淡水透镜体评价

淡水透镜体的评价就是对淡水透镜体的水量和水质的变化进行定量或定性的描述。淡水透镜体的使用价值取决于它的质与量，因而淡水透镜体的评价包括了对它的质的评价和量的评价。这是了解透镜体供水能力、水质功能的重要手段，也是制定淡水透镜体开发利用规划，科学有效保护和管理淡水透镜体，实现安全、持续开发利用透镜体淡水资源的必不可少的重要工作与步骤。

（1）水量评价

水量评价就是水资源量的评价，主要任务是计算天然条件下形成的淡水透镜体的贮量，分析研究年内和年际贮量的变化规律，计算确定可持续开采量、极限开采量和枯水年最不利开采量，并与岛上需水量、用水规律及用水要求相比较，给出淡水透镜体水资源量评价的结论。

1）评价方法

珊瑚岛水资源量的评价可用典型年法。珊瑚岛地下水来自雨水，受厄尔尼诺-南方涛动气候变化的影响，珊瑚岛年际降雨量变化很大，如在西太平洋图瓦卢首都富纳富提环礁（Tuvalu Funafuti Atoll）上，年均降雨量超过3 500 mm，变差系数Cv很低，接近0.2。我国西沙永兴岛1999年降雨量为1 940 mm，而2004年降雨量仅为517 mm，有3倍以上的差距。印度洋Cocos群岛的西岛北部，1973年降雨量达到3 100 mm，而1991年降雨量仅约860 mm，有近4倍的差距。为保证供水安全可靠，需要选择一些典型年份，例如：丰水年、平水年、枯水年和设计年，分析计算这些年份透镜体淡水贮量，并与所需开采量比较，作出能否满足需求的结论。这种以典型年份的水资源作为评价依据进行水资源量的评价方法，称为“典型年法”。

2）评价内容

根据气象、水文地质条件，计算回补量、透镜体贮水量，分析回补量和贮水量对开采量的平衡调节作用，确定可持续开采量、极限开采量和枯水年最不利开采量，并评价淡水透镜体开采对岛屿生态环境的影响。

3）评价原则

淡水透镜体始终处于回补-流失状态，假如动态平衡的淡水透镜体不予开发利用，那么每年回补的水量最终流入大海和蒸腾蒸发而散失。因此，评价时首先要考虑充分利用透镜体中贮水量，合理截取地下淡水的流失量和减少蒸腾蒸发量。其次，由于珊瑚岛降雨的年内和年际变化，造成透镜体回补量的季节和多年气象周期变化，不同季节和水文年的回补量悬殊。降雨量大的年份，回补量大，透镜体变厚，贮量增加；降雨量小的年份，回补量少，透镜体变薄，贮量减少。这样，在雨量少的年份，可以在安全的前提下，尽可能地多开采一些淡水以满足需求，亏缺部分以雨量多的年份的回补量来弥补。这就是充分发挥透镜体贮量的调节作用，“借丰补欠”开发淡水透镜体的原则，最终结果是整体上提高了淡水透镜体的开采量。

4）回补量的计算

淡水透镜体的水量来自降雨回补，回补量的计算是透镜体水量评价的基础。回补量的计算有水量平衡法、系数法和曲线法。水量平衡法涉及许多参数的测量与计算，比较复杂，后两种方法相对简单，也很实用。

系数法是用降水入渗系数α与降水量求得回补量：

式中　R——年回补量，mm/a；

　　　P——年降雨量，mm/a；

　　　α——年入渗量与年降雨量的比，无量纲。

　　　α的大小取决于年降雨量、降雨强度、珊瑚岛地表介质结构、地形地貌、植被覆盖和透镜体埋深。确定α值的方法较多，常用动态观测法计算：

式中　μ——含水层给水度，无量纲；

　　　Δhi——年内各次降雨的潜水面升幅，mm；

　　　Δh′i——各次降雨前潜水面的下降速度，mm/d；

　　　ti——各次降雨潜水面上升时间，d；

　　　Pi——各次降雨量，mm。

要特别指出，由于透镜体漂浮于海水之上，随潮汐而上下波动，式（10.8）中各次降雨引起的潜水面升幅Δhi应为地下水位记录值扣除潮汐引起的透镜体潜水面升降值之后的值。其次，透镜体淡水处于不断流失状态，降雨期间流失会引起潜水面下降，这一下降值会抵消部分降雨产生的潜水面上升值，影响降雨回补量的计算。因此，在计算潜水面升幅Δhi时，应加上一项Δh′iti。

