地下水最新研究成果

1. 地质研究成果

深钻和超深钻井揭示的地层剖面反映了35亿～16亿年前的地史特征和元古宙、太古宙的代表性岩石。第一次在一个连续的剖面中详细研究了古老岩石变质作用的按区分布特性。建立了可靠的地球化学剖面（图5.9）。在地壳深处发现了矿化地下水并揭示了其水文地质分布特征。证明气体对于地壳大型构造带的形成起着重要作用，而且氢和氦的作用随深度增加而增强。

在科拉超深井钻进初期，在贝辰加杂岩下部曾遇到破碎区和低温热液硫化成矿区。进一步钻进和综合研究6～12千米井段获取的岩心后又有了新的发现。钻井在科拉系列岩石中揭露了铜-镍的硫化矿化作用，发现了在中元古代遭受分层变质作用的含铁石英岩和钛铁矿。第一次通过直接观察证实了，低温退化变质作用和热液成矿过程不仅局限于大陆地壳的近地表部分，也会发生在深部区域。

重大成果之一是在9500～11000米深处发现了金的成矿作用。对岩心的放射性分析表明，这里金的浓度比其克拉克值（各种元素在地壳中含量的平均数——译注）高好几倍。在总长度430米的井段内都发现了这种情况，其金的含量超过0.1克/吨，在个别试样中达2.0～6.7克/吨。详细的矿相学和射线光谱研究表明，自然金中包含了25%～26%的银，从组成上看它更接近于银金矿。这些发现从根本上否定了古大陆地壳中成矿过程的传统理念，证明了即使在矿区深部通过详细研究仍可以有新的发现，找到未知类型的矿苗。

图5.9 不同地质区块的地壳构造与各超深钻井的位置

СГ-3—科拉超深井；м—穆龙套井；у—乌拉尔井；к—库班超深井；в⁃р—别尔塔-罗热尔斯井；Ⅰ—用大洋钻探船打的钻井；Ⅱ—在大陆架上打的深井；1—水圈；2—大洋沉积层；3—大陆沉积层；4—嵌入褶皱带；5—火山作用形成的凹地；6—前寒武纪结晶岩；7—大陆玄武岩层；8—大洋玄武岩层；9—上地幔；10—深部断裂

业已确定，岩石应力状态突变的界限往往与温度梯度和热流的阶梯式变化相吻合。在钻进过程中没有遇到玄武岩层，可以确认，在钻井穿越的地震波速度突变的界面上有些岩石缺失了，造成缺失的原因是变质过程中含矿水合物中的水被析出了。

从萨阿特累超深井的资料中也获得了不少有意义的数据，该超深井位于外高加索的库林斯克洼地，深度超过8200米。该井的成果之一是在3530～4100米的玄武岩基底顶板见到了厚度达570米的多孔熔岩充填和凝灰角砾岩。该区段岩石的孔隙率特别高（14%），来水量大，碘元素富集。大量显示表明，该地区存在着来自陆源地层的地下水渗流，这些地下水可能实现碳氢化合物的搬运。由此可以认为，实际上库林斯克山间洼地埋藏的整个中生代喷发岩顶板曲面可能就是石油、天然气聚集的储层。

在超深井中获得的岩石成分、物理性质和井内过程的数据有助于我们用全新的观点来解释地面和井内地球物理获得的资料。现已证实，在地下深处存在着形成固体矿产、石油、天然气工业储量的可能性，这对于进一步发展成矿理论具有重大的意义。对科拉超深井的资料进行全面研究后可得出这样的结论，陆壳前寒武系在30亿～16亿年前的地质时间间隔里发生了重大的演化，并可在此基础上建立起反映该演化的大容量模型。

2. 地下水资源合理开发利用建议

随着社会的发展进步，对水资源的需求也随之加大，但任何资源的过度利用都可能破坏经济和社会的持续发展，受到自然界的惩罚。保持地下水资源的合理开发利用十分重要，对促进社会经济的持续发展尤其重要。因此在对地下水的开发利用中提出以下建议，以使有限的水资源得到合理的、可持续的利用：

1）制定社会经济发展规划时应充分考虑水资源的保证程度，要做到“以水定地；先查清水资源，再上新项目”；优先保证人畜饮水，合理兼顾工农业用水，加大生态环境用水；坚持开源与节流并重，把节水放在首位。

2）加强基础研究，积极采用新理论、新技术、新方法对地下水资源进行勘查和评价，为地下水开发提供依据，提高水资源利用和保护的科技水平。

3）加强上、下游地区水资源的规划和管理，对地表水和地下水以最合理的方式利用：戈壁砾石平原等地下水深埋区应充分利用地表水，在减少投入的同时，也有利于地表水对地下水的有效补给；充分利用地表水与地下水的特殊转化关系，提高水资源重复利用率。在地下水位埋深较浅的细土平原区采用井灌井排结合渠灌渠排方式，可以取得综合治理旱、涝、碱等自然灾害的良好效果。

4）利用各河洪水资源，开展地下水补源工程，把客水资源补充到地下水库容里，增加地下水补给量，充分利用田间灌排沟渠，增建补渗井和补渗沟，增加入渗量提高地下水调节库库容，缓解地下水的超采。

5）对深层承压水的大规模开采利用一定要进行专门的水文地质勘察工作，不宜盲目开采，必须依据水文地质、地下水资源和开采技术条件，以地下水资源研究成果为依据，科学合理地确定地下水开发利用布局和开采方案。

6）对重要的城市生活供水水源地，在充分论证资源量的基础上，要加强防止水质污染的研究工作，尤其要结合社会经济发展，从持续发展的长远角度进行充分的科学论证。

7）地下水资源开发利用要坚持兴利除弊，实现水资源的可持续利用与生态环境的有效保护，并适应经济结构调整、节水技术进步等因素对水资源供需再分配的要求；加强对“三废”污染物的综合治理，对垃圾堆放场、化工厂、毛纺厂等易对地下水造成污染的企业的选址、排污治理的审查管理工作，同时在农业生产中应减少化肥、农药的施用量，防止污染物进入含水层而影响对地下水的利用；对局部已受污染的含水层，要查明污染原因，并加强监测工作。

8）坚持预防为主，保护优先的原则，合理制订地下水开发利用和保护方案，防止地下水污染。开发利用地下水与防治土地盐渍化、沙漠化相结合，发挥水土资源的综合效益。

9）在对水资源进行规划时应充分考虑生态环境对水资源的需求，要通过天然河道泄洪、人工提水等方式开展植树种草，保护自然生态环境的良性发展；加强地下水动态监测，为合理开发利用和有效保护地下水资源提供科学依据。

10）加强水行政管理，切实加强节水的宣传和推广工作：加强宣传，增强水资源的忧患意识，提高公民保护水资源的自觉性。依法律强化地下水资源保护管理工作。农业上要推广滴灌、喷灌技术；工业上要推广新的节水工艺流程；居民生活中要使用节水设备，减少漏水；同时相应采取价格措施和行政管理措施作为保障。

