不同视角的三江平原地下水资源量分析与评价

王思聪,戴长雷,张晓红,祝岩石

(1.黑龙江大学 a.寒区地下水研究所；b.水利电力学院，哈尔滨 150080；2.哈尔滨市磨盘山水库管理处，哈尔滨 150001；3.正业勘测设计集团有限公司，哈尔滨 150090)



不同视角的三江平原地下水资源量分析与评价

王思聪1a,1b,2,戴长雷1a,1b,*,张晓红1a,1b,祝岩石1a,3

(1.黑龙江大学 a.寒区地下水研究所；b.水利电力学院，哈尔滨 150080；2.哈尔滨市磨盘山水库管理处，哈尔滨 150001；3.正业勘测设计集团有限公司，哈尔滨 150090)

不同部门长期以来多次对三江平原进行地下水资源量的分析与评价工作，由于所处的视角不同，评价结果不同。对不同视角的三江平原地下水资源量进行分析与评价既可丰富以往的评价结果，又可为相关机构在今后进行评价时提供借鉴。在分析相关资料的基础上，将评价三江平原地下水资源量的主要部门识别为水利系统、地质系统和科研机构等；通过比较分析确定基础数据、计算范围、计算分区、计算方案、计算参数共5个评价要素；通过综合分析对不同部门关于三江平原地下水资源量的5个评价要素和评价结果进行优选，并为今后相关的评价工作提供参考；提出从“黑龙江中下游中俄跨国界含水层中的一部分”这一视角来分析这一问题的新思路。

地下水资源量；分析；评价；水利系统；地质系统；科研机构；三江平原

三江平原位于我国东北边陲的黑龙江省东部，是我国的大粮仓，也是黑龙江省重要的商品粮基地之一。该地区分布着大量的沼泽湿地，构成丰富多彩的景观[1]。自新中国成立以来，不同部门先后多次对其进行地下水资源量的分析与评价工作。然而，由于不同部门所处的视角不同，出现了不同的评价结果，同时也为了从其他的视角研究这一问题，因此有必要对不同视角的三江平原地下水资源量进行分析与评价[2]。

1 不同部门的评价结果分析

在分析相关文献的基础上，将评价三江平原地下水资源量的部门主要识别为水利系统、地质系统和科研机构等并进行评价结果分析。

1.1 水利系统

水利系统的三江平原地下水资源评价工作是在水文地质调查工作的基础上进行的，通过实地调查等方法来研究水资源的合理配置以及水资源的承载能力。其评价思路是从整个水资源量的角度出发，以地表水资源量为主，并将地下水资源量(主要指浅层地下水资源量)看作其中的一个要素，通过3水(降水、地表水、地下水)转化的角度对其进行研究[3-4]。水利部松辽水利委员会、黑龙江省水利水电勘测设计研究院、黑龙江农垦勘测设计研究院等部门先后对三江平原地下水资源量进行分析与评价工作，其中黑龙江省水利水电勘测设计研究院的分析与评价成果较多。

黑龙江省水利水电勘测设计研究院近年来多次对三江平原进行地下水资源量评价[5-7]，结果见表1。

表1 黑龙江省水利水电勘测设计研究院评价结果

Table 1 Evaluation results of Heilongjiang Province Water Conservancy & Hydropower Investigation,Design and Research Institute

年份评价结果(单位:108m3)2002地下水总补给量70.32地下水可开采量55.942005地下水资源量85.56其中平原区地下水资源量67.04平原区地下水资源可开采量66.42山丘区地下水资源量24.47山丘区与平原区之间的重复计算量5.952013地表径流量137.42地下水资源量82.94扣除重复量水资源总量181.43

1.2 地质系统

地质系统的三江平原地下水资源评价工作是在区域地质调查、水工环地质调查、资源调查的基础上进行的，评价对象以浅层地下水为主，同时兼顾深层地下水，并且采用当前国内外先进理论和技术方法分析地下水资源潜力与生态地质环境特征。其评价思路是从水文地质特征分析的角度出发，通过实地勘测等方式获得第一手资料，从而对其进行研究[8-9]。中华人民共和国国土资源部、黑龙江省地质调查研究总院、黑龙江省904水文地质工程地质勘察院等部门先后对三江平原地下水资源量进行分析与评价工作，其中黑龙江省地质调查研究总院的分析与评价成果较多。

黑龙江省地质调查研究总院曾于2002年对三江平原进行地下水资源量评价[10]，结果见表2。

1.3 科研机构

科研机构的三江平原地下水资源评价工作是在掌握水利系统和地质系统第一手数据的基础上进行的，主要从农业水资源配置、水资源生态承载力等方面进行研究。其评价思路是通过建立数学模型、用计算机进行数值模拟等技术手段，从一个更高的视角对其进行研究[11-12]。黑龙江大学、东北农业大学、黑龙江省水利科学研究院、中国科学院东北地理与农业生态研究所等部门先后对三江平原地下水资源量进行分析与评价工作，其中东北农业大学和中国科学院东北地理与农业生态研究所的分析与评价成果较多。

