王凱軍

（水利部松遼水利委員會，吉林 長春 130021）

1 概述

地下水作為生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基的水資源的重要組成部分，其開發(fā)利用對于保障飲水安全、糧食安全和生態(tài)安全乃至于經(jīng)濟安全和國家安全具有十分重要的地位和作用，對于保障節(jié)水增糧項目的順利實施和既定效果的取得具有十分重要的意義。但長期以來由于缺乏統(tǒng)一和有效的監(jiān)管，致使一些地區(qū)因過量開采而引發(fā)地面沉降、土壤次生鹽漬化和荒漠化等諸多生態(tài)環(huán)境問題。同時地下水的過量開采，地下水位持續(xù)下降，增大了地表水與地下水的水頭差，同時也增大了地面污水的入滲。隨著居民生活水平的提高，工業(yè)和居民生活需水量也隨之不斷增加，因而地下水的超采量也會增加，日積月累，污染物不僅進入淺層地下水，而且還蔓延到深層地下水。

由于地下水的超量開采,引發(fā)了一系列環(huán)境地質(zhì)問題，嚴重威脅了生態(tài)環(huán)境，人類生存和發(fā)展的基本條件受到危脅，影響了經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展。

開展地下水環(huán)境健康及預測研究具有重要的理論和實際意義，為地下水資源的科學管理和可持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展具有重要意義，為經(jīng)濟社會的又好又快發(fā)展提供相應的技術支撐。

地下水環(huán)境健康預測是地下水環(huán)境健康理論的一部分，是地下水環(huán)境健康理論的發(fā)展和延續(xù)。通過地下水環(huán)境健康的預測研究，完善了地下水環(huán)境健康理論體系，是地下水環(huán)境健康的延伸、發(fā)展和補充，使地下水環(huán)境健康理論體系更加完善。

地下水環(huán)境健康理論從一個嶄新的方面開展了地下水的理論研究。將生態(tài)系統(tǒng)健康理念引入地下水環(huán)境的系統(tǒng)研究中，從人體健康的角度分析外界因素對地下水環(huán)境的影響，進一步研究地下水環(huán)境修復和治理的角度和潛力，分析地下水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的能力和狀態(tài),為地下水資源的科學管理、優(yōu)化配置、高效利用和節(jié)水增糧提供技術支撐，以水資源的可持續(xù)利用保障飲水安全、糧食安生態(tài)安全和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

2 地下水環(huán)境健康預測的涵義

2.1 水環(huán)境健康

地下水環(huán)境是指地下水的物理性質(zhì)、化學成分和貯存空間及其由于自然地質(zhì)作用和人類工程—經(jīng)濟活動作用下所形成的狀態(tài)總和[2]。水環(huán)境健康是指一個水體系統(tǒng)在為人類提供健康的生存環(huán)境和健康的水方面所具有的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。參考生態(tài)環(huán)境健康和水環(huán)境健康的定義，將地下水環(huán)境健康定義，地下水環(huán)境健康：是表征地下水環(huán)境所處的狀態(tài)——健康程度的指標，是指地下水環(huán)境在發(fā)揮其資源、生態(tài)以及地質(zhì)環(huán)境功能等諸方面所具有的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

2.2 地下水環(huán)境健康預測

地下水環(huán)境健康預測就是在地下水環(huán)境健康程度現(xiàn)狀評價的基礎上，根據(jù)地下水及水資源開發(fā)利用方案和社會經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)劃，利用地下水環(huán)境健康預測模型方法對未來地下水環(huán)境健康程度進行預測，或是根據(jù)地下水環(huán)境預測指標體系內(nèi)各要素的預測，利用地下水環(huán)境健康評價模型對未來時刻地下水環(huán)境預測指標體系進行評價，以此進行地下水環(huán)境健康預測。

3 地下水環(huán)境健康預測的指標體系構建

地下水系統(tǒng)及環(huán)境的復雜性，影響地下水環(huán)境健康的種種因素，決定著地下水環(huán)境健康的預測不能從單一的角度，即從組成地下水環(huán)境的一個或幾個要素，或是單單從地下水自身性質(zhì)出發(fā)去研究地下水環(huán)境健康程度，而應對地下水的自身性質(zhì)、地下水遷移轉化規(guī)律及機制研究以及影響地下水環(huán)境健康的要素進行系統(tǒng)地綜合分析研究，建立地下水環(huán)境健康預測指標體系。

