摘要 綜述了國(guó)內(nèi)外地下水人工補(bǔ)給的研究現(xiàn)狀，分別從水文地質(zhì)條件及補(bǔ)給水源方面闡述地下水人工補(bǔ)給條件，總結(jié)出城市暴雨徑流、河流梯級(jí)攔蓄、修建地下水庫(kù)、激活古河床等多種補(bǔ)給模式以及各模式的適用條件，并按示蹤法、物理法與數(shù)值模擬計(jì)算3種類別對(duì)國(guó)內(nèi)外常用的地下水補(bǔ)給量計(jì)算方法進(jìn)行了歸納對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞 地下水;人工補(bǔ)給;補(bǔ)給模式;補(bǔ)給量;數(shù)值模型

中圖分類號(hào) S181.3 "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A "文章編號(hào) 0517-6611（2014）32-11479-04

The Study of Groundwater Artificial Recharge Mode and Recharge Calculation Method

WANG Wen，YANG Yun "（State Key Lab of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering，Hohai University，Nanjing，Jiangsu 210098）

Abstract This paper reviewed the history and the status of artificial recharge of groundwater and expounded the recharge conditions from both hydrogeological conditions and water sources.Furthermore，urban stormwater runoff，multi-stage storage，groundwater reservoir，reactive old stream bed and various replenishment mode were summarized.Also，tracer methods，physical methods and numerical methods were compared in calculating groundwater recharge at home "and abroad.

Key words Groundwater; Artificial recharge; Replenishment mode; Recharge rate; The numerical model

基金項(xiàng)目 沿海圍墾區(qū)水資源保障關(guān)鍵技術(shù)研究（2012BAB03B03）。

作者簡(jiǎn)介 王文（1967- ），男，江蘇南京人，教授，博士，從事氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)水文過(guò)程的影響、水文過(guò)程的時(shí)間序列分析以及水文變量的遙感估算研究。

收稿日期 20140930

地下水人工補(bǔ)給就是利用某些工程設(shè)施，將地表水注入地下含水層，增加地下水的補(bǔ)給量，穩(wěn)定地下水位或?qū)λY源進(jìn)行季節(jié)和年度間的調(diào)節(jié)，以保證地下水的可持續(xù)利用。地下水人工補(bǔ)給是增加地下水含量最有效的手段，也是解決很多地區(qū)水資源不足，防治地下水位下降、沿海地區(qū)海水入侵、地面沉降等水資源與環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。地下水人工補(bǔ)給在國(guó)外應(yīng)用具有悠久的歷史。在19世紀(jì)早期，英國(guó)建成了第一個(gè)可永久使用的地下水補(bǔ)給設(shè)施，通過(guò)在克萊德河邊修建一個(gè)特別的滲漏通道將水供至格拉斯哥市。此后，在人口密集的一些西歐國(guó)家（德國(guó)、荷蘭、瑞典等），也開(kāi)始大量使用河湖中的淡水來(lái)補(bǔ)給地下水[1]。美國(guó)自19世紀(jì)末期也開(kāi)始地下水人工補(bǔ)給的實(shí)踐。20世紀(jì)50年代，為了解決干旱及濱海地區(qū)用水高峰季節(jié)的供水問(wèn)題，開(kāi)始在地下咸水層進(jìn)行儲(chǔ)存淡水的試驗(yàn)，至70年代后逐漸形成了“含水層儲(chǔ)存和回采（ASR）”技術(shù)[2]。澳大利亞從20世紀(jì)60年代形成了“含水層補(bǔ)給管理（MAR）”技術(shù)，并將ASR作為MAR的重要技術(shù)手段[3]。

我國(guó)于20世紀(jì)60年代，在上海市大規(guī)模地進(jìn)行地下水人工補(bǔ)給，當(dāng)時(shí)地下水補(bǔ)給的目的是為了解決地下水位下降引起的地面沉降，緩解供水壓力，同時(shí)也是東部沿海地區(qū)抵御海水入侵的主要措施。20世紀(jì)70年代中期，在我國(guó)的黃淮海平原開(kāi)展了大規(guī)模地下水人工調(diào)蓄的調(diào)查研究。

