德国对干旱区水资源的研究论文

一、大型沉积盆地深层地下水资源勘查与评价取得重要进展

在世界大多数干旱区下面，普遍分布着巨型的沉积盆地，如撒哈拉大沙漠盆地、澳大利亚大自流盆地、塞纳-内盖夫盆地等，其中蕴藏着非常丰富的地下水（一般为深层地下水）资源，并得到了广泛的开发利用。我国西北干旱区下面也存在着大型承压自流盆地。如鄂尔多斯盆地和黄土高原下面的白垩系承压自流盆地、柴达木盆地、塔里木盆地和准葛尔盆地。在这些盆地中，可能存在着丰富的地下淡水资源。由于深层地下水埋藏深且分布面积大，组成含水层的地质结构和岩石成分极其复杂，使深层地下水的评价受到了很大的限制。如何利用有限的资料对整个盆地内地下水系统进行合理的评价是对地下水研究者的巨大的挑战。主要进展有以下三个方面：

1.应用放射性重（锶）同位素研究沉积盆地中的古地下水

在深层地下水评价中非常有前景的同位素是放射性重同位素锶。可以根据锶同位素来获取与水成沉积物有关的地下水来源及其特征等重要信息。例如在埃及塞纳南部、非洲乍得地块中心、澳大利亚大自流盆地的补给区、美国内华达州亚卡（Yucca）山美国核废物和有毒废物处置场地研究基地、以及内华达州南部的灰草地区的深层地下水的研究中利用了重同位素锶获取了深层地下水补给来源和水-岩相互作用等重要的信息。

2.应用数学方法分析沉积盆地中地下水成因机制

尽管有关深部含水层的资料稀少，但有人还是尝试利用数学方法，对零散的多变量（如各种化学、同位素、岩性及构造等变量）加以整理，从中识别出与地下水有关的有用信息。以色列的教授首次将主成分分析（PCA）方法用于塞纳半岛（埃及）—内盖夫（以色列）沙漠地区下伏的努比亚砂岩中的深部地下水的研究之中。另外，以色列的等在对阿拉伯干谷南部干旱冲积盆地地下水的研究中使用了聚类分析法和混合单元模型。

3.沉积盆地中地下水成因的新观点及其现象学研究方法

学术界对大型沉积盆地中的地下水（尤其是深部地下水）的运移机制有不同的认识。根本的问题是：是否存在水力连续性的问题。近些年来，一些学者对普遍使用的径流模型用于深部地下水的研究提出了质疑。在1995年，以色列水文地质学家等人使用了滞流含水层的概念和现象学的方法来研究沉积盆地中地下水圈闭体的存在及其特征。指出地下水圈闭体不仅存在于古老的大型沉积盆地之中，还存在于小规模的较年轻的沉积层序中。有关滞流地下水圈闭体的普遍存在及其水文意义的讨论引起了水文界的广泛关注。这一研究不仅具有理论意义，还具有深远的现实意义。

二、先进的地下淡水勘探技术应用于干旱和半干旱地区找水

1.遥感和GIS技术

使用遥感与GIS技术能够快速进行物探详勘靶区的选址，准确地指导钻探工作。提高钻孔定位的成功率。目前在干旱区地下水勘探中，使用的遥感资料包括：陆地卫星专题成像仪图像、陆地卫星多光谱扫描仪（MSS）图像、陆地卫星定点仪（SPOT）数据以及各种比例尺的航片和航空雷达照片。例如，英国赫特福德大学的教授在加纳沃尔塔盆地应用遥感与GIS技术识别地下水开采有利地带的工作；瑞典查默斯理工大学的Per Sander和美国沙漠研究所的及共同在加纳沃尔塔盆地利用遥感与GIS技术进行了地下水勘探；德国的Eduard Boechk在布基纳法索佩尔戈地区进行有关西非结晶基底高流量钻孔勘探战略研究。

2.地球物理勘探方法

随着科技进步，许多物探方法得到不断的改进与完善，相应的解译技术也在不断地改进。从英国和一些欧美国家在非洲结晶基底地区找水的经验来看，综合使用不同的先进勘探找水技术，可以大大地提高勘探质量和钻孔定位的准确性。目前在干旱区找水所使用的成功方法主要有：磁测、甚低频（VLF）、电阻率测深（VES）、双线圈电磁法（EM）、超低空航测、激发激化法、核磁共振（NMR）和综合测井方法。

