A. 中國與美國的現狀分析
美國是發達資本主義國家,協同其他西方發達國家一塊剝削發展中國家。
發達國家對內實行平等民主自由(總統選舉經濟政策等),對外實行霸權獨裁剝削專制(越戰韓戰入侵伊拉克,薩達姆再流氓,可以斷絕關系不能入侵,入侵的目的就是石油)。 不過發達國家之間的關系搞的還是不錯滴!
發展中國家對內實行獨裁專制,殘酷剝削下層勞動人民。對外仰承發達國家的鼻息,討好發達國家(動不動就買幾百億的飛機或其他奢侈品),上層權貴時時准備向發達國家移民(貪官子女移民,貪官也紛紛外逃)。並用廉價的人力和自然資源讓發達國家剝削(草原變沙漠、大江大河水污染、環境惡化等)。發展中國家和發達國家也互相利用,還一起剝削其他落後國家(向緬甸買寶石賣武器),很有有毒的化妝品在發達國家不準使用的生產了賣到非洲,很多有毒垃圾運到非洲。
落後國家不用說了,比如非洲糧倉津巴布衛,比如朝鮮、緬甸,都是絕對黑社會和人間地獄,絕對的流氓奴隸社會性質。老百姓沒吃的時候吃屁都沒有,老百姓得流行病,或受了自然災害,外援都不讓進,死了就算了(唐山地震某些人用屁股想問題拒絕了外面的經濟和人力援助,汶川就不拒了,還希望外面多援助一些)。所以北朝鮮的免費的教育公交和樓房以及食品分配對老百姓來講意義不大,假的很,所以很多跑到東北打工,然後去韓國。生在這樣J8國家還不如生在地獄里。
B. 國內外研究現狀
國際油氣與固體礦產資源領域最重要的發展趨勢就是全球資源一體化、市場一體化。因此,在能源戰略甚至是國家發展戰略中,必須把開發利用海外資源作為核心內容,建立相應的信息庫、決策方法庫和動態分析模型。
很多發達國家、石油跨國公司和國際組織,以及一些有影響力的研究機構,很早就已經認識到建立全球資源開發利用的資料庫和決策支持系統的重要性。比如埃克森公司、道達爾公司和殼牌公司都具有這些資料庫和風險管理系統。其中,埃克森公司的全球油氣系統最為著名。這些資料庫和評價技術在公司范圍內,是核心技術和資源,不會與別的公司和國家共享。同時,有許多權威的國際咨詢公司開發出了類似的資料庫和風險管理體系,比如著名的IH S公司就具有非常詳細的資料庫,對外服務中價值極高。
國外一些著名的研究機構或政府部門,如:國際能源署(IEA)、國際應用系統分析研究所(IIASA)、美國能源部(DOE/U.S.),已經建立了旨在輔助決策的能源系統。最具代表性的能源模型是美國能源部開發的國家能源模型系統(NEMS)和國際應用系統分析研究所與世界能源委員會(WEC)合作開發的IIASA-WECE3模型。
NEM S模型是美國EIA/DOE(美國能源部能源信息署,簡稱EIA)於1993年開發的能源經濟區域決策支持模型,目的是通過模擬美國及國際能源市場來規劃能源、經濟、環境、安全因素對美國能源消費、價格、安全的影響,為決策者制定國家能源發展戰略和規劃提供必要的決策信息支持,其中最重要的模塊就是石油和天然氣的全球生產、消費、資源、貿易和價格運行的動態模型。依賴此模型,可以規避國際石油市場的價格風險,規避海外油氣進口的供應風險,規避本國能源消費的需求風險。
ⅡASA-WEC E3模型是ⅡASA和WEC於20世紀90年代開發的基於動態線性規劃的能源-經濟-環境決策支持模型,它是以連續的、相互獨立的情景分析方式,研究受不確定性因素影響的未來社會、能源消費和技術發展的一系列可能的狀況,從而為決策者制定能源長期和短期規劃提供信息支持。
國內已經意識到海外開發需要現代化的風險管理技術的支撐,但是目前只有一些分散的研究,尚未從國家層面上系統地規劃和協調實施,更沒有形成支持企業海外投資決策的系統。
國內的石油公司,特別是中國石油天然氣集團的國際油氣勘探開發業務已經有10多年的歷史。在這方面積累了大量數據和信息,也開展了大量的研究。例如,在資源方面,中國石油天然氣集團經濟技術研究院具有世界盆地資料庫和最近開發的區塊圖集,對海外投資環境,特別是法律法規、合同模式、條款數據和投資信息的基本數據和信息,有一定的積累;中國石油天然氣勘探開發公司(CNODC)海外中心具有許多國家的項目資料和一線的實踐者。但是還沒有系統地建立針對海外資源開發利用的風險管理系統。相比之下,中小石油公司,特別是民營石油公司十分缺乏系列的數據和信息支持,更沒有輔助的風險管理系統。
在全球礦產資源利用方面,發達國家的政府機構和許多跨國公司都定期地進行全球礦產資源分布及潛力分析,一方面將其作為制定國家資源安全戰略的重要依據,通過調整資源規劃和政策,以應對資源供應的風險;另一方面為國家制定資源勘探開發戰略、優選有利區塊、確定投資方向提供依據,為正確決策,減少失誤提供可靠保障。