3.1 地下水環(huán)境健康預測的指標體系

1）可持續(xù)發(fā)展基本定向指標框架

基本類定向指標[3]是一組用于確定可持續(xù)發(fā)展方向的指標。生存，表示地下水系統(tǒng)與外界環(huán)境狀況相協(xié)調(diào)并能在其中生存與發(fā)展；能效，表示地下水系統(tǒng)能在與外界環(huán)境長期平衡發(fā)展基礎上通過有效的努力使稀缺的地下水資源供給安全可靠，并能消除不利影響；自由，表示地下水系統(tǒng)必須具有在一定范圍內(nèi)靈活地應對由環(huán)境變化帶來各種挑戰(zhàn)的能力，以保障社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展；安全，表示地下水系統(tǒng)必須能夠使自身免受環(huán)境易變性的影響，使其穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展；適應，表示地下水系統(tǒng)應具有通過自適應和自組織更好地適應環(huán)境改變的挑戰(zhàn)的能力，使系統(tǒng)在改變了的環(huán)境中持續(xù)發(fā)展；共存，指地下水系統(tǒng)必須有能力調(diào)整其自身行為，考慮其它子系統(tǒng)和周圍環(huán)境的行為、利益，并與之協(xié)調(diào)發(fā)展。

2）地下水環(huán)境健康預測指標體系構建

根據(jù)地下水環(huán)境健康的概念及地下水環(huán)境健康預測的含義，按照可持續(xù)發(fā)展基本定向指標的框架構建地下水環(huán)境健康預測指標體系。按目標層、準則層、分類層和指標層4個層次建立指標體系，將準則層（水資源屬性、生態(tài)環(huán)境屬性和社會經(jīng)濟四大屬性）按生存、能效、自由、安全、適應和共存6個基本類構建指標體系，以此框架構建地下水環(huán)境健康預測指標體系。指標體系結構見圖1[3,5]。

3.2 地下水環(huán)境健康預測的指標體系評價標準

本文從地下水環(huán)境健康及健康預測的特點和研究內(nèi)容著手，按照科學發(fā)展觀的內(nèi)涵和要求，以水資源的可持續(xù)利用保障社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展的原則，根據(jù)研究區(qū)域的地域特點，建立一套適用于研究區(qū)的用以衡量研究區(qū)地下水環(huán)境健康狀態(tài)的指標體系及其參照標準。

此次研究采用前人研究成果仍將地下水環(huán)境健康劃分為3個等級，即健康、亞健康和不健康。根據(jù)相關法律法規(guī)、國家及行業(yè)標準、類比標準、規(guī)劃及相關科研成果數(shù)據(jù)，進行綜合分析后，結合國內(nèi)學者建立的指標體系標準和研究區(qū)的實際，確定地下水環(huán)境健康預測指標的健康狀態(tài)等級界定標準，評價標準見表1。

表1 地下水環(huán)境健康預測指標等級界定標準[3,4]

圖1 地下水環(huán)境健康預測指標體系結構圖

4 地下水環(huán)境健康預測方法

4.1 地下水環(huán)境健康預測方法

根據(jù)地下水環(huán)境健康及健康預測的含義，進行地下水環(huán)境健康預測的方法可以分為兩種，即地下水環(huán)境健康單指標預測和綜合指數(shù)預測[3]。

地下水環(huán)境健康單指標預測是對研究區(qū)地下水環(huán)境健康預測指標體系的各指標采用相應的數(shù)學方法進行單個指標的趨勢預測，然后對照其健康等級標準，判定地下水環(huán)境未來的健康趨勢。

地下水環(huán)境健康綜合指數(shù)預測根據(jù)對研究區(qū)系列資料的分析，分析研究區(qū)地下水環(huán)境的演化發(fā)展歷程，對研究區(qū)地下水環(huán)境健康狀況進行綜合評價，根據(jù)這個演化歷程和評價結果，采用相應的數(shù)學模型對研究區(qū)未來地下水環(huán)境演化趨勢進行預測。綜合指數(shù)預測包括兩種方式，一為地下水環(huán)境健康綜合指數(shù)預測法，即根據(jù)系列地下水環(huán)境健康綜合指數(shù)演化發(fā)展規(guī)律，直接對研究區(qū)的地下水環(huán)境健康趨勢進行預測；另一種方式是地下水環(huán)境健康指標預測綜合評價法，即根據(jù)研究區(qū)地下水環(huán)境健康單指標預測結果，采用地下水環(huán)境健康綜合評價方法，對研究區(qū)未來地下水環(huán)境健康狀況進行評價。

