干旱和半干旱地区水文地质研究现状

　　摘要：虽然我们生活的地球水资源占到71%，其中97.47%的海水，也就是咸水，不能直接利用，可以满足人类日常生活的淡水占地球总水量的2.53%，其中大部分是固体冰川，即分布在两极地区和中、低纬度地区的高山冰川，还很难加以利用。截至目前，可以供人类使用的淡水利用的淡水主要包括河流水、淡水湖泊水和浅层地下水，而它们只占到全球淡水总量的0.3%，是全球总储水量的十万分之七。因为水资源的匮乏，世界上近一半的国家都不同程度的受到了干旱问题的影响，所以干旱问题近年来一直是人们关注的焦点，也是地质研究的热点。

　　关键词：干旱半干旱；水文地质；研究

　　干旱和半干旱的问题已经日益成为阻碍世界发展的重大问题，越来越多的国家正在经受或者即将受到干旱。早在1952年联合国教科文组织就已经开始组织世界各国研究地壳的干旱带的水资源，在随后几十年里，各个国家对干旱地区的水文地质的研究并没有中断，并相继取得了一些成果。我国受干旱问题影响严重的地区主要集中在西北地区，包括陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆和内蒙古西部，这些地区是世界上比较典型的干旱、半干旱地区之一。为了缓解这些地区的干旱问题，我国从50年代就开始了西北地区地下水的研究工作，并相应开展一系列的水文地质普查和治理勘察工作。

　　一、干旱、半干旱地区地下水开发利用概况

　　1、国际方面地下水开发利用现状

　　地下水的开发利用从古至今都在沿袭，现如今的很多农民家庭都是自己打井，开采地下水供家人使用，但也由于水资源的逐渐短缺，地下水的水位也在下降中，导致井的深度越来越大。很多地方不仅开采地下水用于满足日常生活，还用来灌溉农田和绿洲，地下水甚至是全部用水的源头。有一个数字可以充分说明地下水的使用情况，利比亚、阿曼、巴林、卡塔尔等国100%的水来自于地下水，阿拉伯联合酋长国是77%，这个数字也充分说明了以上内容。因为每个国家的情况不同，对水的开采使用情况也不同，澳大利亚大自流盆地中在近一世纪开采的水量是350亿立方米，利比亚的库夫莱开采区50年从努比亚砂岩层中提取110亿立方米的水。地下水大规模的开采是有些国家石油及其有关工业发展的保障，不仅如此，还满足了农业、园林等方面的灌溉。

　　2、我国地下水开发利用现状

　　受特殊地理因素的制约，我国水资源分布极不均匀，由于气候和人类活动的影响，我国水资源形式在近几年发生了显著变化。为了维护人类正常生产生活，不得不大量开采底下水，数量显示，1980-2005年，地下水供水量从647亿立方米增加到1039亿立方米，年增长率1.91%，地表水的供量在同时期由3739亿立方米增加到4465亿立方米，年增长率0.89%。地下水大量开采使得一些地区出现了严重的生态和环境问题，由于环境污染导致的水污染情况也在日益严重，据调查，全国有40%的地下水质在不断恶化，直接威胁到了居民的日常饮水安全。

　　二、干旱区大型盆地的地下水研究所采用的模型

　　干旱区大型盆地的地下水研究采用两种模型，分别是迳流模型和滞流模型，前者认为水力存在连续性，是以水力连续性为理论基础，它的代表人物有加拿大艾伯塔研究委员会的J.Toth教授，他主要研究的是沉积盆地流体，包括古地下水，他主张的是区域水力连续性是岩体结构的表象特征，在特定的时间内，可测的时段里，如果盆地内任意一点的压力变化都能够引起另一点的变化，那么就可以认为地下岩体在这一时间尺度上具有水连续性。后者认为不存在水力连续性，所以是以水力不连续作为理论基础，其代表人物是以色列水文地质学家E.Mazor，V.Fridman和D.Gilad，他们通过研究澳大利亚自流盆地中的深部地下水、以色列内盖夫沙漠中的地下水以及以色列阿拉伯干裂谷中地下水，提出了滞流含水层模型，这个理论的提出或许可以开辟一个新的经济领域，其潜在的经济价值不可估量。这一理论的原理是滞流含水层中的地下水是一种非再生资源，不接触污染源，可用作紧急时期的供水源，另一方面，解压的滞流含水系统可作为存储空间储集回灌水、油或者气体，避免遭受不能控制的水力断裂的危险。