美國地質調查局(USGS)礦產資源開發利用的目標是促進環境、資源和經濟因素一體化,把項目部署與國家和公民的需要緊密結合起來,更好地為社會發展與經濟建設服務。礦產資源的研究內容主要有4個方向:一是礦產資源的支撐能力和社會需要,維護相關資料庫,研究礦床評價和分析方法、成礦作用、金屬礦產和成礦環境;二是礦業經濟和國家政策,調查礦產品信息(礦產品概要、礦業調查、礦產年鑒和國際礦業等),為國家公園、森林和土地資源管理提供礦產資源、地球化學和地球物理資料;三是礦業環境和公眾健康,研究廢棄礦產地、地球化學和地球物理背景,評價地質環境;四是礦產技術方法和資料發送,進行礦產相關資料庫和信息資料更新。
C. 國內外研究現狀怎麼寫
就是描述下即可
案例:國內外研究現狀
城鎮化,也稱城市化,,這個概念最早是由版西班牙權的工程師A.Serda於1867年在其著作《城鎮化的基本理論》中提出的,目前已經被廣泛接受.在國外,尤其是發達國家比較早開始了城鎮化道路,在城市化的發展階段,發展條件同發展中國家相比有明顯區別和差距,一些發達國家在上世紀就已經達到了很高的城鎮化水平,基本完成了城市化的進程,甚至出現了城鎮人口向城郊迴流,所以國外對城鎮化的研究時間比我們要早,研究范圍比我們要廣研究的程度要深.在我國,城市化是近現代的產物,在建國後的前三十年時間里城市化進程緩慢,改革開放後,特別是從1992年以後我國城市化才進入全面推進階段,所以我國對於城市化理論與實踐的研究,盡管已經取得了一些成就,但還是不夠成熟,在理論研究和定性分析上做得較好,對實證研究和定量分析就明顯做得不足.
D. 國外研究現狀
1.2.1.1 國外實物地質資料服務研究起步較早
西方發達國家,如美國、加拿大、澳大利亞、荷蘭等建立了國家地質調查局,負責實物地質資料的管理和服務研究工作。英國自1835年成立世界上最早的地質調查局以來,實物地質資料服務研究一直伴隨其地質工作的開展而存在和發展。美國、英國等發達國家在實物地質資料服務對象、服務方式、服務內容、服務標准上開展了理論和實踐的探索,也形成了較為成熟的模式,都值得我們借鑒(姜文利,2013)。
1.2.1.2 發達國家地質工作的任務向地質信息轉移
21世紀以來,各發達國家的地質工作向地質信息轉移,以滿足本國可持續發展戰略的需要。美國地質調查局制定的《美國地質調查局戰略計劃(2000-2005)》和《美國地質調查局礦產資源工程五年規劃(2006-2010)》提出確保美國得到可靠的地質資料數據。英國地質調查局發布的《英國地質調查局戰略科學計劃(2005-2010)》提出要提供綜合客觀、公正和最新的信息,以滿足國內外用戶的需要。
1.2.1.3 國外許多專家提出了先進的服務理念
如F.Herrera等(2001)認為,地質資料整合服務有四個基本問題:標准、資料一致性、描述多樣化的地質資料的代表模型以及查詢與交互服務。Marcus Apel(2006)分析了從三維地質模型到三維地球科學信息系統的轉變,認為有三個基本因素很重要:資料模型、查詢功能和資料管理。Steve Peedell等(2005)認為,一個空間地質資料基本結構包括政策、公共機構准備工作、技術、資料和人才五個要件。
1.2.1.4 發達國家學者研究開發豐富的地質信息服務產品
許多發達國家研究開發了多種實物地質資料的服務產品。巴西地質調查局提供產品的基本定位有三點:公益性、需求第一、集成服務,提供在線服務。英國地質調查局有大量的產品和數據可供免費下載。發達國家地質調查局網站信息資料豐富,能滿足社會公眾的需求。
E. 研究現狀分析
一、趨勢預測研究工作得到重視
20世紀50年代以來,國際能源組織、各國的能源機構、跨國石油公司以及專家學者進行了大量的油氣儲產量發展趨勢預測研究工作。其中,USGS及美國能源情報署多年來對全球油氣資源狀況和未來發展趨勢開展了系統的研究,一方面是由於美國是當今世界能源消耗最多的國家,對全球油氣資源評價和供需形勢研究非常重視;另一方面也說明美國等西方發達在世界油氣儲量、產量未來增長趨勢的研究走在世界前列,該領域缺乏發展中國家的聲音。
二、偏樂觀的預測與實際更為相符
對石油資源的認識是一個逐步深入的過程,對石油資源量的評價結果越來越大,USGS2000年所做的評價結果從1000×108t增大到4000×108t。在20世紀中葉就有人預測石油資源即將耗盡,石油資源衰竭論持續了半個多世紀,然而事實證明往往最樂觀的預測與實際情況比較接近,悲觀論者的預測結果與實際情況大相徑庭。
在世界石油工業的歷史上,很多著名的石油專家提出了悲觀的論斷。早在1919年USGS的總地質師DaveWhite認為石油生產的高峰將在3年內結束;1989年Campbell認為「石油生產將在1989年達到高峰」,1994年又認為「2000年前達到生產最高峰」,1997又認為2004是產量高峰,2000年他又提出2010年是油氣生產高峰;1997年Dun-can也認為2000年是產量高峰。