11）不再兴建或增加平原水库、库容，加大地下水水库调蓄能力的勘察和研究。

3. 　地下水资源评价和管理的研究进展现状

为满足社会、经济持续发展的需要，必须对有限的地下水资源实行科学的管理；而科学管理则建立在对地下水资源正确的评价基础之上。

1）地下水资源的评价

地下水资源量通常分为天然资源和开采资源两部分。几十年来随着评价方法不断的改进，许多国家都多次对区域地下水资源重新进行评价，提高其精度。如原苏联在1977年发布的地下水天然资源为7044×10⁸m³/a，开采资源约为3185×10⁸m³/a。中国在80年代进行了全国地下水资源的评价工作。汇总结果：天然资源约为8700×10⁸m³/a，开采资源约为2900×10⁸m³/a。90年代对各重点国土规划片和大的自然单元的地下水资源进行了更详细的计算和评价。美国从1978～1994年专门立项研究大面积分布的层状含水层系统的地下水资源，共圈定328个区域含水层系统。这项“区域含水层系统分析计划”（RASAP）采用分布参数系统的有限差分法评价地下水资源。欧共体9个成员国，包括英、法、联邦德国、爱尔兰、丹麦、荷、比、卢、意于80年代联合对区域地下水开采资源进行了评价，编制了38幅1:50万的图幅，地下水超采区占丹麦国土的16%，占英国国土的4%。由此可见，在区域地下水资源的定量评价方面已取得重要的可供应用的研究成果。

2）地下水资源的管理

地下水资源的管理不仅是一个技术性问题，而且还是一个社会性的问题。因为提出一个地区或一个城市的最佳或最优化地下水开发方案和管理模型，是专业人员可以做到的，而能否实施在很大程度上取决于地方行政管理部门的重视程度、管理体制和相应的政策法律保证。所以地下水资源的管理是一个统筹兼顾的系统性工程。不仅要解决当地的水资源问题，也要解决整个流域的水均衡问题；既要预测地下水动态的变化对环境自然条件的影响，也要从经济社会发展角度评价规划水资源的开发和管理。在管理目标上不是单纯考虑含水层特性，而是多目标的，即社会、经济等多种因素。为改善水资源的管理状况，国际上一些国家开始重视研究地下水的经济价值，以提高其使用和分配的合理性；研究用水市场和水的转让，以提高其经济使用效益，如美国、智利、墨西哥都在积极推行水资源管理新的运行机制。

50年代后期国外开始用模型的方法管理水资源，中国则始于80年代后期。水资源管理模型研究经历了模型理论摸索、发展、推广应用和实用性研究4个发展阶段。90年代主要研究如何利用水资源，在保证最大经济效益的同时，保持良好的生态环境和社会环境。模型的目标函数除了普遍考虑经济目标外，水质、环境和社会目标也在考虑之中，并且随机性的水质管理模型明显增多。在已建模型中地下水管理模型居多。

由上可见，地下水管理从单一的水力学管理模型发展到综合考虑社会、经济和环境的地下水主要管理模型，从单一的地下水管理发展到地表水、地下水联合管理，从地下水水量合理开发到综合考虑水质、水量管理一体化模型，从集中参数管理到分布参数管理。今后地下水管理明显的发展趋势是（贺学海，1997）：①以水资源的可持续发展为中心，即对水资源的开发利用必须与人口、经济、资源、环境协调发展；②大系统、多目标、多级优化的综合管理趋势，水资源系统是一个高度复杂的非线性系统，其功能和作用是多方面、多层次所决定的；③随机、动态、智能化的趋势，从以前的趋势性、确定性评价方法转向随机性和模糊性的评价方法，发展非线性的解法并建立智能化的模型。

对于如何解决淡水资源，尤其是地下淡水资源的科学管理和利用，1992年“水与环境：21世纪的发展问题”的国际会议，总结了世界各地淡水资源合理利用和管理中正反两个方面的经验，呼吁建立评价、开发和管理淡水资源的新途径：①强调岩石圈-水圈-生物圈-大气圈之间的相互作用；②建立资源节约型发展战略；③检验淡水资源管理的有效程度取决于社会和经济的可持续发展和生态环境的保护与改善；④决策管理部门、广大用户、科研工程技术人员、单位等共同参与管理；⑤强调基础建设、能力建设及其相应的研究。会议提出加强淡水资源的管理研究应从基础研究和实际应用两方面着手。而“研究岩石圈-水圈-生物圈-大气圈之间的相互作用，研究水文循环以及生物地球化学循环之间的相互作用，包括质和量两个方面，在全球、地区和局部地方等不同空间尺度范围内进行并互相比较”，被认为是淡水资源管理研究的重大基础研究方向，可以从根本上帮助弄清淡水资源的形成、演变以及在人类活动影响下的变化。

4. 苏锡常地区地下水同位素研究新进展

姜月华¹ 吴登定^2，3 贾军元¹ 许乃政¹ 王敬东¹

（1.南京地质矿产研究所，南京210016；2.中国地质大学，北京100083；3.中国地质调查局，北京100011）

摘要：通过对苏锡常地区地下水同位素（氘、氧、硫、氮、氚和碳－14）地球化学研究，发现苏锡常深层承压水总体上未受到污染，而浅层地下水则受到了不同程度污染；认为常州地区和苏州无锡地区深层地下水（主采层）可能属于两个不同的含水层系统，含水层系统互相不连通或连通不畅；苏锡常地区由于长期过量超采深层地下水，地下水侧向迳流显示出向开采中心流动的特征，但是地下水流动仍是极其缓慢；深层地下水总体处于半封闭－封闭状态，深层地下水年龄在1.0～3.8万年不等，其中，沿苏锡常三城市一线（即开采中心区域）地下水年龄最老，向两侧地下水年龄则逐渐变新。

关键词：苏锡常；地下水；氢氧同位素；硫同位素；氮同位素；碳同位素

1 引言

苏锡常地区位于中国长江三角洲南缘平原区，面积1.6万km²。该区基岩出露零星，第四纪地层广泛分布。第四纪地层沉积厚度自西向东、自南向北由80～230m，自下而上从下更新统至全新统发育齐全。根据地下水赋存的含水介质和水力特性，苏锡常平原地区第四纪松散岩类中可划分出四个含水层组：潜水、微承压含水层组、第1承压含水层组、第2承压含水层组和第3承压含水层组。各层次地下水深度为潜水5～8m、微承压含水层15～18m、第1承压水38～50m、第2承压水94～123m、第3承压水110～176m。

本次工作主要通过对苏锡常地区地下水环境同位素（氘、氧、硫和氮）和放射性同位素（氚和碳－14）组成的研究，探索苏锡常地区地下水补迳排条件、超采地下水引起的流场变化以及苏锡常地区地下水污染状况。

2 取样和测试

本次工作共采集放射性同位素碳（¹⁴C）27组、氚（³H）88组，环境同位素氘（²H）、氧（¹⁸O）88个，硫（³⁴S）56组，硝酸根中氮、氧同位素（¹⁵N－NO₃、¹⁵O－NO₃）30组，此外，还采集了88组水质全分析样。取样原则是以地下水为主，适量采集地表江、河、湖水和大气降水；以区域地下水主采层（第2承压水）和潜水为主，同时兼顾采集其他不同层次的地下水。放射性同位素碳（¹⁴C）和氚（³H）在中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室测试，环境同位素氘（²H）、氧（¹⁸O）和硫（³⁴S）在中国地质科学院矿床地质研究所同位素实验室测试，硝酸根中氮、氧同位素（¹⁵N－NO₃、¹⁵O－NO₃）在中国地质大学环境学院同位素实验室测试，水质全分析样在南京地质矿产研究所实验室测试。