筆者從理論研究、技術(shù)方法和工程應(yīng)用等方面對(duì)地下水人工補(bǔ)給的理論和方法進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對(duì)補(bǔ)給條件、補(bǔ)給方法、補(bǔ)給實(shí)踐模式以及地下水補(bǔ)給量計(jì)算方法進(jìn)行了分類介紹，指出各自的應(yīng)用條件，并展望其發(fā)展前景。

1 地下水人工補(bǔ)給條件與方法

1.1 補(bǔ)給條件

地下水人工補(bǔ)給區(qū)域主要分布于山前沖積平原、濱海地區(qū)、城市超采區(qū)、深層巖溶區(qū)以及由于干旱引起的地下水缺水區(qū)域。是否適宜采取地下水人工補(bǔ)給，主要取決于水文地質(zhì)條件和水源條件。

實(shí)施地下水人工補(bǔ)給，必須考慮兩方面的水文地質(zhì)條件：一是含水層的滲透條件，二是含水層的儲(chǔ)水空間。含水層的透水性將直接決定人工補(bǔ)給的效率。此外，含水層的厚度、深度、產(chǎn)狀、孔隙率、邊界條件以及下墊面條件對(duì)地下水補(bǔ)給也具有重要的決定作用。良好的地質(zhì)構(gòu)造決定了含水層的蓄水能力，開(kāi)放性含水層容易造成地下水流失，而封閉式則有助于水的蓄積。

利用降水、汛期洪水、河水以及水庫(kù)棄水進(jìn)行地下水人工補(bǔ)給是國(guó)內(nèi)外最常用的補(bǔ)給方式，但在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，城鎮(zhèn)污水處理后的再生水及城市道路和屋面積水等非常規(guī)水源，在很多地區(qū)也是地下水補(bǔ)給的重要來(lái)源。充足的補(bǔ)給水源是實(shí)施地下水補(bǔ)給的重要條件，但由于地表水與地下水的物理化學(xué)特征有很大差異，用未經(jīng)處理的地表水直接補(bǔ)給地下水，很大程度上會(huì)導(dǎo)致地下水水質(zhì)惡化。因此，補(bǔ)給水源的選擇會(huì)直接影響地下水補(bǔ)給工程能否興利和可持續(xù)利用。

1.2 補(bǔ)給方法 目前，國(guó)內(nèi)外大量使用的人工補(bǔ)給方法為地面入滲法和管井注入法。

地面入滲法主要是利用天然的河床、溝道、洼地、草場(chǎng)或耕地，以及水庫(kù)、坑塘、渠道或開(kāi)挖水池等集（輸）水工程設(shè)施，定期引、蓄地表水，利用地表水與地下水之間的水頭差，使其自然滲漏補(bǔ)給地下含水層。該方法適用于地形平緩的山前沖（洪）積扇、沖積河谷、海岸沙丘、平原潛水含水層地區(qū)，以及一些基巖臺(tái)地和巖溶河谷地區(qū)。地面入滲法要求地表土層具有較強(qiáng)的透水性，如礫石、砂土、亞砂土、裂隙等。此外，接受補(bǔ)給的含水層應(yīng)該有較好的滲透性和孔隙度，且分布面積較大，具有一定的厚度。

管井注入法是通過(guò)鉆孔、坑道或大口徑井直接將補(bǔ)給水源注入地下含水層的一種方法，主要適用于地面弱透水層較厚或因場(chǎng)地限制而不能修建地面入滲工程的地區(qū)，且適于補(bǔ)給承壓含水層或埋藏較深的潛水含水層。此方法不受地形條件所限，也不受地面弱透水層的厚度和地下水位埋深等條件所限，此外，具有占地少，水量浪費(fèi)少，不易受地面氣候變化影響等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是水量集中注入，井及其附近含水層流速較大，井管和含水層容易被阻塞;且對(duì)水質(zhì)要求較高，需要專門的水處理設(shè)備、輸配水系統(tǒng)及加壓系統(tǒng)，工程投資和運(yùn)轉(zhuǎn)管理費(fèi)用比較高。

