水資源的科學管理和利用，1992年「水與環境：21世紀的發展問題」的國際會議，總結了世界各地淡水資源合理利用和管理中正反兩個方面的經驗，呼籲建立評價、開發和管理淡水資源的新途徑：①強調岩石圈-水圈-生物圈-大氣圈之間的相互作用；②建立資源節約型發展戰略；③檢驗淡水資源管理的有效程度取決於社會和經濟的可持續發展和生態環境的保護與改善；④決策管理部門、廣大用戶、科研工程技術人員、單位等共同參與管理；⑤強調基礎建設、能力建設及其相應的研究。會議提出加強淡水資源的管理研究應從基礎研究和實際應用兩方面著手。而「研究岩石圈-水圈-生物圈-大氣圈之間的相互作用，研究水文循環以及生物地球化學循環之間的相互作用，包括質和量兩個方面，在全球、地區和局部地方等不同空間尺度范圍內進行並互相比較」，被認為是淡水資源管理研究的重大基礎研究方向，可以從根本上幫助弄清淡水資源的形成、演變以及在人類活動影響下的變化。

4. 蘇錫常地區地下水同位素研究新進展

姜月華¹ 吳登定^2，3 賈軍元¹ 許乃政¹ 王敬東¹

（1.南京地質礦產研究所，南京210016；2.中國地質大學，北京100083；3.中國地質調查局，北京100011）

摘要：通過對蘇錫常地區地下水同位素（氘、氧、硫、氮、氚和碳－14）地球化學研究，發現蘇錫常深層承壓水總體上未受到污染，而淺層地下水則受到了不同程度污染；認為常州地區和蘇州無錫地區深層地下水（主采層）可能屬於兩個不同的含水層系統，含水層系統互相不連通或連通不暢；蘇錫常地區由於長期過量超采深層地下水，地下水側向逕流顯示出向開采中心流動的特徵，但是地下水流動仍是極其緩慢；深層地下水總體處於半封閉－封閉狀態，深層地下水年齡在1.0～3.8萬年不等，其中，沿蘇錫常三城市一線（即開采中心區域）地下水年齡最老，向兩側地下水年齡則逐漸變新。

關鍵詞：蘇錫常；地下水；氫氧同位素；硫同位素；氮同位素；碳同位素

1 引言

蘇錫常地區位於中國長江三角洲南緣平原區，面積1.6萬km²。該區基岩出露零星，第四紀地層廣泛分布。第四紀地層沉積厚度自西向東、自南向北由80～230m，自下而上從下更新統至全新統發育齊全。根據地下水賦存的含水介質和水力特性，蘇錫常平原地區第四紀鬆散岩類中可劃分出四個含水層組：潛水、微承壓含水層組、第1承壓含水層組、第2承壓含水層組和第3承壓含水層組。各層次地下水深度為潛水5～8m、微承壓含水層15～18m、第1承壓水38～50m、第2承壓水94～123m、第3承壓水110～176m。

本次工作主要通過對蘇錫常地區地下水環境同位素（氘、氧、硫和氮）和放射性同位素（氚和碳－14）組成的研究，探索蘇錫常地區地下水補逕排條件、超采地下水引起的流場變化以及蘇錫常地區地下水污染狀況。

2 取樣和測試

本次工作共採集放射性同位素碳（¹⁴C）27組、氚（³H）88組，環境同位素氘（²H）、氧（¹⁸O）88個，硫（³⁴S）56組，硝酸根中氮、氧同位素（¹⁵N－NO₃、¹⁵O－NO₃）30組，此外，還採集了88組水質全分析樣。取樣原則是以地下水為主，適量採集地表江、河、湖水和大氣降水；以區域地下水主采層（第2承壓水）和潛水為主，同時兼顧採集其他不同層次的地下水。放射性同位素碳（¹⁴C）和氚（³H）在中國地震局地質研究所地震動力學國家重點實驗室測試，環境同位素氘（²H）、氧（¹⁸O）和硫（³⁴S）在中國地質科學院礦床地質研究所同位素實驗室測試，硝酸根中氮、氧同位素（¹⁵N－NO₃、¹⁵O－NO₃）在中國地質大學環境學院同位素實驗室測試，水質全分析樣在南京地質礦產研究所實驗室測試。

3 討論和結論

3.1 氘、氧同位素

地下水氘、氧同位素研究表明，常州地區深層承壓含水層組：δD：－64.3‰～－71.2‰，δ¹⁸O：－8.3‰～－6.4‰；蘇州無錫地區深層承壓含水層組以及部分潛水、微承壓含水層組：δD：－58‰～－41‰，δ¹⁸O：－8.4‰～－6.0‰。蘇錫常地區潛水、微承壓含水層和大氣降水：δD：－55‰～－41‰，δ¹⁸O：－3.0‰～－5.0‰；部分常州地區和蘇州無錫地區各含水層組的樣品：δD：－62‰～－42‰，δ¹⁸O：－6.5‰～－5.0‰。常州地區的潛水、微承壓水和承壓水樣品與蘇州無錫地區潛水和微承壓水樣品的樣點均落在大氣降水線下方，反映這些地下水均來自在大氣降水或地表逕流補給，補給之前均受到不同程度的蒸發；而蘇州無錫地區深層承壓水和部分潛水、微承壓水樣品的水樣點均落在大氣降水線上或附近，可能由於水岩相互作用－水解作用，使重同位素氧－18耗損所致。

蘇錫常地區地下水補給來源主要是大氣降水和部分地表水，人工開采和蒸發是其主要排泄方式。蘇錫常地區深層地下水徑流十分緩慢，總體上處於封閉－半封閉狀態。常州地區和蘇州無錫地區深層地下水含水層（主采層）可能系兩個不同的含水層系統，兩含水層系統互相不連通或連通不暢，這也與當時古地理背景、放射性氚和碳同位素特徵相吻合。

3.2 氚同位素

氚同位素研究表明，蘇錫常地區潛水氚值范圍在3.74～27.43TU之間；微承壓水氚值1.98～26.68TU；第1承壓水氚值6.05～13.52TU；第2和第3承壓水氚值0.04～23.27TU。潛水、微承壓和第1承壓含水層受降水和地表水混合程度較第2、3承壓含水層高。從氚、氧同位素關系可知，蘇州無錫地區深層地下水樣品氚小於3TU，δ¹⁸O界於－6.2‰～－9.0‰，表示地下水與遠古的補給有關，而與現代水含水系統無關；蘇錫常地區潛水和微承壓水氚值總體在19～28TU之間，δ¹⁸O在－3.8‰～－6.0‰之間，為現代水，與50年代以來降水和地表水補給有關。

