王思聰,戴長雷,張曉紅,祝巖石

(1.黑龍江大學(xué) a.寒區(qū)地下水研究所；b.水利電力學(xué)院，哈爾濱 150080；2.哈爾濱市磨盤山水庫管理處，哈爾濱 150001；3.正業(yè)勘測設(shè)計集團(tuán)有限公司，哈爾濱 150090)

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不同視角的三江平原地下水資源量分析與評價

王思聰1a,1b,2,戴長雷1a,1b,*,張曉紅1a,1b,祝巖石1a,3

(1.黑龍江大學(xué) a.寒區(qū)地下水研究所；b.水利電力學(xué)院，哈爾濱 150080；2.哈爾濱市磨盤山水庫管理處，哈爾濱 150001；3.正業(yè)勘測設(shè)計集團(tuán)有限公司，哈爾濱 150090)

不同部門長期以來多次對三江平原進(jìn)行地下水資源量的分析與評價工作，由于所處的視角不同，評價結(jié)果不同。對不同視角的三江平原地下水資源量進(jìn)行分析與評價既可豐富以往的評價結(jié)果，又可為相關(guān)機構(gòu)在今后進(jìn)行評價時提供借鑒。在分析相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，將評價三江平原地下水資源量的主要部門識別為水利系統(tǒng)、地質(zhì)系統(tǒng)和科研機構(gòu)等；通過比較分析確定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、計算范圍、計算分區(qū)、計算方案、計算參數(shù)共5個評價要素；通過綜合分析對不同部門關(guān)于三江平原地下水資源量的5個評價要素和評價結(jié)果進(jìn)行優(yōu)選，并為今后相關(guān)的評價工作提供參考；提出從“黑龍江中下游中俄跨國界含水層中的一部分”這一視角來分析這一問題的新思路。

地下水資源量；分析；評價；水利系統(tǒng)；地質(zhì)系統(tǒng)；科研機構(gòu)；三江平原

三江平原位于我國東北邊陲的黑龍江省東部，是我國的大糧倉，也是黑龍江省重要的商品糧基地之一。該地區(qū)分布著大量的沼澤濕地，構(gòu)成豐富多彩的景觀[1]。自新中國成立以來，不同部門先后多次對其進(jìn)行地下水資源量的分析與評價工作。然而，由于不同部門所處的視角不同，出現(xiàn)了不同的評價結(jié)果，同時也為了從其他的視角研究這一問題，因此有必要對不同視角的三江平原地下水資源量進(jìn)行分析與評價[2]。

1 不同部門的評價結(jié)果分析

在分析相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，將評價三江平原地下水資源量的部門主要識別為水利系統(tǒng)、地質(zhì)系統(tǒng)和科研機構(gòu)等并進(jìn)行評價結(jié)果分析。

1.1 水利系統(tǒng)

水利系統(tǒng)的三江平原地下水資源評價工作是在水文地質(zhì)調(diào)查工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，通過實地調(diào)查等方法來研究水資源的合理配置以及水資源的承載能力。其評價思路是從整個水資源量的角度出發(fā)，以地表水資源量為主，并將地下水資源量(主要指淺層地下水資源量)看作其中的一個要素，通過3水(降水、地表水、地下水)轉(zhuǎn)化的角度對其進(jìn)行研究[3-4]。水利部松遼水利委員會、黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院、黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計研究院等部門先后對三江平原地下水資源量進(jìn)行分析與評價工作，其中黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院的分析與評價成果較多。

黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院近年來多次對三江平原進(jìn)行地下水資源量評價[5-7]，結(jié)果見表1。

表1 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院評價結(jié)果

Table 1 Evaluation results of Heilongjiang Province Water Conservancy & Hydropower Investigation,Design and Research Institute

年份評價結(jié)果(單位:108m3)2002地下水總補給量70.32地下水可開采量55.942005地下水資源量85.56其中平原區(qū)地下水資源量67.04平原區(qū)地下水資源可開采量66.42山丘區(qū)地下水資源量24.47山丘區(qū)與平原區(qū)之間的重復(fù)計算量5.952013地表徑流量137.42地下水資源量82.94扣除重復(fù)量水資源總量181.43

1.2 地質(zhì)系統(tǒng)

地質(zhì)系統(tǒng)的三江平原地下水資源評價工作是在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查、資源調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，評價對象以淺層地下水為主，同時兼顧深層地下水，并且采用當(dāng)前國內(nèi)外先進(jìn)理論和技術(shù)方法分析地下水資源潛力與生態(tài)地質(zhì)環(huán)境特征。其評價思路是從水文地質(zhì)特征分析的角度出發(fā)，通過實地勘測等方式獲得第一手資料，從而對其進(jìn)行研究[8-9]。中華人民共和國國土資源部、黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院、黑龍江省904水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院等部門先后對三江平原地下水資源量進(jìn)行分析與評價工作，其中黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院的分析與評價成果較多。

黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院曾于2002年對三江平原進(jìn)行地下水資源量評價[10]，結(jié)果見表2。

1.3 科研機構(gòu)

科研機構(gòu)的三江平原地下水資源評價工作是在掌握水利系統(tǒng)和地質(zhì)系統(tǒng)第一手?jǐn)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，主要從農(nóng)業(yè)水資源配置、水資源生態(tài)承載力等方面進(jìn)行研究。其評價思路是通過建立數(shù)學(xué)模型、用計算機進(jìn)行數(shù)值模擬等技術(shù)手段，從一個更高的視角對其進(jìn)行研究[11-12]。黑龍江大學(xué)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、黑龍江省水利科學(xué)研究院、中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所等部門先后對三江平原地下水資源量進(jìn)行分析與評價工作，其中東北農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所的分析與評價成果較多。

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)付強教授研究團(tuán)隊主要是從農(nóng)業(yè)水資源配置的角度對三江平原進(jìn)行地下水資源評價。首先采用氣候傾向率、Mann-Kendall非參數(shù)檢驗、小波分析、地統(tǒng)計學(xué)、時態(tài)GIS進(jìn)行三江平原水資源時空變異特征分析，并采用基于K-means聚類算法的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和集合方法分別對降水量和地下水埋深進(jìn)行預(yù)測[13]。

中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所章光新教授研究團(tuán)隊主要是從水資源生態(tài)承載力的角度對三江平原進(jìn)行地下水資源評價。首先對三江平原水文要素演變特征和地下水—地表水轉(zhuǎn)化關(guān)系進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上利用水量均衡法與開采系數(shù)法對三江平原可開采量進(jìn)行計算研究，同時利用一階交換系數(shù)法對三江平原地下水及地表水建立耦合模型，為模擬不同地下水—地表水開采方案提供可靠支撐[14]。

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所對三江平原進(jìn)行地下水資源量的評價結(jié)果見表3。

表2 黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院評價結(jié)果

Table 2 Evaluation results of Heilongjiang Institute of Geological Survey

年份評價結(jié)果(單位:104m3)2002地下水補給資源量514522.93其中 垂向補給量338142.65其中降水入滲補給量277768.91渠灌水田回歸入滲補給量60373.74河流凈補給量58314.54沼澤濕地凈補給量72539.87鄰區(qū)側(cè)向徑流凈補給量45526.86地下水排泄量河流凈排泄量22402.12沼澤濕地凈排泄量13523.07地下水蒸發(fā)排泄量46369.87向鄰區(qū)側(cè)向徑流凈排泄量60730.70地下水可開采資源量371197.40

表3 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所評價結(jié)果

Table 3 Evaluation results of Northeast Agricultural University &Northeast Institute of Geography and Agroecology,Chinese Academy of Sciences

科研機構(gòu)評價結(jié)果(單位:108m3)多年平均地表水資源總量133.40 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)多年平均地下水資源總量85.03地表水和地下水的重復(fù)量22.70水資源總量195.73 中國科學(xué)院東北地理與多年平均地下水補給量65.16 農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所多年平均地下水排泄量81.75地下水可開采量46.54

2 對比分析

在分析相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，選擇基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、計算范圍、計算分區(qū)、計算方案、計算參數(shù)共5個評價要素進(jìn)行比較分析。

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的差異

水利系統(tǒng)關(guān)于三江平原地下水資源評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要側(cè)重于各項補給量(如地下水側(cè)向補給量、河流滲漏量、渠系入滲量、田間灌溉入滲量、地下水灌溉回歸量、降水入滲量、平原水庫入滲量、山區(qū)洪流入滲量等)和各項排泄項(如泉水溢出量、潛水蒸發(fā)量、側(cè)向流出量、農(nóng)業(yè)開采量、工業(yè)開采量、城鎮(zhèn)生活量、地下水補給水庫量等)[15]。

地質(zhì)系統(tǒng)關(guān)于三江平原地下水資源評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)除了各項均衡要素外，還有更詳細(xì)的地下水系統(tǒng)分析，包括含水層系統(tǒng)的劃分、區(qū)域地下水流動系統(tǒng)劃分、地下水系統(tǒng)特征與功能等方面[16]。