3.核磁共振

核磁共振找水技术是目前唯一可用于直接探测地形复杂区的很有前景的技术。它是原苏联科学院西伯利亚化学动力和燃烧研究所（ICKC）于80年代研制出来的。已成功地在俄罗斯、立陶宛、哈萨克斯坦和乌克兰得到应用。不少国家如澳大利亚（1990）、以色列（1992）、法国（1992、1995）和美国（1993）相继与ICKC合作，将核磁共振技术用于找水勘查。

随着小口径钻孔测井仪的广泛使用、测井数据的数字化及通用软件的推广，使得地球物理测井技术广泛用于地下水调查成为可能。美国地调局提出了一种专门用于地下水调查的综合测井解译方法和工作程序。作者通过在美国的伊利诺斯州和内华达州的三个实例研究说明了这种综合测井解译方法的有效性和灵活性。

干旱、半干旱地区地下水研究一直是水文地质界关注的现实问题，因为全球约1/3的陆地面积被划归为干旱地区（据联合国教科文组织1977、1979年资料）。通常认为年降雨量在0～50mm为极度干旱区，50～200mm为干旱区，200～500mm为半干旱区。世界上近一半的国家都不同程度地受干旱的影响，如中东、北非、南非、纳米比亚、澳大利亚中西部、南美的秘鲁、阿根廷、欧洲的西班牙、美国西南部和墨西哥北部、原苏联中亚等国、伊朗、巴基斯坦、蒙古以及中国的西北、华北地区干旱都比较严重。

由于干旱区的地表水源有限，水质又差，且时空分布极不均衡，因此，分布较广，不易因蒸发受损失，水量、水质相对稳定的地下水，就成为干旱、半干旱地区的重要供水水源，甚至有时起到不可替代的作用。但深层地下水由于补给有限，基本上属非再生性的水资源，且找水难度较大，因此许多干旱国家或地区十分重视加强地下水的勘查研究并取得了成效。

1）进展和突破

近几十年来，在干旱、半干旱区地下水资源的研究取得不少重要进展和突破。哈萨克斯坦编制了干旱区自流水和潜水预测图，发现和评价了70个自流水盆地和大量潜水，总面积达150×104km2；高质量地下水储存量达8×1012m3/a，其天然补给量为450×108m3/a，预测其可采资源为1960m3/s。在中东和北非地下水已成为该区最主要的水资源，如撒哈拉大沙漠盆地深部地下水储存量达15×1012m3/a，天然总补给量可能超过250×108m3/a，可灌溉70×104hm2沙漠土地。美国亚利桑那州60年中在该区各含水层中共采出2250×108m3的水，其中90%为深部地下水。澳大利亚大自流盆地中本世纪内已开采出350×108m3以上的深部地下水。伊朗抽出的地下水不少于1600～1700m3/s，灌溉着约250×104hm2的土地。一些阿拉伯海湾国家（如沙特阿拉伯、科威特、巴林、卡塔尔和阿联酋等）自50～60年代以来，所采取的地下水相当于其用水总量的70%以上。美国西南部的高平原区，包括8个州，从深部奥格拉拉含水层抽取的地下水，有95%都用来灌溉近447×104hm2的土地，使其成为美国最重要农业产区之一。

中国的西北、华北干旱、半干旱区属温带和暖温带，是世界中纬度干燥带的重要组成部分。这里的地下水成因有现代溶滤水和古代沉积水两种类型，以前者为主。现已查明西北干旱区地下水可采资源为470×108m3/a，仅占全国地下水可采资源总量的1/6，而西北地区面积约330×104km2，占全国国土总面积的35%。近年来在新疆塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区、宁夏南部山区、陕北能源开发区、内蒙古额济纳平原等地找到了可供直接饮用的优质地下水，获得干旱地区找水新的突破。

1996年第30届国际地质大会设有“干旱、半干旱地区地下水”专题讨论会，有不少论文讨论了干旱区地下水研究的总体战略思想以及利比亚、博茨瓦纳及中国的华北、西北等干旱区的研究实例。实例突出的是扩大干旱、半干旱地区井群采水效率的方法。但是干旱、半干旱地区地下水有其特殊的问题存在，需要从理论上、勘察技术方法上、合理开发利用等方面深入研究解决。

