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1、第 l 8卷第 3期 2 0 0 1年 9月 干旱研究 ARI D ZONE RESEARCH v 1 8 No 3 S e p 2 0 01 干旱半干旱地区地下水问题 易 秀 ( 长安犬 学水资源与环境 I程 系西安7 1 0 0 5 4 ) 摘要 对干旱半干旱 地区地下水资源的特征， 地下水的水 文地质 条件及相关 的水文地质 问题进行 了分折， 阐述 了干旱半干旱地 区地下水资源的利用现状及地下 水资源管理的内容 和意义。 关键词干旱半干旱地区地下水水文地质条件水资源管理 中 图分类号TV 2 1 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 4 6 7 5 2 0 0 1 ) 0 3一I)
2、 0 5 4 0 4 世界 陆地面积 的 1 3被归 为干旱 或半干旱土 地， 近一半 的国家直接 以某些方式受到干旱 问题影 响， 如地下含水层衰竭， 水质恶化， 沙漠化和土地盐 碱化等， 容易开发的土地大多已被利用殆尽 因此人 们为了生存， 正在将更多 的注意力放在 比较干旱的 地区。但是， 干旱和半干旱地区的资源是有限的， 尤 其是水资源， 过度开采终将导致地下水资源的枯蝎， 而且干旱地区地下水开采 中有许多问题 尚待解决， 如干旱区地下水的补给评价， 地下水资源量， 可利用 性和水质恶化， 开采非再生深层地下水的利弊得失， 地下水的合理开发与管理等 问题。所幸 的是， 许多 干旱国家或
3、地区都已经意识到并采取措施开始着手 解决这些问题， 从而使地下水资源勘壹开发利用进 入一个更科学、 更合理的阶段。 1 干旱区水资源特征 1 1 干旱区地表水资源的稀缺性 干旱地区由于降雨量少， 气候干燥 ， 蒸发强烈， 地表迳流稀缺， 很少有 常年河 流和淡水湖泊。地表 水的时间与空问分布都极不均衡， 致使可供利用 的 地表水很有限， 水质较差。 在干旱地区一年四季地表迳流是极不连续 的且 无规律( 很少有常流水) 。在极干旱区甚至不存在规 律的水文网， 这正是撒哈拉或阿拉伯半岛上广大沙 漠存在的原因。另外在干旱地区大气降水相同的情 况下 地表水的迳 流与汇水盆地 的面积无关I t ) 。这
4、 是因为在蒸发作用下， 局部形成的水流被消耗殆尽 所致。单位面积上的水流量随流域面积的扩大而减 少 干旱区要比潮湿 区减少得多。如在西非萨赫勒 半干旱区内 单位面积 的水流量， 按 中等速率计算， 在 1 1 0 k 以上的流域里 比 1 ( 】 ( 5 0 0 k m 流域 中的流量要小一半到三分之二。由于蒸发损耗， 从上游到下游河水总量 的绝对值是递减 的， 最 后甚 至完全干涸。干旱 区地表水质往往较差， 在一些地 方甚至缺少淡水 科威特就是一个完全没有淡水的 国家， 它只能靠淡化海水和部分半成地下水。 在干旱地 区建设地表蓄水工程的代价也是很高 的。因为需要建设大水库， 其蒸发面积较大
5、， 同时水 库又会被水土流失带来的大量沉积物所淤塞， 从而 缩短了水库的寿命， 其寿命有 时只有几十年。每年 蒸发掉的水的厚度可超过 2 m。如阿斯旺水库每年 蒸发掉的水的厚度是 2 8 m， 等于损失掉 6 0 1 0 1 7 0 1 0 8 m 的水量。苏丹的阿特 巴拉水库有时年 蒸发量甚至可超过 3 m 1 】 。 1 2 干旱地区地下水资源的优越性 相比较而言， 在干旱地区地下水都具有地表水 所不具备的许多优越性， 如分布广， 不易困蒸发受损 失， 供水和水质 比较稳定， 可利用程度较高等。在干 旱半干旱区的大部分地 区没有大型河流之利， 所以 地下水的开采提供了大部分， 甚至全部现在
6、所需的 水源： 在利 比亚、 阿曼、 巴林、 卡塔尔是 1 0 0 阿拉 伯联合酋长国是 7 7 ， 在沙特阿拉伯是 7 5 以上， 阿尔及利亚和 以色列是 6 7 ， 突尼斯是 6 5 ， 美国 亚利桑那州是 6 2 l 1 。正因为如此， 地 下水通常是 收稿 日期 ： 2 0 0 0 0 5 2 0 ， 修订 日期 ： 2 o 0 1 0 4 1 3 *奉课题 为国家科委“ 中国西北地区山川 秀美科技行 动计划基础调查及战略研究” 资助项 目( K9 90 5 0 6 ) 。 维普资讯 3期 易秀 ： 干旱半干旱地区地下木 问题 5 5 干旱地区最重要的水 源和最佳的供水选择， 许多 于
7、 旱地区都主要是通过开发利用地下水保障了人民生 活和促进了社会经济发展。 2 干旱半干旱地区地下水水文地质 2 1 地下水的补给与排泄 2 1 1补给在干旱区地下水补给是 以间接补给为 主的， 这与温带地 区形成 了鲜明的对 比。在温带地 区， 来 自降雨通过土壤剖面的直接补给在区域性含 水层规模上起主导作用。 直接补给是降雨通过不饱和带的直接纵向渗透 而加入到地下水储 集层 中， 其水量大于土壤水分的 蒸发和蒸腾。间接补给是由沿迳流和局部节理向地 下水位渗透造成 的， 如低洼地区的蓄水和湖泊， 或者 通过地面河道的底部。从图 l 可 以看出沙漠地区 地下水补给的 4种可能的方式 ： 来 自降
