地下水模型对地下水管理和保护的技术
分析
摘要：现阶段，我国地下淡水天然资源量占国内水资源总量的 1/3，受气候
变化和人类活动影响，地下水开采量占可采量比例持续增长，很多地区地下水处
于超采状态。

因此，在水利高质量发展的新阶段，亟须推出具有自主知识产权的
地下水通用模型，解决“卡脖子”技术问题，同时开展全国地下水模型应用推广，为加强地下水管理和保护提供技术支撑。

关键词：地下水模型；地下水管理；保护。

1 地下水资源的一般模式
除第四系浅层地下水外，地下水一般分为孔隙水、裂隙水和岩溶水，当前技
术条件下，位于砂岩、砾岩中的孔隙水和位于石灰岩、白云岩中的岩溶水是得到
较为广泛开采利用的深层地下水，裂隙水因为分布条件较为复杂，只在少数极端
缺水地区进行开采，多作为浅层水、孔隙水、岩溶水的交叉补给通道。

除极端干
旱地区外，绝大多数第四系发育地区，均会在第四系地层下部形成浅层地下水，
这部分地下水是地表植被的根系发育区域。

早期人类对地下水的开发过程，也主
要是对浅层地下水的开采过程。

具有岩溶地层的区域，岩溶地层本身具有一定的
阻水特性，但其可溶性容易形成暗河和岩溶湖等小规模岩溶结构。

中国西南地区
等因地下水埋深较大产生的缺水地区，重点在于对岩溶水的开采过程。

而砾岩、
砂岩、白云岩等产生的承压水可能沿补给通道上行，在地表形成承压泉。

通过对
上述地下水赋存模式的调查，可以形成基于地理信息系统（GIS）坐标系网格的
地下水储量及深度分布数据，但此数据并不能直接对区域经济发展赋能。

而需要
考察区域地下水开发体系，即分析该区域内的地下水开采利用能力，近期可实现
的地下水开采能力、中远期地下水开采规划，地下水循环过程中地下水的补给能力。

通过地下水赋存模式的调查，可以形成基于地理信息系统（Geographic Information Sys⁃tem，GIS）坐标系网格的地下水储量及深度分布数据，但此数
据并不能直接对区域经济发展赋能。

而需要考察区域地下水开发体系，即分析该
区域内的地下水开采利用能力，近期可实现的地下水开采能力、中远期地下水开
采规划，地下水循环过程中地下水的补给能力如图1所示。

本文结合上述问题给
出了评价模型，其地下水储量（可利用、预期可采、远期可用、不可采）因子、
地下水开采能力因子、地下水补给能力因子等共同构成了当地地下水资源的评价
指标。

图1地下水循环过程图
2 地下水污染物分类
地下水资源的脆弱性日益增加，使其不适于农业和家庭生活使用。

各种人类
活动，加上现有的水文地质特征均威胁到地下水资源。

除了已知的污染源以外，
其他因素，例如人口增加、气候变化、广泛使用的杀虫剂和化学肥料等，以及工
业化程度的提高，都对地下水资源构成威胁。

本研究拟根据部分不同类型的污染物，来简述地下水污染的来源、危害及其去除方法[1]。

2.1无机盐污染物
无机污染物是地下水污染物的主要污染物之一，包括盐离子、重金属离子等。

它们大多来自于地球化学环境以及因人为的采矿、冶金、工业废水、垃圾堆放填
埋等进入地下环境。

2.2 有机污染物
地下水中有机污染物的存在主要源于人类活动，如地下储存罐泄漏，使用的
废水污泥，非法和不当倾倒化学品，使用各种农药和肥料、杀虫剂，畜牧业或工
业排放等。

近年来，新的有机污染物（Contaminants，Docs），例如：抗生类药品、杀虫剂及其在环境中的转化产品，由于其高持久性、毒性和生物累积潜力，
已引起人类健康和水生生态系统的关注。