2）深部地下水的形成和评价问题

哈萨克斯坦水文地质学家结合他们的实践突破了原有对干旱区地下水形成理论的认识。按照以前沙漠区地下水为水汽凝结形成和原生（封存）形成理论，在沙漠地区只能形成储量有限的透镜体状水体。通过深入研究“查明地下水的主要补给区和补给源大部分位于潮湿的山区，成功地证实了自流水型和潜水型地下水径流和水资源是由大气降水渗透而形成的”。这一理论观点的突破为在沙漠区预测和查明大规模地下水储量奠定科学的基础。

在世界大多数干旱地区下面普遍分布有大型的沉积盆地，如撒哈拉大沙漠盆地、澳大利亚大自流盆地、塞纳－内盖夫盆地等。其中蕴藏有丰富的地下水。但对其运移机制有不同认识，即是否存在水力连续性问题。采用不同的水文概念模型，即采用径流模型（以水力连续性为基础），还是采用滞留模型（以水力不连续性为基础），其研究结果不同，其计算年龄可超过一个数量级。加拿大是第一个持有水力连续性观点的学者，法国，英国以及美国等水文地质学家亦以水力连续性作为基础研究沉积盆地的地下水。但在石油领域中一些学者，以以色列为代表的学者在1995年即提出，在地下深部，随着温度、压力、岩石压实作用的影响加大，不同含水层之间的相互联系几乎不存在，因此采用滞留（Stagnant）含水层的概念来研究沉积盆地中地下水的圈闭体。有关沉积盆地水力连续性及滞留含水层是否普遍存在的问题，直到今日仍是地下水理论与实践以及科学问题研究的主题和焦点。它涉及到干旱区大型沉积盆地地下水的评价、开采以及水资源的管理，它与较开放的浅部含水系统有很大的不同。

对干旱区深层地下水的评价方法目前有：①同位素方法。可研究地下水的形成机制、补给来源、流动路径及可能发生的入渗、混合及水－岩相互作用。如D、T、14C、18O、36Cl仍普遍用来研究地下水的补给机制。锶的同位素在深层地下水评价中逐渐显示出其重要作用。②数学方法。如以色列采用主成分分析法（PCA）、聚类分析法和混合单元模型等，对零散的多变量信息进行整理、评价和建立模型。③现象学方法。以直接观测和测定地下水系统的物理、化学、地质和水文等特征资料进行综合分析，可获得较全面的认识。

3）干旱区地下水勘探技术和管理

由于干旱区地下水埋藏深，找水有相当的难度。近年来勘探技术有了很大进展。如借助遥感与GIS技术来确定地下水开采有利地区，从而大大地提高了布井成功率。英国、瑞典、美国、德国都有成功的经验。此外，从英国和欧美一些国家在非洲结晶岩基底地区找水经验来看，采用先进综合性的勘探技术方法，如磁测、甚低频、激发极化法、电阻率测深、核磁共振（NMR）和测井方法等，亦可较快较好地找到地下水。

对于干旱区宝贵的地下水资源，如何合理科学地开发利用和管理，必须是在弄清水资源的分布规律和特征及对水资源作出正确的评价基础之上，否则将带来资源枯竭、生态环境和水质恶化等严重的不良后果。当前一些水文地质学家认为干旱半干旱区地下水资源科学管理的核心是加强能力建设。所谓能力建设是指“提高全民素质，动员社会共同参与的一个向决策层提供信息服务和必要的水问题科学宣传，向用户及群众提供科学普及服务并进行宣传教育，向水资源工作人员进行技术传授、培训和提高等各个方面工作的系统建设”。