8、雨通过土 壤剖面的直接补给； 来 自迳流通过接合面的间接 补给i 通过迳流蓄水作用的问接补给 ； 在河流迳 流和水淹期间通过水输送损耗的间接补给。对于上 述不同问接补给方式 中各参数的量化是非 常困难 的， 广泛用于非 干旱区的水文平衡法应用于干旱区 时未必有效。但至少可以说明干旱区地下水的间接 补给比直接补给重要得多。也即直接补给的重要性 和意义随着干旱程度的增加而下降。 表 1 地下水排泄的蒸发损耗 Ta b 1 Lo s s o f g r o u ndwa t e r f r o m e v a p or a t i on 注： 捕自新疆地下水资源评竹报告； 摘 自华北地区地下水贷源评
9、竹报告 图l 干旱地区地下水朴给中的軎种要素 2 】 Fi g 1 Th e f a c t or s of g r ou n d wa t e r f e e d i n a r i d r e gio ns 维普资讯 5 6 干旱区研究 1 8卷 2 1 2排泄 在干旱地区， 排泄与补给 相比同样也 是很小的。许多学者 “ 用能量平衡法或其他方法 证 明了蒸发损耗 ( 相当于排泄) 在 7 0 0 mm a范围 内 ( 表 1 ) 2 2 地下水化学 干旱区补给水的水文化学特征主要是随着剖面 成熟度和含水层基质而变化的。如北非和阿拉伯 的 一 些地区， 在 土壤剖 面发育 成熟 的情 况下
10、， 产 出了 Na C 1 质的低盐度富氧化硅水， 这 种情况被认为是通 过河床渗漏而发生补给的结果 而 出碳酸氢钙的水 时， 则是通过裂隙的补给形成的 。 某些沙漠地下水的一个主要离子特征是存在着 与人类或动物人为污染无关的高浓度硝酸盐。如在 美国南部存在 的高硝酸盐地下水 ： 在卡拉哈里沙漠 西部的非承压和承压地下水也有这种情况。这些硝 酸盐氮最可能的来源是大气氮通过某些沙漠植物的 固 N作用， 进人 土壤后 由一些细菌作用造成的， 从 而导致了严重的水质问题。 2 3 干旱半干旱地区地下水的水文地质问题 干旱半干旱 地区由于 地下水补给参数不能量 化， 因而对地下水补给 的可靠性 评价还
11、无法确定 出 一 种综合性评价技术， 目前只能用一个逐步逼近 的 过程来进行粗略的评价。这样有可能出现地下水评 价估计过高， 出现含水层过度开采的现象。在这一 方面， 示踪剂技术和遥感技术 的应用将可能会提供 一 些有意义的方法。因此这些地 区进行资源开发 时 可以用开采期间所必须收集的数据， 通过一系列 基本的水文地质概念模型， 设计出定量计算化模型， 按分段 的方 式进行 开采， 以减少 资金 和时 问的浪 费 在干旱灌溉 区， 土壤沼泽化和盐渍 化也是 一个 严重问题 因此要对潜水 的水一盐动态和水一盐 均 衡性进行必要的研究， 并在此基础上制定 出预防土 壤质量变劣及作物品质下降的措施
12、。在干旱和半干 旱地带通过对 自流水和潜水的形成及分布规律的研 究， 掌握它们与岩石 圈、 大气圈、 水圈的联系。另外 对不同类型地下水的水化学、 水动力学分带、 热流形 成、 水物理性质的研究 才能更准确地评价干旱地带 的永久、 多年和每年可恢复 的开采水资源， 然后按 日 常饮用供水、 牲畜饮水、 干旱地带土壤改 良的有用程 度对它们进行分类 确定这 些水资源用于公共、 工业 供水和干旱地区灌溉的前景、 方法和经济效益。 3 干旱半干旱地区地下水资源开发利 用现状 地下水( 包括深 层地下 水) 资源的大量开发 利 用， 对干旱地 区的发展起 了很大作用。如干旱程 度 不亚于我国西北地区的
13、伊 朗， 几个世 纪来大量坎 儿 井灌溉着约 2 5 01 0 h m 土地， 浇灌 土地抽出的地 下水不少于 l 6 0 0l 7 0 0 m s ； 一些阿拉伯海湾国 家 自5 0 6 0年代以来 地下水资源的大规模开采和 利用( 相当于这些国家 用水总量的 7 0 以上) 不 仅 支撑了这些国家的石油及相关工业的快速发展和人 口的急剧增长， 而且还在很大程度上 保证和满足 了 其农业、 园林等灌溉用水需要。叉如美国高平原 区 主要通过开采奥格拉拉含水层， 浇灌着近 1 4 0 0万英 亩土地， 从而使其 以土 地面积不到 美 国总面积 的 5 ， 却占了美国灌溉总面积 的 2 0 以及地
14、下水灌 溉面积的 3 0 ， 并使这一地 区成 为目前美国最重要 的农 产区之一 L 6 J 。 干旱半干旱地区地下水除用于 日常生活和工农 业供水外， 还可以用于化学工业作为化工原料。如 哈萨克斯坦拥有大量高矿化度( 1 0 0 -4 0 0 g i ) 的水， 从中可以提 取各 种盐类和 一些 元素： 碳酸盐 、 氯化 物、 钾、 锶、 硼、 溴、 碘、 铷、 铯等 将目前被看作“ 无用” 的地下盐水和卤水变为“ 液态矿藏” 。 4 干旱半干旱地区地下水资源管理 有效的水管理将对缓解干旱地区的缺水 问题起 至关重要的作用n 。首先， 应颁布一些有关 的法规。 如限定含水层的抽水速率， 使之