东北农业大学付强教授研究团队主要是从农业水资源配置的角度对三江平原进行地下水资源评价。首先采用气候倾向率、Mann-Kendall非参数检验、小波分析、地统计学、时态GIS进行三江平原水资源时空变异特征分析，并采用基于K-means聚类算法的RBF神经网络模型和集合方法分别对降水量和地下水埋深进行预测[13]。

中国科学院东北地理与农业生态研究所章光新教授研究团队主要是从水资源生态承载力的角度对三江平原进行地下水资源评价。首先对三江平原水文要素演变特征和地下水—地表水转化关系进行研究，在此基础上利用水量均衡法与开采系数法对三江平原可开采量进行计算研究，同时利用一阶交换系数法对三江平原地下水及地表水建立耦合模型，为模拟不同地下水—地表水开采方案提供可靠支撑[14]。

东北农业大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所对三江平原进行地下水资源量的评价结果见表3。

表2 黑龙江省地质调查研究总院评价结果

Table 2 Evaluation results of Heilongjiang Institute of Geological Survey

年份评价结果(单位:104m3)2002地下水补给资源量514522.93其中 垂向补给量338142.65其中降水入渗补给量277768.91渠灌水田回归入渗补给量60373.74河流净补给量58314.54沼泽湿地净补给量72539.87邻区侧向径流净补给量45526.86地下水排泄量河流净排泄量22402.12沼泽湿地净排泄量13523.07地下水蒸发排泄量46369.87向邻区侧向径流净排泄量60730.70地下水可开采资源量371197.40

表3 东北农业大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所评价结果

Table 3 Evaluation results of Northeast Agricultural University &Northeast Institute of Geography and Agroecology,Chinese Academy of Sciences

科研机构评价结果(单位:108m3)多年平均地表水资源总量133.40 东北农业大学多年平均地下水资源总量85.03地表水和地下水的重复量22.70水资源总量195.73 中国科学院东北地理与多年平均地下水补给量65.16 农业生态研究所多年平均地下水排泄量81.75地下水可开采量46.54

2 对比分析

在分析相关文献的基础上，选择基础数据、计算范围、计算分区、计算方案、计算参数共5个评价要素进行比较分析。

2.1 基础数据的差异

水利系统关于三江平原地下水资源评价的基础数据主要侧重于各项补给量(如地下水侧向补给量、河流渗漏量、渠系入渗量、田间灌溉入渗量、地下水灌溉回归量、降水入渗量、平原水库入渗量、山区洪流入渗量等)和各项排泄项(如泉水溢出量、潜水蒸发量、侧向流出量、农业开采量、工业开采量、城镇生活量、地下水补给水库量等)[15]。

地质系统关于三江平原地下水资源评价的基础数据除了各项均衡要素外，还有更详细的地下水系统分析，包括含水层系统的划分、区域地下水流动系统划分、地下水系统特征与功能等方面[16]。

科研机构关于三江平原地下水资源评价的基础数据主要是在水利系统和地质系统第一手数据的基础上根据其自身需要筛选而成，如为进行时间序列分析所选取的典型水文年份序列等[17]。同时，为了更好地进行研究，也要有相应的野外调查和采样分析工作[18]。

2.2 计算范围的差异

水利系统关于三江平原地下水资源评价的计算范围一般指广义的三江平原(也叫大三江平原)，东起乌苏里江，西接汤旺河及牡丹江，南至大兴凯湖及绥芬河，北界黑龙江，总面积10.57×104km2，包括黑龙江、松花江与乌苏里江汇流的三角地带以及倭肯河与兴凯湖平原，占黑龙江省总面积的23%。其中平原区面积为5.85×104km2，占全区总面积的55.3%；山区面积为3.74×104km2，占总面积的35.4%；丘陵区面积为0.98×104km2，占总面积的9.3%[19]。

地质系统关于三江平原地下水资源评价的计算范围一般指狭义的三江平原(也叫小三江平原)，北据黑龙江，南依完达山，东傍乌苏里江，西枕小兴安岭，中跨松花江，北、东与俄罗斯隔江相望，总面积4.51×104km2。与水利系统的计算范围相比，不包括完达山以南的穆棱河—兴凯湖平原以及所有的山区和丘陵区面积[20]。

科研机构关于三江平原地下水资源评价的计算范围根据其自身需要来确定，比较灵活。如挠力河流域地处三江平原的腹地，全区总控制面积22 459 km2，水文地质单元相对完整，具备三江平原总体特征，可以作为三江平原地下水资源评价的一个典型研究区[21]。

