生態水文地質

㈠ 主要調查內容

CO₂地質儲存綜合地質調查主要調查內容包括基礎地質、水文地質、工程地質、生態環境與地質礦產調查五個方面，繼承性與綜合性較強，詳述如下。

（一）野外踏勘

野外踏勘的目的是從整體上對目標區碳源概況、社會經濟概況、地質概況進行了解，並對已收集的有關資料進行必要的驗證。

野外踏勘在已有資料和遙感地質解譯基礎上，以專題踏勘和初步擬定的多個CO₂灌注場地踏勘為主，觀察標准剖面、構造形跡及關鍵性地段，特別是對CO₂地質儲存管道鋪設、灌注設計有典型意義的地質現象進行觀察研究。詳細了解調查區有關人文、地理、氣候、交通等野外工作條件，為野外工作開展提供必要的地形、道路、物資供應、營地設置、安全保障等背景資料。另外，調查區內土地利用、人口密度和城鄉發展規劃等社會經濟因素資料。

參照《危險廢物填埋污染控制標准》（GB18598—2001）選址規定，CO₂地質儲存選址應符合國家及地方城鄉建設總體規劃要求；不應選在城市工農業發展規劃區、農業保護區、自然保護區、風景名勝區，文物（考古）保護區、生活飲用水源保護區、供水遠景規劃區、礦產資源儲備區和其他需要特別保護的區域內。選址時還應考慮當地有無國家重點保護植物和植被覆蓋率大小，不能額外地清除植被，影響植物固碳。此外，《中華人民共和國城市規劃法》（1989年12月26日中華人民共和國主席令，第23號）、《建設項目選址規劃管理辦法》（建設部、國家計委，1991年8月23日）、《建設項目用地預審管理辦法》（中華人民共和國國土資源部令，第42號）對規定建設項目選址均有明確的要求。因此，野外踏勘必須從宏觀上掌握調查區的基本情況，既能為下一步工作奠定基礎，又能淘汰上述不適合地區，遵循低碳原則。

（二）基礎地質調查

基礎地質調查以復核、校驗、修正前人成果為原則，調查路線以追索構造形跡和穿越地層界線為主，注重對已有岩心、樣品等實物資料的搜集和分析，必要時採用地球物理技術開展深部地層特徵的調查。遵循由表及裡，由淺人深，由疏到密，由已知到未知的原則部署各項工作，研究深度應達到有CO₂儲層或圈閉構造的底部，一般要求控制深度為800～3500m。在出露較好的地層開展實測工作時，做好各類岩石的取樣、送樣工作。原則上對地層逐層取樣，尤其對CO₂地質儲存主力儲、蓋層進行重點取樣，樣品數量和質量必須滿足各項實驗測試工作的要求。

基礎地質調查過程中，宜利用3S技術等先進技術方法開展「地形地貌－地層岩性－地質構造」統一調查的方法，同時能夠初步達到查明「圈閉－儲蓋層」調查目的。

1.地形地貌

調查地面高程及地貌單元間的接觸關系，研究地形地貌對CO₂地質儲存運移、泄漏的控制與影響。測繪中要以各種成因的微地貌調查為主，包括分水嶺、山脊、山峰、斜坡懸崖、溝谷、河谷、河漫灘、階地、剝蝕面、沖溝、洪積扇、各種岩溶現象等，調查其形態特徵、規模、組成物質和分布規律。同時又要調查各種微地形的組合特徵，注意不同地貌單元（如山區、丘陵、平原等）的空間分布、過渡關系及其形成的相對時代。

地形地貌的調查要充分利用遙感地質解譯成果，開展必要的地質調查驗證，能夠提高調查工作效率與准確率。

2.地層特徵

以多重地層劃分為基礎，通過研究各岩石地層單位的基本層序；較准確地描述沉積地層的組成、結構、變化和識別特徵，通過正式和非正式岩石地層單位的填圖，查明並具體表示其時空存在狀況、縱橫變化，以及與地質年代的相互關系，逐步建立和完善區域地層格架和區域地層模型；探討和闡明各岩石地層單位的形成環境、沉積作用、區域地質發展史與自然資源的分布規律。

對CO₂地質儲存具有特殊意義的儲層、蓋層岩層應單獨劃分，開展樣品採集與測試工作，進而確定主力儲、蓋層。沉積岩應記錄層序時代、岩性，顏色、粒度、成分、礦物組成、結構構造、孔隙和裂隙性、風化特徵、地層厚度和地層接觸關系等。對有利構造區與區域性儲蓋層，應用地球物理技術開展深部調查，查明區域性儲蓋層特徵，為儲蓋層與圈閉評價奠定基礎。在工程選址勘探井施工階段，也應補充開展儲蓋層地質調查。

在各類調查技術基礎上，根據層序旋迴地層學原理，運用露頭、岩心、測井資料和地震反射資料對作業區目標儲層進行綜合分析和描述，建立高解析度的層序地層格架，查明儲蓋層空間幾何形態和規模、岩石物性及非均質性特點，為目標靶區與場地選址奠定基礎。

