陳崇希

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境地質(zhì)研究所，湖北 武漢 430074)

2016年9月1日，筆者應(yīng)邀在中國地質(zhì)調(diào)查局組織的相關(guān)會議上討論了《水文地質(zhì)調(diào)查規(guī)范(1∶50 000)》，本文是根據(jù)其部分內(nèi)容整理、補充而成。

1 關(guān)于“目的任務(wù)”

“目的任務(wù)”不僅要說明做什么，更重要的在于說明要解決什么問題，且要具體、有深度，以便服務(wù)于當(dāng)?shù)匾?guī)劃。為此“目的任務(wù)”可否提升為：“對區(qū)域地下水可持續(xù)開采量進行評價，定量預(yù)測不同開采-水利設(shè)施方案下(應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)匾?guī)劃)的地下水動態(tài)及環(huán)境影響?！鄙踔?，可否從技術(shù)經(jīng)濟層面也要求做出定量評價。

2 避免技術(shù)路線碎片化，《規(guī)范》的技術(shù)主線應(yīng)明確

《規(guī)范》涉及的技術(shù)方法包括：遙感、物探、抽水試驗、同位素和地下水?dāng)?shù)值模擬等。另外，在《1∶50 000水文地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)修訂工作方案(草案)》中提出“技術(shù)方法創(chuàng)新應(yīng)用的重點領(lǐng)域：多類型遙感數(shù)據(jù)解譯、航空與地面物探、地震(淺震、微震)、光纖、自動化實時監(jiān)測、無水快速鉆進、三維實時模擬等?！?/p>

上述兩處沒有回答一個與“目標(biāo)任務(wù)”有關(guān)的問題——“定量預(yù)測不同開采方案的地下水動態(tài)及環(huán)境影響”的核心技術(shù)方法是什么? 筆者認(rèn)為，核心技術(shù)是地下水?dāng)?shù)值模擬，只有它才可回答上述“目標(biāo)任務(wù)”提出的要求。就水文地質(zhì)調(diào)查而言，其它先進技術(shù)方法的應(yīng)用可采取“拿來主義”，雖然“應(yīng)用”中也得改進,甚至創(chuàng)新，但地下水?dāng)?shù)值模擬技術(shù)則不同，必需依靠水文地質(zhì)學(xué)科自身的發(fā)展才得以解決。因此，地下水?dāng)?shù)值模擬技術(shù)應(yīng)是《規(guī)范》的技術(shù)主線。

3 刪除不合時宜的理論概念

《規(guī)范》中包含過時的、錯誤的概念及理論方法——影響半徑穩(wěn)定井流模型。建議將有關(guān)的內(nèi)容全部刪除。例如：“含水層富水性”(P1，18，19，27等)，“可進行穩(wěn)定流抽水試驗”(P14)，“8.6.1.3 穩(wěn)定流抽水試驗全節(jié)(P15)”，“平均布井法”(P20)” 等。

4 “地下水可持續(xù)開采量評價”原則方法等有關(guān)問題

地下水可持續(xù)開采量評價是《規(guī)范》中的核心部分?！八牡刭|(zhì)調(diào)查目標(biāo)任務(wù)”有沒有完成、完成得好或不好，主要取決于這一部分工作。反過來說，水文地質(zhì)調(diào)查主要實物工作量的部署也是圍繞此節(jié)所建的模型而設(shè)計。

這一節(jié)從結(jié)構(gòu)到內(nèi)容，需討論的問題較多，歸納如下：

(1)什么是 “地下水可持續(xù)開采量”的評價準(zhǔn)則？這顯然是核心理論問題?！兑?guī)范》9.3.1.3e“可選用如下方法計算可開釆資源量”(P19)，“(1)補給資源量減去不可奪取的消耗量作為可開釆資源量”(P19)?！兑?guī)范》的評價準(zhǔn)則未指明來源。筆者建議將其改為順應(yīng)當(dāng)前國內(nèi)外主流觀點的地下水可持續(xù)開釆量評價準(zhǔn)則：“地下水可持續(xù)開釆量等于地下水補給增量與排泄減量之和”(以防止環(huán)境惡化作為約束條件)。《規(guī)范》的提法僅是后者的特殊情況，并非通用準(zhǔn)則。

(2)《規(guī)范》的9.3.1.3e(2)“已確定或新發(fā)現(xiàn)的富水地段，可利用群井抽水試驗或較長時間的單井開采抽水試驗所取得數(shù)據(jù)計算可開采資源量”(P19)。此方法基于Thiem“影響半徑穩(wěn)定井流模型”，當(dāng)然是錯誤的。

(3)《規(guī)范》的9.3.1.3 e(3)“有較長地下水開采歷史和監(jiān)測資料的地區(qū)，可采用地下水水位變幅穩(wěn)定時段的開采量作為可開采資源量”(P19)?，F(xiàn)實中，“地下水水位變幅穩(wěn)定時段”是不容易判斷的。有的在季節(jié)動態(tài)中存在似乎穩(wěn)定時段，但在年際尺度并未穩(wěn)定；有的在年際動態(tài)中存在似乎穩(wěn)定時段，但也只代表若干年的水平衡狀態(tài)，并不意味著長期穩(wěn)定。在曾以黑河干流中游盆地為例進行了1 000年尺度的數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)地下水的水頭變化在水源地開采之后200～400年衰減速率才明顯變小，到1 000年之后才接近穩(wěn)定。從此例大體可說明，我國地下水開采若以1950年開始計(那時開采量很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可持續(xù)開采量)，至今也不過60多年，很難說什么時候真正形成了穩(wěn)定狀態(tài)。

