项目研究现状及发展趋势

2025-03-12 09:58:27

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回答（1）：

从世界范围看，干旱－半干旱地区开发利用地下水已有悠久的历史。尤其是最近几十年来，随着一些干旱－半干旱国家或地区社会经济的不断发展，用水量日益增长，从而促使他们加快了地下水资源勘查评价及有关水文地质工作的步伐，并由此取得了突破和进展。

地下水(包括深层地下水)资源的大量开发利用，一方面不仅保证了干旱地区人民的生活用水需求，而且有力地促进了干旱地区的社会进步和经济发展。另一方面，地下水资源由于受补给所限，尤其是深层承压水基本上是一种非再生的水资源，如果无计划或不科学地过度开采，将会带来一系列生态－环境地质问题，如导致含水层枯竭、水质恶化、土地沙化和土地盐碱化等，甚至还可能危及子孙后代的“水安全”和经济社会的可持续发展。有的国家或地区由于过度开采地下水资源，已开始出现地下水资源枯竭、水质变差、供水能力逐渐下降、土地沙化和盐碱化等严重问题。所幸的是，水的问题许多干旱国家或地区都已经意识到并采取措施开始着手解决这些问题，他们在不断加强地下水资源勘查评价的基础上，越来越重视地下水开发利用战略的制定与选择、地下水储蓄和调配工程的建设以及地下水资源的管理和立法，从而使地下水资源利用正进入到一个更加科学、合理的新阶段。

20世纪90年代以来，国际上关于区域沉积盆地地下水的赋存规律和运移机制有两种截然不同的观点:一是以水力连续性为基础的水文模型———径流模型;二是以水力不连续性为基础的滞留(Stagnant)模型，提出了“滞留含水层”的概念。

干旱区地下淡水勘探技术的进展主要表现在遥感技术与GIS的结合、不断完善的物探技术及其解译技术的计算机化。

总之，干旱区水文地质研究是水文地质学的一个重要研究领域，也是各国水文地质学家关注的热点之一，特别是20世纪80年代以来系统工程理论和方法的引入，同位素技术、遥感技术、计算机等的应用，地球物理勘探(磁法、核磁共振)、钻探水平的提高，大大推进了干旱区水文地质研究的发展。目前，许多国家日益重视干旱区水资源的持续利用，将地下水资源与生态－地质环境保护结合在一起进行研究评价。

为了满足我国国民经济发展的需要，从1956年起，地质部在河西走廊进行了1∶20万地质、水文地质综合测绘。与此同时，地质部水文地质工程地质研究所阎锡屿、段永侯等人，结合当时生产需要及我国12年科学规划，开始了我国干旱及半干旱地区水文地质条件的研究，并发表了有关重要的论著，阐明了我国西北内陆盆地山前冲洪积平原水平分带特征。1956～1958年期间，陕西、甘肃、青海、新疆等省、自治区相继建立了水文地质工程地质队，开始了1∶50万、1∶20万水文地质调查。水利部门和中科院系统也进行过许多与水土资源开发利用有关的考察和研究工作。具代表性的工作有:①甘肃省地质研究所范锡朋教授主笔的《甘肃省河西走廊地下水资源分布规律和合理开发利用报告》;②地质矿产部“七五”科技攻关项目“西北地区地下水资源评价及合理开发利用研究”;③1996～1999年，中国科学院兰州冰川冻土研究所国家“九五”攻关专题“黑河流域水资源合理利用与社会经济和生态协调发展研究”。

近20年来，随着系统理论分析方法的引入和同位素、遥感、计算机技术和先进物探手段等的应用，内陆干旱区的地下水勘查与研究得到迅速发展。通过“九五”攻关项目的整体研究，对上中下游兼顾，水资源开发与生态环境保护并重，地表水和地下水联合调度得到了更广泛的共识，取得了不少重要的成果，但很多方面研究深度还不够，尤其是一些可操作的实施方案尚待进一步研究。鉴于西北内流盆地水资源的形成、演化和分布规律，甚至水资源的开发方式及其存在的生态－环境地质问题都具有很大的相似性，在流域尺度上，开展西北地区典型流域水资源利用与生态－地质环境保护试验和示范工程的研究，将具有很好的代表性和推广应用的前景。

干旱地区社会经济－水资源－生态环境之间如何协调发展等问题，已引起了国际社会的广泛关注和高度重视。近年来，日益频繁的国际合作与学术交流为开展本项目提供了许多可借鉴的新技术和新思路。瑞士苏黎世工业大学水力学与水资源研究所(EHT)承担全球可持续发展项目Alliance for Global Sustainability(AGS)，与美国麻省理工学院和日本东京大学联合开发了水资源持续管理系统的模型和方法，特别重视农业用水和干旱区盐分的运移。同时新的环境同位素示踪技术(CFC，T/3He，稳定同位素)，与示踪元素和盐分运移耦合的水循环模拟，利用卫星影像识别蒸发强度，校验模型参数，确定水资源开发战略的优化方法在干旱地区取得了良好的效果。尤其是荷兰德尔福特(Delft)国际建设、水利与环境工程学院(International Institute of Infrastructure，hydraulics and Environment Engineering)和荷兰应用地学研究所开发的区域地下水地理信息系统(REGIS)，为地下水资源的开发与管理提供了有力的工具。