（1）儲層

CO₂儲層與油氣儲層的基本地質問題相同（孫樞，2006），需要對潛在儲層的深度、岩性特徵、厚度、物性參數、非均質性和沉積相等特徵開展重點調查（刁玉傑，2012）。

（2）蓋層

蓋層封閉機理研究表明，只要某套岩層中流體的排替壓力大於注入下伏儲層中超臨界狀態CO₂的壓力均可作為蓋層。常見的蓋層主要為頁岩、泥岩、鹽岩、石膏和硬石膏等。良好的蓋層是實現CO₂長期、有效封存於地下的基本前提。

蓋層安全性調查主要內容包括岩性特徵、厚度和分布連續性、塑性及沉積成岩階段、斷裂發育特徵和蓋層封閉指數等，詳見本章第四節地質安全性專項調查。

3.地質構造

1）應用構造解析方法，對各種規模大小不等的構造變形形跡（包括褶皺、斷裂、韌性剪切帶以及各種面理、線理等）的產狀、性質、規模、位態及有關運動學特徵等資料進行詳細收集，查明其區域分布特點和組合規律；研究其構造層次及構造變形相，建立區域構造變形序列，為探討認識區域地質構造演化奠定基礎。

2）應用現代造山帶研究的理論和方法，開展對不同類型造山帶的地質調查。著重查清造山帶三維空間的物質組成、結構構造特徵，研究造山帶旁側盆地形成與發展演化的地層層序構築特徵和物源成分特點，為盆地、山脈轉變演化的研究奠定基礎。同時注意對卷人造山帶不同大地構造單元構造變形特徵進行系統調查，查明各類構造變形的運動學特徵，為建立造山帶形成演化過程中構造運動體制的演化轉變，探討造山作用產生的地球動力學機制提供依據。對造山帶基底形成階段、洋陸轉化階段、陸內造山階段和後造山隆升－剝蝕階段的物質建造、變形、變質特點進行系統調查，重塑其地質構造演化歷史。

3）對新構造運動的表現及特點進行調查，廣泛收集資料，研究新構造運動的時期和類型。地質災害多發地區，應查明引起災害的地質構造背景及具體構造部位。地震發育地區，應收集有關地震方面的資料，對活動性斷裂應盡量查明其延伸、規模、性質、產狀及運動學特徵，為分析研究區域地質災害規律和環境工程評價提供依據。

地質構造特徵是影響CO₂地質儲存地質安全性的主要因素，詳見本章第四節地質安全性專項地質調查。

（三）水文地質調查

水文地質調查目的是查明天然條件下地下水的形成、賦存及運移特徵以及地下水水量、水質的變化規律，以路線調查、測繪為手段，為CO₂地質儲存工程場地選址、運輸管線鋪設及運行期間提供地下水資源保護以及防治環境問題所需資料。水文地質調查以調查區所在的水文地質單元為對象，以控制地下水出露點及地表水體為原則。同時，應在資料搜集與整理的基礎上，對深部鹹水層的CO₂地質儲存條件展開調查。

水文地質觀測點應布置在地下水天然露頭、人工露頭、地表水體分布的地點以及對水文地質單元界線有控制意義的地點，不應平均布置。

1）調查地下水系統邊界條件，包括對區域性地下水系統的空間分布，外部邊界和內部邊界的類型、性質與位置，人類活動對邊界條件的影響。重點調查深、淺部地下水埋藏條件、含水層岩性、導水性及水力性質、地下水水質，各含水岩（組）物理性質、水力聯系及水化學變化規律，區域性隔水層的分布、埋深和厚度變化規律，深部鹹水體空間分布范圍、鹹水層與上部淡承壓水、潛水接觸關系與水力聯系，包氣帶的厚度、岩性、孔隙特徵、含水率及地表植被狀況等。

2）調查深、淺部地下水補徑排條件，包括補給來源、補給方式或途徑、補給區分布和補給量，地下水的徑流條件、徑流分帶規律和流向，地下水的排泄形式、排泄途徑和排泄區（帶）分布，以及不同含水層之間、地下水和地表水之間水力聯系。

3）對於區域儲水構造，調查充水斷裂帶和裂隙密集帶的導水性、深循環上升泉的分布、斷層脈狀水的富水地段，以及岩溶層的空間分布與富水性，鹽鹵水、地熱水資源分布等。調查管井、民井的位置、地面高程，井的深度、結構、地層剖面、開采層位，水位、水量、水溫、水質及其動態變化等。場地域內天然泉的類型、位置、出露條件、含水層、補給來源，以及泉的流量、水溫，水質，對於大泉（岩溶泉、溢出帶泉群等）應調查泉域范圍或主要補給區（或補給源）。

（四）工程地質調查

1.岩體工程地質

岩體工程地質調查，應在掌握區域地層及岩相變化的基礎上，突出岩體工程地質特徵的研究。要抓住岩體不同結構面及組合關系的分析，要注意研究那些連續性強和性質軟弱的結構面，同時應調查易溶成分及有機物，成岩程度及堅實性，岩石風化程度，不同岩性的組合關系等。調查地層的岩性岩相變化特徵，層理（平行層理、斜層理、波狀層理、交錯層理）和層面構造（波痕、泥裂、 縫合線等）特徵，結核、化石及沉積韻律，岩層間的接觸關系；碎屑岩的成分、結構、膠結類型、膠結程度和㬵結物的成分：化學岩和生物化學岩的成分，結晶特點、溶蝕現象及特殊構造（鱗狀、竹葉狀等）；軟弱岩層（頁岩、泥岩、岩鹽、石膏、白堊、泥炭、煤層等）和泥化夾層的岩性、層位、厚度及空間分布等。