3 讨论和结论

3.1 氘、氧同位素

地下水氘、氧同位素研究表明，常州地区深层承压含水层组：δD：－64.3‰～－71.2‰，δ¹⁸O：－8.3‰～－6.4‰；苏州无锡地区深层承压含水层组以及部分潜水、微承压含水层组：δD：－58‰～－41‰，δ¹⁸O：－8.4‰～－6.0‰。苏锡常地区潜水、微承压含水层和大气降水：δD：－55‰～－41‰，δ¹⁸O：－3.0‰～－5.0‰；部分常州地区和苏州无锡地区各含水层组的样品：δD：－62‰～－42‰，δ¹⁸O：－6.5‰～－5.0‰。常州地区的潜水、微承压水和承压水样品与苏州无锡地区潜水和微承压水样品的样点均落在大气降水线下方，反映这些地下水均来自在大气降水或地表迳流补给，补给之前均受到不同程度的蒸发；而苏州无锡地区深层承压水和部分潜水、微承压水样品的水样点均落在大气降水线上或附近，可能由于水岩相互作用－水解作用，使重同位素氧－18耗损所致。

苏锡常地区地下水补给来源主要是大气降水和部分地表水，人工开采和蒸发是其主要排泄方式。苏锡常地区深层地下水径流十分缓慢，总体上处于封闭－半封闭状态。常州地区和苏州无锡地区深层地下水含水层（主采层）可能系两个不同的含水层系统，两含水层系统互相不连通或连通不畅，这也与当时古地理背景、放射性氚和碳同位素特征相吻合。

3.2 氚同位素

氚同位素研究表明，苏锡常地区潜水氚值范围在3.74～27.43TU之间；微承压水氚值1.98～26.68TU；第1承压水氚值6.05～13.52TU；第2和第3承压水氚值0.04～23.27TU。潜水、微承压和第1承压含水层受降水和地表水混合程度较第2、3承压含水层高。从氚、氧同位素关系可知，苏州无锡地区深层地下水样品氚小于3TU，δ¹⁸O界于－6.2‰～－9.0‰，表示地下水与远古的补给有关，而与现代水含水系统无关；苏锡常地区潜水和微承压水氚值总体在19～28TU之间，δ¹⁸O在－3.8‰～－6.0‰之间，为现代水，与50年代以来降水和地表水补给有关。

3.3 14C同位素

对苏锡常地区地下水¹⁴C同位素研究表明，深层含水层地下水年龄总体在1.0万～3.8万年之间。在地面沉降中心的常州地区深层地下水年龄为2.0万～3.0万年，苏州无锡地区为3.0万～3.8万年。深层地下水年龄结果表明沿苏锡常三城市一线（即开采中心区域）地下水年龄最老，向两侧地下水年龄则逐渐变新，反映了区域地下水流场变化为在苏锡常三城市一线的北东侧，地下水向西南方向流动；在苏锡常三城市一线的西南侧，地下水向北东方向流动，但是，这种流动是极其缓慢的。

3.4 硫同位素

通过对苏州无锡地区不同含水层组样品的硫同位素研究，发现浅层地下水和深层地下水δ³⁴S值差异十分显著。深层承压含水层样品中δ³⁴S值含量最高，范围在50‰～75‰之间；潜水和地表水δ³⁴S值含量最低，范围在5‰～19‰之间；微承压和第Ⅰ承压含水层介于中间，范围在20‰～45‰之间。从地表水和潜水→第1承压水和微承压含水→第2承压水明显反映了δ³⁴S值呈现逐渐升高的趋势。地下水中δ³⁴S值与

来源于化肥或大气降水。

参考文献

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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. 地下水资源评价与水资源管理科学的新发展

近代地下水动力学方面的最突出的进步之一是越流理论的提出。自从1969年美国纽曼等发表了有关越流含水层方面的新理论之后，1972年又发表了关于确定越流多层含水层的水力性质的比率法，使解决地下水流向的非稳定运动计算问题前进了一大步。有关越流理论的基本要点，如弱透水层的垂直越流补给，弱透水层弹性储量的释放及其对非含水层的影响等目前仍然在继续应用和研究发展中。用非稳定抽水资料计算水文地质参数的方法已在世界范围内得到广泛的应用。我国在这方面的研究成果很多，如杨天行、傅泽周、林学钰等著的《地下水流向井的非稳定流原理和计算方法》（1980年），胡佩清等著的《有越流补给时流向干扰井的地下水不稳定流计算》（1982年），张蔚榛主编的《地下水非稳定流计算和地下水资源评价》（1983年）等等，都是我国有关这方面的早期研究成果。

在地下水资源评价方法方面，在已有的解析法、相关法、河流水文分割法的基础上，20世纪70年代以来，由于引进了法国水文地质学家G.Castany的“水文地质概念模型”这一新概念和计算机在水文地质学中的广泛应用，使数值法在水资源评价和预测中得到了迅速的发展。它使地下水资源研究从传统的研究方法转到模型研究，这不仅是地下水资源区域性模拟评价的一个重大进展，而且在推动水文地质学从定性研究进入更加科学的定量化研究的进程中作出了巨大的贡献。

地下水资源管理学是近代水文地质学的一个重要分支。20世纪70年代以来，水文地质学家已经有意识的在寻求解决水危机的途径，并将它纳入环境生态与社会的大系统中进行水资源系统分析。到80年代，由于系统理论的引进和应用，加上数学模拟和计算机技术应用于寻求多目标下，地下水最佳开发理论与方法的日益完善，使水资源管理这一学科得到迅速的发展，并使复杂的水资源管理问题得到解决。

在我国，地下水管理研究始于20世纪80年代。最早引进国外地下水管理成就的文章是“美国地下水资源管理概况”（林学钰，水文地质工程地质，1983年第2期）。从那时开始，水文地质学家们在我国的甘肃武威、北京、西安、哈尔滨、沈阳、河南的新乡、平顶山、河北的邯郸等几乎遍及全国各大、中城市和流域规划中都建立了为各种目的服务的、各种类型的地下水管理模型。在这方面，最早的代表性研究成果是林学钰，焦雨等完成的国家“六·五”科技攻关项目（第38—1—20A）的成果《石家庄市地下水资源的科学管理》（1987年）。而后，陈爱光等出版了作为教材的《地下水资源管理》（1991年），以及林学钰、杨悦所的《实用地下水管理模型》（1992年）和《地下水管理》（1995年）等专著。1990年，林学钰、王兆馨等还出版了国家标准“地下水资源管理模型工作要求”。此外，为了实现滴水管理的内容和要求，达到管理的最终目标，使所建立的各类地下水管理模型得以实施和运用，专著《地下水水量、水质模拟及管理程序集》（林学钰等，吉林科学技术出版社，1988年）又应运出版。这些成果在我国社会、经济发展和环境建设与保护事业中都发挥了重要的作用。

水资源管理学的发展和进步，主要表现在水资源管理已从过去一般性的水政策、水均衡管理发展到地下水动态和水资源量与质的管理；地表水和地下水联合管理；区域水文地质动力条件的控制和为控制地质灾害的土地利用管理等。管理内容日益丰富，管理方法日趋多样，其中，地下水管理模型是实现地下水管理的重要工具。