3.3 14C同位素

對蘇錫常地區地下水¹⁴C同位素研究表明，深層含水層地下水年齡總體在1.0萬～3.8萬年之間。在地面沉降中心的常州地區深層地下水年齡為2.0萬～3.0萬年，蘇州無錫地區為3.0萬～3.8萬年。深層地下水年齡結果表明沿蘇錫常三城市一線（即開采中心區域）地下水年齡最老，向兩側地下水年齡則逐漸變新，反映了區域地下水流場變化為在蘇錫常三城市一線的北東側，地下水向西南方向流動；在蘇錫常三城市一線的西南側，地下水向北東方向流動，但是，這種流動是極其緩慢的。

3.4 硫同位素

通過對蘇州無錫地區不同含水層組樣品的硫同位素研究，發現淺層地下水和深層地下水δ³⁴S值差異十分顯著。深層承壓含水層樣品中δ³⁴S值含量最高，范圍在50‰～75‰之間；潛水和地表水δ³⁴S值含量最低，范圍在5‰～19‰之間；微承壓和第Ⅰ承壓含水層介於中間，范圍在20‰～45‰之間。從地表水和潛水→第1承壓水和微承壓含水→第2承壓水明顯反映了δ³⁴S值呈現逐漸升高的趨勢。地下水中δ³⁴S值與

來源於化肥或大氣降水。

參考文獻

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New Research Advance of Groundwater Isotope in Suzhou, Wuxi and Changzhou Area

Jiang Yuehua¹, Wu Dengding^2,3, Jia Junyuan¹,Xu Naizheng¹, Wang Jingdong¹

(1. Nanjing Institute of Geology and Mineral Resources, Nanjing 210016;2. China University of Geosciences, Beijing 100083; 3. China Geological Survey, Beijing 100011 )

Abstract: Based on the study of groundwater isotope (²H and ¹⁸O, ³⁴S, ¹⁵N, ³H, ¹⁴C) in Changzhou, Wuxi and Suzhou area, the authors discover that the deep confined groundwater has no pollution on the whole, but the shallow groundwater are polluted in the different degree in the area. The deep confined aquifers ( main exploitation aquifers) in Changzhou area and in Wuxi and Suzhou area likely belong to two different aquifers. The main exploitation aquifers in Changzhou area are not connected with those in Wuxi and Suzhou area, or they are connected but not expedite. The lateral run-off of groundwater are at present charactered by flowing to exploitation center because of overexploitation deep groundwater ring the long time, but the flowing speed of groundwater is still slow wondrously. The deep confined groundwater is in close-semiclose state, the age of groundwater varies from 10000 a to 38000 a. The nearest exploitation center (along the line of three cities of Changzhou, Wuxi and Suzhou), the oldest the age of groundwater; the furthest exploitation center, the newest the age of groundwater.

Key words: Changzhou; Wuxi and Suzhou area; Groundwater; ²H and ¹⁸O; ³⁴S; ¹⁵N; ³H; ¹⁴C

5. 地下水資源評價與水資源管理科學的新發展

近代地下水動力學方面的最突出的進步之一是越流理論的提出。自從1969年美國紐曼等發表了有關越流含水層方面的新理論之後，1972年又發表了關於確定越流多層含水層的水力性質的比率法，使解決地下水流向的非穩定運動計算問題前進了一大步。有關越流理論的基本要點，如弱透水層的垂直越流補給，弱透水層彈性儲量的釋放及其對非含水層的影響等目前仍然在繼續應用和研究發展中。用非穩定抽水資料計算水文地質參數的方法已在世界范圍內得到廣泛的應用。我國在這方面的研究成果很多，如楊天行、傅澤周、林學鈺等著的《地下水流向井的非穩定流原理和計算方法》（1980年），胡佩清等著的《有越流補給時流向干擾井的地下水不穩定流計算》（1982年），張蔚榛主編的《地下水非穩定流計算和地下水資源評價》（1983年）等等，都是我國有關這方面的早期研究成果。

在地下水資源評價方法方面，在已有的解析法、相關法、河流水文分割法的基礎上，20世紀70年代以來，由於引進了法國水文地質學家G.Castany的「水文地質概念模型」這一新概念和計算機在水文地質學中的廣泛應用，使數值法在水資源評價和預測中得到了迅速的發展。它使地下水資源研究從傳統的研究方法轉到模型研究，這不僅是地下水資源區域性模擬評價的一個重大進展，而且在推動水文地質學從定性研究進入更加科學的定量化研究的進程中作出了巨大的貢獻。

地下水資源管理學是近代水文地質學的一個重要分支。20世紀70年代以來，水文地質學家已經有意識的在尋求解決水危機的途徑，並將它納入環境生態與社會的大系統中進行水資源系統分析。到80年代，由於系統理論的引進和應用，加上數學模擬和計算機技術應用於尋求多目標下，地下水最佳開發理論與方法的日益完善，使水資源管理這一學科得到迅速的發展，並使復雜的水資源管理問題得到解決。

在我國，地下水管理研究始於20世紀80年代。最早引進國外地下水管理成就的文章是「美國地下水資源管理概況」（林學鈺，水文地質工程地質，1983年第2期）。從那時開始，水文地質學家們在我國的甘肅武威、北京、西安、哈爾濱、沈陽、河南的新鄉、平頂山、河北的邯鄲等幾乎遍及全國各大、中城市和流域規劃中都建立了為各種目的服務的、各種類型的地下水管理模型。在這方面，最早的代表性研究成果是林學鈺，焦雨等完成的國家「六·五」科技攻關項目（第38—1—20A）的成果《石家莊市地下水資源的科學管理》（1987年）。而後，陳愛光等出版了作為教材的《地下水資源管理》（1991年），以及林學鈺、楊悅所的《實用地下水管理模型》（1992年）和《地下水管理》（1995年）等專著。1990年，林學鈺、王兆馨等還出版了國家標准「地下水資源管理模型工作要求」。此外，為了實現滴水管理的內容和要求，達到管理的最終目標，使所建立的各類地下水管理模型得以實施和運用，專著《地下水水量、水質模擬及管理程序集》（林學鈺等，吉林科學技術出版社，1988年）又應運出版。這些成果在我國社會、經濟發展和環境建設與保護事業中都發揮了重要的作用。