2.地質災害

地質災害是指包括自然因素或者人為活動引發的危害人民生命和財產安全的山體崩塌、滑坡，泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質作用有關的災害（國務院令第394號）。地質災害易發區：是指具有地質災害形成的地質地貌條件和在自然、人為等營力作用下，容易產生地質災害的區域。

《地質災害防治條例》（國務院令第394號）和各省（自治區）地質災害危險性評估規程規定，在地質災害易發區內進行工程建設，必須在可行性研究階段或者在申請核准、備案前進行地質災害危險性評估。因此，在CO₂地質儲存工程實施前，必須委託有相關資質的單位對場地進行地質災害危險性評估，詳細調查方法本書不再贅述。

CO₂地質儲存宜選擇在場地地質災害易發性比較低的地區選址，同時參照《危險廢物填埋污染控制標准》（GB18598—2001）選址規定，CO₂地質儲存選址應處於一個相對穩定的區域，不會因自然或人為的因素而受到破壞；必須位於百年一遇的洪水標高線以上，並在長遠規劃中的水庫等人工蓄水設施淹沒區和保護區之外；場地的地質條件應符合下列要求：位於地下水飲用水水源地主要補給區范圍之外；地質結構相對簡單、穩定，沒有斷層；場地選擇應避開下列區域：破壞性地震及活動構造區；海嘯及涌浪影響區；濕地和低窪匯水處；地應力高度集中區，地面抬升或沉降速率快的地區；石灰岩溶洞發育帶；廢棄礦區或塌陷區；崩塌、岩堆、滑坡區；山洪、泥石流地區；活動沙丘區；尚未穩定的沖積扇及沖溝地區：高壓縮性淤泥、泥炭及軟土區以及其他可能危及填埋場安全的區域。

（五）生態環境調查

生態環境調查應嚴格按照《建設項目環境保護管理條例》中對建設項目的明確要求，執行調查工作程序、工作內容。根據所界定的環境敏感目標（表3-2），調查其地理位置、規模、與工程的相對位置關系、所處環境功能區及保護內容等。

表3-2 生態敏感目標一覽表

1）調查目標區生態狀況，珍惜動植物和水生生物的種類、保護級別和分布狀況、魚類三場分布等。

2）擬建儲存工程佔地情況調查，包括臨時佔地、永久佔地、列表說明佔地位置、用途、類型、面積、取棄土量及生態恢復情況等。

3）擬建儲存工程影響區域內水土流失現狀、成因、類型，所採取的水土保持、綠化及措施的實施效果等。

4）對於擬建工程影響區域內的《建設項目環境保護分類管理名錄》列舉的需特殊保護地區、生態敏感與脆弱區、社會關注區，提供適當比例的保護區位置圖，註明工程相對位置、保護區位置和邊界。工程影響區內的植被類型、數量、覆蓋率的變化情況。如需進行植物樣方、水生生態、土壤調查，明確調查范圍、位置、因子、頻次，並提供調查點點陣圖。

（六）地質礦產調查

蘊礦狀況亦稱壓覆礦產資源，是指因CO₂地質儲存工程實施後導致礦產資源不能開發利用的現象。但是建設項目與礦區范圍重疊而不影響礦產資源正常開採的，不作壓覆處理。礦產資源是指國家規劃礦區、對國民經濟具有重要價值的礦區和《礦產資源開采登記管理辦法》附錄中34個礦種的礦床規模在中型以上的礦產資源。

1.地熱、油氣、煤炭等礦產資源

調查地熱、油氣、煤炭等礦產資源時空分布規律，並調查采空區的范圍、深度等特徵。在垂向上對CO₂地質儲存可能壓覆的礦產資源資源進行調查評價；在水平方向上，通過資料搜集、礦權登記查閱對相鄰區塊各類資源進行了解。

2.其他礦產資源

1）對已經或正在普查的礦床（點），應搜集礦床地質評價方面的成果資料，進行綜合研究。為了掌握礦床特徵，應選擇典型礦區進行現場觀察。

2）對新發現的礦點、前人研究程度較差的礦點和群眾報礦的礦點要進行調查：①進行地表地質調查和追索，了解礦點（體）及含礦岩系（體）的地表分布范圍和地質條件；②了解含礦岩石（體）的含礦性及礦石質量；③提供進一步工作的依據和意見。

3）對區域成礦特徵有代表性的國家急缺礦種的礦點要進行重點檢查或評價。重點檢查的礦點，視工作需要對有代表性的礦體用輕型山地工程進行揭露，了解其延展情況，圈定出露范圍，系統採集各類樣品，了解礦石質量；圖上應詳細填繪有關礦產內容。

