GEF天津市地下水研究中应注意的几个问题（张晔,吕琳,柴雅彬）

摘要：本文介绍了GEF天津市地下水研究主要工作内容和方法，探讨了在工作中应该重视的几个问题。认为贯彻好资源节水观念，应用MODFLOW地下水模型和遥感技术，采取整合的工作方式是项目成功的关键。

关键词： 地下水 资源节水 MODFLOW地下水模型 压采

1概述

为了提高海河流域的水资源与水环境综合管理水平，真正减少渤海湾污染，改变水质恶化、地下水资源严重超采的现状,我们利用全球环境基金会（GEF）赠款开展海河流域水资源水环境综合管理项目。天津市作为项目区之一，要编制全市的水资源与水环境综合管理规划，在规划编制过程中，要开展六个专题研究来支持规划的编制工作，即水量研究、水质研究、地下水研究、再生水回用农业研究、非点源污染控制研究和水生态修复研究，本文涉及的研究课题——地下水研究即为其中之一。

2天津市地下水研究的主要工作任务

天津市地下水开发利用中存在诸多问题，如：（1）深层地下水严重超采；（2）咸水没有得到有效的开发利用；（3）开采布局不合理；（4）地下水受到污染；（5）地下水资源费偏低等。这些问题是水资源主管部门为了保障国民经济及人民生活急需解决的问题。GEF海河项目恰恰高度关注这些中国政府优先解决的问题，并且能够为此提供资金支持和技术支持。

2.1项目目标

综合分析天津市目前的地下水工程供水现状和地下水资源量、可开采量和超采量，为调整开采布局、合理开采浅层水、控制开采深层水提供科学依据。

逐步减少深层地下水的开采，到2020年地下水基本实现不超采。

通过研究，完善地下咸水、微咸水的开发利用技术，为天津市缺水问题提供更多的解决方法和途径。

2.2主要工作任务

GEF地下水项目引进海河流域其它地区以及国际一些先进的技术方法和管理观念（如ET管理等），主要完成以下工作：

（1）地下水资源量、开采量和超采量的校核；

（2）咸水、微咸水的调查利用；

（3）调整开采布局，制定地下水开发规划；

（4）提出地下水保护措施；

3做好该项目应特别注意的几个问题

3.1引进卫星遥感监测ET

在项目中，世界银行专家推荐利用国外已经有较成熟应用的卫星遥测ET技术，研究项目区水量供需平衡问题。 如SEBAL模型——用于计算大范围的陆面蒸发蒸腾（ET）的卫星遥感图像处理模型，其ET估算误差小于1％，据专家称有潜力推广成为水利部门广泛采用的水管理工具。

在地下水研究中，遥感ET可以用于从空间上量化地下水净开采量和超采量。

其中 Ingw为地下水净利用量，ETa为实际蒸散发，Pn为降水量，dwu /dt为土壤水分变化，Icw为灌溉用水量。

其中，ETa可以采用SEBAL模型根据NOAA AVHRR或Landsat TM计算得出。Pn可以从气象观测资料中摘录，dwu /dt可以根据两年的浅层地下水测量资料计算得出，Icw可以根据遥感影像和农田灌溉数据得出。应用遥感ET计算地下水净开采量，与传统方法有质的不同。在传统的流域水平衡方程式中，流域的蒸散发量是实测性最薄弱的环节，主要原因是：传统的蒸散发量的观测只能应用蒸发皿观测当地的水面蒸发能力，这只反映了当地的气候状况。而实际上，流域的下垫面情况是非常复杂的，不仅空间上千变万化，有农田，有森林，有水面，有荒地，有城镇……，时间上也随季节和人类活动影响经常变化，流域的实际蒸散发量按传统的经验方法几乎是无法得到比较确实可信的数据的。而水资源最大的损失又是蒸散发量。而卫星遥感观测ET技术恰恰能够在各种空间尺度上对地球表面上的蒸散发量进行测量，这解决了水资源研究中的一个关键的问题。首先：时间、空间尺度的变化，能够得到在时间、空间尺度上更细化精确的数据，而且是长时间的没偏差定量记录；其次：获得数据更便宜，真实、客观，最大程度地减少人为因素的误差。