2 補(bǔ)給實(shí)踐模式

2.1 城市暴雨徑流補(bǔ)給

城市暴雨徑流補(bǔ)給即在雨季通過(guò)大范圍收集城市徑流雨水，繼而對(duì)地下水進(jìn)行多點(diǎn)補(bǔ)給的人工調(diào)蓄模式。美國(guó)愛(ài)荷華州早在1871年就通過(guò)收集雨水，對(duì)地下水進(jìn)行人工補(bǔ)給[4]。在一些發(fā)達(dá)城市的社區(qū)、商業(yè)廣場(chǎng)、停車場(chǎng)等地，通過(guò)修建小型水槽收集雨水，對(duì)地下水進(jìn)行多點(diǎn)補(bǔ)給。以美國(guó)的新墨西哥州一個(gè)0.34 km2的區(qū)域?yàn)槔?，為充分利用?dāng)?shù)赜晁Y源，政府規(guī)劃出該地區(qū)12%的地域面積，修建4個(gè)積水池塘，對(duì)地下含水層進(jìn)行人工補(bǔ)給，根據(jù)15年后的觀測(cè)資料顯示，雨水對(duì)地下水的補(bǔ)給量由原來(lái)的1%上升至40%，地下水位上升3～10 m[5]。

城市雨水補(bǔ)給模式除了需要較大的地域面積作為蓄滲池外，還需鋪設(shè)獨(dú)立的雨水管道及地面透水設(shè)施，工程費(fèi)用較高。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，可將雨水入滲補(bǔ)給設(shè)施建在地下，大大節(jié)省城市的土地資源和地表空間，并且結(jié)合城區(qū)改造，鋪設(shè)獨(dú)立的雨水管道，配合綠地、道路、廣場(chǎng)等集蓄雨水進(jìn)行入滲[6]。

2.2 梯級(jí)攔蓄促滲模式

梯級(jí)攔蓄促滲模式是指通過(guò)工程措施將區(qū)域內(nèi)的水資源分級(jí)攔蓄，在形成地表小型水庫(kù)的同時(shí)，一方面促進(jìn)地表泥沙淤積，同時(shí)促使地表徑流下滲，補(bǔ)給地下含水層。這種措施常用于干旱和半干旱地區(qū)。該模式成本低、管理容易，可有效減小地表水的蒸發(fā)損失。例如，在約旦扎卡爾河流域上游的干、支流上修建了1座5 m、7座2.5 m的小型土石壩，每年可攔截90%以上的河道徑流，對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源起很大的補(bǔ)給作用[7]。

與在河流上修建攔水壩相似，在山區(qū)或丘陵地帶，可根據(jù)地形的坡度、土層厚度、植被狀況等條件，在坡面的等高線上開(kāi)挖截水溝或修筑攔水堰，這樣不僅可以防治水土流失，還可在坡地上種植經(jīng)濟(jì)作物，增加社會(huì)收入。

梯級(jí)攔蓄隨處可見(jiàn)，在各大小河流上修建閘、壩、漫水堰等都可看作梯級(jí)攔蓄，但它們主要起攔水、蓄水作用。在干旱和半干旱地區(qū)，受氣候和地形條件的影響，降雨很難被保留，在河流上修建梯級(jí)攔水壩，配合相應(yīng)的地下水補(bǔ)給工程措施，可實(shí)現(xiàn)地下水的有效補(bǔ)給。由于補(bǔ)給水源的限制，補(bǔ)給量小，但具有較高的補(bǔ)給效率。

2.3 修建地下水庫(kù)