科研機構(gòu)關(guān)于三江平原地下水資源評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要是在水利系統(tǒng)和地質(zhì)系統(tǒng)第一手?jǐn)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上根據(jù)其自身需要篩選而成，如為進(jìn)行時間序列分析所選取的典型水文年份序列等[17]。同時，為了更好地進(jìn)行研究，也要有相應(yīng)的野外調(diào)查和采樣分析工作[18]。

2.2 計算范圍的差異

水利系統(tǒng)關(guān)于三江平原地下水資源評價的計算范圍一般指廣義的三江平原(也叫大三江平原)，東起烏蘇里江，西接湯旺河及牡丹江，南至大興凱湖及綏芬河，北界黑龍江，總面積10.57×104km2，包括黑龍江、松花江與烏蘇里江匯流的三角地帶以及倭肯河與興凱湖平原，占黑龍江省總面積的23%。其中平原區(qū)面積為5.85×104km2，占全區(qū)總面積的55.3%；山區(qū)面積為3.74×104km2，占總面積的35.4%；丘陵區(qū)面積為0.98×104km2，占總面積的9.3%[19]。

地質(zhì)系統(tǒng)關(guān)于三江平原地下水資源評價的計算范圍一般指狹義的三江平原(也叫小三江平原)，北據(jù)黑龍江，南依完達(dá)山，東傍烏蘇里江，西枕小興安嶺，中跨松花江，北、東與俄羅斯隔江相望，總面積4.51×104km2。與水利系統(tǒng)的計算范圍相比，不包括完達(dá)山以南的穆棱河—興凱湖平原以及所有的山區(qū)和丘陵區(qū)面積[20]。

科研機構(gòu)關(guān)于三江平原地下水資源評價的計算范圍根據(jù)其自身需要來確定，比較靈活。如撓力河流域地處三江平原的腹地，全區(qū)總控制面積22 459 km2，水文地質(zhì)單元相對完整，具備三江平原總體特征，可以作為三江平原地下水資源評價的一個典型研究區(qū)[21]。

2.3 計算分區(qū)的差異

水利系統(tǒng)關(guān)于三江平原地下水資源評價的計算分區(qū)主要按照地表水系進(jìn)行劃分，分為穆棱河地區(qū)(穆棱河、七虎林河、阿布沁河、興凱湖)、倭肯河地區(qū)(倭肯河)、安邦河地區(qū)(安邦河)、撓力河地區(qū)(撓力河、七星河、別拉洪河上游段等河流)、蘿北地區(qū)(梧桐河、嘟嚕河、蜿蜒河)和同撫地區(qū)(青龍蓮花河、濃江鴨綠河、別拉洪河)[22]。

地質(zhì)系統(tǒng)關(guān)于三江平原地下水資源評價的計算分區(qū)是通過計算網(wǎng)格的剖分進(jìn)行的。以行政分區(qū)(劃分到農(nóng)場)進(jìn)行計算區(qū)劃分，全區(qū)共劃分為47個計算單元。在此基礎(chǔ)上按每個計算單元均是邊長為800 m的正方形進(jìn)行橫向與縱向剖分，共剖分成154 048個單元，其中有效計算單元61 588個，總面積為39416.32 km2。一類邊界(河流)所占面積1 651.84 km2，有效計算單元2 581個；三類邊界(沼澤濕地)所占面積3 292.80 km2，有效計算單元5 145個[23]。

科研機構(gòu)關(guān)于三江平原地下水資源評價的計算分區(qū)一般是以佳木斯、雞西、鶴崗、雙鴨山、七臺河等行政區(qū)為單位進(jìn)行估算得到三江平原的地下水資源總量[24]?；蛘咴谒到y(tǒng)分區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更加精細(xì)的分區(qū)，以求得更加精確的結(jié)果[25]。

2.4 計算方案的差異

水利系統(tǒng)關(guān)于三江平原地下水資源評價的計算方案主要是采用水量均衡法。在各均衡計算區(qū)地下水資源量評價成果的基礎(chǔ)上，確定各水資源分區(qū)和行政分區(qū)的地下水資源量，同時對于山丘區(qū)和平原區(qū)要采用不同的計算方法計算地下水資源量。對于山丘區(qū)只計算各項排泄量，并以總排泄量表示地下水資源量(即降水入滲補給量)；對于平原區(qū)在計算補給量的同時也計算了排泄量，并進(jìn)行了補排平衡分析[26]。