2001年,Campbell估測的常規石油最終可采儲量只有2808×108t,常規天然氣283×1012m3。而近10年來世界石油每年生產30×108t以上,但是石油的可采儲量並沒有減少,反而從1994年的1369×108t增長到2002年的1662×108t,儲采比從45∶1上升到目前的50∶1以上。天然氣可采儲量迅猛增長,從1990年的118×1012m3到目前的156×1012m3,每年產量都在2×1012m3以上,儲采比從50.6∶1上升到目前的62.4∶1。可見,隨著資料的增多與勘探向新區、新領域的發展,預測結果總的趨勢是在增加的。同時,隨著技術進步和勘探開發成本的降低,現今難以開採的油氣資源將轉化為可采儲量。
國內對油氣儲量、產量的增長預測也存在這種現象。從我國對石油地質資源量的認識看,近期約765×108t的評價結果與20世紀60年代115×108t相比,增加了近7倍。油氣勘探歷程表明,地質家對資源量的認識常常是偏保守的,我國有很多含油氣盆地的累計探明儲量,已經超過或接近以前計算的資源量。例如,南襄盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地等。
三、天然氣的趨勢預測處於起步階段
對石油儲產量的預測工作做得較多,而天然氣的預測處於起步階段,認識還不夠深入。由於目前世界各國對天然氣資源狀況的認識上還不甚明朗,在天然氣產量峰值的預測上尚未有一個明確的判斷。
四、缺乏國家層面的預測研究
雖然我國從20世紀80年代就開展了有關油氣資源趨勢預測的探討與研究,但這種研究多以學者和公司為主,反映的是學術觀點,缺乏國家層面權威的分析與研究。在研究過程中還存在以下幾方面的問題:一是以往的研究主要集中在數學模型的推導和討論,地質分析不夠深入,對全國油氣儲量、產量增長的預測缺乏由小到大、逐級匯總的系統分析;二是預測模型都是單旋迴的,而我國含油氣盆地普遍具有多套勘探層系和多個構造單元,大中型油氣田的發現往往呈多個階段,油氣儲量增長具有「多峰」的特徵,單一預測模型和單旋迴的預測難以反映油氣儲量發現規律;三是已知的預測模型只能對未來可能發現的儲量數值進行預測,對待發現的油氣藏類型難以作出合理的推測,每一個盆地或地區的預測都是一個「特例」,缺乏規律性的總結和認識。
五、預測方法以統計法為主
目前,國內外油氣資源趨勢預測主要依靠統計法,這種以統計模型進行油氣資源趨勢預測的方法存在的問題或不足主要表現在:
第一,現有數學模型僅能預測儲量增長的宏觀趨勢,難以預測因勘探新領域突破而帶來的儲量增長突變。儲量增長預測模型是一種非線性擬合器,盡管它對參與建模的數據具有很高的吻合程度,但它對奇異樣本的表現能力顯然不如對規則樣本的表現,所以在預測過程中,它往往僅能較好地反映近期的、趨勢性的預測結果。具體到儲量發現過程而言,如果某一年或某一段時間探明發現保持基本一致,則其累積探明儲量保持穩定,這種樣本是最平穩的,也是最容易預測的;如果某一年的探明儲量增長很大,遠遠偏離正常的增長水平,則在建模過程中這種樣本的擬合程度就較差,往往擬合結果達不到實際的增長水平,這就造成基於數學模型的預測結果是一種平穩甚至保守的估計,難以測儲量增長突變的准確年份,而儲量突變往往代表著新的勘探領域被拓展,儲量增長趨勢也會隨之而變。
第二,現有方法都企圖以單一的模式來解決各類復雜的油氣儲量增長規律問題。各個油區由於地質條件和勘探方法(含認識和部署)上的不同,儲量增長的規律也迥然不同,有些油區勘探一開始就發現了大油田,甚至特大油田(如大慶油區);另一些油區,勘探初期階段沒有什麼重大發現,而在勘探一段時間後才找到大規模的儲量(如遼河油區)。實際上各個油區的儲量增長曲線類型遠比這兩種類型復雜。一個油氣區,往往勘探工作有一個或幾個高潮,年勘探工作量時高時低,甚至勘探工作幾上幾下,開展儲量增長預測必須考慮其增長類型。
第三,由於中國含油氣盆地普遍具有多套勘探層系和多個構造單元,一方面油氣資源比較豐富,另一方面油氣分布相對不集中,認識過程和勘探過程呈階段性發展,大多數油氣田受地質條件及勘探開發水平的影響,石油地質儲量的發現和產量的增長往往呈現「多峰」的特點,而單旋迴預測模型難以有效地體現此類特點,須用多旋迴的模型進行石油地質儲量和產量預測。