(4)《規(guī)范》的9.3.1.3e(4)“資料較少的地區(qū)，可采用比擬法等方法概略確定可開采資源量”(P19)?！八牡刭|(zhì)比擬法”出現(xiàn)在二十世紀(jì)五、六十年時代，這是我國尚未了解不穩(wěn)定井流理論及數(shù)值模擬的情況下不得已而采取的方法。經(jīng)過五十多年的科研、教學(xué)及應(yīng)用實踐之后，這一方法已被更有效的方法替代。因此，在《規(guī)范》中仍然保留“比擬法”是不妥的。

(5)《規(guī)范》的9.3.1.3e中“1)”是評價準(zhǔn)則，而“2)”、“3)”和“4)”卻是評價方法，不宜并列。

(6)“9.3.1.4 深層承壓水可利用量評價”“d)……采用平均布井法計算……”(P20)。此法基于“齊姆(Thiem)影響半徑穩(wěn)定井流模型”，嚴(yán)重錯誤，不可采用。

(7)9.3.1.1e“宜采用均衡法與數(shù)值法結(jié)合進行評價”(P19)。此提法不妥。均衡法不能夠用來做地下水資源評價，不能確定可持續(xù)開采量。水文地質(zhì)學(xué)中的均衡法很重要，但它是針對大區(qū)域而言。地下水資源評價，要預(yù)測地下水開采以后的地下水位和水頭分布，否則不能確定地質(zhì)環(huán)境是否惡化，也就不能評價可持續(xù)開采量。而要給出地下水開采以后的地下水位和水頭分布，則必須預(yù)測地下水開采條件下的補給增量(如河流等)和排泄減量(如泉、河流及地下水的蒸發(fā)等)，水均衡法是滿足不了這些要求的。所以，水衡法不能夠作為地下水可持續(xù)開采量評價的方法。

(8)9.3.1.3d“重點地區(qū)宜采用地下水水流數(shù)值模型計算可開采資源量”(P19)。一個地下水流系統(tǒng)，如果在“重點地區(qū)”用地下水水流數(shù)值模型計算可開采資源量，那“非重點地區(qū)”怎么辦?兩者如何銜接?

(9)9.3.1.1b“應(yīng)分別評價地下水……、可開采資源量、深層地下水可利用量……”(P19)。此提法不妥。“可開采資源量”是對整個含水系統(tǒng)而言，不應(yīng)再另立“深層地下水可利用量”。

(10)9.3.1.4a“水位下降不超過承壓含水層頂板作為約束條件”(P 20)。此約束條件提法的依據(jù)是什么？

(11)9.3.1.3c“地下水原本埋藏較深或近年來地下水位不斷下降的地區(qū)，應(yīng)以地下水位不再繼續(xù)下降、建立新的地下水位動態(tài)平衡為約束條件”(P19)。地下水可持續(xù)開釆量的評價已有“不發(fā)生環(huán)境惡化作為約束條件”，還有必要加此約束條件嗎？

(12)建議將地下水可持續(xù)開采量評價的主旨濃縮為下列幾點:

(a)地下水可持續(xù)開釆量評價準(zhǔn)則是“地下水可持續(xù)開釆量等于地下水補給增量與排泄減量之和”(以防止環(huán)境惡化作為約束條件)。

(b)地下水可持續(xù)開釆量評價方法是“地下水?dāng)?shù)值模擬方法(一般應(yīng)采用不穩(wěn)定三維流模型)”。

(c)約束條件是“不發(fā)生地下水環(huán)境(含生態(tài))惡化”。

(d)補充說明：

①地下水?dāng)?shù)值模擬的結(jié)果包括各項地下水補給量及排泄量的動態(tài)。

②環(huán)境是否惡化的判斷標(biāo)準(zhǔn)有海水入侵的水質(zhì)指標(biāo)、地面沉降的允許沉降速率和最大值、生態(tài)環(huán)境的適宜潛水埋深(水位)等，應(yīng)給出定量參考值，但要結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況而定。

5 關(guān)于“設(shè)計書編寫提綱”

建議“設(shè)計書編寫提綱”(P26)中增加 “水文地質(zhì)模型初步設(shè)計”一章。該章可置于第三章 “地質(zhì)、水文地質(zhì)”之后，內(nèi)容大體包括：

(1)模型基本類型：二維、準(zhǔn)三維或三維; 穩(wěn)定流或不穩(wěn)定流。在一般情況下，應(yīng)建立整個含水系統(tǒng)的不穩(wěn)定三維地下水流模型。

(2)模型范圍(水平與垂向)及邊界條件(要具體)。

(3)初步梳理涉及的水文地質(zhì)模擬要素，以便選擇合適的軟件或自己編制軟件需包含哪些模擬要素。為此，必須了解各個軟件的功能，確定它們能模擬哪些水文地質(zhì)要素?確定擬用軟件是否滿足提交調(diào)查成果的要求，會否會失真?

(4)模型識別的初始時間及參數(shù)反演時段，最好初定時間步長。

(5)最好初設(shè)預(yù)測時段，以考慮預(yù)測時段邊界條件及源匯項等所需的資料。

通過上述水文地質(zhì)模型初步設(shè)計可以判斷建立模型還缺少哪些資料，從而為本次水文地質(zhì)調(diào)查的實物工作部署提供依據(jù)。

從完善地下水?dāng)?shù)值模擬工作的角度，筆者進一步建議根據(jù)已有的資料進行初步建模識別。這樣做，有利于判斷為建立優(yōu)質(zhì)模型所欠缺的資料中哪些是主要的、哪些是次要的，從而使工作量部署更加合理，將有限資金用在刀刃上。