地下水资源承载力评价指标体系研究_牛琳.pdf

2023年第1期新 疆 有 色 金 属地下水资源承载力评价指标体系研究牛琳张会严文婕刘智超（江苏华东新能源勘探有限公司（江苏省有色金属华东地质勘查局八一三队），江苏南京 210007）摘要：地下水资源承载力一定程度上反应了区域水资源的供需平衡和地下水资源与社会经济结构的关系。本文回顾地下水资源承载力发展进程，总结地下水承载力特性，探讨现有评价指标体系研究特性和研究方法，以期为地下水资源承载力评价研究提供参考。关键词：承载力；评价指标；地下水0 引言水是人类赖以生存和社会经济发展必不可少的资源，尤其是淡水资源是提供人类日常生活和生命补给重要资源。其中地下水资源由于其水质好、分布广、不易污染等特性，被广泛的开发利用，尤其在许多地表水匮乏的城市，地下水甚至作为唯一的水源。据统计，全球的地下水资源储存量为全球水储量的1.69%，同时占淡水资源约30%，而其余绝大多数的淡水资源来源于难以开采利用的冰川和永久积雪，如此可见一斑地下水对人类社会的供给具有举足轻重的地位。根据自然资源部中国地质调查局发布的数据，全球地下水开采量自 20 世纪 60 年代的3120亿立方米增至2010年的9820亿立方米，增长了3倍多，而每年全球可更新的地下水资源量是25000亿立方米，由此可见全球的水资源量还是比较丰富的。但是由于地下水资源在时空上分布的不均匀性，且受到经济技术的限制，地下水资源的利用率低，加入人类污染和开采，局部地方的地下水资源补给关系遭到破坏，由于开采强度过大，面临水资源短缺的困难。“承载力”是来源于工程概念，其本意是指地基的强度对建筑物负重的能力，1921年帕克和柏吉思在人类生态杂志上率先提出生态承载力概念一词，用来表征某种特定环境下，个体存在数量的最高极限，随着社会科学的发展，如今，承载力一词广泛应用于环境、工程和社会经济等诸多方面。水资源承载力是指在现行的经济技术和社会发展水平条件下，以维护生态环境良性发展为前提，水资源合理配置高效利用条件下的最大人口容量，换言之就是要在水资源可持续发展的前提下，满足人均综合用水水平条件下的人口数量。水资源的可持续发展一定程度的与水资源承载力具有联系，以地下水资源承载力为目标，可持续发展为发展战略框架，构建地下水开发利用评价指标体系，对合理开发管理地下水资源有重要的实践意义。1 地下水资源承载力评价概述承载力最初的物理概念为，表示物体所能承受的最大不破坏荷载，由概念的发展后来在环境领域得到延伸，用来形容人口增长过程中与资源有限性存在的矛盾关系，评价环境、生态、资源的可持续性不被破坏时的最大开发容量。地下水资源承载力是在社会既存的经济技术水平条件下，地下水之源总量保持恒定，通过合理分配管理使得地下水资源最符合社会、经济与环境协调发展的开发模式，进而可以提供给工农业生产、人民生活和生态环境保护用水等最大的水资源开发用量。自上世纪50年代起国外就开始开展地下水资源开发利用规划，大力加强地下水资源的勘查和调研工作。上世纪70年代，美国通过了两项重要的水资源规划法案，成立水资源理事会，开展全国性的水资源评价工作。1977年在阿根廷召开的联合国世界水主题会，大会议通过的第一项决议就是在全球范围内开展一次专门的水资源评价活动。到了80年代国内由于系列水资源研究和社会经济发展需求的推动，也进行了一系列水资源调查项目，大大推动我国水资源评价的技术水平，这次水资源调查取得了丰硕的成果，期间出版了 中国水资源评价、中国水资源利用 等著作，同时得到各大流域和各省市区域的水资源评价和利用资料。之后在水资源调查的基作者简介：牛琳（1981-），辽宁锦州人，女，硕士研究生，副高级工程师，主研究方向为遥感地质、环境遥感和生态遥感。DOI:10.16206/ki.65-1136/tg.2023.01.024632023年第1期新 疆 有 色 金 属础上，由可持续发展理念，建立水资源管理的相适宜的水资源评价指标体系。