水資源管理學的發展和進步，主要表現在水資源管理已從過去一般性的水政策、水均衡管理發展到地下水動態和水資源量與質的管理；地表水和地下水聯合管理；區域水文地質動力條件的控制和為控制地質災害的土地利用管理等。管理內容日益豐富，管理方法日趨多樣，其中，地下水管理模型是實現地下水管理的重要工具。

管理途徑除了常用的控制地下水開采量和地下水位，防止劣質水入侵，進行地下水人工回灌，實行地表水和地下水聯合運行以外，還重視地下水資源的多年周期機制的形成和流域整體水均衡、水動態的預測研究，並認為這是地下水管理的重要基礎。在預測時，強調考慮氣候變化和人類活動的影響因素，考慮地下水流確定模型和隨機模型的結合。

從總體上看，20世紀中國的水資源管理已從單純的考慮合理開發利用水資源和防止水資源枯竭發展到綜合考慮防止、控制和改善因水資源開發利用而產生的生態環境副作用和經濟技術限制條件的多層次、多目標的管理。

此外，還需提到的是，在目前盛行應用的線性規劃、多目標規劃、動態規劃等原理建立和求解的集中參數系統或分布參數系統地下水管理模型的同時，中國、前蘇聯和澳大利亞等國家的學者還認為，某種專門編制的水文地質圖也是一種地下水管理的有效工具。這種圖除了可以給出形成過程外，還可以給出一些更具體的水資源開發利用等信息。例如，林學鈺、陳夢熊等於1999年完成的《松嫩盆地地下水資源與可持續發展研究》專著中，應用GIS技術繪制了1∶1 000 000「松嫩盆地地下水系統水資源開發模式圖」，該圖主要表達了松嫩盆地各亞系統和各縣、市的地下水資源開發模式；從空間和時間上反映了松嫩盆地全區和各亞系統內可利用水資源的組成和1994年地下水和地表水的實際開采量；預測了2000年和2010年的全區和各亞系統需水量增長趨勢和可利用水資源量與需水量的對比情況；以及主要含水層厚度變化與地下水的分布狀況等。可以說，該圖本身就是一張水資源管理圖。又如，20世紀80年代後期，由澳大利亞W.R.Evans等學者提出的在Murray盆地，應用1∶250 000比例尺編制的水文地質圖，進行地下水資源和土壤鹽鹼化的管理。這套圖的內容表達了地下水在土壤鹽鹼化和地表水鹽化過程中的影響，描述了可用的地下水資源，並提出潛在的地下水和土壤鹽鹼化危害以及地下水規劃管理的目標范圍及其分區等。

用水文地質圖進行地下水管理，其特點是直觀、清晰、可操作性強，具有數學模型不可比擬的優點。當然，如何將水文地質圖與地下水管理模型有機配合和應用將是今後進一步完善研究的課題。

總之，目前地下水資源管理研究在國內外已十分普及，近20年來它已形成了自己的理論和研究方法，成為現代水文地質學的一個新分支，它正方興未艾，前途廣闊。

6. 　地下水地球化學及同位素研究

地下水地球化學是水文地質學的基礎學科，最初以研究地下水的化學成分及其形成為主，以後逐漸發展至地下水成礦、尋找油氣及有用礦床，如放射性鈾礦、鉀礦等領域，近代在與人類密切相關的生態地質環境領域中起著越來越重要的作用。

第30屆國際地質大會有關地下水地球化學的論文內容涉及水岩平衡計算，建立模型以解釋區域地下水的起源；農業灌溉水化學，特別是土壤和地下水鹽鹼化過程；沿海地區地下水的化學成分形成及演化過程；地熱水化學以及核廢料處理選址的水化學研究，加拿大專家發現可用鈾元素濃度評價氧化還原環境並建立相應方法。在還原環境中鈾元素的活性小，放置廢料保險程度大。

同位素方法已成為水文地球化學中重要的有效手段，近年來獲得較大進展。「當前研究的熱門方向是對大型地下水盆地和岩溶水系統進行長期的綜合（水質、同位素）監測研究。羅馬尼亞在南道布魯日灰岩山區建立了有50個台站的監測網。從1993年起已積累2年多2500組數據。每組數據包括物理、化學、生物、同位素指標共44項。通過數據分析，①圈出了污染敏感地段；②發現含水層深部存在硝化作用；③硝態氮中¹⁸O與¹⁵N都有識別氮污染源的重要功能。俄羅斯應用多種同位素研究地下水系統對人為污染的敏感性，已取得系統性成果」。中國從1985年開始對全國陸域大氣降水（20個台站）進行連續監測。對大氣降水氫氧同位素時空分布規律進行研究，並建成資料庫，匯入國際原子能機構的全球大氣降水氫氧同位素資料庫。巴西首次測定了Parana盆地地下水中的氦同位素，應用氦總含量和³He/⁴He的比值（大氣起源水為1.4×10^-6，地殼水為10^-7～10^-8，地幔水10^-5）兩個指標可識別地下水起源，研究地下水流動途徑和測定地下水年齡。

7. 中國地下水資源及其環境評價

一、內容概述

本項目在開展新一輪區域地下水資源調查的基礎上，系統利用了新中國成立50年來特別是近20年來區域水文地質調查評價和研究成果，按地下水系統理論，以環境容量為約束，採用動態的、水資源數量與環境質量評價相結合的研究方法，系統地計算了全國地下水資源，評價了地下水資源分布規律、地下水環境質量、地下水開發利用狀況和開發利用潛力，提出了地下水合理開發利用建議，提交了新一輪全國地下水資源評價成果，編制了中國地下水資源與環境圖集，建立了中國地下水資源資料庫系統。

1.技術經濟指標

（1）提交新一輪全國地下水資源評價成果，包括全國以及港、澳、台在內的34個省（區、市）和2353個縣（市、旗）、26個自然單元區的資源量，其中，全國地下淡水天然資源多年平均為8837億m³，地下微鹹水天然資源為277億m³，半鹹水天然資源為121億m³。