曲线法利用年回补率与年降雨量关系的经验曲线以及通过一些岛屿实际计算得到的图表来进行回补量的计算。在缺乏计算资料时，也可取降雨量的一个比值作为α的值，该值在通常为30%～50%。

回补量的计算是珊瑚岛透镜体水量评估中的重要内容，国外做过较多的工作，如在太平洋岛国基里巴斯的Tarawa岛上，就进行过回补量的详细研究，方法是用雨量计、流量传感器、土壤湿度计和地下水位记录，根据透镜体之上的水量平衡来计算回补量。国内在这方面还未见有系统的研究工作报道。

5）贮量与可持续产水量的计算

淡水透镜体贮量可用第5章和第6章介绍的二维模型和三维模型计算获得。

透镜体可持续产水量的计算通常取年均降雨量的一部分。公认的是仅有回补量的一部分（量级为25%～50%）可以抽取，而留下一大部分维持透镜体的存在。也可以利用水量平衡法和透镜体数学模型来计算可持续产水量，最常用的是二维模型，如SUTRA模型或三维变密度模型。

（2）水质评价

水质就是水的质量，是水中各种物质组分的物理、化学与生物特性的综合反映。淡水透镜体的水质取决于珊瑚岛水文地质、植被覆盖和岛上人类及一切生物，主要是鸟类的活动。水质决定了水的用途与价值。优质的透镜体淡水可以用于生活饮用，含盐量高的水只能用做非饮用水，遭受污染的透镜体就可能失去使用价值。水质评价就是根据水的用途，按照一定的评价参数、水质标准和评价方法，通过水质指标对水的质量进行定性或定量的评定。

1）水质评价指标

水质用一系列水质指标表达。水质指标表示水中含有物的种类、成分和数量，是用以衡量水质的标准。

水质指标名目繁多，总共可达百余种，但可归纳为物理、化学、生物三大类：

①物理类水质指标

属于这类的水质指标有：

a.感官物理指标，如温度、色度、嗅和味、浊度、透明度等。(www.xing528.com)

b.其他物理指标，如总固体、悬浮固体、可沉固体、电导率等。

②化学类水质指标

属于这类的水质指标有：

a.一般化学水质指标，如pH值、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量、一般有机物等。

b.有毒化学水质指标，如各种重金属、氰化物、多环芳烃、卤代烃、各种农药等。

c.氧平衡指标，如溶解氧（DO）、化学耗氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总需氧量等。

③生物类水质指标

属于这类的水质指标有：细菌总数、总大肠杆菌、病毒等。

2）水质评价步骤

水质评价的一般步骤如下：

①水环境背景值调查

确定淡水透镜体在自然形成发展过程中，不受人为污染条件下水体的化学组成。对于人居岛屿，很难有绝对不受污染的透镜体，所以，可在远离人居的地方测量水质作为水环境背景值，当然这只是一个相对值；或者在相同（或相近）的水文地质与气候环境下，将无人或少有人居住的珊瑚岛上测得的水质视为水环境背景值，用以判断透镜体受污染程度的比较指标。这样的岛屿可在同一大型环礁上找到。水环境背景值可作为透镜体水质评价的天然标准，用以评价透镜体水环境的变化。

②污染源调查

污染是水质的重要影响因素，珊瑚岛上污染源调查与评价可确定透镜体的主要污染物，从而确定透镜体的监测与评价项目。

③水质监测

根据水质调查与污染源评价结论，结合评价目的、水体特征和重要污染物，制订水质监测方案，取样分析，获取水质监测数据。

④确定评价标准

水质标准是水质评价的准则与依据，应根据评价水体的用途与评价目的确定相应的评价标准。

⑤模型评价

选定数学模型进行评价。

⑥给出评价结论

根据计算结果进行水质优劣分级，给出评价结论。

3）水质评价类型及其标准

水质标准可分为生活用水水质指标和水源水质指标。生活用水水质指标又分为生活饮用水水质指标和生活杂用水水质指标。考虑到生活饮用水与人们的生活与健康关系极大，是珊瑚岛上人们最为关切的用水。因此，以下仅讨论饮用水水质标准与评价和水源水质标准与评价。