地下水资源承载力是上世纪80年代我国学者提出来的概念，之后一直成为学术研究热点，目前关于地下水承载力的评价方法主要包括模糊数学法、生态足迹法、主成分分析法等等1-4。2 地下水资源承载力特性地下水资源承载力本身具有社会属性和自然属性，水资源承载力与社会经济技术水平和水资源量相关，基于以下三个特性：（1）动态性。水资源承载力的特性主要体现在其社会属性中，由水资源承载力的内涵可知，地下水资源承载力水平是一个在现有社会经济技术水平下的最大开采程度的评价指标，这个指标具有经济技术水平的限定的前提。地下水资源承载力的动态性与人类社会发展水平相关，不同的历史社会时期对应不同的地下水资源承载力，地下水资源承载力动态特性主要体现在两个方面。第一，不同历史进程时期开采技术不断发展，地下水资源的开采能力得到提升，总的开采量随着社会经济技术的发展而增加。第二，科学水平的发展使得开采技术有所提高，开采利用和管理水平也在进步，水的重复利用技术也得到提升，综合用水效率提高，单位用水量的产出更高，从而增加单位地下水资源承载力。另外不同历史时间段或者不同空间范围的开发条件和目标也不一致，总体而言地下水资源承载力具有动态特征。（2）有限性。有限性表示在特定的历史阶段，具体的开采条件和开采目的的条件下，地下水资源承载力的上限，一方面是社会因素造成的，另一方面是自然条件的局限性。具体来说就是，区域水资源量的有限性；社会经济水平的制约性；生态环境的束缚性。区域内可供开采的地下资源总量是有限的，虽然地下水的不断排泄和补给是不断进行的，但是 一旦开采量超过区域可更新量，则将破坏补给平衡。在现有的技术下能开采的地下水是有限的，且目前的技术下开发和利用水资源的效率是有限的。（3）不确定性。地下水资源的不确定性依然是其主体地下水资源和客体社会经济发展水平两方面影响。对于水资源仍有很多科学问题没有得到解决，流体的流动问题依旧是一个十分难以预测的科学难题，近些年虽然计算机科学技术水平得到大力发展，数值仿真技术成熟，关于水的数学流动方程的解析解只存在于少数的特殊的边界条件和简单的地质模型中，地下水的流动和赋存更加难以勘查，所以要完全弄清楚地下水的赋存、运移、补给和排泄是很难的工程和科学问题。另一方面，社会需求决定地下水的供给结构，人类社会是一个复杂的群体，人口、经济以及生态环境等发生的变化都会引起地下水资源承载力的改变，所以具有不确定性。（4）承载模式的多样性。承载模式的多样性取决于社会发展模式的多样性，社会的生产结构和发展模式是多形态的，不同地域的社会发展模式都取决于地域特性，例如草原地区和沿海地区的产业模式具有很大区别，而如果合理配置水资源适应不同地区条件下的社会发展模式也是地下水资源承载力研究的主要对象。3 地下水资源承载力评价指标设计3.1 地下水资源承载力影响因素地下水资源对人类的生活极其重要，反之人类的活动行为也影响水资源。人类社会环境和地下水所处的自然环境都是控制和影响地下水资源的重要因素。大致上可以划分为三个方面。第一：区域水资源特征。水质特征包括水资源总量、水质和水资源以及开发利用模式。不同污染程度的水资源利用方式不同。水资源开发利用模式，有工业、农业和生活用水的组别，水资源特性还包括了区域水资源总量和可更新水资源的范畴；第二：社会经济水平。展开叙述包括人口、生产力水平和社会消费结构；第三：区域生态环境。主要的影响因素如区域降雨量，森林覆盖率、环境水利用率等。研究水资源承载力的主要目的就是维护生态系统的可持续性发展。3.2 评价指标特性设计原则地下水资源承载力具有多样性、不确定性的特性，如何能对其做出全面、客观、正确的评价是一个长期被人们研究的问题，建设一套科学的评价指标体系，恰当的数学模型是解决该问题的有效办法。地下水资源承载力评价指标体系需要综合考虑社会和水资源所处的自然环境，选取的影响因子需具有代表性、独立性和重要性，评价结果要能够反应长期稳定的水资源承载力特征。根据查阅相关文献地下水资源承载力选取原则如表1所示。