第四,尚未形成統一的預測方法或模型體系,對於其應用效果也無統一的衡量標准。每種方法受其本身特點的限制,在理論思想、數學表達式、求解方法和最優預測階段上都有一定的差別,表現為三點:一是同一種方法或模型在不同油區的應用效果不同;二是不同方法或模型在同一個油區的預測結果和效果也不相同,但每一個油區都有應用效果最好的方法或模型;三是對於同一個油氣田或油區的多個預測結果,只有結合對油區的地質認識,才可確定最佳預測結果。
F. 國內外研究現狀與趨勢
(一)美國百年地下水開發利用史的啟示
美國是開展地下水可持續利用性研究比較早的國家。早在1883年美國學者Chamber⁃lin即出版了《自流井》,首次論述了自流井的成井條件和開發理論。1897年Iowa州地質調查局Norton在《Iowa自流井》報告中首次使用「含水層」理念。Todd於1900年提出,過多的自流井將導致自流水量衰減。1923年Meinzer出版了《美國地下水形成與理論探討》和《地下水文學概要》,系統地總結了水文地質學的研究工作和理論進展,同時首次對全國地下水資源進行了定性評估,闡述了美國地下水發生、補給、排泄、徑流、數量、質量、開發利用等各個方面(陳美貞,2006;陳仁升等,2003)。1935年Theis提出非穩定流理論,使許多實際問題得到較好解決。
在地下水開發方面,人們開始意識到地下水資源是有限的。20世紀30年代Tolman及同事發現了地下水開采所引發的海水入侵和地面沉降現象。20世紀60年代中期,以州為單位先後進行了各州地下水資源調查和均衡法地下水資源評價。1963年McGuinness總結了各州及地區地下水資源評價研究成果。
1977年美國發生了特大乾旱,1978年美國地質調查局(USGS)啟動了「區域水系統分析項目(RASA)」,歷時近20年,調查和研究了全國28個以流域為單元的水系統,採用三維有限差分地下水流數值模型,模擬地下水開發前後地下水動態變化,並於1990~2000年期間編制出版了各個水系統的地下水圖集(比例尺為1:250萬~1:10萬)。
目前,美國的地下水開采量占總用水量的 20.7%。其中,98.3% 的家庭用水、57.4%的牲畜用水和41.5%的灌溉用水都依賴於開采地下水源供給,而且對生態環境的改善和保護意識也越來越強烈。為此,美國正在開展新一輪「地下水資源計劃」(GWRP),研究重點已從過去的以州為單位轉向整個水系統、水文系統和生態環境系統,從過去偏重地下水的資源供給功能轉向地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能綜合調查評價研究,強調地下水可持續利用性研究。
近百年來美國地下水開發利用史表明,經濟社會發展對地下水開發利用理念及其生態-地質環境功能研究具有重大推動作用。在19世紀以前,地下水僅是經濟社會發展中一種補充性資源,在水資源中地表水的開發利用研究佔主導地位。進入20世紀60年代,地下水成為經濟社會發展愈來愈依賴的基礎資源,特別是在持續乾旱年份,地下水的開發利用得到空前的重視,同時含水層疏干、依賴地下水維持的生態系統急劇退化、地面沉降和海鹹水入侵等環境問題日趨顯現。據USGS統計,在美國公共供水中,地下水的比重從1950年的26%增到2000年的37%。80年代,地下水保護問題受到重視,美國聯邦政府制定了提高污水排放標准和提高用水效率的多項保護法規,到2000年畝均灌水量比1950年減少了30%。在《2000~2010年美國地質調查局地質部科學戰略》和《1998~2008年水資源部發展戰略》中,突出了地下水的可用性和可持續性研究,包括城市化和市郊化對地下水影響調查、海岸帶土地利用和人口增長對地下水影響調查和地下水-地表水相互作用研究。
(二)國內地下水評價研究動態
從20世紀50年代以來,地質礦產部和有關部門在全國范圍內開展了大量的地下水及其環境地質問題調查評價工作,包括區域水文地質、供水水文地質、環境水文地質、地下水資源評價與新技術和新方法應用。經過50多年來的水文地質工作,基本查明了我國地下水資源的區域分布規律,並且把西北和華北的地下水勘察研究作為一項主要戰略任務做了大量工作,實現了各種信息的採集、處理、存儲、傳輸和交換,並開始把地下水作為水圈、岩石圈的組成部分和重要環境因子,開展地球表層四大圈層相互關系及大陸水循環與全球變化研究,把地下水融入「全球一體化」的大環境中思考,利用大剖面、同位素等研究地下水循環方式,極大地改變著地下水評價的傳統思維與方式,尤其是近幾年信息技術的發展,加快了對地下水評價的速度。