管理途径除了常用的控制地下水开采量和地下水位，防止劣质水入侵，进行地下水人工回灌，实行地表水和地下水联合运行以外，还重视地下水资源的多年周期机制的形成和流域整体水均衡、水动态的预测研究，并认为这是地下水管理的重要基础。在预测时，强调考虑气候变化和人类活动的影响因素，考虑地下水流确定模型和随机模型的结合。

从总体上看，20世纪中国的水资源管理已从单纯的考虑合理开发利用水资源和防止水资源枯竭发展到综合考虑防止、控制和改善因水资源开发利用而产生的生态环境副作用和经济技术限制条件的多层次、多目标的管理。

此外，还需提到的是，在目前盛行应用的线性规划、多目标规划、动态规划等原理建立和求解的集中参数系统或分布参数系统地下水管理模型的同时，中国、前苏联和澳大利亚等国家的学者还认为，某种专门编制的水文地质图也是一种地下水管理的有效工具。这种图除了可以给出形成过程外，还可以给出一些更具体的水资源开发利用等信息。例如，林学钰、陈梦熊等于1999年完成的《松嫩盆地地下水资源与可持续发展研究》专著中，应用GIS技术绘制了1∶1 000 000“松嫩盆地地下水系统水资源开发模式图”，该图主要表达了松嫩盆地各亚系统和各县、市的地下水资源开发模式；从空间和时间上反映了松嫩盆地全区和各亚系统内可利用水资源的组成和1994年地下水和地表水的实际开采量；预测了2000年和2010年的全区和各亚系统需水量增长趋势和可利用水资源量与需水量的对比情况；以及主要含水层厚度变化与地下水的分布状况等。可以说，该图本身就是一张水资源管理图。又如，20世纪80年代后期，由澳大利亚W.R.Evans等学者提出的在Murray盆地，应用1∶250 000比例尺编制的水文地质图，进行地下水资源和土壤盐碱化的管理。这套图的内容表达了地下水在土壤盐碱化和地表水盐化过程中的影响，描述了可用的地下水资源，并提出潜在的地下水和土壤盐碱化危害以及地下水规划管理的目标范围及其分区等。

用水文地质图进行地下水管理，其特点是直观、清晰、可操作性强，具有数学模型不可比拟的优点。当然，如何将水文地质图与地下水管理模型有机配合和应用将是今后进一步完善研究的课题。

总之，目前地下水资源管理研究在国内外已十分普及，近20年来它已形成了自己的理论和研究方法，成为现代水文地质学的一个新分支，它正方兴未艾，前途广阔。

6. 　地下水地球化学及同位素研究

地下水地球化学是水文地质学的基础学科，最初以研究地下水的化学成分及其形成为主，以后逐渐发展至地下水成矿、寻找油气及有用矿床，如放射性铀矿、钾矿等领域，近代在与人类密切相关的生态地质环境领域中起着越来越重要的作用。

第30届国际地质大会有关地下水地球化学的论文内容涉及水岩平衡计算，建立模型以解释区域地下水的起源；农业灌溉水化学，特别是土壤和地下水盐碱化过程；沿海地区地下水的化学成分形成及演化过程；地热水化学以及核废料处理选址的水化学研究，加拿大专家发现可用铀元素浓度评价氧化还原环境并建立相应方法。在还原环境中铀元素的活性小，放置废料保险程度大。

同位素方法已成为水文地球化学中重要的有效手段，近年来获得较大进展。“当前研究的热门方向是对大型地下水盆地和岩溶水系统进行长期的综合（水质、同位素）监测研究。罗马尼亚在南道布鲁日灰岩山区建立了有50个台站的监测网。从1993年起已积累2年多2500组数据。每组数据包括物理、化学、生物、同位素指标共44项。通过数据分析，①圈出了污染敏感地段；②发现含水层深部存在硝化作用；③硝态氮中¹⁸O与¹⁵N都有识别氮污染源的重要功能。俄罗斯应用多种同位素研究地下水系统对人为污染的敏感性，已取得系统性成果”。中国从1985年开始对全国陆域大气降水（20个台站）进行连续监测。对大气降水氢氧同位素时空分布规律进行研究，并建成数据库，汇入国际原子能机构的全球大气降水氢氧同位素数据库。巴西首次测定了Parana盆地地下水中的氦同位素，应用氦总含量和³He/⁴He的比值（大气起源水为1.4×10^-6，地壳水为10^-7～10^-8，地幔水10^-5）两个指标可识别地下水起源，研究地下水流动途径和测定地下水年龄。

7. 中国地下水资源及其环境评价

一、内容概述

本项目在开展新一轮区域地下水资源调查的基础上，系统利用了新中国成立50年来特别是近20年来区域水文地质调查评价和研究成果，按地下水系统理论，以环境容量为约束，采用动态的、水资源数量与环境质量评价相结合的研究方法，系统地计算了全国地下水资源，评价了地下水资源分布规律、地下水环境质量、地下水开发利用状况和开发利用潜力，提出了地下水合理开发利用建议，提交了新一轮全国地下水资源评价成果，编制了中国地下水资源与环境图集，建立了中国地下水资源数据库系统。

1.技术经济指标

（1）提交新一轮全国地下水资源评价成果，包括全国以及港、澳、台在内的34个省（区、市）和2353个县（市、旗）、26个自然单元区的资源量，其中，全国地下淡水天然资源多年平均为8837亿m³，地下微咸水天然资源为277亿m³，半咸水天然资源为121亿m³。

（2）形成了以环境容量为约束条件、动态的、水资源与水环境相结合的地下水资源计算与评价方法。

（3）编制了《中国地下水资源与环境图集》。

（4）建立了“中国地下水资源数据库系统”。

2.主要技术创新点

（1）首次按地下水系统理论，以环境容量为约束条件，采用动态的、水资源数量与环境质量评价相结合的研究方法，系统地计算和评价了全国地下水资源，提出了最新评价成果。综合分析利用了50多年来的水文地质勘查研究成果，特别是近20年的新成果，重点评价了浅层地下水资源，同时评价了深层承压水可开采储存量，首次划分了中国地下水系统，对全国及分省的地下水资源分布规律和特征、地下水开发利用状况和开发利用潜力进行了全面评价。

（2）首次对全国区域地下水环境质量进行了综合评价，从地下水水质、污染程度、地下水开发诱发的环境地质问题及脆弱性等方面进行了全面研究和评价。尤其是区域地下水脆弱性评价，开拓了地下水资源与环境一体化研究的新途径。

（3）首次编制了《中国地下水资源与环境图集》。图集全面反映了新一轮地下水资源与环境评价全部成果，直观地展示了我国区域地下水资源的主要要素和客观分布规律。图集包括我国地下水资源分布、开采状况、开采潜力图；地下水质量分布、地下水污染程度、主要环境地质问题图。该图集首次实现了水文地质编图由主要反映水文地质条件向反映资源分布、利用、动态变化与水环境状况的转变，促进了科技成果转化与利用，成果集成达到一个新水平，对我国水文地质编图有重要示范作用。

（4）建立了以空间数据库为主体的中国地下水资源信息系统，该系统集存储、检索、查询、叠加、辅助决策为一体，实现了地下水资源的空间信息、属性信息、电子图集信息以及文本、图片、录像等多媒体信息的综合管理功能。制作完成的光盘数据，包括了全国、区域、分省地下水资源、地下水环境空间信息和属性信息，以及电子版图集的全部内容，为最终实现中国地下水资源空间数据库网上检索奠定了数据共享基础。