（2）形成了以環境容量為約束條件、動態的、水資源與水環境相結合的地下水資源計算與評價方法。

（3）編制了《中國地下水資源與環境圖集》。

（4）建立了「中國地下水資源資料庫系統」。

2.主要技術創新點

（1）首次按地下水系統理論，以環境容量為約束條件，採用動態的、水資源數量與環境質量評價相結合的研究方法，系統地計算和評價了全國地下水資源，提出了最新評價成果。綜合分析利用了50多年來的水文地質勘查研究成果，特別是近20年的新成果，重點評價了淺層地下水資源，同時評價了深層承壓水可開采儲存量，首次劃分了中國地下水系統，對全國及分省的地下水資源分布規律和特徵、地下水開發利用狀況和開發利用潛力進行了全面評價。

（2）首次對全國區域地下水環境質量進行了綜合評價，從地下水水質、污染程度、地下水開發誘發的環境地質問題及脆弱性等方面進行了全面研究和評價。尤其是區域地下水脆弱性評價，開拓了地下水資源與環境一體化研究的新途徑。

（3）首次編制了《中國地下水資源與環境圖集》。圖集全面反映了新一輪地下水資源與環境評價全部成果，直觀地展示了我國區域地下水資源的主要要素和客觀分布規律。圖集包括我國地下水資源分布、開采狀況、開采潛力圖；地下水質量分布、地下水污染程度、主要環境地質問題圖。該圖集首次實現了水文地質編圖由主要反映水文地質條件向反映資源分布、利用、動態變化與水環境狀況的轉變，促進了科技成果轉化與利用，成果集成達到一個新水平，對我國水文地質編圖有重要示範作用。

（4）建立了以空間資料庫為主體的中國地下水資源信息系統，該系統集存儲、檢索、查詢、疊加、輔助決策為一體，實現了地下水資源的空間信息、屬性信息、電子圖集信息以及文本、圖片、錄像等多媒體信息的綜合管理功能。製作完成的光碟數據，包括了全國、區域、分省地下水資源、地下水環境空間信息和屬性信息，以及電子版圖集的全部內容，為最終實現中國地下水資源空間資料庫網上檢索奠定了數據共享基礎。

二、應用范圍及應用實例

該項目成果為地下水資源合理開發利用、科學管理與規劃提供了基礎數據，為防止地下水污染、保護地下水環境提供了科學依據；採用的地下水系統理論，動態的、資源與環境結合的研究方法，增強了地下水資源與環境統籌研究能力，提升了我國區域地下水評價水平；項目成果的圖形化和數字化形式，增強了成果的科學性與實用性，促進了成果轉化，提高了服務於社會的能力，為地下水資源管理、科研教學、國際交流等提供了信息系統平台。

（1）國土資源部於2003年8月18日以「新一輪全國地下水資源評價與戰略問題研究報告」報送國務院。

（2）國務院辦公廳於2003年9月7日在「參閱文件」第4期印發各地區、各部門參閱，其文如下：「按：國土資源部組織開展了新一輪全國地下水資源評價和有關戰略問題的研究，形成了《全國地下水資源戰略問題研究報告》，根據國務院領導同志批示現將該研究報告印發各地區、各部門參閱。」

（3）根據國家發展改革委員會編制《全國主體功能區規劃》的要求，國土資源部提交全國按縣統計地下水開采量，新一輪全國地下水資源評價課題組根據該項目成果於2007年4月將全國各省各縣的地下水開采量統計上報。

（4）本項目成果已於2005年全部公開出版供有關規劃部門和科研教學部門使用。

（5）項目成果已應用於「全國地下水污染防治規劃」和「全國水資源規劃」。

三、推廣轉化方式

該項目成果已公開出版，並已提供給國務院有關部門和地方政府使用。近幾年來，在國家有關部門和地方開展的編制主體功能區規劃、地下水污染防治規劃以及地下水資源開發利用規劃等方面，廣泛利用了該成果。

技術依託單位：中國地質科學院水文地質環境地質研究所

聯系人：申建梅張宗祜孫繼朝

通訊地址：河北省石家莊市中華北大街268號

郵政編碼：050061

聯系電話：0311-67598657

電子郵箱：[email protected]

8. 　地下水資源的污染、治理和保護的研究現狀

現在全世界都在關注水資源的危機。1994年在芬蘭召開的「地下水資源未來危機」國際學術討論會主要圍繞水質污染及超量開采兩大問題。會議認為只要對水資源正確評價，合理規劃，嚴密監測，科學管理，超量開採的問題是可以避免的。而日益嚴重的水質污染和惡化卻成為威脅水資源持久開發的主要危機。國際水文計劃（IHP-5）已把「脆弱環境下的水文學與水資源開發」列為1996～2001年的主要研究課題，其中最重要的一個專題，即「地下水資源的未來危機」的內容則包括：地下水污染的研究范疇，探測地下水質的監測策略，包氣帶地下水供水水質化學作用規律，濱海地區地下水水質惡化，以及城市發展與水質污染等。由此可見，地下水的質量問題是當前水文地質研究的重要內容。

長期以來，人們對地下水資源重開發利用，輕保護。而地下水資源在受到人類活動，如農業生產、垃圾填埋、廢水排污等影響時極易被污染。地下水一旦受到污染，其補救和恢復是非常困難的，而且治理費用代價昂貴。因此如何保護地下水不受污染受到各國的重視。

美國於1991年開展了全國水質評價計劃。英國、澳大利亞近年來也對地下水水質進行評價研究，對人類活動包括農業活動、工業活動、廢物處置、填埋等造成對地下水水質的影響，地質過程與生物相互作用等問題設立了專題研究。

1）地下水的污染和治理

對於已造成地下水污染的地區，國內外許多學者致力於研究污染的物質來源、污染的途徑和范圍、污染機理等問題，並取得大量研究成果。這些成果為查明地下水污染情況和治理提供了科學依據和方向。

80年代以來，地下水污染研究的重點已從無機物（重金屬）的污染轉向微量有機物的種類、物化特徵及其在環境中的遷移轉化，以及污染控制治理技術等。這與整個環境污染的發展進程是一致的。西方國家在治理環境污染的進程中，大致經歷了重金屬污染、易降解有機物與富營養化污染以及毒害性有機污染3個階段。目前能基本控制第一、二階段的污染，開始重視毒害性有機污染的治理。中國無論在有機物污染的理論還是治理技術方面的研究卻剛剛開始。有機化合物種類多、數量大，絕大多數難溶於水，在水中含量很低，僅為10^-6～10^-9級或更低，降解慢，中間產物復雜。它們進入包氣帶和含水層後，不僅其殘留物可維持數十乃至上百年，而且其降解後的中間產物亦對環境有污染。有機污染物通常分為2類：第一類是量大易降解（包括生物降解和化學降解）的有機物；另一類是有毒有害難降解有機化合物。農業活動造成的地下水污染後果也很嚴重。由於硝酸鹽中氮在作物-土壤-水系統中的運動，進入含水層的氮就可能增加。捷克在過去的30年內，地下水中氮含量增加了一倍。現地下水中已發現各種烴類、鹵化物、醇、酚、醚、醛、酮等各類有機化合物。據報導，至1987年美國地下水中已發現175種不同的有機物，其中很大部分對人體有毒性效應。荷蘭在232個地下水抽水點中檢出113種有機物。中國京津唐地區地下水初步調查檢出有機物種類達133種，可見地下水有機污染已到了非常嚴重的地步。