一个完整的地下水承载力评价模型应该能够反应区域水资源的供需平衡、承载力和发展潜力，要体现水资源的数量和资料利用效率，还要体现地下水642023年第1期新 疆 有 色 金 属资源和当地人类生活环境和社会经济间的综合情况。4 地下水资源承载力评价研究现状地下水资源承载力评价研究一直是学术研究热点，近些年的研究内容更加广泛，不同尺度范围的研究成果非常多。例如薛盼（2021）利用模糊综合评价法结合熵权法对山西省地下水资源进行评价研究，评价结果表示陕西省水资源承载力水平目前处于偏低水平5。王宏伟（2021）基于GSA-PP模型对本溪市地下水资源承载力进行评价，该算法模型具有较好的稳定性和计算精度6。尚建国（2011）对长武先地下水资源承载力进行计算服务于机井工程建设7。研究成果涵盖了省、市、县诸多研究尺度。另外研究角度也呈现多样化，有学者以林地区作为研究背景，探讨地下水质和市区漏斗背景下林区地下水资源和经济发展的关系8。还有学者以我国西南地区特殊的喀斯特地貌为研究特点，探讨岩溶条件下的水资源承载力的空间演变和差异性9。同时在研究法上也呈现出多样性和创新型，如突变理论、数值仿真以及各种新兴的数学模型都取得不错的效果。5 结语地下水资源承载力具有社会和自然双重属性，对地下水资源承载力评价具有实际的指导意义，目前对地下水资源承载力评价指标体系的研究包括了不同的研究尺度、研究角度和研究方法，所有的评价指标的选取应考虑科学性、综合性、可行性等原则。虽然目前的评价研究法众多，但在评价指标的选取上不尽相同，不同的研究区和研究方法得到的评价结果没有很好的比较性，不利于研究方法的深入和应用。参考文献：1苏荣.呼和浩特市地下水资源承载力研究D.华北水利水电大学，2013.2麦尔哈巴 麦提尼亚孜，瓦哈甫 哈力克.基于SD模型的吐鲁番地区地下水资源承载力理论研究J.中国农村水利水电，2015（08）:105-109.3邢旭光，史文娟，张译丹，谢金宇.基于主成分分析法的西安市地下水资源承载力评价J.水文，2013，33（02）:35-38.4王海宁，薛惠锋.基于系统动力学的地下水资源承载力仿真研究J.计算机仿真，2012，29（10）:240-244.5薛盼.基于模糊综合评价对山西省水资源承载力的研究C.中国环境科学学会 2021 年科学技术年会论文集（二），2021:104-109.6王宏伟.基于GSA-PP模型本溪市水资源承载力研究C.辽宁省水利学会2021年学术年会论文集，2021:47-51.7尚建国.长武县地下水资源承载力与机井工程建设思路J.杨凌职业技术学院学报，2011，10（03）:11-14.8刘英杰.绥化市北林区地下水资源承载力评价D.吉林大学，2020.9杨廷锋，龙华斌，吴显春，韩学阵.西南岩溶地区地下水资源承载力空间演变及差异研究以贵州为例J.国土与自然资源研究，2021（03）:31-34.收稿：2022-03-18原则科学性原则综合性原则区域性原则定性&定量原则可行性原则内容科学性原则表示选取的指标需具有明确的物理意义，指标需要具有明确的定义和可行的计算方法。综合性原则反映在构建评价指标体系的时候需要全面考虑各影响因素指标的作用，做到穷尽无遗漏。评价指标体系要能反应社会经济、人口基数、生态环境还有产业发展各方面的综合影响。区域性原则与地下水资源动态性特征相关，地下水资源需要划定评价区域，在相对稳定的范围内讨论水资源的承载力才是合理的，评价结果才具有长期稳定性。评价指标体系需具有统计性，通过科学的评价模型把重要的评价指标转换为评价结果，只有评价指标具有定性或者定量的特征，才能够通过数学公式进行描述，不同区域的地下水承载力评价才具有可比性。再精确的评价因子也要能够获取到才具有操作性，有的评价因素存在于理论之中，在实际操作过程不可获得，或者需要很高的难度测量获取，这类的因素的存在不利于评价工作的开展，所以在选取评价指标中还需要考虑可操作性原则。表1地下水资源承载力评价指标选取原则65