㈡ 地質統計學理論在水文數值模擬中的應用

邢永強¹李金榮²楊振放²

（1.河南省國土資源科學研究院，鄭州 450016；2.鄭州大學環境與水利學院，鄭州 450001）

《安徽農業科學》，文章編號：0517-6611-(2007)-14-04101-02

摘要 在地下水資源評價中，用數值方法進行水流模擬時，需要給出每個節點上含水層底板標高值。將地質統計學應用於空間分析學科，已被越來越多的學者所利用。文中著重闡述了地質統計學的基本原理及它們在含水層底板標高估值中的應用，通過計算結果可以得出克立格方法是進行含水層底板標高估值的空間最優估計方法。

關鍵詞 數值模擬 區域化變數 變差函數 克立格方法

人類的各種活動使地表水或地下水的水質和水量發生很大的變化，因此為保護水環境我們需要進行水資源評價。水流模擬是水資源評價的一個核心內容，往往採用有限元或有限差分法（李俊亭，1989）進行評價，但是由於實際條件的限制，我們掌握的節點數據往往是有限的，因此需要根據已知點的數據來求未知點的資料信息。傳統的插值方法是根據已知測量值按人工線性插值查出其他節點上的變數值，其速度慢且精度低，況且沒有考慮研究對象的空間變異性，而地質統計學中的克立格方法正好克服了這一缺點（孫洪泉，1990）。

克立格方法最初是由南非礦山地質工程師D.G.Krige（克立格）於1951年提出並以他的名字命名的方法，隨後由法國學者完善並發展形成目前的地質統計學理論（孫洪泉，1990）。地質統計學最早應用於脈狀礦山品位、儲量研究；隨著研究的深入，該方法廣泛應用於礦產資源評價、鑽探工作、采樣工作；另外，還應用於化探、冶金、土壤（李恩羊等，1989）等研究領域。20世紀80年代之後，克立格方法在水文地質學領域得到了廣泛應用（許多項，1993）。李金榮等（2003，2002）採用克立格法對含水層底板標高進行估值，得出克立格方法是對空間變數進行估值的一種較好的方法。

1 地質統計學的基本理論

1.1 區域化變數

區域化變數理論是地質統計學的理論基礎。它的定義（孫洪泉，1990）是：以空間點x的3個直角坐標x_u，x_v，x_w為自變數的隨機場Z（x_u，x_v，x_w）=Z（x）稱為一個區域化變數。區域化變數在觀測前，可以看做是隨機場；觀測後就得到Z（x）的一個實現，每一個實現Z（x）就是一個普通的三元實函數（或空間點函數）。它的顯著特徵是具有隨機性、結構性。

含水層底板標高可以看成是區域化變數，它具有隨機性和結構性。所謂隨機性是指空間點x固定後，Z（x）為一隨機變數，所謂結構性是指不同點x與x+h 處的 Z（x）與Z（x+h）之間具有空間相關性。

1.2 變差函數

變差函數是克立格方法計算的基礎。它描述區域化變數的空間結構性，也描述其隨機性。我們把區域化變數Z（x）在x和x+h兩點處樣本值之差的方差之半定義為Z（x）在x方向上的變差函數（又稱變異函數），記為γ（x，h），即

環境·生態·水文·岩土：理論探討與應用實踐

實際工作中我們用實驗變差函數γ^*（h）的公式計算：

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式（2）中N（h）為相對於空間向量h、區域化變數Z（x）變異的統計點對數。對於不同的h可計算出相應的γ^*（h）值。

為了對區域化變數的未知值作出估計，還需要將實驗變差函數擬合成相應的理論變差函數模型。擬合的模型有多種，其中常用的模型為球狀模型（孫洪泉，1990）：

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式中：C₀為塊金常數，由微觀結構變化和觀測誤差所決定的一種隨機變化成分；C為拱高，Z（x）結構變化的最大值；C₀+C為基台值，反映一定方向上Z（x）結構變化與隨機變化的總的變化幅度；a為變程，反映Z（x）變化的影響范圍或變異速度。

1.3 克立格方法

從數學上講，克立格法是一種對空間變數分布數據求最優、線形、無偏內插估計量的方法。它是以反映變數空間結構特徵的變異函數為基礎，以取得估計方差最小為目標，在無偏性約束條件下求優的一種估計方法。無偏性消除了系統誤差，估計方差最小則表明有較高的精度，所以稱最優估計。從水文地質角度講，它根據已知觀測點上水文地質變數（本文中針對含水層底板標高）的實測數據，對水文地質變數進行結構性（變差函數的模型確定）分析之後，為了對待估點作出一種線形、無偏、最小方差的估計，而對周圍已知點的測量值賦予一定的權系數，進行加權平均來估計待估點水文地質變數的方法。

令區域化變數底板標高為B，設位於x₀點處含水層底板標高變數的待估值B^*（x₀）是周圍全部已知的測量值B（x_i）（i=1，2，…，n）的線形組合，則：

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式中：λ_i為克立格權系數（i=1，2，…，n）；n 為已知觀測點總數。