15、在其安全产 量以内 以便恢复该含水层的天然状态和 防止水质恶化， 延 长地下水在这个地 区发展过程 中的使用性； 还可以 对不同部门现在和将来 的水需求 量加 以规定； 另外 可以采取 调整水 价格 的办法来解决 整体 用水情 况 等。其次在这些地区所有的水资源规划 中， 应考虑 水的保护、 水的有效利用和水处理技术的应用等问 题。在保护水方面， 各级部门都应采取比较经济的 注重环境的方式进行供水 如在干各 地区建造大坝 拦截洪水， 将水贮存 在地下土壤中。水的有效 利用 技术包括一些节水灌溉技术， 如滴灌、 中心枢纽灌 溉、 泡灌等， 这些技术能够城少水 的浪费和蒸发损 维普资讯 3期 易
16、秀： 干旱半干旱地区地下水问题 5 7 失。另外可以重新部署种植作物的类型 使 在相对 缺水的地方 水用于能产生更 大价值的方面。水处 理技术的应用 不但要处理 已污染的水 而且要在污 染物进入水源之前将其处理掉， 以防止水质 污染。 另外， 在干旱绿洲 区地下水的开发与管理中要慎重 处理水资源与生态环境的关系。绿 ll是干旱区特有 的生态系统， 也是重要的农业生产基地。 其重要特征 之一是对水的明显依赖性。因此干旱区不能以过量 抽取地下水为代价而盲 目扩大绿洲。 从而导致荒漠 化 应兴建- t t 地下水库、 绿色水库( 涵养水源林 ) 来 维持 自然绿洲 ； 调整农业和产业结构， 支持特色
17、农业 和高效农业 协 调“ 生态用水、 生活用水、 生产用水” 的关系， 发挥地下水资源优势 ； 建立健全灌溉制度， 合理施用化肥、 农药， 防止地下水 的农业非 点源污 染； 实行有偿用水， 将所收水费用于 以水为核心的生 态环境建设， 维护并扩大干旱区经济、 社会持续发展 的空间。 然而干旱地 区的水 资源管理不在于颁布水法、 水规， 也不在于掌握保护水资源的技术问题 而在于 这些法规、 技术 的实施 以及树立人们的环境意识等 问题上。如果这些问题不解决， 所有水 资源管理战 略也就成为一纸空文。因此干旱区水资源管理方面 的重要课题 就是政府政策的强烈决心和公众 的参 与 5 结语 在干旱
18、半干旱地区， 由于 自然水源的不足 人 口 的增长， 灌溉用水量 的增加 水质污染的加剧 水资 源方面投资资金的缺乏等因素， 使许多国家正面临 着严峻的水难题。这是人们不得不面对的现实。因 而在这些地区进行地下水资源勘查评价及有关水文 地质条件和特征、 地下水资源管理方面的研究 对保 证该地区社会经济的持续发展、 维护子孙后代的“ 水 安全 具有深远的现实意义。 参 考 文 献 1 J Ma a 【 J Wa t e r r s o u r c e a n d h y d r o g l o g yo f a r i d a n d 一a r i d 。 n s U】 P u l l s 。
19、c Ge o t F T ，1 9 8 5 ， ( 1 1 5 2 L IO y d J WS u m ma ri z e d O F t a ri d i t y a n d g mu n d wa t e r p r o b l e m s _ j Hy d r o b g i e al P r o c e s s e s ，1 9 8 6 ， f 1 ) ： 6 37 8 3 曲蚨林 中国干旱半干旱地区地下水赍源评竹( M北京： 科学 出版社 1 9 9 1 4 苑莲菊 武胜忠 干旱区地下水系挠一贺兰山西侧地下水系统 研究 M t 北京 ： 地质出版杜 1 9 9 6 【 5 J S l
20、 ee t s 1 E v a l u a t i o n g r o t md wa t e r s u p p l y i n a r id a n d s e n ti a ri d r e g io n s MJ P r o c e e d in g o f t h e S a h d F o r u m，1 9 8 9 【 6 J P l u e r J L wa t 盯r e s o u L $p r o b l e m s i n we s t A me r i c a J J Wa t e r Re S o l l r c e B u t i e ri Ft 1 9 9 4 ，
21、3 0 ( 4 ) ：1 4 61 5 7 【 7 j Ma h m x l Ah mWa t e r i Ft t h e Mid d l eE t a n d the N o r t hAf r i c a r e g io n s J ) Wa t e rI n t e r n a t io n a l I 1 9 8 9 1 4 ： 1 2 2 1 2 7 S o me Pr o b l e ms o n Gr o u n d wa t e r i n t h e Ar i d a n d S e mi a r i d Re g i o ns YI Xi u ( D e p a r t