地下水中危害最大而又最為常見的有機污染物為非極性難溶揮發性有機物（VOC』s），主要由氯代脂肪烴（CHC）和單環芳香烴（BTEX）構成。現已查明，多數水溶相VOC』s在地質環境中不易被吸附，具有很強的遷移性，在適當條件下可生物降解。非水溶相VOC』s對微生物有毒性，不易生物降解。非水溶相CHC常在地下水中積聚，其遷移不受地下水運動的控制，因此常匯集在含水層底板；非水溶相BTEX則相反，飄浮於地下水的表面。

第30屆國際地質大會就有不少論文涉及地下水污染監測、參數測試；對Pb、Cu、Zn等污染物的實驗室研究；污染物運移趨勢預測；地質統計方法與隨機理論在地下水污染研究中的應用；某些污染物（如氮污染）的研究實例以及一些模擬理論，例如以保護含水層為目的的河流-含水層相互關系模擬；非均質含水層與裂隙岩溶水污染研究；土地利用過程中的水土污染；污水灌溉的環境生態效應等等。其中美國Yun-Sheng Yu運用地質統計法進行地下水中鹽污染的研究，大大提高了計算精度，是一個成功的實例。

最近美國報道了關於在地下水生態領域里應用無脊椎動物群結構的變化作為淺層地下水/地表水環境污染的指示劑；以及用CFCs確定年輕地下水年齡（50年以內或更小）和用氚/氦-3研究地下水運移時間、水流類型和補給速度，為測試和校核模型提供了有力的工具。此外，在發展生物治理技術方面，通過微生物降解作用、吸收、轉化有毒化合物，消除污染，取得顯著成效。

地下水的污染治理美國在80年代就先於其它國家開始著手進行。當時以「抽汲處理法」較為普遍，即抽出已被污染的地下水，在地表進行深度處理，但含水層不能徹底凈化，且處理費用高。對於大規模的污染治理還沒有成功的經驗。80年代後期地下生物處理工程技術迅速發展，地下水污染控制理論與技術開始形成一套體系。如「對於包氣帶污染，可進行原位處理或開挖處理。原位處理包括物理法（通氣法、蒸汽法、熱趨法……）、化學法（表面活性劑溶液沖洗、特殊化學沖洗）和生物法（馴化生物處理、強化生物處理）；對含水層污染可進行原位處理或抽汲處理，前者又包括物理控制（泥牆、防滲帷幕控製法、水動力控製法、暗渠、井孔收集法），化學處理（表面活性劑溶液沖洗法、試劑法、滲床法）和生物處理。採用何種處理工藝，主要取決於處理的對象、目標、水文地質條件和經濟承受能力。」在各種方法中，現場處理技術包括多種形式的好氧處理和厭氧處理，發展較快。

為了進一步發展地下水污染控制理論和技術方法，急需加強引進多種學科如地質微生物學、有機地球化學、表生地球化學的理論和方法，加強對有機污染物的來源、遷移、轉化或降解機制，以及它們與腐殖酸、金屬元素的相互作用的了解，加強土壤和地下水污染治理的新技術開發利用研究，突破解決目前缺乏能快速准確鑒別有機物種類和定量分析的儀器設備的局面，發展治理工程技術方法。

2）地下水資源的保護

為了防患於未然，首先要防止地下水供水水源地受到污染。一方面是保護水源補給區不受污染，另一方面是設立圈定地下水供水水源地的保護區（帶），以加強對潛在污染的限制。這里涉及的主要是點源、井源區保護。而非點源整個水流域的水質監測、保護和污染治理技術要困難得多。

圈定地下水源保護區（帶）的研究，由最初為確保飲用水衛生條件防止細菌污染的概念已擴大到防止非降解性有機物以及有毒化學成分的污染為目的，在歐美一些國家取得進展。德國對地下水源保護區的圈定是先將流域分為4個保護帶，重點探討第Ⅱ帶隨時間變化邊界的概念，它採用地下水在50天內運行的距離范圍。英國根據50天（一區）和400天（二區）運移時間以及整個匯水盆地（三區）確定出地下水保護區。其它如美、捷、愛爾蘭、荷等國研究的主要特點是逐步向應用數學模型的方向發展，以提高成果的精度。德國提出可利用環境同位素³H、¹⁴C建立動態模型，用地下水環境同位素的滯留時間作為新的水文地質參數以反映地下水特徵，並作出定量污染程度分析。中國也有人用時間滯留法來定量研究確定地下水源地保護區。

不少國家已認識到，地下水資源的保護必須提到戰略、政策及管理的高度來認識和實施。捷克專家提出，地下水保護戰略是政府部門進行管理、協調、投資和貫徹執行的長期任務，要得到有關法律法規的支持，正規的監督檢查，甚至包括對技術負責人員的培訓以及對公眾教育和提供信息。地下水保護政策的制定取決於地下水資源的價值需求、土地利用規劃及經濟發展和人體健康等因素。地下水保護的管理目標應是確保飲用水水源的質量、安全和可持續性。

地下水保護管理可分為一般性保護和公共供水方面的綜合性保護。前者需要編制地下水脆弱性圖件並進行評價。評價地下水脆弱性的主要特徵為非飽和帶的補給、土壤性質、厚度、滲透性和稀釋能力以及飽和含水層的稀釋能力。受到綜合性保護的地下水保護區的范圍主要取決於含水層的滲透性、復雜性和脆弱性、非飽和帶的特性及厚度、地下水水流方向、污染源離水井或井田的距離及污染質的特性。英國開展了對地下水資源的脆弱性的全面評價，認為其脆弱性受多種因素制約，如上覆土壤和沖積層的存在和性質，水文地質單元的特性以及非飽和帶的厚度，因此需要詳細的水文地質現場調查。英國現已編制了1:100萬地下水脆弱性圖件作為戰略性土地利用規劃的指導，目前正編制大比例尺圖件。美國、義大利、荷蘭、德國、瑞典、捷克也都編制了大比例尺的地下水脆弱性圖為決策、管理層制定地下水保護的戰略和方針服務。90年代美國開始倡導使用水流域的綜合保護方法，共同解決水污染和生態環境惡化問題，可收到事半功倍的效果，更好地實現環境綜合管理目標。