　　1、环境同位素技术的应用

　　1953年首次有了关于了解水分子同位素的研究报告，然而真正在水文学上提出运用同位素方法是在1961年的维也纳国际原子能签署的一次专家小组讨论会上。在之后的一段时间内，该技术在世界各国都得到了发展，处于领先地位的是欧美各国，前苏联和东欧一些国家也相继发展到了一定水平。我国在1980年的太原西山裂缝岩溶地下水系统研究和山西娘子关泉储量估算中开始研究了这方面的研究工作，到现在也得到了很大的发展。目前这一技术被国内外水文地质学家广泛地应用于干旱、半干旱地区的水文地质研究中，国内方面在运用方面是主要集中在干旱、半干旱地区地下水，尤其深部地下水的形成原因和机制，识别古地下水的补给来源，描述地下水流动路径及其可能发生的入渗、混合以及水-岩相互作用等问题。运用物探法找水的一个实际例子是在太行山东麓顺县的干旱问题，当时主要以电磁法为主，结果钻井证实物探推测的正确，底下水位深度为36m，孔深90m，获得的涌水量为60t/h。

　　2、包气带水文地质研究

　　包气带水开始于对土壤水的研究，从形态学的观点定性的描述分析土壤中的水分赋存特征和运动特征。20世纪初期，能态学的方法开始被引用到包气带水的研究中，Buckingham和Willard-Gardner分别在1907年和1921年先后采用能态学的观点研究了包气带水的运动。定义了总水势，并将饱和流的达西定律引入到非饱和流中，建立非饱和流达西定律是L.A.Richard在1928年对包气带水研究时得出的。在之后的一段时间，计算机的推广应用和各学科研究的交叉渗透，使包气带水的研究从基础理论到应用方法从定性分析到定量计算、测试方法以及不同条件下相应的数学模型的研究和应用都得到了发展。

　　随着包气带水文地质研究的不断深入，我国方面也在西北干旱、半干旱地区做了大量的包气带均衡实验工作，主要是为了观测沙漠地区大气降水等通过包气带向地下水的补给情况，并在各地建设了均衡试验场，比如甘肃宁夏的沙坡头、内蒙古包头等。国外从50年代开始用能量平衡和空气动力学方法研究凝结水、降露和蒸散过程，到现在的应用于土壤-植物-气连续体系(SPAC)水分迁移与变化规律的数值模拟研究，但因为在沙漠地区土壤水吸湿凝结及其动态方面并没有相关记载，所以在凝结水量和作用方面存在争议。《中国沙漠》在1998年的第三期中介绍了兰州沙漠研究所等单位1995在沙坡头地区完成的沙土水分吸湿凝结的观测结果，研究结显示沙土水分吸湿凝结是分为两个过程进行的。

　　三、结束语

　　本文通过叙述干旱、半干旱地区地下水的开发现状、干旱区大型盆地的地下水研究所采用的模型环境、同位素技术的应用以及包气带水文地质研究可以看出尽管在干旱、半干旱问题上人类有了很多的研究和成果，但是仍然不能够满足人类的活动需求，努力改变现状，积极开发新的研究理论是当前形式的一种必然导向。这一方面尽管我国方面也有一些自己的理论研究，但是由于我们的地位形式特殊，干旱问题也较为问题，所以在和世界其他国家吸取经验的同时还应该有所改变，正视我们存在的问题，比如西北干旱地区的突出问题包括地表地下水缺乏统一规划、深层承压水的开发方面几乎处于空白、对水资源的浪漫问题还是非常严重等，这些问题只是所有问题中的一部分，我们未来的研究方向旨在解决这些问题，为人类创造更好的生活。

　　参考文献

　　[1]武选民.干旱、半干旱地区水文地质研究现状[J].水文地质工程地质.2012（02）.

　　[2]王常明.干旱的吉林西部地区水文地质环境与土地盐碱化[J].长春地质学院学报.2013（01）.

　　[3]范志平.干旱和半干旱地区灌木下土壤“肥岛”研究进展[J].应用生态学报.2012（02）.

　　[4]王文科.面向生态的干旱半干旱地区区域地下水资源评价的方法体系[J].吉林大学学报.2013（03）.

　　张学东

关注读览天下微信， 100万篇深度好文， 等你来看……