地質(zhì)系統(tǒng)關(guān)于三江平原地下水資源評價的計算方案主要是采用數(shù)值模擬法。首先將水文地質(zhì)模型概化為非均質(zhì)各項同性、三維非穩(wěn)定流系統(tǒng)，并建立相應(yīng)的數(shù)值模擬模型；然后進(jìn)行源匯項數(shù)據(jù)整理，計算垂向補排量和地下水蒸發(fā)量并進(jìn)行模型識別；最后利用長系列的水文和氣象資料，計算了豐、平、枯水年各計算單元的地下水補給量和可開采量，進(jìn)而求得多年均衡條件下全區(qū)地下水可開采資源量[27]。

科研機構(gòu)關(guān)于三江平原地下水資源評價的計算方案是多種方法并用。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)付強教授研究團(tuán)隊采用系統(tǒng)預(yù)測方法，根據(jù)近60 a三江平原的水文和氣象資料進(jìn)行時空變異特征分析，然后分別用時間序列分析模型、GM(1,1)模型和基于集對原理的集合預(yù)測模型進(jìn)行預(yù)測，得到最終結(jié)果[28]。中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所章光新教授研究團(tuán)隊通過綜合運用水量均衡法、數(shù)值模擬法、開采系數(shù)法對三江平原地下水可開采量進(jìn)行計算研究，并且采用給水度及水位變幅的空間分布特征對其開采量的空間分布進(jìn)行了研究[29]。

2.5 計算參數(shù)的差異

水利系統(tǒng)關(guān)于三江平原地下水資源評價的計算參數(shù)較多地采用了氣象、水文、地下水動態(tài)觀測等資料，并利用多種方法計算，最后與經(jīng)驗值對比分析后確定。但是計算參數(shù)在具體計算中差別很大，給水度為0.05～0.2，彈性釋水率為0.003～0.05[30-31]。

地質(zhì)系統(tǒng)關(guān)于三江平原地下水資源評價的計算參數(shù)主要是通過模型識別。首先假定一組參數(shù)導(dǎo)入模型中，計算各觀測節(jié)點上各時段水位值，通過不斷修改參數(shù)，重復(fù)各時段計算，當(dāng)計算水位與實測水位的誤差“最小”時，認(rèn)為所給定的參數(shù)就是模型識別要求的參數(shù)[32]。

科研機構(gòu)關(guān)于三江平原地下水資源評價的計算參數(shù)一般是根據(jù)《水文地質(zhì)基礎(chǔ)手冊》中給出的相關(guān)參數(shù)，并結(jié)合當(dāng)?shù)孬@取的實測資料，通過參數(shù)分區(qū)最終確定各項水文地質(zhì)參數(shù)值[33]。

3 綜合分析

對上述不同部門關(guān)于三江平原地下水資源量的5個評價要素和評價結(jié)果進(jìn)行優(yōu)選，并為今后相關(guān)的評價工作提供參考。

在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)方面，因為地質(zhì)系統(tǒng)較水利系統(tǒng)和科研機構(gòu)有更詳細(xì)的地下水系統(tǒng)分析，并且在評價中也考慮到深層地下水，因此選取地質(zhì)系統(tǒng)的相關(guān)資料；在計算范圍方面，因為水利系統(tǒng)研究的范圍較地質(zhì)系統(tǒng)和科研機構(gòu)更為全面，因此選取10.57×104km2作為三江平原的面積；在計算分區(qū)方面，因為需要綜合考慮地下水、地表水、行政分區(qū)等因素，因此水利系統(tǒng)、地質(zhì)系統(tǒng)和科研機構(gòu)的相關(guān)資料都需要綜合考慮；在計算方案方面，要根據(jù)實際情況綜合借鑒水利系統(tǒng)、地質(zhì)系統(tǒng)和科研機構(gòu)的相關(guān)計算方案；在計算參數(shù)方面，因為地質(zhì)系統(tǒng)是通過模型識別而得的計算參數(shù)，較水利系統(tǒng)和科研機構(gòu)更加精確，因此選取地質(zhì)系統(tǒng)的相關(guān)資料；在評價結(jié)果方面，因為水利系統(tǒng)評價的次數(shù)較地質(zhì)系統(tǒng)和科研機構(gòu)更多且整體研究的精度較高，因此選取黑龍江省水利水電勘測設(shè)計設(shè)計院2013年的評價結(jié)果。

4 討 論

由于三江平原的北部邊界黑龍江與東部邊界烏蘇里江(同時也是中俄兩國的國界)屬于強開放邊界，存在跨國之間地下水與地表水之間交換量的計算。在以往對其地下水資源量進(jìn)行計算的過程中往往忽視了這一點，因此存在諸多爭論。從跨國界含水層的角度來說，三江平原也是黑龍江中下游中俄跨國界含水層的中國部分，該跨國界含水層是一個完整的水文地質(zhì)單元，對其進(jìn)行地下水資源量的計算誤差較小，進(jìn)而在以往的基礎(chǔ)上豐富三江平原地下水資源量的計算方案[34-35]。因此從“黑龍江中下游中俄跨國界含水層中的一部分”這一視角來研究這一問題，不失為一個有益的新思路[36]。