9. 東北地區地下水系統研究側重點

東北地區幅員遼闊，自然資源豐富，是中國重要的工農業基地。東北地區地下水的形成與賦存條件復雜，在氣候、地形地貌、水文等自然地理和地層、地質構造等因素的控制下，表現出不同的水文地質特徵，丘陵山區和平原區的水文地質條件差異性較大。平原區主要為松嫩平原、西遼河平原、下遼河平原、東遼河平原、三江平原等，是中生代以來持續下降的地區，為地下水的匯集中心;平原區域含水層非常復雜，由中生代、新生代多層含水地層構成;丘陵山區為侏羅紀岩漿岩、碎屑岩及碳酸鹽岩等，節 理裂隙比較發育，也具有較大的供水意義。

總體來說東北地區水資源短缺，地下水供水幾年來連年占總供水量的45%以上。地下水供需矛盾日益突出，過度的開發已產生區域地下水降落漏斗、水污染等一系列環境地質問題，成為經濟發展的瓶頸。

東北平原區地下水研究成果絕大部分是關於淺層地下水系統(100～300m)的，中深層(200～300m以下)具有良好的含水層，賦存著豐富的古近-新近系和白堊系承壓水，目前對中深層的含水層系統和地下水流系統的研究都比較薄弱。

東北地區地下水系統研究的側重點是:進一步查明含水層結構，加強中深層地下水循環規律研究，開展人類活動影響下地下水系統演變預測。

一、進一步查明含水層結構

含水層系統研究是地下水系統研究中一個非常重要的方面。松遼平原、三江平原的第四系含水層厚度大、補給條件好，目前的主要開采層位是第四系含水層。第四系含水層之下仍賦存著豐富的古近-新近系和白堊系承壓水，目前對這些含水層研究程度不夠。

因此，需要進一步勘查松嫩平原、西遼河平原、東遼河平原、下遼河平原中深層含水層，研究中深層含水層形成機制、空間結構、層次結構以及介質演變特徵。建立盆地(平原)含水層的三維模型。

二、加強中深層地下水循環演化規律研究

需要深入研究中深層地下水的補給來源、徑流條件、排泄條件，中深層地下水的更新性，弱透水層越流補給強度和臨界越流壓力、弱透水層的溶質運移規律等。

目前許多地區出現超采第四系地下水，產生了區域性降落漏斗。加強中深層地下水循環演化規律研究，合理開發利用中深層地下水，對於東北平原水資源可持續利用和地質環境保護都具有重要意義。

三、地下水、地表水優化配置與合理開發利用研究

東北地區地表水資源豐富，地表水資源量占水資源總量的60%以上，地下水資源量僅占水資源總量的30%左右。地下水資源的分布，嚴格受地質構造、地形、地貌及含水岩組的控制，主要集中分布在嫩江流域、松花江幹流流域、西遼河流域和遼河幹流流域的平原區，分布極不均勻，與人口、經濟發展以及農業的匹配上尤為不協調。隨著經濟的發展，地下水資源量遠不能滿足長遠發展的用水需要。東北地區水資源要實行地表、地下聯合調蓄與優化配置的方針，堅持地表水與地下水，上、中、下游用水統籌兼顧的原則。通過地表水、地下水的合理配置與科學管理，充分發揮地表水庫和地下水庫各自的優勢，優勢互補，兼顧生態環境用水，使水與自然資源得以良性循環，永續利用。

四、人類活動對地下水系統演變預測

東北平原區第四系地下水開采程度高，已產生區域地下水降落漏斗、水污染等一系列環境地質問題。如松嫩平原從20世紀80年代中期開始，在大慶、哈爾濱、齊齊哈爾、松原等超采區形成了從幾百到幾千平方千米不等的地下水下降漏斗。西遼河平原區以科爾沁為中心，形成降落漏斗，引起地下水流場的強烈改變。由於水資源不合理開發利用，東北濕地目前面積由20世紀50年代的11.4×10⁴km²減少到6.57×10⁴km²。此外，工業廢水、農業化肥和農葯、生活污水的排放，以及人類開采活動已經對地下水產生了不同程度的污染。

在這種情況下，建立大區域的地下水數值模擬系統和地下水污染預警系統，預測在不同程度的人類活動影響下地下水系統和地質環境的變化趨勢，進而制定合理的水資源配置與開發利用方案，保護地下水系統和地質環境，這是東北地區地下水系統研究的一個非常重要的方面。

五、地下水系統保護

(一)開源節 流，保護地下水系統

節 水是實現東北地區水資源可持續供給的一項戰略性措施。

發展節 水型農業，推廣噴灌、滴灌等先進技術，可大大提高農業用水的效率。東北地區工業用水重復利用率只有40%左右，與發達國家70%左右相比，還有很大的潛力。因此，要積極推廣節 水新技術，調整用水結構，提高用水效率，將工業用水重復利用率提高到一個新的水平。在生活用水方面，強化全民節 水意識，推廣節 水器具，也是節 水的一個重要手段。

因此，開源節 流，合理減少地下水的開采，對於東北地區地下水系統保護具有重要意義。

(二)完善地下水動態監測網路，提高地下水系統預警能力

目前東北平原區地下水監測網路較完善，而丘陵地區地下水監測點少。近幾十年來丘陵地區的水文地質和環境地質條件均已發生了很大的變化，產生了一系列的環境地質問題的同時，也對下游平原區的水文地質與環境地質條件產生影響。因此，完善地下水動態監測網路，及時查清現有的水文地質與環境地質條件變化及開發利用現狀，對於解決丘陵地區城市供水問題、城市地下水資源開發利用規劃以及防止地質災害都具有重大的意義。

(三)地下水系統污染防治

東北地區淺層地下水污染比較嚴重，並有向深層承壓水擴展漫延的趨勢。應開展地下水系統脆弱性研究與地下水污染專項研究，開展地下水污染修復試點工作。研究地下水污染的防治技術，強調「治污為本」，堅決治理水污染，加強地下水系統保護。

