第２７卷第６期地质通报
Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．６Ｊｕｎ．，２００８
２００８年６月ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＣＨＩＮＡ
・水文地质・环境地质・工程地质・
地下水可持续开采量与地下水功能评价的关系
张光辉，严明疆，杨丽芝，刘中培
ＺＨＡＮＧＧｕａｎｇ－ｈｕｉ，ＹＡＮＭｉｎｇ－ｊｉａｎｇ，ＹＡＮＧＬｉ－ｚｈｉ，ＬＩＵＺｈｏｎｇ－ｐｅｉ
中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄０５００６１
ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＧｅｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００６１，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ
摘要：针对中国北方地下水评价中偏重资源而对地下水的生态功能和地质环境功能重视不足的问题，立足于流域尺度的地下水生态功能和地质环境功能的目标，从地下水可持续开采循环系统和地下水的自然属性，突出协调综合发挥地下水的资源功能、
量与地下水功能的理念基础、评价原则和评价机理３个方面探讨二者的内在关联性，认为它们同源于人与自然和谐的理念，都以流域尺度的地下水循环系统为研究主体，以保护生态与地质环境为目标，彼此相互促进和相互支撑。地下水功能评价是合理确定地下水可持续开采量的充分条件，地下水可持续开采量的合理确定是实现地下水功能评价目标的必要条件；如果二者缺一，则地下水的生态功能或地质环境功能难以得到有针对性的保护。
关键词：地下水功能；可持续开采量；生态与地质环境约束；互相支撑；综合效益最佳中图分类号：Ｐ６４１．８
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７１－２５５２（２００８）０６－０８７５－０７
ＺｈａｎｇＧＨ，ＹａｎＭＪ，ＹａｎｇＬＺ，ＬｉｕＺＰ．Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｙｉｅｌｄａｎｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓ．ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆＣｈｉｎａ，２００８，２７（６）：８７５－８８１
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓｉｎｎｏｒｔｈｅｒｎＣｈｉｎａ，ｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｓｐａｉｄｔｏｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｗｈｉｌｅｌｅｓｓｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｉｓａｔｔａｃｈｅｄｔｏｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ．Ｉｎｒｅｇａｒｄｔｏｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍａｎｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｃｉｒ－ｃｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｎａｃａｔｃｈｍｅｎｔｓｃａｌｅａｎｄｎａｔｕｒａｌａｔｔｒｉｂｕｔｅｓｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｏｃｕｓｅｓｏｎｃｏｏｒｄｉｎａｔｅａｎｄｇｉｖｅｐｌａｙｔｏｔｈｅｒｅ－ｓｏｕｒｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｙｉｅｌｄａｎｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｒｅｓｐｅｃｔｔｏｔｈｅｉｒｃｏｎｃｅｐｔｓ，ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅｃｈａ－ｎｉｓｍ．Ｉｔｉｓｔｈｏｕｇｈｔｔｈａｔｔｈｅｙｏｒｉｇｉｎａｔｅｆｒｏｍｔｈｅｓａｍｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｈａｒｍｏｎｙｂｅｔｗｅｅｎｍａｎａｎｄｎａｔｕｒｅ，ｔａｋｅｔｈｅｃａｔｃｈｍｅｎｔ－ｓｃａｌｅｇｒｏｕｎｄ－ｗａｔｅｒｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔａｎｄｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｓｔｈｅｔａｒｇｅｔａｎｄｐｒｏ－ｍｏｔｅａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｅａｃｈｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｓｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｒａｔｉｏｎａｌｌｙｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｕｓ－ｔａｉｎａｂｌｅｙｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｙｉｅｌｄｉｓｔｈｅｐｒｅｒｅｑｕｉｓｉｔｅｆｏｒａｃｈｉｅｖｉｎｇｔｈｅｔａｒｇｅｔｏｆｇｒｏｕｎｄ－ｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓ．Ｉｆｏｎｅｏｆｔｈｅｍｉｓｌａｃｋｉｎｇ，ｔｈｅｎｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｐｒｏｔｅｃｔｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｒｇｅｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｗｉｔｈａｃｌｅａｒａｉｍ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｙｉｅｌｄ；ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｆｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｅａｃｈｏｔｈｅｒ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｂｅｎｅｆｉｔ
１问题的提出
地下水不仅是水资源的组成部分，也是生态和地质环境不可缺少的要素。由于区域地下水位持续下降，西北内陆地区的生态环境急剧退化［１］，华北平
收稿日期：２００７－１１－１５；修订日期：２００７－１２－２６
原出现了严重的地面沉降等环境地质问题［２］。因此，如何实现人与自然和谐理念条件下的地下水可持续利用，已成为２１世纪地下水科学研究的热点课题［３－１０］。地下水可持续开采量和地下水功能评价都试图解答上述问题，近年来备受关注［４－１７］。
科技项目：国家重点基础性研究项目（编号：２００６ＣＢ４０３４０１）和国家科技支撑计划项目（编号：２００７ＢＡＤ６９Ｂ０２）资助。
作者简介：张光辉（１９５９－），男，研究员，博士生导师，从事区域水循环演化和地下水可持续利用研究。Ｅ－ｍａｉｌ：Ｈｕａｎｊｉｎｇ＠ｈｅｉｎｆｏ．ｎｅｔ
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地质通报ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＣＨＩＮＡ２００８年
自１９１５年Ｌｅｅ［１８］提出地下水可开采量（又称允许开采量（ｓａｆｅｙｉｅｌｄ））的概念以来，经过Ｍｅｉｎｚｅｒ［１９］、
排泄条件密切相关，还与当地的降水、蒸发、地形地貌和地质构造控水状况有密切的关系［９］。
地下水的资源功能（ＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅ－储存和更新ｆｕｎｃｔｉｏｎ，记作Ｂ１）是指具备一定的补给、
条件的地下水资源的供给保障作用或效应，具有相对独立、稳定的补给源和水的供给保障能力。地下水的生态功能（ＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＦｕｎｃｔｉｏｎ，记作湖泊、湿地或土地质Ｂ２）是指地下水系统对陆表植被、
量良性维持的作用或效应，如果地下水系统发生变化，则生态环境出现响应的改变。地下水的地质环境功能（ＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＧｅｏｌｏｇｉｃＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＦｕｎｃｔｉｏｎ，记作Ｂ３）是指地下水系统对其所赋存的地质环境的稳定性具有支撑和保护的作用或效应，如果地下水系统发生变化，则地质环境出现响应的改变［９］。
无论是地下水可持续开采量，还是地下水功能评价，都是试图针对由于区域地下水位不断下降引发的生态和地质环境问题，寻求一种规范人们开发利用地下水行为的科学依据，使人类活动更符合自然规律，达到提高生产、生活用水过程中保障生态和地质环境安全的能力，出发点完全一致。
从图１可以看出，地下水可持续开采量和地下水功能评价的主体是相同的，都处于气候变化和生产、生活及生态耗水的影响圈层之下，面对如何实现地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能在和谐条件下的可持续利用，同时它们都力求实现人类活动与地下水功能状态之间和谐友好。在这一系统
Ｃｏｋｌｉｎｇ［２０］、Ｂａｎｋｓ［２１］、Ｓｕｔｅｒ［２２］和Ｚｅｉｚｅｌ［２３］不断完善和明
确其“在经济、技术合理，不破坏原来水质、不产生不良环境后果前提下可以从地下含水层系统中抽取的水量”的理念［１］，在２０世纪７０—９０年代被广泛应用。但是，近３０年来仍然出现了诸多与大规模开采地下水相关的生态和地质环境问题，例如地下水位降落漏斗的范围不断向纵深拓展，导致许多地区生态环境退化、地面沉降、海水入侵地下淡水系统等问题日趋严重。Ｆｒａｎｓ等［４］的研究表明，即使实际开采量远低于允许开采量，也会发生同样的生态或地质环境问题。因此，近年来有关地下水可持续开采量及其功能评价的研究日益深入，但是二者之间是什么关系尚无人探讨，这是需要阐明的问题，它对于地下水的可持续利用研究具有积极的促进作用。本文从它们的理念基础、评价原则和评价机理３个方面进行了探讨，并阐明了二者相互促进的内在关系。
２理念基础的关联
“可持续开采量”（ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＹｉｅｌｄ）是指具有一定补给来源和储存能力的地下水系统，在遵循自然水循环规律和地下水流动原理（如水量均衡）的基础上，不超过多年平均补给量且保证地下水系统能够及时达到新的平衡条件下的可开采量，它不挤占维持生态和地质环境稳定所需的水量。它的实质是在生态与环境承载力允许的条件下可以永续开采的地下水量，其可开采量在经济、技术合理理念下进一步突出了生态和环境保护的目标，强调在生态和地质环境友好模式下的地下水可利用量［２－６］。
“地下水功能”（ＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）是指地下水的质和量及其在空间、时间上的变化对人类社会和环境所产生的作用或效应，主要包括地下水的资源供给功能（简称资源功能）、生态环境维持功能（简称生态功能）和地质环境稳定功能（简称地质环境功能），它们共存于由水量、水质、水动力流场和含水介质体（地层）耦合构成的地下水系统中，彼此依存，相互制约，任一功能被过度强化（利用）都会引起其他功能的响应变化。地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能是统一的有机整体，它们各自的承载力有限，具有区位特征，它们的综合可利用性也是有限的，不仅与地下水系统的埋藏条件、补给、径流、
图１地下水各功能之间及其与外部影响因素的关系
Ｆｉｇ．１Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｖａｒｉｏｕｓｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ
ｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄ
ｔｈｅｉｒｅｘｔｅｒｎａｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓ
第２７卷第６期张光辉等：地下水可持续开采量与地下水功能评价的关系
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中，气候变化是不可调控的变量，它不仅影响一个地区地下水的补给量，还影响人类的用水强度和规模（图２）。用于生产和生活的开采量是影响地下水功能状态的人为驱动因素，是地下水可持续开采量评价的主研要素和地下水功能评价的核心因子之一，是和谐理念下人为可调控的主要变量。
在图１中，Ｂ１、Ｂ２和Ｂ３区是地下水各功能的可持续开发利用限域，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ区是两功能彼此制约区，不宜长期开发利用，需要根据气候变化情况适宜调控利用，特别是在连年枯水时更需要谨慎对待，确保后期具有足够的修复能力或条件。图１中的ＳＯＳ区是３个功能相互制约、最为脆弱的区，在理论上是不适宜开采、不可持续开发利用的限域，必须严格禁止大规模的开发利用。在这３类区中，客观上都存在理论的地下水可持续开采量，其中Ｂ类区是地下水资源功能的主导利用区，在两功能彼此制约区（Ⅰ、
想、理念和方法都需要进一步完善，切实融入人与自然和谐思想的精髓。这样，才有可能充分发挥地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能的最佳效益，真正实现地下水可持续开采的宗旨。
图２
华北地下水补给量、开采量与降水量之间的关系
Ｆｉｇ．２ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｅｃｈａｒｇｅａｎｄｐｕｍｐａｇｅｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＮｏｒｔｈＣｈｉｎａ
Ⅱ、Ⅲ类）中则需要关注开采地下水与生态功能和地
质环境功能的关联程度。对于那些对开采地下水响应极为敏感、变化强烈的生态主导功能区或地质环境主导功能区，必需优先考虑生态或地质环境安全的目标，确定地下水的可持续开采量。这其中，必须明确生态或地质环境安全需水的阈值及其可调控性和可自恢复的能力，不宜简单地通过水量均衡方法确定开采量阈值。在ＳＯＳ区，必需严格限制大规模开采地下水，明确开采强度控制的时空阈值。
由此可见，地下水可持续开采量的合理确定是实现地下水功能评价目标的必要条件，地下水功能评价是合理确定地下水可持续开采量的充分条件。没有符合实际的地下水可持续开采量指标指导地下水的开发利用，难以实现地下水功能评价的目标；没有地下水功能评价的成果作为基础，也难以得到符合客观状况的地下水可持续开采量的阈值。
如果仅从地下水系统水量均衡的角度考虑，以往地下水资源评价的结果应该是可持续的，但是事实上却出现了许多与开采地下水有关的生态或地质环境问题。即使严格按可开采量约束也会如此［４］。问题出现在理念上，在确定可开采量时没有从流域尺度充分考虑地下水的生态功能和地质环境功能对水的占有，也没有充分考虑河道长期干涸和地下水位持续下降对地下水补给状况影响的量化计入［１－２，９］，所以难免出现以消耗地下水储存资源、牺牲环境为代价的开发利用情况。因此，地下水评价的指导思
３评价原则的关联
任何地下水可持续开采量的评价都需要遵循以
下原则：①以流域或区域水循环规律和地下水系统水量均衡的原理为基础；②确保地下水系统能够在均衡期内及时达到新的水量平衡；③以合理确定生态与环境用水约束作为地下水可持续开采量评价的重要前提；④在考虑经济、社会、水利工程等诸多影响因素之间的平衡和优化时，重视生态、环境和地下水更新能力对可持续开采量的必然约束，规范用水行为，使其进一步遵循自然规律［３－９］。
地下水功能评价遵循下列原则：①立足于地下水的自然属性，兼顾长期人为因素影响下的社会属性，重视前期资料和成果的利用。②以人与自然和谐、社会可持续发展为根本目标。③以水循环规律作为基础，流域尺度地下水系统为评价的主体，重点评价地下水各功能的区位特征和主要属性。④尽可能实现多目标保护、多功能互补和综合发挥作用［９－１７］。
从上述评价原则不难看出，地下水可持续开采量及其功能评价都是以遵循流域水循环规律为基础，以完整的地下水系统作为评价对象，突出人与自然和谐、可持续、多目标保护和综合效益最佳的原则，主研变量都是地下水位、补给、径流、储存和排泄涉及
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地质通报ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＣＨＩＮＡ２００８年
的各源汇项状态，其中开采量、蓄变量与地下水位埋深之间的关系及其生态、地质环境效应是核心内容。
４评价机制的关联
这里的评价机制是指地下水可持续开采量或功能评价的原理、过程和技术方法的集合，包括如何确定评价对象和评价尺度，如何进行评价分区、遴选评价因子、处理各个指标，如何分析、评判各因子或评价对象（指标）的状况及其变化趋势。
地下水可持续开采量评价，首先是查明评价区地下水循环系统的完整性，将流域地下水系统进行分区。然后，以当地中长时间尺度的气候变化周期作为主要依据，同时充分考虑人类活动对地下水补给条件的影响强度和变化规律，确定地下水均衡期的时限。第三步，确定地下水系统及各分区水量均衡的所有源、汇项，建立相应的数据库，求取地下水系统及各分区的净补给量（即自然条件下储存资源的增量，它不包括均衡期内流出、越流和蒸发蒸腾所消耗的水量），并将该净补给量和相关数据作为确定流域和各分区地下水可持续开采量的基础数据（图
体系（图４）。第三步，应用“地下水功能综合分析系（ＧＦＳ，ＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎＳｙｎｔｈｅｔｉｃ－ｅｖａｌｕａｔｉｃ统”
各功能的状Ｓｙｓｔｅｍ）①，分析计算各剖分单元的属性、
况、综合可持续性评价指数，再应用ＭＡＰＧＩＳ或其他软件，绘制ＧＦＳ计算结果的等值线分布图或分区图。最后，野外校验后，通过地下水功能区划，阐明各分区的优势功能和脆弱功能，确定各分区地下水的主导功能，求算各分区生态、地质环境所需的最低水量，提出合理的地下水开发利用和生态环境保护方案［９］。