50多年的地下水評價工作,具有如下特點:①體現國家意志、服從國家目標,成為地下水評價的宗旨;②發揮水文地質工作優勢,體現地下水區域性、基礎性評價服務於國家建設;③取得的豐富資料和經驗,奠定了地下水評價方法研究的基礎。自20世紀70年代以來,由於應用數學和地下水動力學的相互滲透,以及電算技術的推廣和應用,豐富並突破了傳統水文地質學的內容,使地下水評價從定性研究發展到定量研究的新階段。地下水資源評價的基本理論,從穩定流發展到非穩定流,從二維流發展到三維流,從一般均衡法和比擬法,發展到解析法和有限單元或有限差分數值法及相關分析法。地下水質量評價從單項評價發展到綜合評價,從一般數理統計方法發展到聚類、神經網路和灰色系統評價方法。
20世紀80年代後期,地下水資源評價工作開始把主要目標轉向管理模型的研究,涉及與地下水開發活動有關的自然環境、社會環境和技術經濟環境等各方面問題。
但是,面對21世紀可持續發展的要求,地下水評價工作存在不同程度的不適應新問題。始於20世紀80年代的第一輪全國地下水資源評價,是基於以消耗資源、犧牲環境作為代價的發展過程,在評價指導思想、評價理念和評價方法諸方面,都存在歷史的局限性,急需按新的要求進行完善和發展。例如由於受當時認識能力和技術水平的局限,對地下水系統的資源、環境和生態屬性功能的基本認識和評價方式中,有關可持續發展思想和水循環理念體現不足,靜態思維比較突出。
1.地下水資源分類與概念演變
20世紀50~60年代,我國在地下水資源評價方面普遍採用前蘇聯的「四大儲存量」的概念,即動儲存量、靜儲存量、調節儲存量和開采儲存量。在歐美一些國家也都使用過這些概念(曲煥林等,1991)。經過水文地質工作者的多年實踐,普遍感到應用「四大儲存量」的概念評價地下水資源存在許多缺陷(陳雨蓀,1982;劉光亞,1982;王強忠等,1982),現在已基本停止使用。
在20世紀70年代提出了「三種水量」的概念,即補給量、儲存量、允許開采量,並於1989年納入國家標准(GBJ27-88)。但是隨著實踐和理論的發展,其局限性和理論缺陷逐漸暴露出來(徐恆力等,2001)。方案中沿襲以含水層(或水源地)為評價單元的思維模式,沒有體現地下水資源整體性和系統性;補給量和儲存量的時空概念含糊,容易造成水量重復計算;允許開采量僅僅是一種籠統的提法,在實踐中難以操作等。
20世紀80年代「資源」的概念逐漸為人們所接受,歐美、日本等國家和地區先後採用了地下水資源的概念,陸續出現了「潛在可更新資源」(Potential Renewable Resource)、「實際可更新資源」(Actual Renewable Resource)、「可用更新資源」(Available Renewable Resource)、「安全開采量」(Safe Yield)、「可持續開采量」(Sustainable Yield)和「實際可持續開采量」(Practical Sustained Yield)等。
我國學者王大純教授(1995)等人,從地下水資源自然屬性出發,將地下水資源劃分為「補給資源」和「儲存資源」兩類。「補給資源」被定義為「含水系統可以恢復再生的水量」。將含水系統的多年平均補給量作為補給資源量,單位為m3/a。「儲存資源」被定義為「含水系統在地質歷史時期積累保存下來的水量」。將含水系統多年平均低水位以下的重力水體積作為儲存資源量,單位為m3。
陳夢熊院士等1983年提出的、後經過不斷調整和補充(2002)的地下水資源分類,也具有廣泛代表性。在該分類中,將地下水資源分為「天然資源」和「可采資源」。「天然資源」被定義為「在一個完整的水文地質單元(地下水系統)內,地下水在天然條件下通過各種途徑,直接或間接地接受大氣降水或地表水入滲補給而形成的具有一定水化學特徵、可資利用並按水文周期呈現規律變化的多年平均補給量」,一般可用區域內各項補給量的總和或排泄量的總和來表徵。「可采資源」被定義為「在經濟技術條件合理、開采過程中不發生水質惡化或其他不良地質現象(如地面沉降、地面塌陷等),並對生態平衡不致造成不利影響的情況下,有保證的可供開採的地下水資源」。
2.地下水資源評價方法研究現狀
達西(Darcy)定律和水量均衡是地下水資源數量評價的理論基礎,由此產生了兩種評價方法,即「地下水系統水量均衡法」和「地下水系統水動力學法」。
「地下水系統水量均衡法」是直接利用質量均衡原理,通過建立地下水系統的補給量、排泄量和儲變數之間水量關系,確定地下水資源數量。「地下水系統水量均衡法」既可用於區域地下水資源的水量計算,又可用於局域地下水資源的水量計算;既可估算地下水系統的補給和排泄的總量,又可計算地下水系統的各單項量,是地下水資源評價中最常用的一種基本方法,也是一種比較可靠的方法。
「地下水系統水動力學法」是根據達西定律和水量均衡原理,建立描述地下水運動規律的微分方程,通過求解微分方程,實現對地下水系統水量狀態評價。