二、应用范围及应用实例

该项目成果为地下水资源合理开发利用、科学管理与规划提供了基础数据，为防止地下水污染、保护地下水环境提供了科学依据；采用的地下水系统理论，动态的、资源与环境结合的研究方法，增强了地下水资源与环境统筹研究能力，提升了我国区域地下水评价水平；项目成果的图形化和数字化形式，增强了成果的科学性与实用性，促进了成果转化，提高了服务于社会的能力，为地下水资源管理、科研教学、国际交流等提供了信息系统平台。

（1）国土资源部于2003年8月18日以“新一轮全国地下水资源评价与战略问题研究报告”报送国务院。

（2）国务院办公厅于2003年9月7日在“参阅文件”第4期印发各地区、各部门参阅，其文如下：“按：国土资源部组织开展了新一轮全国地下水资源评价和有关战略问题的研究，形成了《全国地下水资源战略问题研究报告》，根据国务院领导同志批示现将该研究报告印发各地区、各部门参阅。”

（3）根据国家发展改革委员会编制《全国主体功能区规划》的要求，国土资源部提交全国按县统计地下水开采量，新一轮全国地下水资源评价课题组根据该项目成果于2007年4月将全国各省各县的地下水开采量统计上报。

（4）本项目成果已于2005年全部公开出版供有关规划部门和科研教学部门使用。

（5）项目成果已应用于“全国地下水污染防治规划”和“全国水资源规划”。

三、推广转化方式

该项目成果已公开出版，并已提供给国务院有关部门和地方政府使用。近几年来，在国家有关部门和地方开展的编制主体功能区规划、地下水污染防治规划以及地下水资源开发利用规划等方面，广泛利用了该成果。

技术依托单位：中国地质科学院水文地质环境地质研究所

联系人：申建梅张宗祜孙继朝

通讯地址：河北省石家庄市中华北大街268号

邮政编码：050061

联系电话：0311-67598657

电子邮箱：[email protected]

8. 　地下水资源的污染、治理和保护的研究现状

现在全世界都在关注水资源的危机。1994年在芬兰召开的“地下水资源未来危机”国际学术讨论会主要围绕水质污染及超量开采两大问题。会议认为只要对水资源正确评价，合理规划，严密监测，科学管理，超量开采的问题是可以避免的。而日益严重的水质污染和恶化却成为威胁水资源持久开发的主要危机。国际水文计划（IHP-5）已把“脆弱环境下的水文学与水资源开发”列为1996～2001年的主要研究课题，其中最重要的一个专题，即“地下水资源的未来危机”的内容则包括：地下水污染的研究范畴，探测地下水质的监测策略，包气带地下水供水水质化学作用规律，滨海地区地下水水质恶化，以及城市发展与水质污染等。由此可见，地下水的质量问题是当前水文地质研究的重要内容。

长期以来，人们对地下水资源重开发利用，轻保护。而地下水资源在受到人类活动，如农业生产、垃圾填埋、废水排污等影响时极易被污染。地下水一旦受到污染，其补救和恢复是非常困难的，而且治理费用代价昂贵。因此如何保护地下水不受污染受到各国的重视。

美国于1991年开展了全国水质评价计划。英国、澳大利亚近年来也对地下水水质进行评价研究，对人类活动包括农业活动、工业活动、废物处置、填埋等造成对地下水水质的影响，地质过程与生物相互作用等问题设立了专题研究。

1）地下水的污染和治理

对于已造成地下水污染的地区，国内外许多学者致力于研究污染的物质来源、污染的途径和范围、污染机理等问题，并取得大量研究成果。这些成果为查明地下水污染情况和治理提供了科学依据和方向。

80年代以来，地下水污染研究的重点已从无机物（重金属）的污染转向微量有机物的种类、物化特征及其在环境中的迁移转化，以及污染控制治理技术等。这与整个环境污染的发展进程是一致的。西方国家在治理环境污染的进程中，大致经历了重金属污染、易降解有机物与富营养化污染以及毒害性有机污染3个阶段。目前能基本控制第一、二阶段的污染，开始重视毒害性有机污染的治理。中国无论在有机物污染的理论还是治理技术方面的研究却刚刚开始。有机化合物种类多、数量大，绝大多数难溶于水，在水中含量很低，仅为10^-6～10^-9级或更低，降解慢，中间产物复杂。它们进入包气带和含水层后，不仅其残留物可维持数十乃至上百年，而且其降解后的中间产物亦对环境有污染。有机污染物通常分为2类：第一类是量大易降解（包括生物降解和化学降解）的有机物；另一类是有毒有害难降解有机化合物。农业活动造成的地下水污染后果也很严重。由于硝酸盐中氮在作物-土壤-水系统中的运动，进入含水层的氮就可能增加。捷克在过去的30年内，地下水中氮含量增加了一倍。现地下水中已发现各种烃类、卤化物、醇、酚、醚、醛、酮等各类有机化合物。据报导，至1987年美国地下水中已发现175种不同的有机物，其中很大部分对人体有毒性效应。荷兰在232个地下水抽水点中检出113种有机物。中国京津唐地区地下水初步调查检出有机物种类达133种，可见地下水有机污染已到了非常严重的地步。

地下水中危害最大而又最为常见的有机污染物为非极性难溶挥发性有机物（VOC’s），主要由氯代脂肪烃（CHC）和单环芳香烃（BTEX）构成。现已查明，多数水溶相VOC’s在地质环境中不易被吸附，具有很强的迁移性，在适当条件下可生物降解。非水溶相VOC’s对微生物有毒性，不易生物降解。非水溶相CHC常在地下水中积聚，其迁移不受地下水运动的控制，因此常汇集在含水层底板；非水溶相BTEX则相反，飘浮于地下水的表面。

第30届国际地质大会就有不少论文涉及地下水污染监测、参数测试；对Pb、Cu、Zn等污染物的实验室研究；污染物运移趋势预测；地质统计方法与随机理论在地下水污染研究中的应用；某些污染物（如氮污染）的研究实例以及一些模拟理论，例如以保护含水层为目的的河流-含水层相互关系模拟；非均质含水层与裂隙岩溶水污染研究；土地利用过程中的水土污染；污水灌溉的环境生态效应等等。其中美国Yun-Sheng Yu运用地质统计法进行地下水中盐污染的研究，大大提高了计算精度，是一个成功的实例。

最近美国报道了关于在地下水生态领域里应用无脊椎动物群结构的变化作为浅层地下水/地表水环境污染的指示剂；以及用CFCs确定年轻地下水年龄（50年以内或更小）和用氚/氦-3研究地下水运移时间、水流类型和补给速度，为测试和校核模型提供了有力的工具。此外，在发展生物治理技术方面，通过微生物降解作用、吸收、转化有毒化合物，消除污染，取得显著成效。

地下水的污染治理美国在80年代就先于其它国家开始着手进行。当时以“抽汲处理法”较为普遍，即抽出已被污染的地下水，在地表进行深度处理，但含水层不能彻底净化，且处理费用高。对于大规模的污染治理还没有成功的经验。80年代后期地下生物处理工程技术迅速发展，地下水污染控制理论与技术开始形成一套体系。如“对于包气带污染，可进行原位处理或开挖处理。原位处理包括物理法（通气法、蒸汽法、热趋法……）、化学法（表面活性剂溶液冲洗、特殊化学冲洗）和生物法（驯化生物处理、强化生物处理）；对含水层污染可进行原位处理或抽汲处理，前者又包括物理控制（泥墙、防渗帷幕控制法、水动力控制法、暗渠、井孔收集法），化学处理（表面活性剂溶液冲洗法、试剂法、渗床法）和生物处理。采用何种处理工艺，主要取决于处理的对象、目标、水文地质条件和经济承受能力。”在各种方法中，现场处理技术包括多种形式的好氧处理和厌氧处理，发展较快。