10. 陝北能源化工基地地下水勘查研究成果服務經濟社會發展成效

陝西省國土資源廳

陝北能源化工基地蘊藏著豐富的煤炭、石油、天然氣和岩鹽等48種礦產資源。1998年,被國家計委批准建設國家級能源化工基地,一要建成國家西電東送基地,二要建成國家大型煤化工基地,三要建成國家大型商品煤基地。能源化工業將成為帶動陝西經濟大發展的最大產業。但是由於地處內陸乾旱—半乾旱氣候帶,生態環境脆弱,水資源短缺已成為嚴重製約基地建設和發展的瓶頸,「以水定項目,以水定規模」被確定為規劃建設的基本原則。陝西省省委、省政府明確要求「一定要查清陝北能源化工基地水資源家底」。國土資源部從國家的能源需求出發,聯合陝西省政府共同實施了陝北能源化工基地地下水勘查,圍繞陝北能源化工基地建設和發展中存在的地下水資源及其開發中遇到的生態環境問題開展勘查和研究工作。經過5年的努力,獲得一批創新研究成果,並得到了及時應用,贏得了良好的社會經濟效益。2011年,以陝北能源化工基地地下水勘查項目成果為主體的「陝北能源化工基地地下水勘查研究成果」榮獲陝西省科學技術進步一等獎。

一、項目成果

1.首次提出並開展了1:5萬區域水文地質勘查和水源地整裝勘查,系統查明了區內地下水的賦存條件、地下水資源總量及其開發利用潛力,為陝北能源化工基地規劃、建設和環境保護提供了科學依據和水資源支撐

(1)首次在陝北能源化工基地實現了1:5萬區域水文地質勘查,將基地地下水系統劃分為5個含水系統、20個水流系統以及46個水流子系統,豐富了地下水系統理論。

(2)系統查明地下水可采資源總量為10.35億米³/年,可利用潛力為8.19億米³/年。

(3)勘查新發現水源地11處,新增加資源量2.84億米³/年;新探明水源地20處,新探明資源量5.44億米³/年;核查已有水源地13處,核查資源量3.59億米³/年。

(4)實施探采結合井111眼,已提供能源化工基地使用。

2.提出了一套生態-水文地質研究與評價方法,定量揭示了該區地下水位埋深與植被生態的依存關系,開創性地建立了地下水與植被生態的耦合模型,評價了地下水開采引起的植被生態風險,為合理開發利用地下水提供了科學依據,為生態—水文地質研究提供了新的技術方法

(1)融合生態學、環境科學和水文地質學原理,採用生態-水文地質聯合調查與遙感定量分析相結合的方法,揭示旱生的地帶性植被控制著乾旱—半乾旱區植被生態的格局植被狀況演化趨勢。研究發現2000年以來,植被狀況總體上好轉,變好的區域佔85.12%,基本維持不變的區域佔7.94%,有退化趨勢的區域約為6.94%。

(2)發現並確定了基於植被生態的地下水位埋深閾值:水生植物臨界水位埋深0.2米;土壤鹽漬化極限水位埋深1.2米;當地優勢植物適生水位埋深區間1.2~3.8米;中生植物能夠生存但長勢較差的水位埋深區間3.8~8.0米;地下水位埋深大於8.0米僅旱生植物和靠灌溉才能生存。

(3)將地下水開發的植被生態效應區劃分為非敏感區和三種程度的敏感區,並提出了不同敏感區地下水開采對策。

(4)開創性地建立了地下水與植被生態耦合模型,預測和評價了地下水開採的植被生態風險。

3.提出了保障生態、水資源和採煤安全的「三帶」高度,開展了採煤對水資源影響區劃,提出了近期和中遠期煤采區水資源開發利用對策,為統籌考慮水資源利用、生態環境保護與煤礦井下安全提供了科學依據

(1)運用地質、水文地質、工程地質、采礦學等學科的理論和方法,在系統分析煤田水文地質結構的基礎上,結合礦區地下水系統特徵,通過實地調查與工程地質類比、經驗公式計算和數值法預測,提出了本區能夠保障生態、水資源和採煤安全的冒裂帶高度為240米,「三帶」安全高度為300米,並據此實現了採煤對水資源影響程度區劃。

(2)提出了煤采區地下水資源開發、利用與保護對策。近期劃分水資源與生態環境保護區、限制開采區、鼓勵開采區,在保護水資源的前提下實施「保水採煤」。中遠期結合基地供水,將疏排水充分用於植被生態建設及供水前提下,劃分為8個大的疏排水區實施「煤水共采」。

4.建立了陝北能源化工基地水資源信息系統,構建了一系列地下水模擬和水資源優化管理模型,為陝北能源化工基地水資源的科學管理提供了有效工具

(1)建立了陝北能源化工基地水資源空間資料庫和信息系統,實現了水文學與地學空間信息的三維可視化互訪平台。

(2)構建了一系列地下水模擬和水資源優化管理模型,主要包括:天橋岩溶水系統區域和黃河西岸水源地水流數值模擬嵌套模型,風沙灘地區薩拉烏蘇組與白堊系含水系統水流耦合模型,14個水源地地下水水流數值模擬模型;基於生態良性循環的薩拉烏蘇組地下水優化開采模型;地下水—地表水—礦區疏排水資源優化配置管理模型。

5.針對本區水資源特點,開展了多項原位科學試驗和對比研究,提出了適宜本區的地下水資源開發利用模式

(1)針對陝北地區河水泥沙和水資源化利用問題,開展高泥沙河水人工滲濾系統設計及原位試驗原位科學試驗,獲取了不同滲濾材料和滲濾系統的下滲量及其變化規律,為黃土高原地區高泥沙河水資源化提供了示範和設計參數。

(2)針對傍河水源地水資源開發利用的效率問題,開展了集水構築物優化設計原位試驗,探索了不同集水構築物的激發補給能力、施工工藝、工程費用,顯著提高了傍河型水源地出水效率。

(3)在原位試驗和對比研究的基礎上,提出了適宜本區的地下水資源開發利用模式。岩溶水採用管井模式集中開采;第四系薩拉烏蘇組地下水及燒變岩地下水採用堤壩引泉截流模式開采;第四系河谷區地下水可選用大口井、集水廊道、人工滲濾系統和管井等方式開采;黃土梁峁區地下水適宜於管井零星開采;在嚴重缺水的高泥沙河流及溝谷採用人工滲濾系統汲取地下水。