地下水功能评价结果的分级和标准如表１所示。地下水综合可持续性评价的结果可划分为可持续性强、可持续性较强、可持续性一般、可持续性较弱和可持续性弱５级，它们是地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能相互作用、相互制约耦合的综合状况。地下水功能评价中包括１０个属性，其中
图３
石家庄城区地下水可持续开采量示意图
Ｆｉｇ．３Ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｙｉｅｌｄ
ｉｎｔｈｅｕｒｂａｎａｒｅａｏｆＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ
３中实线）。最后，根据查明的生态与环境约束条
件，确定各分区及流域的地下水可持续开采量（图
３中实线之下的区域），评价地下水开采量状况及趋
势（图３中虚线）。
地下水功能评价，首先是查明流域尺度地下水循环系统的完整性及其分区特征，以及各分区地下水位的变化与植被、湖泊湿地、土地荒漠化和盐渍化、地面沉降等之间的关联性。然后，根据地下水循环规律、埋藏、补径排条件及与生态和地质环境之间的关联性，进行评价分区和单元剖分，构建评价指标
表１
地下水功能评价的分级与标准
Ｔａｂｌｅ１Ｇｒａｄｉｎｇａｎｄｃｒｉｔｅｒｉａｆｏｒｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ
ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓ
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图４地下水功能评价机制的逻辑结构示意图
Ｆｉｇ．４Ｌｏｇｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｓ
资源功能中有资源占有性、资源再生性、资源调节性、资源可用性，生态功能中有景观环境维持性、水环境关联性、植被环境维持性、土地环境关联性，地质环境功能中有地质环境稳定性和地下水系统衰变性。
上述分析表明，地下水功能与可持续开采量的评价机制之间存在密切的相关性。缺少地下水功能评价作为基础，地下水可持续开采量评价就难以获取有针对性地保护生态或地质环境的地下水可持续开采量评价阈值。因为从流域的地下水系统来看，上、中、下游不同分区的地下水主导功能是各不相同的。
以滹沱河流域为例，该流域是京津以南海河平原浅层地下水超采最严重的地区，石家庄的地下水位降落漏斗面积由１９６５年的５７．５ｋｍ２发展到２００６年的４２９ｋｍ２，漏斗中心水位埋深由不到１０ｍ下降至５４．６ｍ。研究区地处太行山前的倾斜平原，面积滹沱河是该１２８３ｋｍ，多年平均降水量为４９６．４ｍｍ。
２
多年平均开采量为２２．９１×１０８ｍ３／ａ，石家庄城区开采量为（１．９９￣３．９１）×１０８ｍ３／ａ。
图５滹沱河流域平原区地层岩性示意图
Ｆｉｇ．５Ｓｔｒａｔａ／ｌｉｔｈｏｌｏｇｙｉｎｐｌａｉｎａｒｅａｓｏｆｔｈｅＨｕｔｕｏＲｉｖｅｒｃａｔｃｈｍｅｎｔ
含砾粗砂，拟选主要调蓄区；２—砂与粘性土互层，１—卵砾石、
调蓄影响区；３—粘性土夹砂；４—基岩；５—冲洪积扇缘线；
区内的主要河流。区内含水层组主要由滹沱河冲洪积扇群组成（图５），降水入渗是该区地下水的主要补给来源，人工开采是主要的排泄方式。近２５年来
６—山区与平原的界线，冲积物
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单纯从水量上来讲，滹沱河流域各分区都具有可持续开采的地下水水量，它们每年都能获取数量不等的净补给量。从地下水功能的评价结果（图６）看，该流域西北地区的地下水资源功能较强、生态功能较弱，同时除了石家庄地下水漏斗区的地质环境功能较强之外，西北部其他区的地质环境功能都较弱，因此，这一地区的资源功能为地下水的主导功能，适宜规模开采，且这里的地下水开发利用对西北部的生态环境可能产生的影响较弱，可作为石家庄的重要水源地目标区。
该流域东南地区的地下水资源功能最弱，该区不仅处于严重的超采状态，而且富水性也较差，地质环境功能和生态功能是优势功能（图６－ｂ、ｃ），规模开采地下水容易引发地质环境或生态环境问题，属于限采或禁采、重点保护地下水的地质环境功能和生态功能的地区。在该区，由于地下水的地质环境功能和生态功能需要占有一定数量的地下水资源量，
所以用于生产或生活的地下水可开采量要远小于净补给量。如果没有地下水功能评价作为基础，该区的地下水可持续开采量很难客观地考虑到地质环境和生态需水与地下水资源量的关联程度。
５结论
综上所述，可得出如下认识。
（１）地下水的“可持续开采量”与“功能”评价，在基本理念和评价原则上具有密切相关性。它们都基于具有一定补给来源和储存能力的地下水系统，遵循自然水循环规律和地下水系统水量均衡的原理，强调在生态与环境允许的条件下地下水资源的永续利用，都突出人与自然和谐、可持续性、多目标保护和综合效益最佳的原则，主研变量都是地下水位、补给、径流、储存和排泄涉及的各源汇项状态，其中开采量、蓄变量与地下水位埋深之间的关系及地下水的生态、地质环境效应是核心内容。
图６滹沱河流域地下水功能可持续性综合评价结果
Ｆｉｇ．６Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｓ
ｉｎｔｈｅＨｕｔｕｏｈｅＲｉｖｅｒｃａｔｃｈｍｅｎｔ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＰｌａｎ
ａ—资源功能成果图；ｂ—生态功能成果图；ｃ—环境地质功能成果图；
ｄ—综合可持续性成果图（指数愈大，对应功能愈强）
第２７卷第６期张光辉等：地下水可持续开采量与地下水功能评价的关系
理论与方法［Ｊ］．水文地质工程地质，２００６，（４）：６２－６６．
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（２）地下水的可持续开采量与功能评价具有相似的评价机制，包括如何确定评价对象和评价尺度，如何进行评价分区、遴选评价因子、处理各个指标，如何分析和评判各因子或评价对象的（指标）状况及其变化趋势。
由此可见，地下水可持续开采量的合理确定是实现地下水功能评价的必要条件，地下水功能评价是合理确定地下水可持续开采量的充分条件。没有符合实际的地下水可持续开采量指标指导地下水的开发利用，难以实现地下水功能评价的目标；没有地下水功能评价的成果作为基础，难以取得符合客观状况的地下水可持续开采量阈值。将地下水可持续开采量及其功能评价有机结合，有利于地下水可持续性的深入研究和生态与地质环境的有效保护。致谢：项目组全体同事参与相关探讨和研究，聂振龙博士帮助清绘了部分插图。