按照微分方程的解法,劃分為「解析法」和「數值法」。解析法是根據地下水井流理論進行地下水量評價,主要適用於均衡區范圍較小、水文地質條件簡單的均質含水系統。在20世紀50年代之前,解析法在地下水資源評價中發揮了重要作用,迄今仍然是地下水資源評價中確定水文地質參數的主要方法。但是當把解析法應用於大范圍水系統時,由於實際的水文地質條件遠較解析法所假設的條件要復雜得多,其局限性就暴露了出來(薛禹群等,1986)。
為了解決隨地下水開采規模進一步擴大所出現的問題,在20世紀50~60年代,興起物理模擬(電模擬和砂槽模擬等)技術,但是仍不能很好地解決復雜水文地質條件下區域地下水資源評價所面臨的問題。計算機技術和數值計算在地下水資源評價中的應用推廣,使一些復雜地下水流模擬成為可能,而且開始考慮含水介質的非均質性和各向異性,對復雜的越流系統和具有不規則形狀的各類邊界條件,以及多相流和雙重介質等問題也開展了深入的研究,在概念模型中更多地保留了實體系統的自然特性。由於數值法既可用於大區域地下水資源評價,又可用於局部的水源地評價;既可處理復雜的水文地質問題,又具有較高的計算精度,因此,逐漸成為地下水資源評價的重要方法,並因其更易實現系統分析的目標而被廣泛應用於地下水資源評價和管理工作中。
在地下水資源評價中,常用的方法還有水文分析法、相關分析法、水文地質比擬法等。「水文分析法」是仿照陸地水文學的測流分析,計算地下水補給量的一種方法,主要應用於地下水補給量全部轉化為地下水泄流的地區,如岩溶管道流區、全排型岩溶大泉的岩溶水系統或基岩山區裂隙水系統等其他方法難以應用的地區,主要有地下徑流模數法和基流分割法。「水文地質比擬法」,常用於實際資料缺乏的地區,主要根據水文地質條件的相似性,用區域內局部地段或相似條件的其他地區的實際資料比擬到全區或研究區進行地下水資源評價,多數用於可采資源的估計。該方法是研究區缺乏資料情況下不得已的選擇,其評價結果的精確性較差。「相關分析法」是一種統計學方法,主要用於區域水文地質勘探試驗資料不足,但是地下水動態資料較多的地區,應用這種方法進行外推時其可靠性很難保證。「開采試驗法」,在地下水的非補給期(枯水期),按接近取水工程設計的開采條件,進行較長時間的抽水實驗,然後根據抽水量、水位降深動態或開采條件下的水量均衡方程求解出水源地枯季補給量,並以此作為水源地的允許開采量。該方法主要用於水源地允許開采量的評價,在區域地下水資源評價中主要用該方法求取參數。
縱觀國內外地下水評價成果,最常用的方法是「地下水系統水量均衡法」和「數值法」。美國1977年開展的「區域水系統分析計劃」(簡稱RASAP,1978~1995年期間)聯合運用數值法和均衡法對全國25個主要地下水系統水資源進行了評價(USGS,1998)。在2000年開始的新一輪地下水資源評價(Ground-water Resources Program)中,仍然以數值法為主(USGS,2001)。歐盟各國聯合開展的區域地下水資源評價中,水量均衡法是主要方法(Fried,1982;Rees and Cole,1997)。此外,亞洲、非洲一些國家也大多採用水量均衡法和數值法進行區域地下水資源評價(Leslie B.Smith and Kadri Külm,2002;Shahin,1989;Lloyd,1990;Ulf Thorweihe and Manfred Heinl,2002)。我國在20世紀80年代開展的第一輪全國地下水資源評價中,均衡法和數值法也是主要評價方法。
隨著數學地質的發展,最近在國內外地下水評價中出現了一些新的理論方法,如隨機理論和神經網路(Kitanidis,1985;Bates,1992;Gelhar,1993;Brannan,1993;楊金忠等,2000),但是這些方法還處於理論探索之中,目前還難以廣泛實際應用。
3.地下水質量評價研究現狀
我國在早期的地下水質量評價中一般借用外國學者設計的評價模式,如內梅羅(Nemerow N.L.)指數法等。但是在應用過程中,逐漸發現這些評價模式在理論上和實踐上的不足,於是我國地下水質量評價工作者,根據自己實踐的經驗和實際情況,提出了許多適合不同用途的水質量評價方法。如20世紀60年代開始用「環境質量綜合指數」定量地表示環境質量狀況,發展至今已提出許多種計算綜合指數的數學模式,這些模式對環境質量的劃分一度起了積極的作用。
早期全國性地下水質量評價,尚無「國家地下水水質標准」,主要依據國家建委和衛生部批准試行的「生活飲用水衛生標准」(TJ20-76),並參考世界衛生組織(WHO)1958年公布的「飲用水水質標准」,個別評價參數考慮地方「飲用水水質標准」。評價方法主要採用指數法、多項參數法和模糊數學法等。在現今的全國地下水質量評價中,雖然在評價項目選定、分類和污染等級劃分等方面有所變動,但是其思路和技術方法均沿襲了這一格局。