为了进一步发展地下水污染控制理论和技术方法，急需加强引进多种学科如地质微生物学、有机地球化学、表生地球化学的理论和方法，加强对有机污染物的来源、迁移、转化或降解机制，以及它们与腐殖酸、金属元素的相互作用的了解，加强土壤和地下水污染治理的新技术开发利用研究，突破解决目前缺乏能快速准确鉴别有机物种类和定量分析的仪器设备的局面，发展治理工程技术方法。

2）地下水资源的保护

为了防患于未然，首先要防止地下水供水水源地受到污染。一方面是保护水源补给区不受污染，另一方面是设立圈定地下水供水水源地的保护区（带），以加强对潜在污染的限制。这里涉及的主要是点源、井源区保护。而非点源整个水流域的水质监测、保护和污染治理技术要困难得多。

圈定地下水源保护区（带）的研究，由最初为确保饮用水卫生条件防止细菌污染的概念已扩大到防止非降解性有机物以及有毒化学成分的污染为目的，在欧美一些国家取得进展。德国对地下水源保护区的圈定是先将流域分为4个保护带，重点探讨第Ⅱ带随时间变化边界的概念，它采用地下水在50天内运行的距离范围。英国根据50天（一区）和400天（二区）运移时间以及整个汇水盆地（三区）确定出地下水保护区。其它如美、捷、爱尔兰、荷等国研究的主要特点是逐步向应用数学模型的方向发展，以提高成果的精度。德国提出可利用环境同位素³H、¹⁴C建立动态模型，用地下水环境同位素的滞留时间作为新的水文地质参数以反映地下水特征，并作出定量污染程度分析。中国也有人用时间滞留法来定量研究确定地下水源地保护区。

不少国家已认识到，地下水资源的保护必须提到战略、政策及管理的高度来认识和实施。捷克专家提出，地下水保护战略是政府部门进行管理、协调、投资和贯彻执行的长期任务，要得到有关法律法规的支持，正规的监督检查，甚至包括对技术负责人员的培训以及对公众教育和提供信息。地下水保护政策的制定取决于地下水资源的价值需求、土地利用规划及经济发展和人体健康等因素。地下水保护的管理目标应是确保饮用水水源的质量、安全和可持续性。

地下水保护管理可分为一般性保护和公共供水方面的综合性保护。前者需要编制地下水脆弱性图件并进行评价。评价地下水脆弱性的主要特征为非饱和带的补给、土壤性质、厚度、渗透性和稀释能力以及饱和含水层的稀释能力。受到综合性保护的地下水保护区的范围主要取决于含水层的渗透性、复杂性和脆弱性、非饱和带的特性及厚度、地下水水流方向、污染源离水井或井田的距离及污染质的特性。英国开展了对地下水资源的脆弱性的全面评价，认为其脆弱性受多种因素制约，如上覆土壤和冲积层的存在和性质，水文地质单元的特性以及非饱和带的厚度，因此需要详细的水文地质现场调查。英国现已编制了1:100万地下水脆弱性图件作为战略性土地利用规划的指导，目前正编制大比例尺图件。美国、意大利、荷兰、德国、瑞典、捷克也都编制了大比例尺的地下水脆弱性图为决策、管理层制定地下水保护的战略和方针服务。90年代美国开始倡导使用水流域的综合保护方法，共同解决水污染和生态环境恶化问题，可收到事半功倍的效果，更好地实现环境综合管理目标。

9. 东北地区地下水系统研究侧重点

东北地区幅员辽阔，自然资源丰富，是中国重要的工农业基地。东北地区地下水的形成与赋存条件复杂，在气候、地形地貌、水文等自然地理和地层、地质构造等因素的控制下，表现出不同的水文地质特征，丘陵山区和平原区的水文地质条件差异性较大。平原区主要为松嫩平原、西辽河平原、下辽河平原、东辽河平原、三江平原等，是中生代以来持续下降的地区，为地下水的汇集中心;平原区域含水层非常复杂，由中生代、新生代多层含水地层构成;丘陵山区为侏罗纪岩浆岩、碎屑岩及碳酸盐岩等，节 理裂隙比较发育，也具有较大的供水意义。

总体来说东北地区水资源短缺，地下水供水几年来连年占总供水量的45%以上。地下水供需矛盾日益突出，过度的开发已产生区域地下水降落漏斗、水污染等一系列环境地质问题，成为经济发展的瓶颈。

东北平原区地下水研究成果绝大部分是关于浅层地下水系统(100～300m)的，中深层(200～300m以下)具有良好的含水层，赋存着丰富的古近-新近系和白垩系承压水，目前对中深层的含水层系统和地下水流系统的研究都比较薄弱。

东北地区地下水系统研究的侧重点是:进一步查明含水层结构，加强中深层地下水循环规律研究，开展人类活动影响下地下水系统演变预测。

一、进一步查明含水层结构

含水层系统研究是地下水系统研究中一个非常重要的方面。松辽平原、三江平原的第四系含水层厚度大、补给条件好，目前的主要开采层位是第四系含水层。第四系含水层之下仍赋存着丰富的古近-新近系和白垩系承压水，目前对这些含水层研究程度不够。

因此，需要进一步勘查松嫩平原、西辽河平原、东辽河平原、下辽河平原中深层含水层，研究中深层含水层形成机制、空间结构、层次结构以及介质演变特征。建立盆地(平原)含水层的三维模型。

二、加强中深层地下水循环演化规律研究

需要深入研究中深层地下水的补给来源、径流条件、排泄条件，中深层地下水的更新性，弱透水层越流补给强度和临界越流压力、弱透水层的溶质运移规律等。

目前许多地区出现超采第四系地下水，产生了区域性降落漏斗。加强中深层地下水循环演化规律研究，合理开发利用中深层地下水，对于东北平原水资源可持续利用和地质环境保护都具有重要意义。

三、地下水、地表水优化配置与合理开发利用研究

东北地区地表水资源丰富，地表水资源量占水资源总量的60%以上，地下水资源量仅占水资源总量的30%左右。地下水资源的分布，严格受地质构造、地形、地貌及含水岩组的控制，主要集中分布在嫩江流域、松花江干流流域、西辽河流域和辽河干流流域的平原区，分布极不均匀，与人口、经济发展以及农业的匹配上尤为不协调。随着经济的发展，地下水资源量远不能满足长远发展的用水需要。东北地区水资源要实行地表、地下联合调蓄与优化配置的方针，坚持地表水与地下水，上、中、下游用水统筹兼顾的原则。通过地表水、地下水的合理配置与科学管理，充分发挥地表水库和地下水库各自的优势，优势互补，兼顾生态环境用水，使水与自然资源得以良性循环，永续利用。