2.3 计算分区的差异

水利系统关于三江平原地下水资源评价的计算分区主要按照地表水系进行划分，分为穆棱河地区(穆棱河、七虎林河、阿布沁河、兴凯湖)、倭肯河地区(倭肯河)、安邦河地区(安邦河)、挠力河地区(挠力河、七星河、别拉洪河上游段等河流)、萝北地区(梧桐河、嘟噜河、蜿蜒河)和同抚地区(青龙莲花河、浓江鸭绿河、别拉洪河)[22]。

地质系统关于三江平原地下水资源评价的计算分区是通过计算网格的剖分进行的。以行政分区(划分到农场)进行计算区划分，全区共划分为47个计算单元。在此基础上按每个计算单元均是边长为800 m的正方形进行横向与纵向剖分，共剖分成154 048个单元，其中有效计算单元61 588个，总面积为39416.32 km2。一类边界(河流)所占面积1 651.84 km2，有效计算单元2 581个；三类边界(沼泽湿地)所占面积3 292.80 km2，有效计算单元5 145个[23]。

科研机构关于三江平原地下水资源评价的计算分区一般是以佳木斯、鸡西、鹤岗、双鸭山、七台河等行政区为单位进行估算得到三江平原的地下水资源总量[24]。或者在水利系统分区的基础上进行更加精细的分区，以求得更加精确的结果[25]。

2.4 计算方案的差异

水利系统关于三江平原地下水资源评价的计算方案主要是采用水量均衡法。在各均衡计算区地下水资源量评价成果的基础上，确定各水资源分区和行政分区的地下水资源量，同时对于山丘区和平原区要采用不同的计算方法计算地下水资源量。对于山丘区只计算各项排泄量，并以总排泄量表示地下水资源量(即降水入渗补给量)；对于平原区在计算补给量的同时也计算了排泄量，并进行了补排平衡分析[26]。

地质系统关于三江平原地下水资源评价的计算方案主要是采用数值模拟法。首先将水文地质模型概化为非均质各项同性、三维非稳定流系统，并建立相应的数值模拟模型；然后进行源汇项数据整理，计算垂向补排量和地下水蒸发量并进行模型识别；最后利用长系列的水文和气象资料，计算了丰、平、枯水年各计算单元的地下水补给量和可开采量，进而求得多年均衡条件下全区地下水可开采资源量[27]。

科研机构关于三江平原地下水资源评价的计算方案是多种方法并用。东北农业大学付强教授研究团队采用系统预测方法，根据近60 a三江平原的水文和气象资料进行时空变异特征分析，然后分别用时间序列分析模型、GM(1,1)模型和基于集对原理的集合预测模型进行预测，得到最终结果[28]。中国科学院东北地理与农业生态研究所章光新教授研究团队通过综合运用水量均衡法、数值模拟法、开采系数法对三江平原地下水可开采量进行计算研究，并且采用给水度及水位变幅的空间分布特征对其开采量的空间分布进行了研究[29]。

2.5 计算参数的差异

水利系统关于三江平原地下水资源评价的计算参数较多地采用了气象、水文、地下水动态观测等资料，并利用多种方法计算，最后与经验值对比分析后确定。但是计算参数在具体计算中差别很大，给水度为0.05～0.2，弹性释水率为0.003～0.05[30-31]。

地质系统关于三江平原地下水资源评价的计算参数主要是通过模型识别。首先假定一组参数导入模型中，计算各观测节点上各时段水位值，通过不断修改参数，重复各时段计算，当计算水位与实测水位的误差“最小”时，认为所给定的参数就是模型识别要求的参数[32]。

科研机构关于三江平原地下水资源评价的计算参数一般是根据《水文地质基础手册》中给出的相关参数，并结合当地获取的实测资料，通过参数分区最终确定各项水文地质参数值[33]。

3 综合分析

对上述不同部门关于三江平原地下水资源量的5个评价要素和评价结果进行优选，并为今后相关的评价工作提供参考。

在基础数据方面，因为地质系统较水利系统和科研机构有更详细的地下水系统分析，并且在评价中也考虑到深层地下水，因此选取地质系统的相关资料；在计算范围方面，因为水利系统研究的范围较地质系统和科研机构更为全面，因此选取10.57×104km2作为三江平原的面积；在计算分区方面，因为需要综合考虑地下水、地表水、行政分区等因素，因此水利系统、地质系统和科研机构的相关资料都需要综合考虑；在计算方案方面，要根据实际情况综合借鉴水利系统、地质系统和科研机构的相关计算方案；在计算参数方面，因为地质系统是通过模型识别而得的计算参数，较水利系统和科研机构更加精确，因此选取地质系统的相关资料；在评价结果方面，因为水利系统评价的次数较地质系统和科研机构更多且整体研究的精度较高，因此选取黑龙江省水利水电勘测设计设计院2013年的评价结果。