地下水庫(kù)是指將地下含水層作為儲(chǔ)水空間，在地表水充沛時(shí)通過(guò)人為方式用地表水補(bǔ)給地下水，然后在需要時(shí)抽取使用。地下水庫(kù)的建設(shè)要有充足的地下水補(bǔ)給水源，同時(shí)具有較為封閉的地下儲(chǔ)水空間。通常所選區(qū)域有地下谷和適宜的含水層，地下谷應(yīng)由高透水、高孔隙率的含水層和下墊面不透水層組成（如洪積扇、沖積扇、地下巖溶等），庫(kù)區(qū)邊界是相對(duì)封閉的地下隔水介質(zhì)。早在1972年，日本在長(zhǎng)崎縣野母崎町樺島建造了第一座有壩地下水庫(kù)，此后又陸續(xù)建造沖繩縣宮古島地下水庫(kù)、福井縣常神地下水庫(kù)、沖繩縣砂川地下水庫(kù)等[8]。我國(guó)于1975年在河北省邢臺(tái)市修建了我國(guó)第一座地下水庫(kù)——南宮地下水庫(kù)，此后又修建了北京西郊地下水庫(kù)、遼寧大連市龍河地下水庫(kù)、青島市的大沽河地下水庫(kù)等，以環(huán)渤海地區(qū)最為集中。

地下水庫(kù)具有投資小、占地面積少、安全性高、蒸發(fā)損耗小、淤積問(wèn)題小、水質(zhì)好等優(yōu)越性。但修建地下水庫(kù)，需要大量的前期勘探工作，時(shí)間較長(zhǎng)，且運(yùn)行成本高，管理難度大，可能引起地區(qū)鹽漬化、沼澤化等問(wèn)題。

2.4 激活古河床

激活古河床進(jìn)行地下水補(bǔ)給，是一種特殊的地下水庫(kù)形式，即是通過(guò)一些工程措施，將地表水注入因河流改道或地質(zhì)活動(dòng)導(dǎo)致斷流的廢棄河床。因古河床內(nèi)含有大量的沙礫和碎石，具有良好的儲(chǔ)水性和滲透性，將地表水注入其中，可在河床內(nèi)實(shí)現(xiàn)水資源的有效調(diào)節(jié)。但當(dāng)流域內(nèi)地下水位較淺，或河床邊界具有較好的透水性，對(duì)該河床進(jìn)行地下水補(bǔ)給則沒(méi)有意義。由于這種方式需要特定的地質(zhì)地貌條件，僅在少數(shù)地區(qū)實(shí)施運(yùn)用。例如，1994年希臘在色雷斯中部的克桑西平原，利用其南部約16.4 km2的原始河床，通過(guò)在其上游修建一座小型混凝土壩，將Kosythos河中的水引流至此，采用深井補(bǔ)給的方式，對(duì)中間10～70 m的碎石和砂礫層進(jìn)行地下水補(bǔ)給[9]。

激活古河床對(duì)地下水進(jìn)行人工補(bǔ)給具有很大的局限性。受地質(zhì)條件的限制，古河床下墊面及邊界需要有不透水層或弱透水層，在河床內(nèi)形成凹槽形儲(chǔ)水空間。除此之外，根據(jù)補(bǔ)給水源的不同還需修建引流槽或蓄水池等工程設(shè)施。

2.5 其他補(bǔ)給模式

除了上述常見(jiàn)的幾種補(bǔ)給模式之外，灌渠系統(tǒng)、人工濕地等形式也都客觀上形成對(duì)地下水的地面補(bǔ)給。在一些農(nóng)業(yè)灌渠密集的地區(qū)，在現(xiàn)有灌渠系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)興建分洪閘、人造灘地、滾水壩、多渠道并串聯(lián)工程等，增加水源補(bǔ)給面積和滯留時(shí)間，以提高滲漏補(bǔ)給效率。在城區(qū)，污水處理產(chǎn)生的中水是比較豐富的水源，因此在很多發(fā)達(dá)國(guó)家采用構(gòu)建人工濕地的方式，對(duì)城市中水進(jìn)行凈化，繼而回補(bǔ)地下。此項(xiàng)技術(shù)于20世紀(jì)80、90年代在歐洲、美國(guó)、日本、加拿大等地得到廣泛應(yīng)用，目前也形成了較大的規(guī)模[10]。