四、人类活动对地下水系统演变预测

东北平原区第四系地下水开采程度高，已产生区域地下水降落漏斗、水污染等一系列环境地质问题。如松嫩平原从20世纪80年代中期开始，在大庆、哈尔滨、齐齐哈尔、松原等超采区形成了从几百到几千平方千米不等的地下水下降漏斗。西辽河平原区以科尔沁为中心，形成降落漏斗，引起地下水流场的强烈改变。由于水资源不合理开发利用，东北湿地目前面积由20世纪50年代的11.4×10⁴km²减少到6.57×10⁴km²。此外，工业废水、农业化肥和农药、生活污水的排放，以及人类开采活动已经对地下水产生了不同程度的污染。

在这种情况下，建立大区域的地下水数值模拟系统和地下水污染预警系统，预测在不同程度的人类活动影响下地下水系统和地质环境的变化趋势，进而制定合理的水资源配置与开发利用方案，保护地下水系统和地质环境，这是东北地区地下水系统研究的一个非常重要的方面。

五、地下水系统保护

(一)开源节 流，保护地下水系统

节 水是实现东北地区水资源可持续供给的一项战略性措施。

发展节 水型农业，推广喷灌、滴灌等先进技术，可大大提高农业用水的效率。东北地区工业用水重复利用率只有40%左右，与发达国家70%左右相比，还有很大的潜力。因此，要积极推广节 水新技术，调整用水结构，提高用水效率，将工业用水重复利用率提高到一个新的水平。在生活用水方面，强化全民节 水意识，推广节 水器具，也是节 水的一个重要手段。

因此，开源节 流，合理减少地下水的开采，对于东北地区地下水系统保护具有重要意义。

(二)完善地下水动态监测网络，提高地下水系统预警能力

目前东北平原区地下水监测网络较完善，而丘陵地区地下水监测点少。近几十年来丘陵地区的水文地质和环境地质条件均已发生了很大的变化，产生了一系列的环境地质问题的同时，也对下游平原区的水文地质与环境地质条件产生影响。因此，完善地下水动态监测网络，及时查清现有的水文地质与环境地质条件变化及开发利用现状，对于解决丘陵地区城市供水问题、城市地下水资源开发利用规划以及防止地质灾害都具有重大的意义。

(三)地下水系统污染防治

东北地区浅层地下水污染比较严重，并有向深层承压水扩展漫延的趋势。应开展地下水系统脆弱性研究与地下水污染专项研究，开展地下水污染修复试点工作。研究地下水污染的防治技术，强调“治污为本”，坚决治理水污染，加强地下水系统保护。

10. 陕北能源化工基地地下水勘查研究成果服务经济社会发展成效

陕西省国土资源厅

陕北能源化工基地蕴藏着丰富的煤炭、石油、天然气和岩盐等48种矿产资源。1998年,被国家计委批准建设国家级能源化工基地,一要建成国家西电东送基地,二要建成国家大型煤化工基地,三要建成国家大型商品煤基地。能源化工业将成为带动陕西经济大发展的最大产业。但是由于地处内陆干旱—半干旱气候带,生态环境脆弱,水资源短缺已成为严重制约基地建设和发展的瓶颈,“以水定项目,以水定规模”被确定为规划建设的基本原则。陕西省省委、省政府明确要求“一定要查清陕北能源化工基地水资源家底”。国土资源部从国家的能源需求出发,联合陕西省政府共同实施了陕北能源化工基地地下水勘查,围绕陕北能源化工基地建设和发展中存在的地下水资源及其开发中遇到的生态环境问题开展勘查和研究工作。经过5年的努力,获得一批创新研究成果,并得到了及时应用,赢得了良好的社会经济效益。2011年,以陕北能源化工基地地下水勘查项目成果为主体的“陕北能源化工基地地下水勘查研究成果”荣获陕西省科学技术进步一等奖。

一、项目成果

1.首次提出并开展了1:5万区域水文地质勘查和水源地整装勘查,系统查明了区内地下水的赋存条件、地下水资源总量及其开发利用潜力,为陕北能源化工基地规划、建设和环境保护提供了科学依据和水资源支撑

(1)首次在陕北能源化工基地实现了1:5万区域水文地质勘查,将基地地下水系统划分为5个含水系统、20个水流系统以及46个水流子系统,丰富了地下水系统理论。

(2)系统查明地下水可采资源总量为10.35亿米³/年,可利用潜力为8.19亿米³/年。

(3)勘查新发现水源地11处,新增加资源量2.84亿米³/年;新探明水源地20处,新探明资源量5.44亿米³/年;核查已有水源地13处,核查资源量3.59亿米³/年。

(4)实施探采结合井111眼,已提供能源化工基地使用。

2.提出了一套生态-水文地质研究与评价方法,定量揭示了该区地下水位埋深与植被生态的依存关系,开创性地建立了地下水与植被生态的耦合模型,评价了地下水开采引起的植被生态风险,为合理开发利用地下水提供了科学依据,为生态—水文地质研究提供了新的技术方法

(1)融合生态学、环境科学和水文地质学原理,采用生态-水文地质联合调查与遥感定量分析相结合的方法,揭示旱生的地带性植被控制着干旱—半干旱区植被生态的格局植被状况演化趋势。研究发现2000年以来,植被状况总体上好转,变好的区域占85.12%,基本维持不变的区域占7.94%,有退化趋势的区域约为6.94%。

(2)发现并确定了基于植被生态的地下水位埋深阈值:水生植物临界水位埋深0.2米;土壤盐渍化极限水位埋深1.2米;当地优势植物适生水位埋深区间1.2~3.8米;中生植物能够生存但长势较差的水位埋深区间3.8~8.0米;地下水位埋深大于8.0米仅旱生植物和靠灌溉才能生存。

(3)将地下水开发的植被生态效应区划分为非敏感区和三种程度的敏感区,并提出了不同敏感区地下水开采对策。

(4)开创性地建立了地下水与植被生态耦合模型,预测和评价了地下水开采的植被生态风险。

3.提出了保障生态、水资源和采煤安全的“三带”高度,开展了采煤对水资源影响区划,提出了近期和中远期煤采区水资源开发利用对策,为统筹考虑水资源利用、生态环境保护与煤矿井下安全提供了科学依据

(1)运用地质、水文地质、工程地质、采矿学等学科的理论和方法,在系统分析煤田水文地质结构的基础上,结合矿区地下水系统特征,通过实地调查与工程地质类比、经验公式计算和数值法预测,提出了本区能够保障生态、水资源和采煤安全的冒裂带高度为240米,“三带”安全高度为300米,并据此实现了采煤对水资源影响程度区划。

(2)提出了煤采区地下水资源开发、利用与保护对策。近期划分水资源与生态环境保护区、限制开采区、鼓励开采区,在保护水资源的前提下实施“保水采煤”。中远期结合基地供水,将疏排水充分用于植被生态建设及供水前提下,划分为8个大的疏排水区实施“煤水共采”。

4.建立了陕北能源化工基地水资源信息系统,构建了一系列地下水模拟和水资源优化管理模型,为陕北能源化工基地水资源的科学管理提供了有效工具

(1)建立了陕北能源化工基地水资源空间数据库和信息系统,实现了水文学与地学空间信息的三维可视化互访平台。

(2)构建了一系列地下水模拟和水资源优化管理模型,主要包括:天桥岩溶水系统区域和黄河西岸水源地水流数值模拟嵌套模型,风沙滩地区萨拉乌苏组与白垩系含水系统水流耦合模型,14个水源地地下水水流数值模拟模型;基于生态良性循环的萨拉乌苏组地下水优化开采模型;地下水—地表水—矿区疏排水资源优化配置管理模型。