以色列是一个严重干旱缺水的国家，大部地区属于干旱或半干旱区，其中干旱区面积占国土面积的60%。水资源时空分布不均，北部和西部年均降雨量400～800mm，向东向南急剧减少，南部的内盖夫沙漠地区降水量在50mm以下;降雨主要发生在冬季(11月至次年3月)。以色列水资源的调控经验是:充分利用地表水资源，实施调水工程;充分利用边际水资源(污水、咸水、海水及暴雨洪水);在沿海平原含水层建立地下水库;从国外进口水;采用先进的节水灌溉技术;重视水资源的管理。其中北水南调工程把以色列唯一的淡水湖———北部的加利利湖的水引到干旱的南部地区，使南部的不毛之地变成了一片片绿洲，称为国家输水工程(National Water Carrier)。该工程于1964年建成并投入运转，输水管道包括地下管线、明渠、中继性水库和暗渠隧道。年供水量4×108m3。沿途设多座泵站加压，并吸纳全国主要地表水和地下水源，同时向外辐射出供水管道，与各地区的供水管网相连通，形成全国统一的调配水系统。这条输水管道不仅是主要的供水系统，而且还能接纳北部冬天和早春多余的水，向沿海地区的含水层补给水源，有效地防止因地下水位下降造成的海水倒灌。在沿海平原含水层建立地下水库。以色列沿海平原含水层储水潜力大，且其东部地区大部分含水层是未饱和的。以色列在沿海平原建立地下水库用于贮存冬季(或降水大的年份)多余的雨水、灌溉渗漏水及回收污水，在需要用水时，再抽出来使用。以色列的滴灌技术给农业灌溉赋予了新概念，为世界干旱区农业发展树立了榜样。该技术由计算机系统自动控制。相对于其他灌溉方式，滴灌是最有效的节水方法，水分利用率(WUE)可达95%，而表面灌溉只有45%，喷灌为75%。滴灌技术的采用使以色列的农业用水大大减少，可以腾出更多的水用于其他用途。

众所周知，美国水资源地区分布不均，西部地区气候较为干旱，年降水量不足200mm，最低的仅为50mm。中西部地区地下水受到严重超采，地下水位持续下降，引起了地面沉降、海水入侵等严重问题。美国对水资源的调控措施是:在西部干旱区修建引水工程;限制地下水开采量，进行地下水人工补给;重视废水循环利用;普遍推广农业节水灌溉;重视水资源的管理。为开发西部，仅1933～1943年联邦政府就批准兴建了34个灌溉与调水工程。加利福尼亚州南部地区原本是沙漠地区，年降雨量很少，在美国西部开发中，通过从科罗拉多河引水，供应加利福尼亚州南部地区的用水需求。20世纪50年代，加利福尼亚州进一步实施了北水南调工程，将加利福尼亚州北部的水引到南部，为南部地区的发展提供了坚实的基础。美国西南部亚利桑那州的盆岭地区极为干旱，建设了中亚利桑那工程(CAP)，该工程从科罗拉多河引水到亚利桑那州的盆岭地区，工程渠道总长540km，每年输水22×10⁸m³。

近十余年来，地表水和地下水联合调蓄与优化利用已成为流域尺度水资源科学利用研究的热点，国际上含水层储存与利用(Aquifer Storage and Recovery，简称ASR)研究越来越受到重视，而且得到广泛应用。美国佛罗里达州夏灌冬用，解决了冬季渡假用水不足;荷兰利用沿海沙丘区，用净化后的莱茵河水回灌沙丘含水层，再回采用于海牙和阿姆斯特丹两大城市供水，回采水量占到回灌水量的80%，并有效地控制了海水入侵;瑞士苏黎世市采用傍河取水—回灌含水层—再回采利用模式，使水源通过含水层再自净，既减少了化学处理费用，也杜绝了化学处理可能导致的二次污染，达到优质供水的目的。我国北方沿海城市利用河流盆地构筑地下水库，也取得了很好的效果。到目前为止，最难解决的问题依然是可供回灌的水量不足及可供回灌的时间有限，加之地下水补给过程中的气滞阻水，使多数回灌补给效率不高。

总之，流域尺度的水土资源利用、经济社会可持续发展、生态环境保护三位一体的综合研究和实践，越来越受到社会和学者的重视，已成为多学科综合研究与工程示范的热点问题之一。

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