3 地下水補(bǔ)給量計(jì)算方法

3.1 示蹤法

利用示蹤技術(shù)評(píng)價(jià)地下水補(bǔ)給是根據(jù)質(zhì)量守恒定律，判斷示蹤劑在剖面的分布規(guī)律和積累總量，來(lái)揭示地下水的補(bǔ)給過(guò)程。目前確定地下水補(bǔ)給的示蹤技術(shù)主要有3種類型：歷史示蹤劑、環(huán)境示蹤劑和人工示蹤劑[11]。

歷史示蹤劑源于過(guò)去的重大事件或人類活動(dòng)（如20世紀(jì)50年代末的核試驗(yàn)）產(chǎn)生的3H、36Cl或溢出的其他污染物等，這些示蹤劑隨著降雨或降塵落到地面，形成對(duì)應(yīng)的峰值，根據(jù)這些示蹤劑在土壤中峰值的運(yùn)移速率可以估算地下水在一段時(shí)間內(nèi)的補(bǔ)給量。

環(huán)境示蹤劑有氯離子、穩(wěn)定同位素（如2H、18O）等，最常用的為環(huán)境氯離子。Eriksson等首先用地下水中氯離子濃度評(píng)價(jià)地下水的補(bǔ)給[12]，在此基礎(chǔ)上，Allison等對(duì)該方法進(jìn)行補(bǔ)充，運(yùn)用土壤氯離子剖面進(jìn)行補(bǔ)給評(píng)價(jià)[13]。雨水中同位素組分隨季節(jié)而變化，在補(bǔ)給量較大的地區(qū)，同位素季節(jié)變化可在補(bǔ)給水中體現(xiàn)，據(jù)此可用來(lái)評(píng)價(jià)地下水的補(bǔ)給。

人工示蹤是人為地將示蹤劑投放到地表或地下一定深度，根據(jù)示蹤劑峰值的運(yùn)移和土壤剖面含水量計(jì)算降水或灌溉水的入滲補(bǔ)給量。常用的人工示蹤劑有Br-、3H和染色劑。Zimmermann等率先使用氚作為示蹤劑來(lái)研究土壤水運(yùn)移[14]，此后，Athavale等通過(guò)在地表投放氚同位素，測(cè)定印度半干旱地區(qū)巖層中地下水自然補(bǔ)給量[15]。

3.2 物理方法

3.2.1 地下水位動(dòng)態(tài)法。

地下水位動(dòng)態(tài)法即根據(jù)地下水水位的變化，判斷地下水補(bǔ)給量的一種方法。其理論公式為：

R=Sydhdt=SyΔhΔt

其中，R為地下水補(bǔ)給量;Sy為給水度;h為地下水水位;t為時(shí)間。

早在20世紀(jì)20年代，Meinzer等便開(kāi)始用地下水位動(dòng)態(tài)法估算地下水補(bǔ)給量[26]。此方法把地下水儲(chǔ)量和地下水動(dòng)態(tài)通過(guò)潛水給水度聯(lián)系起來(lái)，不受包氣帶土壤水流動(dòng)機(jī)制的影響，在半干旱地區(qū)具有較高的精度，且特別適用于潛水位埋藏淺、水位波動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)。但由于地形、地質(zhì)條件、土壤植被和其他因素的影響，其測(cè)量結(jié)果會(huì)有所偏差，有時(shí)甚至出現(xiàn)相反的狀況，例如當(dāng)補(bǔ)給量較大，但補(bǔ)給速度遠(yuǎn)小于地下水水位下降速度時(shí)，演算結(jié)果將會(huì)與事實(shí)相反。