4.2 地下水環(huán)境健康預測數(shù)學模型

地下水環(huán)境健康預測模型按預測方法可分為兩類：一是地下水環(huán)境健康單指標預測方法和模型；二是利用地下水環(huán)境健康綜合指數(shù)預測模型，其中包括地下水環(huán)境健康綜合評價模型和預測模型。

1）地下水環(huán)境健康單指標預測綜合評價模型

地下水環(huán)境健康單指標預測綜合評價模型是對指標體系內(nèi)的每個指標進行預測，預測該指標未來時期的發(fā)展演化規(guī)律。針對指標體系內(nèi)的各水資源屬性指標、社會經(jīng)濟屬性指標和生態(tài)環(huán)境屬性指標，根據(jù)各指標的特點和變化規(guī)律選定的各指標的預測方法和模型，按照研究區(qū)影響各指標因素的既定發(fā)展方案，進行單指標預測，對各指標的預測結果利用綜合評價模型，進行地下水環(huán)境健康綜合評價，確定未來研究區(qū)地下水環(huán)境健康狀況。

2）地下水環(huán)境健康綜合指數(shù)預測模型

地下水環(huán)境健康綜合指數(shù)預測模型是根據(jù)地下水環(huán)境健康系列年綜合評價的基礎上，利用系列地下水環(huán)境健康綜合指數(shù)，進行研究區(qū)未來地下水環(huán)境健康狀況預測，確定其健康等級。

在預測的過程中，針對資料和地域特點，選取相應的指標構成各自的預測指標體系，結合區(qū)域地下水環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境恢復的任務和要求，篩選實用、簡便的控制性指標，同時結合分級標準進行評價和預測研究，也可借用其它的評價方法，如綜合指數(shù)法來進行健康等級的判斷，與指標的分級標準進行對比，若結果相同，則可以互相驗證所建立的分級標準的準確性。

5 結語

本文針對地下水環(huán)境健康各指標的特點，采用Bossel可持續(xù)發(fā)展基本定向指標框架的6個基本類構建了科學、合理、能全面表征地下水環(huán)境健康狀態(tài)指標體系，確定各項指標的健康等級標準。

以地下水環(huán)境健康預測指標體系為基礎，對地下水環(huán)境健康預測方法進行了探討。

地下水環(huán)境健康預測包括地下水環(huán)境健康單指標預測和綜合指數(shù)預測。地下水環(huán)境健康單指標預測是對研究區(qū)地下水環(huán)境健康預測指標體系的各指標采用相應的數(shù)學方法進行單個指標的趨勢預測，然后對照其健康等級標準，判定地下水環(huán)境未來的健康趨勢。地下水環(huán)境健康綜合指數(shù)預測包括兩種方式，一為地下水環(huán)境健康綜合指數(shù)預測法，即根據(jù)系列地下水環(huán)境健康綜合指數(shù)演化發(fā)展規(guī)律，直接對研究區(qū)的地下水環(huán)境健康趨勢進行預測；另一種方式是地下水環(huán)境綜合指標預測評價法，即根據(jù)研究區(qū)地下水環(huán)境健康單指標預測結果，采用地下水環(huán)境健康綜合評價方法，對研究區(qū)未來地下水環(huán)境健康狀況進行評價。

國內(nèi)外的與地下水環(huán)境健康預測的相關研究重點已經(jīng)從單一的單項指標的預測向多指標綜合預測轉移，無論從預測的理論、模型還是應用于實際都取得了豐碩的成果。但沒有形成規(guī)范、統(tǒng)一的地下水環(huán)境健康預測和地下水環(huán)境健康研究的指標體系，構建統(tǒng)一、規(guī)范的地下水環(huán)境健康評價、預測預警指標體系，將利于地下水環(huán)境健康研究的發(fā)展和推廣。

［1］姜紀沂.地下水環(huán)境健康理論與評價體系的研究及應用［D］.長春：吉林大學，2007.

［2］李升.地下水環(huán)境健康預警研究［D］.長春：吉林大學，2008.

［3］王凱軍.地下水環(huán)境健康預測研究［D］.長春：吉林大學，2009.

［4］X.Y.Ye,K.J Wang,X.Q Du,J.F Cao Health Diagnosis of Groundwater Environment Based on a projection pursuit model.

［5］曹東平，王凱軍，李升.黃河下游河南段地下水環(huán)境健康預測診斷［J］.東北水利水電，2009，27（3）：48-50.