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第２７卷第６期地质通报
Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．６Ｊｕｎ．，２００８
２００８年６月ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＣＨＩＮＡ
・水文地质・环境地质・工程地质・
地下水可持续开采量与地下水功能评价的关系
张光辉，严明疆，杨丽芝，刘中培
ＺＨＡＮＧＧｕａｎｇ－ｈｕｉ，ＹＡＮＭｉｎｇ－ｊｉａｎｇ，ＹＡＮＧＬｉ－ｚｈｉ，ＬＩＵＺｈｏｎｇ－ｐｅｉ
中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄０５００６１
ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＧｅｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００６１，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ
摘要：针对中国北方地下水评价中偏重资源而对地下水的生态功能和地质环境功能重视不足的问题，立足于流域尺度的地下水生态功能和地质环境功能的目标，从地下水可持续开采循环系统和地下水的自然属性，突出协调综合发挥地下水的资源功能、
量与地下水功能的理念基础、评价原则和评价机理３个方面探讨二者的内在关联性，认为它们同源于人与自然和谐的理念，都以流域尺度的地下水循环系统为研究主体，以保护生态与地质环境为目标，彼此相互促进和相互支撑。地下水功能评价是合理确定地下水可持续开采量的充分条件，地下水可持续开采量的合理确定是实现地下水功能评价目标的必要条件；如果二者缺一，则地下水的生态功能或地质环境功能难以得到有针对性的保护。
关键词：地下水功能；可持续开采量；生态与地质环境约束；互相支撑；综合效益最佳中图分类号：Ｐ６４１．８
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７１－２５５２（２００８）０６－０８７５－０７
ＺｈａｎｇＧＨ，ＹａｎＭＪ，ＹａｎｇＬＺ，ＬｉｕＺＰ．Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｙｉｅｌｄａｎｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓ．ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆＣｈｉｎａ，２００８，２７（６）：８７５－８８１
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓｉｎｎｏｒｔｈｅｒｎＣｈｉｎａ，ｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｓｐａｉｄｔｏｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｗｈｉｌｅｌｅｓｓｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｉｓａｔｔａｃｈｅｄｔｏｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ．Ｉｎｒｅｇａｒｄｔｏｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍａｎｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｃｉｒ－ｃｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｎａｃａｔｃｈｍｅｎｔｓｃａｌｅａｎｄｎａｔｕｒａｌａｔｔｒｉｂｕｔｅｓｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｏｃｕｓｅｓｏｎｃｏｏｒｄｉｎａｔｅａｎｄｇｉｖｅｐｌａｙｔｏｔｈｅｒｅ－ｓｏｕｒｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｙｉｅｌｄａｎｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｒｅｓｐｅｃｔｔｏｔｈｅｉｒｃｏｎｃｅｐｔｓ，ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅｃｈａ－ｎｉｓｍ．Ｉｔｉｓｔｈｏｕｇｈｔｔｈａｔｔｈｅｙｏｒｉｇｉｎａｔｅｆｒｏｍｔｈｅｓａｍｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｈａｒｍｏｎｙｂｅｔｗｅｅｎｍａｎａｎｄｎａｔｕｒｅ，ｔａｋｅｔｈｅｃａｔｃｈｍｅｎｔ－ｓｃａｌｅｇｒｏｕｎｄ－ｗａｔｅｒｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔａｎｄｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｓｔｈｅｔａｒｇｅｔａｎｄｐｒｏ－ｍｏｔｅａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｅａｃｈｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｓｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｒａｔｉｏｎａｌｌｙｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｕｓ－ｔａｉｎａｂｌｅｙｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｙｉｅｌｄｉｓｔｈｅｐｒｅｒｅｑｕｉｓｉｔｅｆｏｒａｃｈｉｅｖｉｎｇｔｈｅｔａｒｇｅｔｏｆｇｒｏｕｎｄ－ｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓ．Ｉｆｏｎｅｏｆｔｈｅｍｉｓｌａｃｋｉｎｇ，ｔｈｅｎｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｐｒｏｔｅｃｔｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｒｇｅｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｗｉｔｈａｃｌｅａｒａｉｍ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｙｉｅｌｄ；ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｆｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｅａｃｈｏｔｈｅｒ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｂｅｎｅｆｉｔ
１问题的提出
地下水不仅是水资源的组成部分，也是生态和地质环境不可缺少的要素。由于区域地下水位持续下降，西北内陆地区的生态环境急剧退化［１］，华北平
收稿日期：２００７－１１－１５；修订日期：２００７－１２－２６
原出现了严重的地面沉降等环境地质问题［２］。因此，如何实现人与自然和谐理念条件下的地下水可持续利用，已成为２１世纪地下水科学研究的热点课题［３－１０］。地下水可持续开采量和地下水功能评价都试图解答上述问题，近年来备受关注［４－１７］。
科技项目：国家重点基础性研究项目（编号：２００６ＣＢ４０３４０１）和国家科技支撑计划项目（编号：２００７ＢＡＤ６９Ｂ０２）资助。
作者简介：张光辉（１９５９－），男，研究员，博士生导师，从事区域水循环演化和地下水可持续利用研究。Ｅ－ｍａｉｌ：Ｈｕａｎｊｉｎｇ＠ｈｅｉｎｆｏ．ｎｅｔ
８７６
地质通报ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＣＨＩＮＡ２００８年
自１９１５年Ｌｅｅ［１８］提出地下水可开采量（又称允许开采量（ｓａｆｅｙｉｅｌｄ））的概念以来，经过Ｍｅｉｎｚｅｒ［１９］、
排泄条件密切相关，还与当地的降水、蒸发、地形地貌和地质构造控水状况有密切的关系［９］。
地下水的资源功能（ＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅ－储存和更新ｆｕｎｃｔｉｏｎ，记作Ｂ１）是指具备一定的补给、
条件的地下水资源的供给保障作用或效应，具有相对独立、稳定的补给源和水的供给保障能力。地下水的生态功能（ＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＦｕｎｃｔｉｏｎ，记作湖泊、湿地或土地质Ｂ２）是指地下水系统对陆表植被、
量良性维持的作用或效应，如果地下水系统发生变化，则生态环境出现响应的改变。地下水的地质环境功能（ＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＧｅｏｌｏｇｉｃＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＦｕｎｃｔｉｏｎ，记作Ｂ３）是指地下水系统对其所赋存的地质环境的稳定性具有支撑和保护的作用或效应，如果地下水系统发生变化，则地质环境出现响应的改变［９］。
无论是地下水可持续开采量，还是地下水功能评价，都是试图针对由于区域地下水位不断下降引发的生态和地质环境问题，寻求一种规范人们开发利用地下水行为的科学依据，使人类活动更符合自然规律，达到提高生产、生活用水过程中保障生态和地质环境安全的能力，出发点完全一致。
从图１可以看出，地下水可持续开采量和地下水功能评价的主体是相同的，都处于气候变化和生产、生活及生态耗水的影响圈层之下，面对如何实现地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能在和谐条件下的可持续利用，同时它们都力求实现人类活动与地下水功能状态之间和谐友好。在这一系统
Ｃｏｋｌｉｎｇ［２０］、Ｂａｎｋｓ［２１］、Ｓｕｔｅｒ［２２］和Ｚｅｉｚｅｌ［２３］不断完善和明
确其“在经济、技术合理，不破坏原来水质、不产生不良环境后果前提下可以从地下含水层系统中抽取的水量”的理念［１］，在２０世纪７０—９０年代被广泛应用。但是，近３０年来仍然出现了诸多与大规模开采地下水相关的生态和地质环境问题，例如地下水位降落漏斗的范围不断向纵深拓展，导致许多地区生态环境退化、地面沉降、海水入侵地下淡水系统等问题日趋严重。Ｆｒａｎｓ等［４］的研究表明，即使实际开采量远低于允许开采量，也会发生同样的生态或地质环境问题。因此，近年来有关地下水可持续开采量及其功能评价的研究日益深入，但是二者之间是什么关系尚无人探讨，这是需要阐明的问题，它对于地下水的可持续利用研究具有积极的促进作用。本文从它们的理念基础、评价原则和评价机理３个方面进行了探讨，并阐明了二者相互促进的内在关系。
２理念基础的关联
“可持续开采量”（ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＹｉｅｌｄ）是指具有一定补给来源和储存能力的地下水系统，在遵循自然水循环规律和地下水流动原理（如水量均衡）的基础上，不超过多年平均补给量且保证地下水系统能够及时达到新的平衡条件下的可开采量，它不挤占维持生态和地质环境稳定所需的水量。它的实质是在生态与环境承载力允许的条件下可以永续开采的地下水量，其可开采量在经济、技术合理理念下进一步突出了生态和环境保护的目标，强调在生态和地质环境友好模式下的地下水可利用量［２－６］。
“地下水功能”（ＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）是指地下水的质和量及其在空间、时间上的变化对人类社会和环境所产生的作用或效应，主要包括地下水的资源供给功能（简称资源功能）、生态环境维持功能（简称生态功能）和地质环境稳定功能（简称地质环境功能），它们共存于由水量、水质、水动力流场和含水介质体（地层）耦合构成的地下水系统中，彼此依存，相互制约，任一功能被过度强化（利用）都会引起其他功能的响应变化。地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能是统一的有机整体，它们各自的承载力有限，具有区位特征，它们的综合可利用性也是有限的，不仅与地下水系统的埋藏条件、补给、径流、
图１地下水各功能之间及其与外部影响因素的关系
Ｆｉｇ．１Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｖａｒｉｏｕｓｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ
ｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄ
ｔｈｅｉｒｅｘｔｅｒｎａｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓ
第２７卷第６期张光辉等：地下水可持续开采量与地下水功能评价的关系
８７７
中，气候变化是不可调控的变量，它不仅影响一个地区地下水的补给量，还影响人类的用水强度和规模（图２）。用于生产和生活的开采量是影响地下水功能状态的人为驱动因素，是地下水可持续开采量评价的主研要素和地下水功能评价的核心因子之一，是和谐理念下人为可调控的主要变量。
在图１中，Ｂ１、Ｂ２和Ｂ３区是地下水各功能的可持续开发利用限域，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ区是两功能彼此制约区，不宜长期开发利用，需要根据气候变化情况适宜调控利用，特别是在连年枯水时更需要谨慎对待，确保后期具有足够的修复能力或条件。图１中的ＳＯＳ区是３个功能相互制约、最为脆弱的区，在理论上是不适宜开采、不可持续开发利用的限域，必须严格禁止大规模的开发利用。在这３类区中，客观上都存在理论的地下水可持续开采量，其中Ｂ类区是地下水资源功能的主导利用区，在两功能彼此制约区（Ⅰ、
想、理念和方法都需要进一步完善，切实融入人与自然和谐思想的精髓。这样，才有可能充分发挥地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能的最佳效益，真正实现地下水可持续开采的宗旨。
图２
华北地下水补给量、开采量与降水量之间的关系
Ｆｉｇ．２ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｅｃｈａｒｇｅａｎｄｐｕｍｐａｇｅｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＮｏｒｔｈＣｈｉｎａ
Ⅱ、Ⅲ类）中则需要关注开采地下水与生态功能和地
质环境功能的关联程度。对于那些对开采地下水响应极为敏感、变化强烈的生态主导功能区或地质环境主导功能区，必需优先考虑生态或地质环境安全的目标，确定地下水的可持续开采量。这其中，必须明确生态或地质环境安全需水的阈值及其可调控性和可自恢复的能力，不宜简单地通过水量均衡方法确定开采量阈值。在ＳＯＳ区，必需严格限制大规模开采地下水，明确开采强度控制的时空阈值。
由此可见，地下水可持续开采量的合理确定是实现地下水功能评价目标的必要条件，地下水功能评价是合理确定地下水可持续开采量的充分条件。没有符合实际的地下水可持续开采量指标指导地下水的开发利用，难以实现地下水功能评价的目标；没有地下水功能评价的成果作为基础，也难以得到符合客观状况的地下水可持续开采量的阈值。
如果仅从地下水系统水量均衡的角度考虑，以往地下水资源评价的结果应该是可持续的，但是事实上却出现了许多与开采地下水有关的生态或地质环境问题。即使严格按可开采量约束也会如此［４］。问题出现在理念上，在确定可开采量时没有从流域尺度充分考虑地下水的生态功能和地质环境功能对水的占有，也没有充分考虑河道长期干涸和地下水位持续下降对地下水补给状况影响的量化计入［１－２，９］，所以难免出现以消耗地下水储存资源、牺牲环境为代价的开发利用情况。因此，地下水评价的指导思
３评价原则的关联
任何地下水可持续开采量的评价都需要遵循以
下原则：①以流域或区域水循环规律和地下水系统水量均衡的原理为基础；②确保地下水系统能够在均衡期内及时达到新的水量平衡；③以合理确定生态与环境用水约束作为地下水可持续开采量评价的重要前提；④在考虑经济、社会、水利工程等诸多影响因素之间的平衡和优化时，重视生态、环境和地下水更新能力对可持续开采量的必然约束，规范用水行为，使其进一步遵循自然规律［３－９］。
地下水功能评价遵循下列原则：①立足于地下水的自然属性，兼顾长期人为因素影响下的社会属性，重视前期资料和成果的利用。②以人与自然和谐、社会可持续发展为根本目标。③以水循环规律作为基础，流域尺度地下水系统为评价的主体，重点评价地下水各功能的区位特征和主要属性。④尽可能实现多目标保护、多功能互补和综合发挥作用［９－１７］。
从上述评价原则不难看出，地下水可持续开采量及其功能评价都是以遵循流域水循环规律为基础，以完整的地下水系统作为评价对象，突出人与自然和谐、可持续、多目标保护和综合效益最佳的原则，主研变量都是地下水位、补给、径流、储存和排泄涉及
８７８
地质通报ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＣＨＩＮＡ２００８年
的各源汇项状态，其中开采量、蓄变量与地下水位埋深之间的关系及其生态、地质环境效应是核心内容。
４评价机制的关联
这里的评价机制是指地下水可持续开采量或功能评价的原理、过程和技术方法的集合，包括如何确定评价对象和评价尺度，如何进行评价分区、遴选评价因子、处理各个指标，如何分析、评判各因子或评价对象（指标）的状况及其变化趋势。
地下水可持续开采量评价，首先是查明评价区地下水循环系统的完整性，将流域地下水系统进行分区。然后，以当地中长时间尺度的气候变化周期作为主要依据，同时充分考虑人类活动对地下水补给条件的影响强度和变化规律，确定地下水均衡期的时限。第三步，确定地下水系统及各分区水量均衡的所有源、汇项，建立相应的数据库，求取地下水系统及各分区的净补给量（即自然条件下储存资源的增量，它不包括均衡期内流出、越流和蒸发蒸腾所消耗的水量），并将该净补给量和相关数据作为确定流域和各分区地下水可持续开采量的基础数据（图
体系（图４）。第三步，应用“地下水功能综合分析系（ＧＦＳ，ＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎＳｙｎｔｈｅｔｉｃ－ｅｖａｌｕａｔｉｃ统”
各功能的状Ｓｙｓｔｅｍ）①，分析计算各剖分单元的属性、
况、综合可持续性评价指数，再应用ＭＡＰＧＩＳ或其他软件，绘制ＧＦＳ计算结果的等值线分布图或分区图。最后，野外校验后，通过地下水功能区划，阐明各分区的优势功能和脆弱功能，确定各分区地下水的主导功能，求算各分区生态、地质环境所需的最低水量，提出合理的地下水开发利用和生态环境保护方案［９］。
地下水功能评价结果的分级和标准如表１所示。地下水综合可持续性评价的结果可划分为可持续性强、可持续性较强、可持续性一般、可持续性较弱和可持续性弱５级，它们是地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能相互作用、相互制约耦合的综合状况。地下水功能评价中包括１０个属性，其中