3.2.2 零通量面法。

零通量面是指土壤剖面中某一深度處水分通量為零的面，以上土層的水分向上運(yùn)動(dòng)，以下土層的水分向下運(yùn)動(dòng)，故零通量面把土層中水分的蒸發(fā)與下滲量在空間上分開(kāi)，并利用其土層時(shí)段的水分變化計(jì)算其下滲量。1956年Richards等最早用該方法來(lái)確定土壤水分通量[17];1980年Cooper提出了專題研究報(bào)告，并于1983年在中國(guó)講授零通量面方法，此后，他運(yùn)用此方法計(jì)算出英格蘭灰?guī)r和砂巖含水層的補(bǔ)給強(qiáng)度為78～300 mm/a[18];我國(guó)邱景唐用零通量面法計(jì)算了潛水蒸發(fā)量和補(bǔ)給量，得出其在潛水位深埋區(qū)具有較好的適用性[19]。該方法需要水勢(shì)、含水量等測(cè)試儀器，數(shù)據(jù)采集量大，其費(fèi)用較高，但在土壤含水量變化大、水位埋深大于最深零通量面的地區(qū)應(yīng)用效果較好，適用于地面入滲補(bǔ)給時(shí)，對(duì)淺層地下水補(bǔ)給量的計(jì)算。

3.2.3 達(dá)西法。

在最深零通量面以下，土壤水流方向向下，其地下水補(bǔ)給量可以運(yùn)用非飽和達(dá)西公式計(jì)算：

R=-K（θ）dHdZ=-K（θ）ddz（h+z）=-K（θ）dhdz+1

式中：K（θ）為非飽和水力傳導(dǎo)度，為土壤含水量θ的函數(shù);H為總水頭;h為壓力水頭;z為空間坐標(biāo)，向上為正。

應(yīng)用達(dá)西法需測(cè)量或估算水力梯度和非飽和水力傳導(dǎo)度，該方法不僅適用于干旱和半干旱地區(qū)，在濕潤(rùn)地區(qū)也具有很好的應(yīng)用，如Stephens等用含水層現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)達(dá)西法計(jì)算出滲透系數(shù)和水力梯度，計(jì)算出美國(guó)新墨西哥干旱區(qū)的補(bǔ)給量為37 mm/a[20];而Kengni等對(duì)法國(guó)格勒諾布爾地區(qū)的一個(gè)灌溉場(chǎng)地進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出其補(bǔ)給量約為500 mm/a[21]。由于土層介質(zhì)存在差異，其基質(zhì)勢(shì)變化很大，在土壤介質(zhì)復(fù)雜地區(qū)，達(dá)西法確定的補(bǔ)給量差別較大，如果水力傳導(dǎo)度強(qiáng)烈依賴土壤含水量，該方法的不確定性也就隨之增加。

3.3 數(shù)值模擬法

隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提升，地下水?dāng)?shù)值模擬技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，應(yīng)用于地下水補(bǔ)給量計(jì)算的地下水?dāng)?shù)值模型大致可分為3大類（API，1996）：一類是水均衡模型，如桶模型、HELP、GLEAMS、PRZM2等;第二類是基于Richards方程的數(shù)值模型，如BREATH、SWMS、HYDRUS、SWIM、TOPOGIRM、VS2DT、SWAP以及UNSATH等;第三類是結(jié)合水均衡和Richards方程的模擬軟件，如MODFLOW、Visual MODFLOW、Visual Groundwater、GMS和FEFLOW等。

Thornthwaite和Mather于20世紀(jì)40年代開(kāi)始著手研究水均衡模型[22-23]。最初的水均衡模型是根據(jù)逐日觀測(cè)區(qū)域的降雨、融雪、蒸發(fā)、河川徑流、地下水補(bǔ)給等水文要素發(fā)展起來(lái)，該方法的簡(jiǎn)易性使其至今被廣泛延用。隨后，Eaton針對(duì)不同的研究區(qū)域，修改原始模型各要素的判定方法，使得模擬精度得到很大提高[24]。Stephens和Coons運(yùn)用HELP模型成功預(yù)測(cè)出美國(guó)新墨西哥州垃圾填埋場(chǎng)的深層地下水滲透及地下水補(bǔ)給[25]。雖然水平衡模型在地下水補(bǔ)給研究中已取得很大進(jìn)展，但其模擬精度仍存在很大缺陷。Lloyd研究表明，隨著數(shù)據(jù)尺度的增大，模擬結(jié)果與實(shí)際相差越大。