式（4）中待定權系數λ_i（i=1，2，…，n）的確定應滿足無偏性條件和最優性條件，才能保證估計量B^*（x_i）的線形、無偏、最優估計。

假定區域化變數底板標高B滿足本徵假設（孫洪泉，1990），即

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（1）根據無偏性條件

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經推導可得

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（2）根據最優性條件（即估計方差最小條件）

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欲使得式（8）估計方差

在滿足無偏性條件下達到極小，就要利用求條件極值的拉格朗日乘數法，即要求：

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達到極小時的諸λ_i（i=1，2，…，n）和μ。式（9）中F是n個權系數λ_i（i=1，2，…，n）和μ的（n+1）個元函數；μ 是拉格朗日乘數。

令

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由此推導可得普通克立格方程組：

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式（11）共包含了n+1個方程，可求解出n+1個未知的λ_i（i=1，2，…，n）和μ。

根據求出的λ_i（i=1，2，…，n）和μ，則可得到普通克立格方差表達式：

環境·生態·水文·岩土：理論探討與應用實踐

值得注意的是，式（11）和式（12）均只取決於變差函數及信息點與待估點之間的相對幾何特徵，而與信息樣品數據B（x_i）（i=1，2，…，n）無直接關系，故它能夠預測估計精度。

最後根據求出的λ_i（i=1，2，…，n）和μ，根據式（4）可計算出任一點的含水層底板標高值B，根據式（12）可得出任一點的估計方差。

2 應用

以陝西省咸陽某一水源地地下水資源評價為例。該研究區處於沖積平原上，評價的目的層為第四系含水層。用有限元法對該區地下水進行數值模擬，採用不規則三角形網格剖分，將全區剖分成674個單元，共382個節點，總面積為203km²（圖1）。根據野外實測資料，取得含水層的底板標高系列數據n=68，作為含水層底板標高等值線圖的繪制依據，利用前面所述的地質統計學方法理論，編制了相應的計算機程序，用該方法理論可計算出各節點的含水層底板標高估值和克立格估計方差，繪制了含水層底板標高等值線圖（圖2）。

圖1 研究區單元剖分圖

Fig.1 The unit analysis map of research area

從計算模擬結果（由於計算較多，這里不再一一列出）可以看出，用地質統計學方法計算出來的底板標高值與其實測值誤差較小，最大達10.82m，最小為0.07m，平均為3.47m。用克立格方法計算的各實測點上的估計方差較小，最大達1.394 2，最小為0.003，平均為0.301 6。其絕對誤差和相對誤差值也很小。因此說克立格方法是一種較好的空間模擬方法。

圖2 用克立格方法模擬的底板標高等值線圖（單位：m）

Fig.2 The isoline map of lower bed level estimation simulated by Kriging method

3 結論

（1）區域化變數理論能夠反映變數空間分布的隨機性與結構性特徵，變差函數是地質統計學的基本工具，是對變數空間分布特徵估計最為有效的方法之一。從模擬計算的結果可以得出克立格法是一種最優、線性、無偏的模擬空間變數的方法。

（2）含水層底板標高這一變數具有明顯的空間變異性。對這種變數的最優估計方法是以能反映含水層底板標高空間分布的隨機性與結構性特徵的克立格方法的基本理論為基礎，在無偏性約束條件下尋求估計方差最小的一種克立格方法。

（3）由於克立格方法有不依賴於信息樣品數據（含水層底板標高）的特徵，在事先不知道待估點實際值的情況下，直接給出估計精度，且估計精度較高。

參考文獻

李俊亭.1989.地下水數值模擬.北京：地質出版社.

孫洪泉.1990.地質統計學及其應用.北京：中國礦業大學出版社.

李恩羊，袁新.1989.作物需水量的最優估計.水利學報，（10）：45～49.

許多項.1993.數學插值方法在水文地質學中的應用探討.長春地質學院學報，（10）：423～429.

李金榮，楊振放，李雲峰，李金玲.2003.兩種方法在地下水位估值中的應用.水文地質工程地質，（3）：42～46.

李金榮，楊振放，郭建青.2002.變差函數在地下水位估值中的應用研究.西北水資源與水工程，13（4）：6～9.

Utilization of Geostatistics in Hydrologic Numerical Simulation

Xing Yong-qiang¹Li Jin-rong²Yang Zhen-fang²

（1.Sciencial Researchinstitute of land and resource of Henan Province，Zhengzhou 450016；2.College of Environment and Water Conservancy，Zhengzhou Univ.，Zhengzhou 450001）

Abstract：In many cases of water resource assessment.，When numerical method is oftenadopted in groundwater flow modeling，lower bed level value of aquifer on each node should be given.The geostatistics is used in spatial analysis，it has been advocated by more and more experts.The geostatistics method and their basic application in estimating lower bed level value of aquifer is expounded.Through the result，the author can draw an important conclusion：Kriging method is spatial optimal estimation one in estimating lower bed level of aquifer.