5.针对本区水资源特点,开展了多项原位科学试验和对比研究,提出了适宜本区的地下水资源开发利用模式

(1)针对陕北地区河水泥沙和水资源化利用问题,开展高泥沙河水人工渗滤系统设计及原位试验原位科学试验,获取了不同渗滤材料和渗滤系统的下渗量及其变化规律,为黄土高原地区高泥沙河水资源化提供了示范和设计参数。

(2)针对傍河水源地水资源开发利用的效率问题,开展了集水构筑物优化设计原位试验,探索了不同集水构筑物的激发补给能力、施工工艺、工程费用,显著提高了傍河型水源地出水效率。

(3)在原位试验和对比研究的基础上,提出了适宜本区的地下水资源开发利用模式。岩溶水采用管井模式集中开采;第四系萨拉乌苏组地下水及烧变岩地下水采用堤坝引泉截流模式开采;第四系河谷区地下水可选用大口井、集水廊道、人工渗滤系统和管井等方式开采;黄土梁峁区地下水适宜于管井零星开采;在严重缺水的高泥沙河流及沟谷采用人工渗滤系统汲取地下水。

6.提出了水资源可持续开发利用对策与优化配置建议,以及陕北能源化工基地东线应急调水以地下水为水源的方案,并被采纳实施

(1)建议率先建设黄河谷地天桥岩溶水和冲积层水源地,可采资源量为100万米³/日,以解决榆神工业园区用水之急。

(2)建议开展榆林市南部地下水勘查。

(3)建议实施充分利用矿区疏排水,实现疏排水、地表水、地下水资源联合调度方案。

(4)提出了煤采区地下水资源开发、利用与保护对策。建议均被榆林市采纳并付诸实施。

二、实施效果

(1)技术方法和手段创新。由薛禹群、刘昌明、李佩成等院士组成的评审专家组评审认为:“项目采用的理论和技术方法先进,勘查与试验数据丰富、翔实、可靠,取得了一系列创新性成果,整体达到国际先进水平,在地下水与植被生态关系研究等方面具有原创性,达到国际领先,为陕北能源化工基地建设提供了水资源依据,具有重大的经济、社会及生态效益”。国务院参事、国土资源部总工程师张洪涛总结评价:“该省部合作项目的合作模式创造了国家地质大调查项目的亮点,为中央与地方政府合作提供了非常好的合作经验。研发的“傍河取水人工渗滤系统”获得实用新型专利。

(2)勘查研究思路和技术方法对大型盆地地下水勘查提供了典范;运作模式和整装勘查思路为全国“地质找矿突破战略行动”提供了省部合作和整装勘查示范,并在本行业推广应用。首先,成果在规范编写、同类项目和高校教学中得到推广和应用,所提出的生态水文地质研究与评价方法推动了我国生态水文地质学的进步,其研究思路和技术方法已经在宁东能源基地、陇东能源基地,柴达木经济循环试验区等大型地下水勘查项目中得到应用,成为同类领域研究的典范;第二,省部合作模式和整装勘查思路得到了国土资源部的高度评价,并在2007年全国地调工作会议上作了经验交流,为全国“地质找矿突破战略行动”提供了省部合作和整装勘查示范;第三,本次勘查与研究成果,在陕西省“十二五”规划、榆林市水资源规划和矿产资源规划的编制提供了最新、最权威的科学依据,为投资项目落户陕北能源化工基地,以及水资源论证和环境影响评价等提供了科学依据。

(3)对促进社会科技进步的作用。这些成果为陕北能源化工基地的规划、建设和发展提供了科学依据,将有力地促进社会科技进步和发展。水源地整装勘查、生态-水文地质研究成果已作为北京大学、中国地质大学(北京)、长安大学的教学实例。

三、推广应用及社会与经济效益

本项目提出的创新性技术方法、省部合作运作模式和整装勘查思路已在本行业得到较广泛的推广与应用,同时项目成果丰硕,并得到陕西省各级政府的认可与采纳,已经在陕北能源化工基地规划、建设中得到应用。

(1)丰硕的应用成果服务于陕北能源化工基地建设。自“陕北能源化工基地地下水勘查”实施以来,项目研究团队为省、市两级地方政府、大中型企业提供了48份研究、勘查和咨询报告,公开发表学术论文32篇,获得实用型新专利1项。这些成果为陕北能源化工基地的规划、建设和发展提供了科学依据,有力地促进能源化工基地的建设和发展。

(2)项目成果得到陕西省各级政府的认可与采纳。2007年5月,原陕西省委常委、副省长洪峰听取了项目成果汇报,并就项目开展的水资源与环境方面关键问题的研究进行了深入交流,认为项目取得的成果改变了过去对水资源、生态环境、矿产资源开发的一些传统认识,为陕北能源化工基地建设提供了科学依据,对基地规划和建设项目立项具有重要意义。

2008年3月,榆林市政府组织专门会议,召集了榆林市发改委、水务局、环保局、煤炭局、区县水利局等政府部门以及市人大听取项目成果,以此借力推进榆林能源化工基地开发建设。在项目成果评审验收会上,陕西省国土资源厅王登记厅长和榆林市赵政才副市长认为项目成果振奋人心、令人鼓舞,打消了困扰政府决策的疑虑,坚定了陕北建设能源化工基地的信心和决心,成果应用将推动能源化工基地的科学发展。

(3)为修订和完善陕北能源化工基地发展规划奠定了基础。榆林市采纳勘查研究成果,重新修订了《榆林市水资源规划》和《榆林市矿产资源规划》,为修订和完善陕北能源化工基地发展规划奠定了基础。

(4)提出的东线调水、南部勘查方案等已被地方政府采纳并付诸实施。榆林市政府采纳建议,并投资逾亿元,实施东线调水水源工程以及榆林市南部地下水勘查。

(5)为建设项目环境影响评价提供了地下水资料依据。2007年8月10日,省政府办公厅向陕西省环境保护局发送了1871号批文,说明陕北能源化工基地地下水勘查研究成果,陕西省环境保护局专门发函建议今后在对陕北能源化工基地及整个陕北地区的省管建设项目环评审批中依据此项成果,针对当地地下水资源分布现状,对每一个建设项目提出有效、合理的地下水利用方案和地下水保护要求,同时建议国家环保总局在审批该地区的国管建设项目时也以此为依据,从环境保护的角度出发保护当地地下水资源。

(6)在大中型企业落户榆林的决策及供水水源方面得到应用。勘查研究成果为世界500强企业中国神华-美国陶氏、兖州煤业集团、榆林华奥盐田管理开发公司等在榆林投资的项目可研和水资源论证方面提供了水文地质和水资源基础资料。其中,为中国神华-美国陶氏榆林煤化工项目(投资约700亿元)落户榆林提供了水资源资料和水环境污染专题研究;为兖州煤业集团榆林项目(投资约130亿元)供水和环评提供水文地质资料,为榆林华奥盐田管理开发公司开展了水文地质调查,提供水资源开发利用规划。

(7)应用前景良好。项目新探明20处水源地,探明地下水可采资源总量10.35亿米³/年,可利用潜力8.19亿米³/年。据此榆林市修订了水资源利用规划,在以水定项目和以水定规模的原则下,必将推动能源化工基地的科学发展。