基于理查德方程的地下水?dāng)?shù)值模型最早用于研究地下水的垂直流動(dòng)，后來(lái)發(fā)展成一維和二維模型。Simunek等分別用HYDRUS1D及HYDRUS2D模型模擬不同介質(zhì)中水及其他溶質(zhì)的運(yùn)動(dòng)[26-27]。通常認(rèn)為，基于理查德方程建立起的數(shù)值模型理論上可以反映地下水在土壤介質(zhì)中的流動(dòng)過(guò)程，然而，由于高度異構(gòu)的土壤水力性質(zhì)、含水層結(jié)構(gòu)及邊界條件，大規(guī)模地運(yùn)用理查德方程建立模型是非常困難和昂貴的。此外，由于水力傳導(dǎo)度與土壤基質(zhì)勢(shì)呈非線性關(guān)系，水力傳導(dǎo)度具有很強(qiáng)的不確定性，基于Richards方程的數(shù)值模型也有很高的不確定性。

結(jié)合水均衡和Richards方程的地下水?dāng)?shù)值模擬軟件是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的，最典型的為MODFLOW，它是一套基于DOS操作系統(tǒng)的有限差分法三維飽和地下水流模擬模型[28]，先后有1988、1996、2000、2005等多個(gè)版本，在刻畫非均質(zhì)含水層等方面不斷完善。該模型在全世界應(yīng)用廣泛，據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì)，MODFLOW應(yīng)用次數(shù)幾乎占地下水?dāng)?shù)值模擬軟件總應(yīng)用的一半以上[29]。陳喜等用MODFLOW和非飽和帶水平衡模型對(duì)美國(guó)半干旱半濕潤(rùn)沙丘地區(qū)的地下水位進(jìn)行了模擬，揭示獨(dú)特沙丘地形和土壤特性對(duì)地下水補(bǔ)排量的影響[30];Hashemi等用MODFLOW2000模擬分析了在伊朗干旱地區(qū)人工利用暴雨徑流補(bǔ)給地下水與天然河道對(duì)地下水自然補(bǔ)給的差異，結(jié)果表明，通過(guò)攔蓄雨水進(jìn)行地下水的人工補(bǔ)給，其補(bǔ)給量可達(dá)到地下水總補(bǔ)給量的80%[31]。

在MODFLOW基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了許多可視化地下水?dāng)?shù)值模型。1996年，加拿大Waterloo水文地質(zhì)公司，在MODFLOW基礎(chǔ)上，綜合已有的MODPATH、RT3D、MT3D和WinPEST等地下水模型，研發(fā)出Visual MODFLOW模型，成為目前國(guó)際上最為流行且被各國(guó)同行一致認(rèn)可的三維地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移模擬評(píng)價(jià)的可視化專業(yè)軟件。此外，基于MODFLOW的可視化模擬軟件，如GMS、Processing MODFLOW、Groundwater Vistas、Visual Groundwater等，在各國(guó)的地下水研究實(shí)踐中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

4 小結(jié)

人工補(bǔ)給地下水是地表、地下水聯(lián)合運(yùn)用的措施之一。在干旱、半干旱及地下水匱乏地區(qū)，通過(guò)人工補(bǔ)給地下水是解決水資源匱乏、調(diào)節(jié)水資源時(shí)空分配不均的一種較為經(jīng)濟(jì)合理的方法。在一些沿海發(fā)達(dá)城市，地下水人工補(bǔ)給也是解決海水入侵、改造咸水、抬高地下水位、緩解地面沉降、改善地下水質(zhì)的有效措施。

截至目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)地下水人工補(bǔ)給的方法技術(shù)、試驗(yàn)和工程應(yīng)用等方面，已取得豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但在地下水補(bǔ)給的定量研究和計(jì)算方法方面還沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的突破。在今后的研究中，除了繼續(xù)開(kāi)展地下水補(bǔ)給效果研究外，還應(yīng)加強(qiáng)補(bǔ)給井優(yōu)化布設(shè)試驗(yàn)研究。此外，建立補(bǔ)給工程的監(jiān)測(cè)與水資源信息管理系統(tǒng)，對(duì)及時(shí)準(zhǔn)確地掌握地下水動(dòng)態(tài)，合理利用水資源具有重大意義。

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