20世紀80年代以來,隨著計算機技術的高速發展和廣泛應用,模糊數學、灰色聚類和神經網路等方法在地下水質量評價中廣泛應用,且隨著方法的改進,人們也越來越重視評價結果的合理性。但是由於影響地下水質量的因素較多,以至各評價方法都存在一些局限性。例如綜合污染指標法的「硬性分級劃分」,灰色和模糊系統需要設計若干不同的效用函數(灰色系統的白化函數、模糊數學的隸屬函數等),以及人為地給定各評價指標的權重(或權函數)等,這些效用函數和指標權重的給定難免不帶主觀性,造成評價方法難以通用,增加了應用的困難和人為臆斷因素對結論的影響。在地下水質量評價方法中,普遍存在「參數權重」問題,例如指數法把各個水質參數等同,模型法在參數選取和參數權重設定中存在較大的主觀性。目前,迅速發展的人工神經網路評價方法,拓寬了地下水質量評價方法的視野。
4.地下水脆弱性評價研究現狀
自1968年Margat首次提出「地下水脆弱性」這一術語後,雖然經過幾十年的發展,但是至今國內外對「地下水脆弱性」概念仍然沒有統一的定義,許多學者根據自己所考慮的因素從不同的角度給「地下水脆弱性」以不同的定義。
以1987年為限,「地下水脆弱性」概念的發展過程可劃分兩個階段。在1987年以前,有關地下水脆弱性的概念多是從水文地質本身的內部要素這一角度來定義的。1970年Margat與Albiet提出的地下水脆弱性是指在自然條件下污染源從地表滲透與擴散到地下水面的可能性。Olmer與Rezac則認為地下水脆弱性是地下水可能遭受危害的程度,這種危害程度由自然條件決定,而與現有污染源無關。Vrana提出地下水脆弱性是影響污染物進入含水層的地表與地下條件的復雜性。1983年Villumsen等定義地下水脆弱性是指應用中或廢棄於地表的化學物質對地下水的危害性。1987年「土壤與地下水脆弱性國際會議」揭開了「地下水脆弱性」研究新階段的序幕。多數學者主張在定義地下水脆弱性時應考慮含水層本身的易污染性和人類活動與污染源的影響。有的學者提出地下水脆弱性是地下水質量對現在或將來有害於其使用價值的敏感性。
地下水系統脆弱性已經被廣泛認同的是指這個系統對來自外部(天然與人類活動)從時間和空間上影響它的狀態及性質的處理能力。1991年美國審計署應用「水文地質脆弱性」來表達含水層在自然條件下的易污染性,而用「總脆弱性」來表達含水層在人類活動影響下的易污染性。美國國家科學研究委員會於1993年提出地下水脆弱性是污染物到達最上層含水層之上某特定位置的傾向性與可能性,並將地下水脆弱性分為兩類:一類是本質脆弱性,即不考慮人類活動和污染源而只考慮水文地質內部因素的脆弱性;另一類是特殊脆弱性,即地下水對某一特定污染源或污染群體或人類活動的脆弱性。歐洲、北美和澳大利亞等地區,在地下水污染防治工作中,已經以污染治理為重點轉變為以防止污染為重點,開展了地下水環境脆弱性評價,並編制了評價圖冊。
至今國內尚沒有明確的「地下水脆弱性」的定義,定義多引用外文資料,多是從水文地質本身內部要素角度出發,針對局部城市或水源地,包括「環境生態脆弱區地下水開發模式及系列編圖」工作,研究地下水本質脆弱性,常以「地下水的易污染性」、「污染潛力」、「防污性能」等來代替「地下水脆弱性」這一術語。
5.存在問題
新中國成立以來,地下水評價工作為保障國家經濟社會發展的需求提供了重要支撐。但是,從地下水可持續利用角度考慮,地下水評價工作尚存在如下問題:
1)以往的工作,偏重地下水賦存條件的研究,對地下含水層結構和地下水補、徑、排條件研究程度有待深入。作為地下水賦存空間的地下水系統結構和地下水動態,是地下水資源評價的基礎。
2)地下水與環境保護密切相關,是環境保護的重要制約因素。以往對地下水質量、環境和生態屬性功能評價重視不夠。
3)地下水資源可持續利用程度及趨勢預測研究缺乏深度,不能適應國民經濟對地下水前瞻性要求。
4)由於大量的水利工程修建,改變了地表水、地下水循環條件,出現了不少新的水環境問題,特別是地下水補給條件的改變,使得有些地區地下水補給減少,生態環境不斷惡化。因此,在新的地下水評價中急需考慮這些變化的影響。
(三)地下水功能評價與區劃研究現狀
1998年許志榮在《水文地質工程地質》(第五期)上發表了「地下水功能區劃分初探」,提出了開展地下水功能區劃的必要性。1999年史瑞青等在《工程勘察》(第一期)上介紹了「灰色聚類分析在地下水區劃中應用」的技巧。2001年費為進等在《地下水》(第四期)上發表了「快速灰色分級聚類法在地下水功能區劃中應用」,提出灰色分級聚類法是地下水功能區劃的一種簡明方法。這一時期的地下水功能研究都是從地下水資源合理利用角度出發,基於傳統地下水資源評價理念。