Key words：Numerical Simulation；regionalized variable；variogram；Kriging method

㈢ 考二級建造師的條件

理由五：為跳槽

新版資質標准實施，建造師需求增加。想跳槽提升自己，考取一、二級建造師資格證書，會更順利的在建築行業內找到理想的工作，實現自己更高的人生目標和價值！

理由六：為競爭

人生充滿競爭，弱肉強食，沒證書你拿什麼跟別人比？不甘心？考個證書，幫你在競爭較量中贏得更多機會。

理由七：為升職

一、二級建造師是建築類職業資格考試，是上崗從業必備證書，建造師是不僅要有理論水平，也要有豐富的實戰經驗和較強組織能力的復合型人員。建造師注冊受聘後，可以建造師的名義擔任大中小型建設工程項目施工的項目經理，從事其他施工活動的管理。拿到一、二級建造師，升職之路能夠迅速邁向新一個台階新境界。

理由八：為獲取知識

新版資質標准實施，建造師需求增加，很多時候工作中也會用到管理和實務的知識，多學習知識能帶給你很多意外的驚喜。

㈣ 生態水文學與生態水文地質學

萬力

人類進入21世紀後，淡水資源短缺已成為僅次於石油資源短缺的全球性戰略問題，而水資源的可持續利用則是保持經濟發展和維護社會穩定的關鍵。生態水文學是都柏林國際水環境會議（1992）提出的一門獨立的學科，人們希望通過該學科的研究和發展，探索出一條人類走出水資源短缺困境的道路。目前，聯合國教科文組織國際水文計劃也將水文生態學作為重要研究領域之一。該學科的最終目標是在保持生物多樣、保證水資源數量和質量前提下提供一個環境健康、經濟可行和社會可接受的水資源持續管理範式^［1］。在這可持續發展理念的影響下，各國學者開始從不同的角度和視野探尋水文學及其子學科與生態之間的相互作用關系。

當一種理念關繫到人類的生存乃至社會的發展時，也就是新學科的誕生之際。我國擁有廣大的乾旱半乾旱地區，地下水在整個水資源中佔有極高的比率，實現地下水資源可持續利用已成為整個社會可持續發展中的重要組成部分。近幾年，生態調查已是國土資源調查的內容之一，但在具體實施過程中，明顯感覺缺少理論和學科基礎。本文從生態水文學學科的發展過程入手，對生態水文地質學的研究對象、內容和方法進行了初步探討，提出了現階段我國社會發展中生態水文地質學研究的主要任務。

1 生態水文學

目前，生態水文學（Eco-hydrology）的定義較多，不同的學者從各自研究的角度給出了生態水文學多種定義。該學科最初（20世紀70～80年代）源於濕地生態學中的濕地生態系統的管理和恢復領域。Wassen（1996）認為生態水文學是一門旨在幫助更好地理解濕地生態系統自然發育以及評價濕地生態系統價值、保護和恢復濕地生態系統的應用學科^［2］。Baird（1997）則認為生態水文學是研究水文過程與植物分布、生長相互作用的水文學與生態學相互作用的一門交叉學科，其研究對象不僅包括濕地生態系統，而且還涉及乾旱地區生態系統、森林和疏林生態系統、江河生態系統、湖泊生態系統及水生生態系統等^［3］。

生態水文學已成為當今熱門的學科。其主要研究內容為陸生環境與水生環境植物與水分關系，闡述和探討不同環境中植物-水分的各種相互作用問題；在流域尺度上研究水文和生物相互功能關系；在生態模式和生態過程的基礎上，探討影響植被變化的水文學機制；在質量守恆和能量守恆的基礎上，在周圍環境不同的情況下，研究生態變化過程的機制；研究水文循環與生態系統之間的相互作用機理和過程^［4］。

從波蘭（1998年）召開的生態水文學專項研究會議（UNESCO/IHP）也可看出該學科的研究主題：①水文格局的生態效應。Wangner I.等研究了一低地水庫恢復過程中支流水文格局對生物過程的影響；Brinkman W，L.F.等對波蘭Plock附近Vistula河洪泛平原結構和功能的研究。②對尺度效應的進一步探索。Kemp J.L.等對生境尺度的河流生態水力學進行了研究；Schuller D.等使用「斑塊網路概念」對德國西南部濫用土地的恢復進行了研究。③水文過程的生態環境效應。Biawas S.P.等研究了布拉馬普特拉河（雅魯藏布江）對喜馬拉雅山東北部漁業生態的影響；④模型與制圖的研究。Tatrai K.等研究了Kis-Balaton水保護系統在水質控制中的應用；Timchenko V.等研究了第聶伯河河口帶生態現狀和水質模型；Witte J.P.M.研究了利用生態群組進行生態系統類型圖的製作；Thiele Michael 研究了垂直土柱中溶質運移的Park分析方案。此外，1998年9月和2000年分別在捷克的Liblice、比利時Gent召開了ERB的第7次和第8次研究會議，都也都強調了以上主題研究。

在我國，生態水文學方面研究起步較晚。2000年以後我國學者才開始重視，並將生態水文學介紹到國內來，目前尚處於起步階段。我國是一個水資源貧乏的國家，隨著國民經濟快速增長和生活水平的提高，水資源的需求日益增加。與此同時，生活污水和工業廢水污染造成的水污染日趨嚴重。清潔淡水的短缺對我國國民經濟持續發展的瓶頸作用日顯突出。目前，為解決我國能源短缺，幾乎所有可建水電站的大小江河都已建成或正在擬建不同規模的水電站。水電站建成必然會改變江河、湖泊的水文過程及與其有聯系的地下水的水文地質條件，對流域內生態環境將產生重大影響。迄今為止，各流域尚未做過系統的生態水文學的研究和調查。顯然在一定經濟條件下保持生物多樣性、水質、水量和諧平衡，實現淡水資源的可持續利用，我國還有許多研究工作要做。這種實際的需求背景將為生態水文學在國內的發展提供一個巨大的發展平台。