6.提出了水資源可持續開發利用對策與優化配置建議,以及陝北能源化工基地東線應急調水以地下水為水源的方案,並被採納實施

(1)建議率先建設黃河谷地天橋岩溶水和沖積層水源地,可采資源量為100萬米³/日,以解決榆神工業園區用水之急。

(2)建議開展榆林市南部地下水勘查。

(3)建議實施充分利用礦區疏排水,實現疏排水、地表水、地下水資源聯合調度方案。

(4)提出了煤采區地下水資源開發、利用與保護對策。建議均被榆林市採納並付諸實施。

二、實施效果

(1)技術方法和手段創新。由薛禹群、劉昌明、李佩成等院士組成的評審專家組評審認為:「項目採用的理論和技術方法先進,勘查與試驗數據豐富、翔實、可靠,取得了一系列創新性成果,整體達到國際先進水平,在地下水與植被生態關系研究等方面具有原創性,達到國際領先,為陝北能源化工基地建設提供了水資源依據,具有重大的經濟、社會及生態效益」。國務院參事、國土資源部總工程師張洪濤總結評價:「該省部合作項目的合作模式創造了國家地質大調查項目的亮點,為中央與地方政府合作提供了非常好的合作經驗。研發的「傍河取水人工滲濾系統」獲得實用新型專利。

(2)勘查研究思路和技術方法對大型盆地地下水勘查提供了典範;運作模式和整裝勘查思路為全國「地質找礦突破戰略行動」提供了省部合作和整裝勘查示範,並在本行業推廣應用。首先,成果在規范編寫、同類項目和高校教學中得到推廣和應用,所提出的生態水文地質研究與評價方法推動了我國生態水文地質學的進步,其研究思路和技術方法已經在寧東能源基地、隴東能源基地,柴達木經濟循環試驗區等大型地下水勘查項目中得到應用,成為同類領域研究的典範;第二,省部合作模式和整裝勘查思路得到了國土資源部的高度評價,並在2007年全國地調工作會議上作了經驗交流,為全國「地質找礦突破戰略行動」提供了省部合作和整裝勘查示範;第三,本次勘查與研究成果,在陝西省「十二五」規劃、榆林市水資源規劃和礦產資源規劃的編制提供了最新、最權威的科學依據,為投資項目落戶陝北能源化工基地,以及水資源論證和環境影響評價等提供了科學依據。

(3)對促進社會科技進步的作用。這些成果為陝北能源化工基地的規劃、建設和發展提供了科學依據,將有力地促進社會科技進步和發展。水源地整裝勘查、生態-水文地質研究成果已作為北京大學、中國地質大學(北京)、長安大學的教學實例。

三、推廣應用及社會與經濟效益

本項目提出的創新性技術方法、省部合作運作模式和整裝勘查思路已在本行業得到較廣泛的推廣與應用,同時項目成果豐碩,並得到陝西省各級政府的認可與採納,已經在陝北能源化工基地規劃、建設中得到應用。

(1)豐碩的應用成果服務於陝北能源化工基地建設。自「陝北能源化工基地地下水勘查」實施以來,項目研究團隊為省、市兩級地方政府、大中型企業提供了48份研究、勘查和咨詢報告,公開發表學術論文32篇,獲得實用型新專利1項。這些成果為陝北能源化工基地的規劃、建設和發展提供了科學依據,有力地促進能源化工基地的建設和發展。

(2)項目成果得到陝西省各級政府的認可與採納。2007年5月,原陝西省委常委、副省長洪峰聽取了項目成果匯報,並就項目開展的水資源與環境方面關鍵問題的研究進行了深入交流,認為項目取得的成果改變了過去對水資源、生態環境、礦產資源開發的一些傳統認識,為陝北能源化工基地建設提供了科學依據,對基地規劃和建設項目立項具有重要意義。

2008年3月,榆林市政府組織專門會議,召集了榆林市發改委、水務局、環保局、煤炭局、區縣水利局等政府部門以及市人大聽取項目成果,以此借力推進榆林能源化工基地開發建設。在項目成果評審驗收會上,陝西省國土資源廳王登記廳長和榆林市趙政才副市長認為項目成果振奮人心、令人鼓舞,打消了困擾政府決策的疑慮,堅定了陝北建設能源化工基地的信心和決心,成果應用將推動能源化工基地的科學發展。

(3)為修訂和完善陝北能源化工基地發展規劃奠定了基礎。榆林市採納勘查研究成果,重新修訂了《榆林市水資源規劃》和《榆林市礦產資源規劃》,為修訂和完善陝北能源化工基地發展規劃奠定了基礎。

(4)提出的東線調水、南部勘查方案等已被地方政府採納並付諸實施。榆林市政府採納建議,並投資逾億元,實施東線調水水源工程以及榆林市南部地下水勘查。

(5)為建設項目環境影響評價提供了地下水資料依據。2007年8月10日,省政府辦公廳向陝西省環境保護局發送了1871號批文,說明陝北能源化工基地地下水勘查研究成果,陝西省環境保護局專門發函建議今後在對陝北能源化工基地及整個陝北地區的省管建設項目環評審批中依據此項成果,針對當地地下水資源分布現狀,對每一個建設項目提出有效、合理的地下水利用方案和地下水保護要求,同時建議國家環保總局在審批該地區的國管建設項目時也以此為依據,從環境保護的角度出發保護當地地下水資源。

(6)在大中型企業落戶榆林的決策及供水水源方面得到應用。勘查研究成果為世界500強企業中國神華-美國陶氏、兗州煤業集團、榆林華奧鹽田管理開發公司等在榆林投資的項目可研和水資源論證方面提供了水文地質和水資源基礎資料。其中,為中國神華-美國陶氏榆林煤化工項目(投資約700億元)落戶榆林提供了水資源資料和水環境污染專題研究;為兗州煤業集團榆林項目(投資約130億元)供水和環評提供水文地質資料,為榆林華奧鹽田管理開發公司開展了水文地質調查,提供水資源開發利用規劃。

(7)應用前景良好。項目新探明20處水源地,探明地下水可采資源總量10.35億米³/年,可利用潛力8.19億米³/年。據此榆林市修訂了水資源利用規劃,在以水定項目和以水定規模的原則下,必將推動能源化工基地的科學發展。