图３
石家庄城区地下水可持续开采量示意图
Ｆｉｇ．３Ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｙｉｅｌｄ
ｉｎｔｈｅｕｒｂａｎａｒｅａｏｆＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ
３中实线）。最后，根据查明的生态与环境约束条
件，确定各分区及流域的地下水可持续开采量（图
３中实线之下的区域），评价地下水开采量状况及趋
势（图３中虚线）。
地下水功能评价，首先是查明流域尺度地下水循环系统的完整性及其分区特征，以及各分区地下水位的变化与植被、湖泊湿地、土地荒漠化和盐渍化、地面沉降等之间的关联性。然后，根据地下水循环规律、埋藏、补径排条件及与生态和地质环境之间的关联性，进行评价分区和单元剖分，构建评价指标
表１
地下水功能评价的分级与标准
Ｔａｂｌｅ１Ｇｒａｄｉｎｇａｎｄｃｒｉｔｅｒｉａｆｏｒｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ
ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓ
第２７卷第６期张光辉等：地下水可持续开采量与地下水功能评价的关系
８７９
图４地下水功能评价机制的逻辑结构示意图
Ｆｉｇ．４Ｌｏｇｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｓ
资源功能中有资源占有性、资源再生性、资源调节性、资源可用性，生态功能中有景观环境维持性、水环境关联性、植被环境维持性、土地环境关联性，地质环境功能中有地质环境稳定性和地下水系统衰变性。
上述分析表明，地下水功能与可持续开采量的评价机制之间存在密切的相关性。缺少地下水功能评价作为基础，地下水可持续开采量评价就难以获取有针对性地保护生态或地质环境的地下水可持续开采量评价阈值。因为从流域的地下水系统来看，上、中、下游不同分区的地下水主导功能是各不相同的。
以滹沱河流域为例，该流域是京津以南海河平原浅层地下水超采最严重的地区，石家庄的地下水位降落漏斗面积由１９６５年的５７．５ｋｍ２发展到２００６年的４２９ｋｍ２，漏斗中心水位埋深由不到１０ｍ下降至５４．６ｍ。研究区地处太行山前的倾斜平原，面积滹沱河是该１２８３ｋｍ，多年平均降水量为４９６．４ｍｍ。
２
多年平均开采量为２２．９１×１０８ｍ３／ａ，石家庄城区开采量为（１．９９￣３．９１）×１０８ｍ３／ａ。
图５滹沱河流域平原区地层岩性示意图
Ｆｉｇ．５Ｓｔｒａｔａ／ｌｉｔｈｏｌｏｇｙｉｎｐｌａｉｎａｒｅａｓｏｆｔｈｅＨｕｔｕｏＲｉｖｅｒｃａｔｃｈｍｅｎｔ
含砾粗砂，拟选主要调蓄区；２—砂与粘性土互层，１—卵砾石、
调蓄影响区；３—粘性土夹砂；４—基岩；５—冲洪积扇缘线；
区内的主要河流。区内含水层组主要由滹沱河冲洪积扇群组成（图５），降水入渗是该区地下水的主要补给来源，人工开采是主要的排泄方式。近２５年来
６—山区与平原的界线，冲积物
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地质通报ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＣＨＩＮＡ２００８年
单纯从水量上来讲，滹沱河流域各分区都具有可持续开采的地下水水量，它们每年都能获取数量不等的净补给量。从地下水功能的评价结果（图６）看，该流域西北地区的地下水资源功能较强、生态功能较弱，同时除了石家庄地下水漏斗区的地质环境功能较强之外，西北部其他区的地质环境功能都较弱，因此，这一地区的资源功能为地下水的主导功能，适宜规模开采，且这里的地下水开发利用对西北部的生态环境可能产生的影响较弱，可作为石家庄的重要水源地目标区。
该流域东南地区的地下水资源功能最弱，该区不仅处于严重的超采状态，而且富水性也较差，地质环境功能和生态功能是优势功能（图６－ｂ、ｃ），规模开采地下水容易引发地质环境或生态环境问题，属于限采或禁采、重点保护地下水的地质环境功能和生态功能的地区。在该区，由于地下水的地质环境功能和生态功能需要占有一定数量的地下水资源量，
所以用于生产或生活的地下水可开采量要远小于净补给量。如果没有地下水功能评价作为基础，该区的地下水可持续开采量很难客观地考虑到地质环境和生态需水与地下水资源量的关联程度。
５结论
综上所述，可得出如下认识。
（１）地下水的“可持续开采量”与“功能”评价，在基本理念和评价原则上具有密切相关性。它们都基于具有一定补给来源和储存能力的地下水系统，遵循自然水循环规律和地下水系统水量均衡的原理，强调在生态与环境允许的条件下地下水资源的永续利用，都突出人与自然和谐、可持续性、多目标保护和综合效益最佳的原则，主研变量都是地下水位、补给、径流、储存和排泄涉及的各源汇项状态，其中开采量、蓄变量与地下水位埋深之间的关系及地下水的生态、地质环境效应是核心内容。
图６滹沱河流域地下水功能可持续性综合评价结果
Ｆｉｇ．６Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｓ
ｉｎｔｈｅＨｕｔｕｏｈｅＲｉｖｅｒｃａｔｃｈｍｅｎｔ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＰｌａｎ
ａ—资源功能成果图；ｂ—生态功能成果图；ｃ—环境地质功能成果图；
ｄ—综合可持续性成果图（指数愈大，对应功能愈强）
第２７卷第６期张光辉等：地下水可持续开采量与地下水功能评价的关系
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（２）地下水的可持续开采量与功能评价具有相似的评价机制，包括如何确定评价对象和评价尺度，如何进行评价分区、遴选评价因子、处理各个指标，如何分析和评判各因子或评价对象的（指标）状况及其变化趋势。
由此可见，地下水可持续开采量的合理确定是实现地下水功能评价的必要条件，地下水功能评价是合理确定地下水可持续开采量的充分条件。没有符合实际的地下水可持续开采量指标指导地下水的开发利用，难以实现地下水功能评价的目标；没有地下水功能评价的成果作为基础，难以取得符合客观状况的地下水可持续开采量阈值。将地下水可持续开采量及其功能评价有机结合，有利于地下水可持续性的深入研究和生态与地质环境的有效保护。致谢：项目组全体同事参与相关探讨和研究，聂振龙博士帮助清绘了部分插图。
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