笔者认为，ET更为有意义的应用在于管理和评估水利利用模式和生产力。它能精确地表述以下问题：水资源何时以及怎样被消耗？把遥感ET值和土地利用类型、作物产量结合起来，可以得到水的生产力变化。进而我们可以接着研究如何提高水的利用效率、如何使水资源以一种既定的体系来进行最优再分配、并最大地发挥体系的生产力。所以需要深刻地理解ET应用的价值，只有这样才能很好地把它贯彻到我们的地下水研究，尤其是地下水管理工作中去。

3.2资源节水基本概念的树立——地下水可持续利用的关键

在GEF项目中，强调需要树立起资源节水的基本概念。

在资源性缺水地区，从水量平衡的角度讲，资源节水量（或叫真实节水量）等于减少作物蒸腾蒸发量与其它不可恢复的水量之和。而我国传统的农业灌溉节水项目在取水量不变的情况下提高灌溉水利用率，没有估算真正减少了多少水的损耗量，简单地认为由于灌溉水利用率的提高所能多利用的水量就是节约的水量。其后果是水资源更加短缺，地下水超采严重恶化，生态环境遭到破坏，水资源不能持续利用。

在地下水超采区，首先要考虑减少不可恢复的损失水量，还应当考虑减少作物的蒸腾蒸发量，同时提高水分生产率。水分生产率是一个非常好的衡量资源利用状况或灌区的用水管理水平的指标，是指单位水资源量在一定的作物品种和耕作栽培条件下所获得的产量或产值。（单位是kg/m3或元/m3）。

资源节水更加注重管理、技术等综合的措施，投资小。却能比传统的投资较大的工程节水措施取得更加良好的效果。

3.3应用VISUAL MODFLOW地下水模型

随着计算科学和计算机的发展，地下水数值模拟技术得到迅速发展，该方法不仅可以解决地下水流和水量的定量评价问题，而且可用于解决地下水溶质运移、热运移和地面沉降等问题。地下水数值模拟模型的发展趋势体现为以下特点：（1）友好的交互式界面；（2）通用化：很多地下水模型软件可解决多种类型的地下水模拟问题，如既可解决一维、二维、三维问题，又可解决地下水流、水质运移或热运移问题；（3）前后处理的智能化，如计算区域的自动剖分、离散点插值、错误的自动检测、均衡计算、可视化表达等；（4）基于GIS技术。目前国外比较先进的地下水模型软件有Visual Modflow、GMS、FEFLOW、PMWin等。我们采用了Visual Modflow建立了天津市平原区地下水模型。针对天津市地下水超采、开采布局不合理的问题，优化天津市地下水资源开采方案，模拟不同开采方案条件下的地下水时空分布特征，预测地下水变化趋势，为天津市地下水可持续开发利用提供技术支持和决策依据。

4整合的工作方式

地下水研究作为GEF项目的一个底层支撑项目，不是一个孤立的研究项目。评价其成功与否除了考察它是否完成项目目标所确定的内容，还要考察它为整个项目作出了多大贡献。所以，在工作中要采取整合的工作方式，重视整个项目的协调，较少冲突和重复工作，避免采用不兼容的格式。例如：在建立地下水模型工作中要与整个流域的模型相一致，还要符合ET的管理模型，使数据相互兼容、相互支撑，成果能够共享。

GEF项目强调最大程度的纵向和横向一体化的结合。所以，在地下水工作中，应注重：第一，自上而下、自下而上的原则。即各项工作均有市-区县水利部门-各级用水户（团体和个人）的参与。第二，横向交流的原则。即水利、环保、城建等各个职能部门之间的交流与合作，通过横向合作，把因各部门职能及利益的冲突而带来的不利因素减少到最小。第三，与其它GEF项目的交流，学习和引进其他GEF项目的先进技术、管理经验和研究成果。

总之，GEF项目国内外专家推荐的各项先进的技术和工作方法的应用，是对传统的工作方式和思维方式的一次变革，我们应将这些先进的理念和方法融汇到今后的水资源科研和管理工作中去。

参考文献

[1] 地下水研究工作大纲，天津GEF项目办

[2] 利用遥感监测ET技术研究与应用，中国农业科学技术出版社

[3] 田园,论引进卫星遥感监测蒸发蒸腾量技术的必要性，北京工业大学

[4] 天津市地下水研究报告，龙脉水资源咨询中心。