22、 me n t o fWa te rR 啪 “ r a n dE n v i r o n m e n t En g i n r i n g ， C h a n g 4 Un i w e r s i t y 船 n ，7 1 0 0 5 4 ， 加 ) Ab s t r a c t On e t h i r d o f t h e a n d a r e a b e t o n g t O a r i e l o r s e mi a r i d r e g i o n s i n t h e wo r l d ， a n d ma n y c o u n t r i e s a b o u t
23、 a h a l f a r e i mp a c t e d b y s o me p r o b l e ms c a u s e d b y a r i d i t y i n c e r t a i n wa y s ， s u c h a s p r o s t r a t i o n o f a q u i f e r s d e t e r i o r a t i o n o f wa t e r q u a l i t y ， d ese r t f c a t i o n a n d s o i l s a l i n l z a t i o n o r a l k a l
24、i n i z a t i o n Ge n e r a t l y t h e re a re s e l d o m p e r e n n i a l r i v e r s a n d f r e s h wa t e r l a k e s i n a r i d r e g i o n s b e c a u s e o f l e s s p r e c i p i t a t i o n a n d s u r f a c e r u n o f f a n d s t r o n g e v a p o r a t i o n Ma n y c o u n t r i e s
25、 a r e f a c i n g a s e v e r e s h o r t a g e o f wa t e r a l o n g wi t h po p u l a t i o n g r o wt h ， i n c rea s e o f wa t e r c o n s u mp t i o n f o r i r r i g a t i o n ， a g g r a v a t i o n o f wa t e r po l l u t i o n ， d e f i c i e n c y o f i n v e s t me n t o n wa t e r rea
26、 o l l r E s e t c Th i s p a p e r a n a l y z e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e g r o u n d wa t e r r e s o u r c es， h y d r o g e o l o g l c c o n d i t i o n s a n d r e l a t e d h y d mg e o l o g i c i s s u e s o f g r o u n d wa t e r i n a r i d a n d semi a r i d reg i
27、o n s ， a n d a l s o d i s c u s s e s t h e p r e s e n t s i t u a t i o n o f u t i l i z a t i o n ， c o n t e n t a n d s i g n i f i c a n c e o f ma n a g e me n t o f t h e g r o u n d wa t e r r e s o u r ces i n a r i d a n d s e mi a r i d r e g i o n s Ke y wo r d s a r i d a n d s e r N a r i d r 。 n s ，g r o u n d wa t e r ，h y d r o g e o t c g i c e o n d i t i c m s ，ma n a g e r e n t o f wa t e r r e s o L E r o e 维普资讯