總之，生態水文學是一門年輕的學科，它從生態水文過程著手研究水環境系統的演化和演變對生態系統的現在及潛在影響和作用，以期實現對淡水資源（包括江、河、湖泊、濕地、地下水）全過程的管理，實現社會、經濟可持續發展的目的。由於生態環境和水環境的多樣性和復雜性，因此到目前還未形成完整的系統理論框架和方法體系。生態水文學涵蓋范圍廣，研究內容彈性極大。大尺度的可從全球性的視角來研判水文系統變化對生態系統的耦合作用，小尺度可深入到微生物的級別來探尋生物個體水質代謝過程等。從研究范圍和內容來看，生態水文學本身可分為一系列的子學科，如水文學包括有河流、湖泊、濕地和地下水等子學科，當它們與生物種群、生物群落、生態景觀等，便構成一個多層次的完整學科群。隨著不同層次上的生態水文學的發展和完善，許多子學科也會逐漸成熟，從而帶動整個學科的發展。

2 生態水文地質學

俄羅斯學者V.N.Ostrovski（1991）提出了「生態水文地質學」的概念，將水文地質的概念引入生態系統中。他認為，生態水文地質學研究的目的是控制地下水圈的體制以防止發生一些不可逆轉的對生態環境不利的影響；一方面要預防人類活動對生態環境產生不利的影響；另一方面要科學地預測人類活動對生態環境所產生的影響^［5］。

美國《地下水》雜志2003年第三期社論指出，社會上關心的問題不僅僅局限在水文學上。比如說，對泉、湖、河流、濕地抽水會有什麼影響？面對這樣的問題，水文學家通常收集大量的水文地質資料，建立一個模型，然後得出關於水位下降、流量減小的精確估計。但是，這並不是公眾所關心的。公眾關心的是，抽水會對與該系統相關的植物、鳥類、魚類以及其他一些感興趣的動物產生什麼影響？為了讓「生態水文學」不只是一個時髦名詞，水文學家必需參與交叉學科的研究。不僅涉及解釋水文原理和概念，而且包括學習和了解生態原理和概念。這將意味著新的研究中，往往是用定性的語言和統計數據來描述，而不是傳統水文學上的定量方程和確定性模型^［6］。

目前，國外從事地下水研究的學者開始關注地下水與生態環境之間的內在關系。學科領域間的拓展與融合向從事地下水研究工作的水文地質、地下水管理方面的學者提出了新的要求。社會公眾需要從事地下水文學工作的學者將生態學納入到今後的研究和調查工作中，回答開采地下水可能引發的各種生態問題，並有效地迴避由此帶來的風險。

作者認為，生態水文地質學是一門研究地下水與陸生植被生態間相互作用過程和機制的學科。陽光、大氣、土壤和水是生命存在的四個基本要素，在地球表面後兩個要素的時空變化差異性最大，對植被生長的影響也最大，大氣降雨和地表水體也必須進入土壤後才會對植被的生長發揮作用，而水與土壤的相互作用正是水文地質學的研究領域。因此，有理由相信生態學與水文地質學的交叉必將加深人們對生態系統演變和演化過程及其機理的認識。

藉助生態學和水文地質學的研究方法，融合兩個學科的研究成果，在保持生態多樣性的基礎上維持地下水水量和水質的均衡，預測地下水水文過程對生態環境的影響效應，實現地下水資源可持續利用的目的，是生態水文地質學當前的主要任務。地下水與地表水的水文過程有很大的區別，而且也不盡相同。地下水的水文過程除受控於地形、地貌、植被、氣候、降水等因素外，還受控於地質條件、水文地質條件即含水系統結構及其補給、徑流、排泄條件等，並且地下水與地表水有著一定的聯系。因此，水文過程遠比地表水復雜。地下水水文學與生態水文學相互融合所涉及的學科，有地質學、地貌學、水文地質學、地下水動力學、植被生態學等。隨著研究的深入，該學科將逐步形成自己特有的知識結構和理論體系。

近幾十年來，隨著我國經濟發展和人口增加，出現了許多與不合理利用水資源有關的生態環境問題。西北地區乾旱內陸盆地水資源綜合利用問題。內陸盆地中生態需水大部分靠注入盆地的內陸河流來水量維系。由於絕大部分天然綠洲沿河分布或位於洪沖積扇前緣的地下水排泄區，生態環境十分脆弱。近幾十年來，因上游修建水庫、中游農業用水、生活用水量劇增，引起下游地區來水量減少，地表水、地下水水文過程發生改變，導致綠洲和荒漠植被系統因缺水而退化乃至消亡，大面積的荒漠化，成為沙塵暴源區。我國西部著名的額濟納旗和河西走廊西部兩個沙塵暴源區形成與內陸河流水文過程變化和地下水文過程變化有密切關系。在保護好生態環境基礎上，實現乾旱內陸盆地水資源綜合利用是順利進行西部大開發的首要問題之一，不僅關繫到西部大開發的成敗，也是關繫到西北沙塵暴的治理。

