干旱区地下水资源勘查与开发利用技术研究

引言

在“双碳”目标与“乡村振兴”战略背景下，干旱区经济社会发展与生态保护对地下水资源的需求日益增长，传统“粗放式勘查、掠夺式开发”模式已难以为继。因此，研究干旱区地下水资源勘查新技术与科学开发利用策略，实现“勘查精准化、开发合理化、利用高效化、生态可持续”，对干旱区可持续发展具有重要现实意义。

1 干旱区地下水系统基本特征

干旱区地下水系统的形成与演化受气候、地质构造、地貌等多重因素控制，呈现出不同于湿润区的独特特征：（1）补给微弱且方式独特：降水入渗补给量极少，其主要补给来源多为山区降水、冰雪融水通过河道、洪积扇缘的侧向径流补给，以及暴雨形成的洪流入渗补给。补给过程具有间接性、集中性和偶然性。（2）分布不均且埋深变化大：地下水主要赋存于山前大型凹陷盆地、冲洪积平原及现代河谷地带。从山前到盆地中心，含水层结构由单一的卵砾石层渐变为多层状的砂砾石与粘性土互层，地下水埋深由深变浅，甚至溢出地表形成绿洲和湖泊。（3）更新缓慢，循环周期长：由于补给微弱和径流路径长，许多深层承压水或古封存水年龄可达数千年甚至上万年，属于不可再生的“化石”水资源，一旦消耗难以恢复。（4）生态环境关联紧密：浅层地下水水位和水质直接控制着地表植被（如胡杨、柽柳等）的分布与生长，是维系绿洲生态系统的“生命线”。地下水位的微小波动都可能引发显著的生态效应。

2 干旱区地下水资源勘查核心技术

2.1 电法勘探技术

电法勘探是干旱区勘查应用最广泛的技术，核心包括：

高密度电阻率法：通过布设高密度电极阵列（电极间距 5-20m ），测量地下不同深度的电阻率值，富水含水层因含水率高，电阻率显著低于周围干岩层（如砂岩含水层电阻率 20-50Ω⋅m ，干岩层电阻率 >200Ω⋅m) 该方法可清晰划分含水层厚度（误差 ⩽5% ）、埋深（误差 ⩽3% ），适用于平原区与河谷区勘查。例如，在塔里木盆地绿洲带勘查中，高密度电阻率法成功圈定 3 处埋深 20-50m 、厚度 10-15m 的富水含水层，为钻井布局提供依据；瞬变电磁法（TEM）：通过发射脉冲磁场激发地下感应电流，测量感应磁场衰减曲线，反演地下电性结构。该方法对低阻体（如咸水层、含水层）敏感，探测深度可达 500m ，适用于干旱区深部含水层（埋深＞100m ）勘查。在河西走廊深部勘查中，TEM 法发现埋深 300-400m 的承压含水层，电阻率 15-30Ω⋅m ，单井出水量达 500m³/d_⨀ 。

2.2 地面高精度物探技术

高密度电法与地质雷达组合：在绿洲、河谷区采用高密度电法（电极距 5-10m）探测含水层厚度与埋深，分辨率达 1-3m ；对浅层孔隙水（埋深 <50m ），采用地质雷达（天线频率 50-100MHz）识别含水层岩性（如砂层、黏土层），某甘肃张掖项目应用后，含水层厚度探测误差从 15% 降至 5% 。可控源音频大地电磁法（CSAMT）：用于深层含水层（埋深 500-1000m ）勘查，通过控制频率（ 0.1-1000Hz ）实现不同深度探测，新疆准噶尔盆地应用该技术，发现埋深 800m 的承压水层，单井出水量达 500m³ / 天。