有机物污染源分为点源和非点源。

废水
源被认为是水环境中大规模有机物的重要点源之一，包括城市污水处理厂的排放、工业排放、意外泄漏和垃圾填埋等。

相比之下，非点源污染是由广大地区的污染
造成的，往往不容易确定来自单一或确定的来源。

在施用化肥和其他农用化学品
的灌溉地区，农业是地下水污染的主要非点源污染源。

2.3重金属污染物
2.3.1砷
砷在地下水中的存在通常与地球化学环境有关，例如来自冲积湖泊的盆地充
填沉积物、火山沉积物、来自地热资源的输入、采矿废物和填埋场等。

砷的人为
来源包括除草剂（甲基胂酸钠盐）、木材防腐剂（铬化砷酸铜）和工业活动，包
括金属冶炼、药物、杀虫剂、化学品和石油炼制。

由于富含硫化物的煤中存在少
量黄铁矿，因此燃烧煤也可能导致砷在空气中的存在。

化石燃料燃烧、冶金排放、水泥窑和化学制造工业也会向大气中释放砷。

2.3.2铁、锰
铁和锰在地下水中含量较高，常常相伴存在。

铁一般被认为对健康没有显著
的不良影响，但其形成的红色氢氧沉淀物往往会导致水色偏红或堵塞输水管道。

2.3.3镉
镉是地下水中最有害的微量金属之一，镉会在人体各个器官中累积，其水平
升高会导致肾小管功能障碍、骨软化和骨质疏松症，引起葡萄糖代谢紊乱、肺癌、心力衰竭和脑梗死。

镉主要以二价Cd2+阳离子形式存在于水相中，地下水中的镉
来源主要有两种，一是采矿区中矿渣，废水，其次是废弃的镀镉产品中造成的污染，通过土壤渗滤液渗透进入地下水。

含有镉污染的地下水灌溉植物会导致镉在
植物中积累，侵入食物链，经过生物放大作用，对最高营养级物种尤其危害巨大。

2.3.4汞
汞是一种有毒的重金属，其中Hg2+被证明是主要的有毒离子形式，能够对肺
部和肾脏造成损害。

在人为来源中，燃烧化石燃料占估计排放量24%，主要来自
燃煤。

2.3.5铅
铅是一种高密度、柔软的蓝灰色金属，是原子量最大的非放射性重金属。

温
度超过400℃时即有大量铅蒸气逸出，在空气中迅速氧化成氧化铅烟。

3 地下水模型对地下水管理和保护的技术措施
当前地下水新技术、新方法的开发主要由欧美发达国家主导，这些问题和我
们的基础相对薄弱有关。

新阶段通过科技创新加强地下水管理与保护，建立全国
尺度地下水模型是关键技术因素。

3.1 地下水模型技术方面
目前全国各重点地区都构建了地下水模型，但所用技术大都是国外模型且各
有不同，很难统一。

建议加快研发具有自主知识产权的地下水通用模型技术问题。

3.2 全国尺度地下水模型基础数据方面
构建模型需要大量的基础数据，如水文地质条件、地下水水位、地下水取用
水量等，一是建议水利部、自然资源部等多部门协调合作，基础数据共享，使模
型计算更加精确；二是建议加快推进国家地下水监测工程二期，在空间上提供更
紧密的地下水位监测，更好地服务于模型的构建与验证，模型也可以反馈监测工
程的实效性。

3.3 建立全国尺度地下水模型方面
我国地形复杂多样，水文地质条件差异性较大，然而全国重点平原和盆地区
位置分散，地下水系统各自基本不影响。

建议在重点平原和盆地分区建立模型，
再集成为全国尺度地下水模型。

结论
综上所述，地下水资源管理，要进一步加强地下水污染防治的制度建设，加大对地下水污染防治的投入，将地下水的开发利用与保护协调起来，才能实现水资源的可持续利用以及自然、经济、社会的全面协调发展。

参考文献：
[1] 李念春，张学强，冯泉霖，等.基于“承载基础-承载现状-承载潜力”模型的山东省地质环境承载力评价[J].西北地质，2021，54（01）：222-231.。