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水是生命之源

2019-11-27 8:30:42 来源:中国矿业报 作者:宋建新 刘可

泉水叮咚,小溪潺潺,河流奔腾,大海辽阔。

山泉汇成小溪,小溪并成河流,河流融入大海。

这些形形种种的水是从何而来呢?“黄河之水天上来,奔流到海不复回。”古人的诗词为我们很好地解释了这一问题:水从天而来。

作为全球循环的重要一部分,水循环承担着调节气候、平衡水资源分布、能量及物质传递、改变地表形态等多种重要作用。自然界中水的循环表现为两种形式:垂直运动和水平运动。其中,降水、入渗、蒸发以及植物蒸腾构成水的垂直运动,地表径流、地下径流以及大气中水汽在海洋与陆地间的输送过程则为水的水平运动。全球大气水分交换的周期为10天,水汽输送是最活跃的环节之一。

水循环过程

大气中的水以降水(雨、雪、冰雹等)的形式落到地面,除了直接进入江河湖海等地表水体外,一部分被地表覆被物(植被、建筑等)截留,并以蒸发的形式回到大气中,一部分入渗到土壤中进入地下,另一部分以地表径流的形式汇入到河流湖泊中。

植物在吸收土壤中的水分后,大多以蒸腾的形式将水汽释放到大气中。表层土壤中的部分水分以及地表水体中的水也会由于蒸发作用进入到大气中。受重力作用的影响,进入到地下的水以及地表形成的水体会根据地势的高低,由高处流往低处,形成地表径流与地下径流。

如此活跃的水在地球上的存在形式又是什么样的呢?一般可分为液态水、固态水、气态水以及结合水。液态水,我们经常见到,如蕴藏于地下含水岩层中的地下水;固态水,存在于高海拔地区或极端严寒区域,如高山上的积雪、南北极的冰川,以及高原冻土中存在的水;气态水,广泛存在于大气中,随着气流运输最终以降水的形式回到地面;结合水,亦称为束缚水或固定水,是指存在于溶质或其他非水组分附近的、与溶质分子之间通过化学键结合的那一部分水。

水资源现状

地球上千千万万种碳基生命的生存都离不开水。世界水资源总量约为138亿亿m3,其中97.47%是海水,淡水只占2.53%,且绝大部分为极地冰雪冰川和地下水,适宜人类享用的仅为0.01%。

截至2018年,全球人口约75.94亿,有超过10亿人生活在缺水地区,约1/4的人口面临“极度缺水”危机,到2025年将有多达35亿人面临缺水问题。曾经难以想象的水危机正在变得司空见惯。

据《2018年中国水资源公报》数据显示,中国的水资源总量为2.75万亿m3,地表水资源量2.63万亿m3,地下水资源量8246.5亿m3,人均水资源量仅为1968m3。供水总量为6015.5亿m3,占水资源总量的21.9%;地表水源供水量4952.7亿m3,占供水总量的82.3%;地下水源供水量976.4亿m3,占供水总量的16.2%。中国水资源总量占世界第6位,而人均占有量却居世界第108位,是世界上21个贫水和最缺水的国家之一,人均淡水占有量仅为世界人均的1/4。

我国水资源基本状况为人多水少、水资源时空分布不均匀,南多北少, 沿海多内地少, 山地多平原少。耕地面积占全国64.6%的长江以北地区水资源量仅占20%, 全国近31%的国土是干旱区(年降雨量在250mm以下),生产力布局和水土资源不相匹配,供需矛盾尖锐,缺口很大。全国600多座城市中有400多个供水不足,严重缺水城市有110个。随着人口增长、区域经济发展、工业化和城市化进程加快,城市用水需求不断增长,水资源供应不足、用水短缺问题必然成为制约经济社会发展的主要阻力和障碍。

如果把地球的水集中成一个水球,那么这个水球只有地球体积的约1/1000。

水文地质与水资源调查监测

为了更好保护及利用日益紧缺的水资源,保障用水安全,保护生态系统水环境,解决相关生态环境地质问题,开展水文地质与水资源的调查评价工作、掌握水资源现状至关重要。这项工作主要包括:

(一) 地表水与地下水监测

地表水监测:主要包括水文站点和水质站点(水质断面)监测,以及辅以遥感技术监测降水量、蒸发量、地表水体、地表径流量、水环境以及固态水体(冰川、雪盖)等地表水资源主要要素,在重点地区和地表水与地下水转化断面可适当补充地表水监测站点建设并开展流量、水位和水质监测。

水文站监测:利用在各个流域内已建成的水文站,通过观测水位、流速、流向、波浪、含沙量、水温、冰情、水质等,以及降水量、蒸发量、气温、湿度、气压和风等气象要素,查明河流、湖泊、水库等水体的水文、气象情况。

地下水监测:地下水监测即对一个地区选择有代表性的泉、井、孔等,按照一定的时间间隔和技术要求对地下水水位、水质、水温、水量等动态要素进行观测、记录和资料整理的工作。为了观测地下水位、水温、水量和水质等因素动态变化信息,各地专门设置了监测设施、均衡试验场等监测站点。我国地下水监测站点主要包括国家级监测站点、省级监测站点、其他监测站点等。

国家级监测站点的监测项目包括地下水水位、流量、水温、水质;省级地下水监测站点的监测项目以水位、水温、流量为主,有条件的地区适当补充开展水质监测。

(二)年度统测

地下水的年度统测旨在获取持续性的区域地下水位资料,分一般区与重点区部署不同密度的统测工作。一般区主要指地下水开采强度较小地区、无人区等,重点区主要指人口密集城镇区、主要经济活动区、地下水主要开采区及地质环境问题突出区等。统测点一般选取已有的监测井、民井、地下河以及泉点。

统测工作需覆盖流域内主要的平原盆地等重点区域,并控制主要含水层,工作程度高的地区还会开展分层水位统测工作。与地下水关系密切的河流、水库、湖泊等地表水体,也应同期监测其水位和流量。岩溶地区和丘陵山区则选择具有重要水文地质意义的地下河和泉点进行水位和流量监测。

(三)水文地质与水资源调查

水文地质与水资源调查即在对收集到的水量、水质、水生态、水资源开发利用等相关资料分析研究的基础上,开展的流域补充调查及野外核查。在这个过程中,要注重遥感、物探、传感器等新技术、新方法和新理念的运用,分别在完整的流域和重点地区开展调查。

流域水文地质与水资源的调查主要包括:水文测站核查、区域水文地质补充调查、水资源开发利用状况核查、土地利用核查、生态环境地质问题补充调查。

重点地区水文地质调查主要包括:包气带与含水层空间结构调查、水文地质参数计算与校核、地下水系统边界调查、地下水补径排条件调查、地下水动态特征分析、地下水化学特征分析、“三水”转化关系分析、地下水开发利用调查、地下水开发引起的生态环境地质问题调查、特殊类型地下水调查等内容。

由于地下水埋藏于地表以下,根据岩层性质的不同,其储存被分成多个层位。传统调查方法包括水文地质测绘、钻探、物探、野外试验、室内分析、检测、模拟试验以及地下水动态均衡研究等。

地下水监测井及保护装置

涡度相关监测塔

利用水文地质与水资源调查监测数据,按照流域分区及水文地质单元分区,开展水资源评价。评价内容包括水资源数量、质量和生态需水量。重点为近20年来水资源及其开发利用的新情势、新变化,梳理水资源短缺、水环境质量、水生态损害及地质环境等问题,系统分析变化环境下的水资源演变规律。

在地表水与地下水一体化监测和水资源调查评价的基础上,针对不同地区经济社会发展对水资源开发和国土空间规划的需求,开展重点地区水资源承载能力评价,提出水资源优化配置方案和国土空间规划建议,服务水资源确权登记、水资源可持续利用与保护。□

(作者单位:中国地质调查局地质环境监测院)

网站编辑:宫莉

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