2.6 地球物理勘探技术

物探是勘查地下水的主要间接手段。电法勘探：应用最为广泛。包括电阻率测深法、激电测深法、可控源音频大地电磁测深（CSAMT）和瞬变电磁法（TEM）等，用于查明含水层埋深、厚度、空间展布及淡水 / 咸水界面。地震勘探：通过反射波法或折射波法查明控水构造、基岩埋深及地层结构。重力与磁法勘探：主要用于圈定隐伏构造、盆地基底起伏，辅助划分水文地质单元。

2.7 水文监测技术：动态掌握资源变化

（1）自动化监测系统。构建“物联网 + 自动化监测”网络，主要监测设备包括：水位监测仪：采用投入式水位传感器（精度 ±0.5cm ），数据通过 GPRS/ 北斗传输至云端平台，监测频率 1 次 / 小时，实时掌握地下水位变化（如灌溉期水位下降速率、雨季补给回升量）；水量监测仪：在水井出口安装电磁流量计（精度 ±1% ），记录单井开采量，避免超量开采；水质在线监测仪：监测 pH 值、电导率（反映矿化度）、浊度，数据每 2 小时传输 1 次，及时预警水质恶化（如矿化度突然升高）。例如，在甘肃民勤县监测网络中，200 余套自动化监测设备实现地下水动态实时监控，发现灌溉高峰期水位日均下降 2-3cm ，及时调整开采量。（2）遥感与 GIS 技术融合监测。遥感监测：利用 Landsat、Sentinel 卫星数据，通过植被指数（NDVI）、土壤湿度指数反演地下水埋深（植被覆盖度与地下水埋深呈正相关），适用于大区域地下水埋深宏观监测，监测精度 ±0.5m ； GIS 空间

分析。

3 未来展望

3.1 深化基础理论研究

加强干旱区陆气 - 地表 - 地下水的相互作用（GESI）研究，精细刻画水循环过程，揭示气候变化与人类活动双重驱动下地下水系统的响应机制。

3.2 发展天空地一体化精准勘查技术

融合 InSAR、高分辨率遥感、无人机航测、人工智能解译等新技术，提高勘查精度和效率。

3.3 构建智慧化管理决策支持系统

基于物联网、大数据和云计算技术，建立集实时监测、模拟预报、优化调度、风险预警于一体的智能管理平台，实现水资源的最优化配置。

3.4 坚持生态优先的开发利用模式

（1）地下水人工补给。通过“地表水 - 地下水”联合调度，将汛期多余地表水（如河流洪水、水库弃水）引入补给区（如砂坑、渗渠），渗透补给地下水，提升地下水位。例如，甘肃石羊河流域建设 10 处人工补给工程，年均补给地下水 2000 万 m³ ，地下水位止跌回升，绿洲边缘植被覆盖率提升 15% 。（2）生态用水保障。划定生态用水红线，确保绿洲植被、湿地的地下水埋深在适宜范围（如乔木植被适宜埋深 1-3m ，灌木 2-5m ），当地下水位低于适宜埋深时，减少农业开采量，优先保障生态用水。

3.5 多源数据融合平台

构建“无人机航磁 + 地面电法 + 地质雷达”数据融合平台，通过 GIS技术整合不同尺度数据，消除单一技术的多解性（如航磁异常可能由岩性或含水层引起），某项目应用后含水层识别准确率从 65% 升至 88% 。

结语

综上所述，干旱区地下水资源的勘查与开发利用是一项复杂的系统工程。面对其资源禀赋差和生态环境脆弱的双重约束，必须摒弃粗放的开发模式，转向以科技创新为引领的精细化管理。未来应综合运用现代勘查技术精准摸清资源家底，通过数值模拟等技术手段科学评价开采潜力，并紧密结合节水技术、人工补给等工程措施，在严格保护生态环境的前提下，实现对地下水资源的高效、可持续利用，为支撑干旱区经济社会高质量发展和筑牢国家生态安全屏障提供坚实的水资源保障。

参考文献

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［3］甘容，李旖旎，杨峰，等．基于三维水足迹模型的河南省水资源可持续利用水平评价［J］．水资源与水工程学报．2023．34(1):30 －39