2002年中國地質調查局水環部從生態、地質環境保護角度,作為約束條件,提出開展「地下水功能評價專題研究」,由中國地質科學院水文地質環境地質研究所張光輝研究員主持開展有關地下水功能理念、評價理論與方法探索性研究,於2003年提出了地下水功能評價基本框架和評價指標體系。2004年6月該項目組完成了「地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能評價的科學體系」構建和論證,包括基本理念、評價理論、評價指標體系和評價關鍵技術等,編制了「地下水功能評價與區劃技術」,編入中國地質調查局《全國地下水資源及其環境問題調查評價技術要求系列》(二、三)中,並先後在蘭州、武漢、石家莊、北京、沈陽和呼和浩特主辦「地下水功能評價與區劃」技術骨幹培訓班,在我國西北、華北和東北地區全面推廣應用。2004年唐克旺等在《水資源保護》(第五期)上發表了「地下水功能區劃分淺談」,介紹了水利部門進行地下水功能區劃的基本思路。2005年水利部下發了《關於開展全國地下水功能區劃定工作的通知》。2006年張光輝等在《水文地質工程地質》(第四期)上發表了「區域地下水功能及可持續利用性評價理論與方法」一文,全面闡述了地下水功能評價理論和方法;黃鵬飛等在《中國環境管理》(2006年第二期)上發表了「層次分析法在民勤綠洲地下水功能評價中應用」,介紹了地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能狀況。2007年羅育池等在《中國農村水利水電》(第九期)上發表了「基於MapGIS的河南省淺層地下水功能評價與區劃」;呂紅等在《水文》(2007年第三期)上發表了「山東省地下水功能區劃初探」,指出地下水功能區劃是政府行使管理職能的重要基礎;閆成雲等在《水文地質工程地質》(2007年第三、四期)上發表了「疏勒河流域中下游盆地地下水功能評價與區劃」,引用大量實例闡述了地下水功能評價與區劃的實際效用。2007年范偉完成了「吉林省平原區地下水功能評價」碩士學位論文。張光輝等在《地質通報》(2008年第六期)上論證了地下水功能評價與地下水可持續開采量的關系。
(四)地下水開發利用研究現狀與趨勢
地下水開發利用研究總的趨勢是學科內涵不斷拓展、生態-地質環境保護優先、安全保障能力建設為重點、與經濟社會和諧可持續發展是根本。
1)資源和環境、生態並重,已成為地下水開發利用研究的主題。地下水可持續利用既要保障社會穩定的水供給,又不能犧牲生態-地質環境效益,同時不影響未來長遠的水資源利用。恢復由於人類影響而退化的地下水功能、地下水疏干區定量跟蹤和調控、增強地下水含水層獲得補給途徑和機制、地表水與地下水聯合調蓄和協調開發、地下水利用和分配的社會-經濟規律及管理模式等是當前重要的研究課題。
2)地球表層系統的水文地質過程研究,已成為現代地下水科學演化的重要專題。土壤、包氣帶、淺層地下水、濕地與湖泊、綠洲、河流和農業用地等,與地下水可持續利用性研究密切相關。包氣帶是介於潛水面和地表之間的多孔介質,化學風化、有機質分解、氮素固定等其他化學物質循環過程均發生在包氣帶,也是地下水補給、污染物向地下水運移的必經之路。包氣帶中所發生的物理、化學和生物過程與水文地質學、土壤學、生態學和環境學關聯性愈來愈緊密(甘肅地調院,2007)。
3)建立高效的地下水動態監測、狀況調查和突發應急機制,經濟社會發展的需求愈來愈迫切。1996年國際水文計劃工作組將「可持續水資源利用」定義為「支承從現在到未來社會及其福利要求,而不破壞他們賴以生存的水文循環及生態系統完整性的水的管理和使用」。要求在水資源規劃、開發和管理中,尋求經濟發展、環境保護和人類社會福利之間的最佳聯系與協調,強調未來變化、社會福利、水文循環、生態系統保護的完整性,使「未來遺憾可能性達到最小」。2000年在美國召開的「水資源綜合管理研討會」上,達成一個共識:流域統一管理是防止土地退化、保護淡水資源與生物多樣性、實現水資源可持續利用的必然抉擇。
4)可持續性(Sustainability)是當今地下水開發利用中最為人們關注的核心。它指地下水時空上能夠連續下去。Serageldin and Steer將「可持續性」概化為「可持續性弱」、「可持續性適度」、「可持續性強」和「可持續性過強」。「可持續性弱」不關心局部、只關心整體;「可持續性適度」主要以維持系統的整體性為目的,但也適當關照其組分;「可持續性強」要求保持系統組分的良好狀態,同時也關照到系統整體,各組分不可互相替換,而且根據某些理解,即使是在組分內部,可替換性也是受到限制的;「可持續性過強」就是保持系統的所有要素完好無損且無任何損耗。