①饮用水水质标准与评价

饮用水水质标准是保障饮用水水质安全的主要指标和依据。我国现行的饮用水水质标准包括感官性状和一般化学指标、毒理学指标、细菌学指标和放射性指标四大类106项，即GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》。

饮用水水质评价包括以下内容：

A.物理性状评价　物理性状直接决定人的感官对水的接受程度，同时也反映了水中一定的化学成分。例如，含有悬浮物时，水显得混浊；含有腐殖质，水呈黄色；含有硫化氢的水，有臭鸡蛋味；含钠，水有咸味；等等。因此，要求饮用水无色、无味、无臭、不含可见物。另外，水温也是一个指标，要求清凉可口，一般为7～11℃。

B.普通盐类评价　普通盐类指水中常见的离子成分，如等。这些盐类大多是天然矿物，在水中含量过高会损坏水质，使水带苦咸味，以致不能饮用；但是水中含量过低，人体又得不到必需的一些矿物质，也会对健康造成不良影响。不过一般规定最高限值（如硬度），限值为450 mg/L，但最好为180～270 mg/L。

C.有毒物质的限定　有毒物质包括有机物和无机物，其种类很多。世界各国对有毒物质限定数量各不相同，主要由于对有毒物质毒理学的研究程度与水平以及环境、社会、经济发展水平不同。随着社会、经济的发展，研究水平及分析监测能力的提高，将会有越来越多的有毒物质的限定指标列入到饮用水水质指标中。我国2006年颁布的GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》与1985年颁布实施的饮用水标准（GB 5749—1985）相比，大幅增加了有毒有害物质的种类，并加大了对具有“三致”效应微量有机污染物的浓度限制，将我国饮用水水质指标提高到一个新的层次，符合国际饮水安全要求的发展趋势。

D.细菌学指标的限定　水体受到污染，水中含有细菌、病原菌和寄生虫会传染疾病，严重威胁人体健康，因而饮用水中不容许有病菌和病毒存在。但水中的细菌、病原菌不能随时检出，为了保障人体健康、预防疾病，并便于判断致病的可能性和水体遭受污染的程度，饮用水水质标准中将细菌总数和大肠杆菌作为指标。我国的具体规定是：水在37℃下经24 h培养，水中细菌总数不得超过100 CFU/mL；大肠杆菌在水中不得检出。大肠杆菌是非致病细菌，一般对人体无害。但水中出现大肠杆菌表示水体受到粪便污染，标志着存在病原菌的可能，因而也将大肠杆菌列为限定指标。

②饮用水水源水质评价

1993年，我国建设部颁布了适用于城乡集中式或分散式生活饮用水水源水质（包括自备生活饮用水源）的CJ 3020—1993《生活饮用水水源水质标准》，对生活饮用水水源的水质指标、水质分级、标准限值、水质监测及标准作出了明确规定，将水源水质分为两级：一级水源水，水质良好，地下水只需消毒处理，地表水经简易净化处理（如过滤）、消毒即可供生活饮用；二级水源水，水质受轻度污染，经常规处理（如絮凝、沉淀、过滤、消毒），水质达到生活饮用水水质指标的规定，可供生活饮用。超过二级标准限值的水源水，不宜用做生活饮用水水源。若受条件限制，如珊瑚岛礁淡水透镜体是珊瑚岛上除收集的雨水外唯一的天然淡水水源，对这样的水源，即便一些指标称超过二级标准，也不得不用做饮用水水源时，应采用相应的净化工艺进行处理。处理后的水质应达到饮用水水质标准的规定，并取得相关部门的批准。目前，我国执行的饮用水水质标准为上述GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》。