在這一問題上，中國地質(zhì)大學(xué)韓再生教授研究團(tuán)隊已經(jīng)對其進(jìn)行了初步研究[37]。黑龍江大學(xué)寒區(qū)地下水研究所俄羅斯遠(yuǎn)東水資源研究室自2007年2月成立以來一直致力于黑龍江中下游中俄跨國界含水層的研究，并將其分為7個水文地質(zhì)分區(qū)[38]。在此基礎(chǔ)上初步給出分析思路，即根據(jù)選定的該跨國界含水層中國部分(三江平原)多年平均地下水資源量和計算范圍計算出相應(yīng)的地下水徑流模數(shù)，然后通過水文地質(zhì)比擬法計算該跨國界含水層俄羅斯部分的地下水資源量，從而得到整個跨國界含水層的地下水資源量，進(jìn)而在基于該跨國界含水層的視角下進(jìn)一步對三江平原地下水資源量進(jìn)行分析與評價。

5 結(jié) 論

1)由于不同部門所處的視角不同，水利系統(tǒng)、地質(zhì)系統(tǒng)、科研機構(gòu)等部門對三江平原地下水資源量有不同的評價結(jié)果，主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、計算范圍、計算分區(qū)、計算方案、計算參數(shù)5個評價要素上。通過綜合分析對不同部門關(guān)于三江平原地下水資源量的5個評價要素和評價結(jié)果進(jìn)行優(yōu)選，選取水利系統(tǒng)的評價結(jié)果和計算范圍、地質(zhì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計算參數(shù)，并且綜合考慮水利系統(tǒng)、地質(zhì)系統(tǒng)和科研機構(gòu)的計算分區(qū)和計算方案，為今后相關(guān)的評價工作提供參考。

2)通過梳理相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，目前關(guān)于地下水資源量評價的分類很多。有按照以水均衡為基礎(chǔ)的分類法(三分法)，將地下水資源量分為補給量、排泄量、儲存量。也有按照以分析補給資源為主的分析法(二分法)，將地下水資源量分為補給資源和開采資源。因為沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同部門的評價結(jié)果很難直接比較，僅供參考。

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Analysis and evaluation of groundwater resources in Sanjiang Plain from various perspectives

WANG Si-Cong1a,1b,2,DAI Chang-Lei1a,1b，*,ZHANG Xiao-Hong1a,1b,ZHU Yan-Shi1a,3

(1.HeilongjiangUniversity,a.InstituteofGroundwaterinColdRegion;b.SchoolofHydraulicandElectricpower,Harbin150080,China;2.HarbinMopanshanReservoirManagementOffice,Harbin150001,China;3.ZhengyeSurveyandDesignCroupCompanyLimited,Harbin150030,China)

Various departments have analyzed and evaluated groundwater resources in Sanjiang Plain several times.However,there are various evaluation results due to the various perspectives.Analyzing and evaluating groundwater resources in Sanjiang Plain from various perspectives not only enriches the previous evaluation results,but also gives references to the related departments when they evaluate it later.On the basis of analyzing the related information,the paper identifies the main departments evaluating groundwater resources in Sanjiang Plain as water conservancy institution,geological institution and scientific research institution,etc.;it determines the five evaluation results as basic data,calculation scope,calculation partition,calculation schemes and calculation parameters by the comparative analysis; it chooses the optimal solutions from the five evaluation elements and the evaluation results by the comprehensive analysis and gives references to the related evaluation work later; it puts forward a new beneficial thinking from the perspective of “a part of the Sino-Russian Transboundary Aquifer in Heilongjiang Middle and Lower Reaches.”

groundwater resources;analysis;evaluation;water conservancy institution;geological institution;scientific research institution;Sanjiang Plain

10.13524/j.2095-008x.2016.04.053

2016-09-26；

2016-10-30

“十二五”國家科技支撐計劃子課題(2014BAD12B01-03);黑龍江省水文局科技項目(2014230101000811)

王思聰(1991-)，男，黑龍江哈爾濱人，助理工程師，碩士研究生，研究方向：水資源評價與管理，E-mail: hss_wangsicong@126.com；*通訊作者：戴長雷(1978- )，男，山東鄆城人，教授，博士，研究方向：寒區(qū)地下水及國際河流，E-mail：daichanglei@126.com。

P641.8

A

2095-008X(2016)04-0024-07