4 讨 论

由于三江平原的北部边界黑龙江与东部边界乌苏里江(同时也是中俄两国的国界)属于强开放边界，存在跨国之间地下水与地表水之间交换量的计算。在以往对其地下水资源量进行计算的过程中往往忽视了这一点，因此存在诸多争论。从跨国界含水层的角度来说，三江平原也是黑龙江中下游中俄跨国界含水层的中国部分，该跨国界含水层是一个完整的水文地质单元，对其进行地下水资源量的计算误差较小，进而在以往的基础上丰富三江平原地下水资源量的计算方案[34-35]。因此从“黑龙江中下游中俄跨国界含水层中的一部分”这一视角来研究这一问题，不失为一个有益的新思路[36]。

在这一问题上，中国地质大学韩再生教授研究团队已经对其进行了初步研究[37]。黑龙江大学寒区地下水研究所俄罗斯远东水资源研究室自2007年2月成立以来一直致力于黑龙江中下游中俄跨国界含水层的研究，并将其分为7个水文地质分区[38]。在此基础上初步给出分析思路，即根据选定的该跨国界含水层中国部分(三江平原)多年平均地下水资源量和计算范围计算出相应的地下水径流模数，然后通过水文地质比拟法计算该跨国界含水层俄罗斯部分的地下水资源量，从而得到整个跨国界含水层的地下水资源量，进而在基于该跨国界含水层的视角下进一步对三江平原地下水资源量进行分析与评价。

5 结 论

1)由于不同部门所处的视角不同，水利系统、地质系统、科研机构等部门对三江平原地下水资源量有不同的评价结果，主要体现在基础数据、计算范围、计算分区、计算方案、计算参数5个评价要素上。通过综合分析对不同部门关于三江平原地下水资源量的5个评价要素和评价结果进行优选，选取水利系统的评价结果和计算范围、地质系统的基础数据和计算参数，并且综合考虑水利系统、地质系统和科研机构的计算分区和计算方案，为今后相关的评价工作提供参考。

2)通过梳理相关资料发现，目前关于地下水资源量评价的分类很多。有按照以水均衡为基础的分类法(三分法)，将地下水资源量分为补给量、排泄量、储存量。也有按照以分析补给资源为主的分析法(二分法)，将地下水资源量分为补给资源和开采资源。因为没有统一的标准，不同部门的评价结果很难直接比较，仅供参考。

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Analysis and evaluation of groundwater resources in Sanjiang Plain from various perspectives

WANG Si-Cong1a,1b,2,DAI Chang-Lei1a,1b，*,ZHANG Xiao-Hong1a,1b,ZHU Yan-Shi1a,3

(1.HeilongjiangUniversity,a.InstituteofGroundwaterinColdRegion;b.SchoolofHydraulicandElectricpower,Harbin150080,China;2.HarbinMopanshanReservoirManagementOffice,Harbin150001,China;3.ZhengyeSurveyandDesignCroupCompanyLimited,Harbin150030,China)

Various departments have analyzed and evaluated groundwater resources in Sanjiang Plain several times.However,there are various evaluation results due to the various perspectives.Analyzing and evaluating groundwater resources in Sanjiang Plain from various perspectives not only enriches the previous evaluation results,but also gives references to the related departments when they evaluate it later.On the basis of analyzing the related information,the paper identifies the main departments evaluating groundwater resources in Sanjiang Plain as water conservancy institution,geological institution and scientific research institution,etc.;it determines the five evaluation results as basic data,calculation scope,calculation partition,calculation schemes and calculation parameters by the comparative analysis; it chooses the optimal solutions from the five evaluation elements and the evaluation results by the comprehensive analysis and gives references to the related evaluation work later; it puts forward a new beneficial thinking from the perspective of “a part of the Sino-Russian Transboundary Aquifer in Heilongjiang Middle and Lower Reaches.”

groundwater resources;analysis;evaluation;water conservancy institution;geological institution;scientific research institution;Sanjiang Plain

10.13524/j.2095-008x.2016.04.053

2016-09-26；

2016-10-30

“十二五”国家科技支撑计划子课题(2014BAD12B01-03);黑龙江省水文局科技项目(2014230101000811)

王思聪(1991-)，男，黑龙江哈尔滨人，助理工程师，硕士研究生，研究方向：水资源评价与管理，E-mail: hss_wangsicong@126.com；*通讯作者：戴长雷(1978- )，男，山东郓城人，教授，博士，研究方向：寒区地下水及国际河流，E-mail：daichanglei@126.com。

P641.8

A

2095-008X(2016)04-0024-07