在干旱地区为了扩大供水量，需修建一些地下水工程，如集水井、人工补给蓄水坝、池等。但联合使用、合理调配地表水与地下水是干旱区水资源管理的主要发展方向。

干旱区水资源高效利用方案论文

1农艺节水概述

农业节水是涵盖农业种植的选种、育苗、病虫害防治、灌溉等多个方面的技艺调整。首先，在选种上，一般会根据种植地区的气候条件、土壤条件来选择耐干旱、茎叶面积少、水分蒸发量小的作物。在育苗种植中，会通过土地调整、生长控制等办法减少水分需求。在病虫害防治与灌溉等方面，同样会通过调整传统农艺技巧或步骤达到节水的效果，并在使用以上农艺技术的基础上，不破坏农作物的生长，稳保农业产量上升，且农产品的品质、口感、营养成分等都会有所提升。例如，当水分灌溉恰好可以满足农作物生长所需水分，没有浪费和过分吸收，生产出来的农产品水分含量就恰到好处，其他成分相对提升，如糖分含量，农产品的口感和营养成分自然会有所提升，还可以防止水分淤积烂根的问题发生。农艺节水还具备很多其他的优势。耕作保墒、有机肥育肥、调整作物布局等都属于农艺节水技术。农艺节水技术的原理主要是通过技艺改良减少作物蒸腾作用，增加水分吸收和水分保留时间，减少土壤的水分蒸发和流失，并将其充分地传递给植物，按照植物供需给水，亦或是通过其他肥料的追施增加弥补水分吸收空白。农艺节水技术是真正意义上减少灌溉用水，是从不灌溉、少灌溉的层面来达到水资源高效利用的效果。

2农艺节水在干旱区水资源高效利用中的实施方法

现代农业的快速发展催生了农艺节水技术的发展。农艺节水技术是一种对设备依赖程度低、能源消耗极少的节水技术，其使用减少了干旱区农业节水灌溉的成本和能源消耗。

土地整理

土地整理主要是为了提高土地的保水性和水源输送效果。

平整土地平整土地适用于大部分的农作物种植节水，具体是否实施要看种植作物的习性。一般来说，需要对种植面积进行平整和坡度调节，平整是为了方便进行种植规划与保水，制造坡度则是为了提高土地的水源输送作用。

土地规划土地规划主要根据已经假设好的灌溉管道和水渠进行，尽量靠近管道和水渠，平均每组排水管道和水渠的土地面积，使作物能够均匀享受灌溉、水源滋润，对土地的调整还包括对面积、形状与方向的规划。

种植布局

根据农业种植需求，可以采用性能互补的作物种植方法，例如，耐旱作物与一般作物混搭种植，这样只需要按照一般作物的生长需求进行灌溉即可保证2种作物的良好生长，耐旱作物只需吸收一般作物的剩余灌溉水分就可以很好的生长和发育。还可以根据降水量分布、已有水利灌溉工程、地下水资源等进行种植布局的调整。

降低蒸腾、蒸发技术

干旱地区除降水少外，光照还非常强烈，全天光照时间长，水分蒸发作用强。针对这种情况，种植户可以通过加盖遮阳网、薄膜等方式降低水分蒸腾、蒸发作用。在作物选择上，一般选用针叶等叶面面积较小、保水性较高的作物，如芦荟、仙人掌等。在作物萌芽阶段，一般采用薄膜覆盖，减少水分蒸发，在作物生长中期，则采用遮阳网遮挡光照，减少蒸发。

垅间距与形状调整

土地平整并不适用于所有作物的种植，对于特殊的作物，如姜、芦笋等，可以采用高垅种植技术。以芦笋种植为例，宁夏地区的芦笋种植已实现良好发展。现代人们普遍采用高垅技术进行芦笋种植，高垅之间的沟壑和间距具有很好的输水作用，且芦笋扎根加深，高垅种植时，水分在垅间沟壑中流动，能够直接将水输送到芦笋根茎部分，吸收效率更高，很多深根农作物都可以采用高垅种植方法达到节水与高效用水效果。

有机肥的使用

有机肥的使用可以提高土壤中的.有机质含量，其中含有大量的糖类化合物、纤维素、半纤维素、木质素、含氮化合物、脂肪、树脂、蜡质和单宁等物质，其中的一些物质可以改变土壤性状，将其转化为团粒结构，土壤之间的空隙就会增大，在进行灌溉时，水分就可以深入到土壤底部，有利于土壤保水与植物根茎吸水，尤其是毛管水的形成极大地降低了水分蒸发。有机肥的使用不仅供应了植物生长的养分需求，还可以有效发挥蓄水、保水作用。

自然降水的利用

干旱地区的农业种植应与农业气象检测部门更为密切地结合起来，准确地预测未来的降雨天气，修建雨水蓄积工程，搜集自然雨水。同时，还可以根据降水预报调整农业灌溉，例如，在降雨即将来临前的一段时间内，可以适当减少人工灌溉，及时进行松土和其他保水、输水作业，提高自然降水的利用效率，减少灌溉用水。

3结语

在干旱地区，农艺节水技术应作为农业节水灌溉、实现高效灌溉的主推方式，通过改良农业种植技术进行节水、用水，保障干旱区农业生产的持续化发展。