三江源是我國長江、黃河和瀾滄江的發源地，是世界上海拔最高、面積最大、濕地類型最豐富的地區，同時也是世界上高海拔地區中生物多樣性最集中的地區，被譽為「高寒生物自然種質資源庫」。目前，出現了一系列極為嚴重的生態水文環境退化現象。湖泊和濕地面積縮小或乾涸，河流量減小。特別是黃河源區的斷流，尤其是20世紀90年代後期連續三次斷流，更是引起了全社會的廣泛關注。源區水土流失嚴重，土地沙化面積仍在不斷擴大；荒漠化和草地退化問題日益突出；蟲鼠害加劇，黑土灘遍布；受威脅的生物物種占總類的20%以上。若源區的生態環境惡化持續下去，不僅會導致源區水源涵養功能喪失，而且因失去植被覆蓋形成高海拔的沙源區，將嚴重威脅到源區下游的安全。因此，如何運用生態水文地質學結合凍土學、高原植被生態學等有關學科，對源區生態惡化原因進行研究，制定切實可行的生態修復方案是十分緊迫的任務。

生態水文地質學尚有許多領域有待開發和探索。目前，在我國開展生態水文地質學研究，可以考慮以下幾個方面：

（1）區域尺度陸生生態狀況的定量描述。該問題是研究生態與土壤和水之間相互關系的基礎，也是生態水文地質調查的主要任務。生態狀況的變化在空間上有巨大的差異性，在時間上又有周期性、趨勢性和隨機性的特點。以研究地下水運動的尺度定量刻畫地表生態狀況的時空變化，從理論和方法上都需新的探索。

（2）區域水文地質條件及其變化與植被生態格局的關系。研究不同尺度地下水系統的補給、徑流、排泄條件對植被生態格局的控制及其相互影響，尤其要研究在人為作用干擾下，地下水水文過程發生變化對植被生態系統的影響。

（3）包氣帶多重界面水分水質轉換機制及其生態效應。包氣帶是地下水與地表水系統、大氣圈以及植被生態系統相聯系的重要紐帶，包含水分轉化、水質轉化等多重界面。大氣降水一部分通過包氣帶滲入補給地下水，另一部分為包氣帶持有，供給植物生長，通過蒸發和蒸騰作用與大氣進行水量交換。雖然水文地質學家已對包氣帶中飽和水、非飽和水以及毛細水的運移規律曾做過較為詳細的研究，但對包氣帶中氣態水通過蒸發與凝結作用所引起的水分分布變化研究較少，這對查明我國西北荒漠植被生長的水環境卻顯得十分重要。

（4）包氣帶的生物和地表生態對水的凈化機制。孔隙介質組成的包氣帶具有對滲入水有過濾、吸附、離子交換和生物化學降解作用，尤其是含有粘粒的亞砂土、亞粘土構成的包氣帶，顆粒比表面積大，孔隙多，具有微生物生長良好的水、熱、氣條件和繁衍空間，在一定條件下，包氣帶的生物降解作用不容忽視，而表層土壤中的植物根系對進入土壤中的水也有凈化作用，兩者共同構成包氣帶對水的生物凈化功能，功能的強弱取決於包氣帶的岩性、結構、植被類型和覆蓋率。

（5）潛水含水層中地下水各種物理化學過程的生態效應。地下水運動過程中各種物理量（流量、水位、水量等運動要素）和化學成分的變化，會很大地影響土壤性質，導致植被生長條件的變化。如土壤鹽鹼化、沙漠化和荒漠化就是該過程的具體表現。

（6）高寒地區氣候變化對地下水的影響及其生態響應。高寒地區通常是生態脆弱地區，對氣候變化的反應最為敏感，是研究全球變暖對人類生存環境作用機制的理想區域。

（7）陸生生態系統分布與地下水系統之間的相互作用及反饋機理問題。生態系統與地下水資源有著密切的關系，完好的生態系統對地下水資源有良好的涵養作用，同時地下水系統也滋養著生態系統，兩者間存在密切的依附關系。目前1：20萬水文地質調查范圍覆蓋我國大部分地區，基本查明了區內地下水系統的結構和特徵，若查清生態系統與地下水系統之間的相互作用及反饋機理問題，將有利於從大尺度的角度對地下水資源的可持續利用，做出合理決策。

以上問題的研究將會大大促進生態水文地質學的發展，為解決當前許多已經出現的生態問題奠定基礎。

3 結語

生態水文地質學是一門生態學與水文地質學交叉滲透後形成的學科，是地下水可持續利用的理論基礎。其中地表生態系統與地下水系統之間的相互作用過程和機理是該學科的核心研究問題。隨著知識結構和理論體系的不斷完善，該學科必將在我國實施可持續發展戰略的過程中發揮巨大的作用。

參考文獻

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