洪水存儲
Ⅰ 張掖盆地的水資源調控條件
6. 1. 1 山前戈壁帶的地下水動態特徵及水資源調節能力分析
以 65 號長期監測孔為例進行分析。65 號孔位於民樂縣祁連山前海潮壩河灌區和洪水河灌區之間，屬海潮壩河和洪水河的洪積扇頂部大厚度潛水含水層分布區，孔深 300. 10m，初始地下水位埋深 218. 03m，1985 年 11 月成井。總體來看 ( 圖 6. 1) ，65 號孔地下水位多年來呈持續下降狀態，但持續下降過程中仍存在 1990 年、1994 年、1997 年和 1999 年的相對上升階段，其中 1990 年最為明顯。為進一步研究 65 號孔的地下水位動態變化特徵，首先對地下水的補給影響因素做一簡要分析。
圖 6. 1 民樂縣祁連山前戈壁帶 65 號孔潛水位動態
其一，根據 65 號孔所處位置，可以肯定其地下水位的變化主要受兩方面因素的控制，一是渠系滲漏和灌溉回歸補給，二是天然河道滲漏補給。
其二，由於海潮壩河和洪水河的出山口徑流監測資料很不完整 ( 海潮壩河沒有監測資料，洪水河只有短期監測資料) ，將僅有的洪水河短期監測資料和西側相鄰的大堵麻河徑流監測資料與黑河幹流鶯落峽的完整徑流資料進行對比 ( 圖 6. 2，圖 6. 3) ，可以看出，三者之間的逐年和逐月徑流量具有十分相似的變化規律。因此，可以根據鶯落峽徑流動態變化分析海潮壩河和洪水河沖洪積扇地下水的補給特徵。
圖 6. 2 民樂縣祁連山前小型河流年徑流量與黑河幹流鶯落峽年徑流量比較
圖 6. 3 1989 年黑河幹流鶯落峽與大堵麻河出山口逐月徑流量比較
基於上述兩點，就可以很好地解釋 65 號孔地下水位動態變化的原因。
除個別豐水年外，3～11 月份，海潮壩河和洪水河出山地表徑流全部引入灌區，渠系滲漏和灌溉回歸成為戈壁帶地下水主要的甚至唯一的補給來源; 12～2 月份，出山口地表徑流量非常小，即使排入天然河道，對地下水的補給量也十分有限。因此，現狀地下水補給量較天然條件下的河道滲漏補給量明顯減少，65 號孔地下水位呈持續下降狀態。
1989 年、1993 年、1996 年和 1998 年，黑河幹流鶯落峽年徑流量分別為 23. 07×108m3、18. 06×108m3、18. 09×108m3和 21. 59×108m3，1989 年和 1998 年為保證率低於 5%的特大豐水年，1993 年和1996 年為保證率 15%左右的豐水年。可以認為，海潮壩河和洪水河在這 4 年也是豐水年，超過渠系引水能力的汛期洪水排入天然河道，滲漏補給地下水，是地下水位相對上升的原因。6～9 月份是上述豐水年汛期洪水在天然河道滲漏補給地下水的可能階段，65 號孔地下水位分別在第二年的 4 月( 1990 年) 、10 月 ( 1994 年) 、8 月 ( 1997 年) 和 3 月 ( 1999 年) 達到相對最高時期，較天然河道滲漏補給分別滯後 ( 以 9 月份計) 7 個月、13 個月、11 個月和 6 個月。滯後期與補給量成反比的特點說明，單位時間滲漏量越大，補給速度越快，地下水接受的有效補給越多。
上述地下水動態變化很好地說明了戈壁帶的水資源調控能力。在平面位置上，65 號孔位於海潮壩河和洪水河天然河道之間，到兩河的距離在 3km 之內。65 號孔地下水位的變化滯後補給期6 ～ 12個月，代表了地表水轉化為地下水的時間。進一步分析圖 6. 1 中 65 號孔 1989 ～ 1991 年的地下水位動態變化，可以看出，地下水位達到相對最高後，可以在 1 年多 ( 14 個月) 的時間內保持高於前期的地下水位。因此，戈壁帶內，汛期洪水 ( 特大豐水年) 通過天然河道滲漏補給地下水後，可以在 1 年半以上的時間內緩慢釋放，這就說明戈壁帶大厚度含水層具有非常好的調控能力。
6. 1. 2 張掖盆地含水層系統的水資源調節能力分析
為說明張掖盆地含水層系統的水資源調控能力，對黑河幹流鶯落峽年徑流量與整個盆地地下水溢出量進行對比分析，如圖 6. 4。其中，地下水溢出量的多年系列數據是在少數年份實測結果( 1966 年、1967 年、1984 年和 1986 年) 和典型泉水 ( 泉 6) 長期監測數據的基礎上，利用均衡法推算得到的 ( 詳見第 4 章) 。從圖 6. 4 可以看出，鶯落峽年徑流量具有很好的長周期變化特徵，豐枯周期在 12～15 年之間。張掖盆地地下水溢出量的動態變化可以分為兩個階段: 1978 年以前，呈現出長周期的、較平緩的動態變化特徵，周期長度與鶯落峽年徑流量豐枯周期長度基本相同，但豐枯變化正好與鶯落峽年徑流量變化相反; 1978 年以後，雖然具有短周期的豐枯變化，但總體上呈持續衰減狀態。
圖 6. 4 黑河幹流徑流量與地下水溢出量關系
新中國建立以來，張掖盆地修建了大量引水渠系，但 1978 年以前沒有對渠系進行防滲處理，因此，即使通過人工渠系把大量河水引入灌區，對地下水的補給並沒有減少。也就是說，1950～1978 年，張掖盆地的地下水補給由原來的天然河道入滲補給為主，變為河道和人工渠系共同補給為主，補給總量沒有減少 ( 反而有可能增加，因為增加了地下水補給途徑) ，因此地下水溢出量呈相對穩定的周期變化，且這種周期變化與地表水的豐枯周期變化正好相反，互為補充。1978 年以後，隨著主要乾渠的改建與防滲處理，地下水的渠系入滲補給量大幅度減少，成為地下水溢出量衰減的主要原因之一。
因此，1956～1978 年地下水溢出量的變化規律基本反映了張掖盆地含水層系統強大的水資源調節能力。即在地表水的豐水期，地下水得到較多補給，存儲在大厚度含水層系統中，緩慢釋放( 溢出) ，其對溢出量的影響達 10 年以上。通過含水層系統的調節，在地表水的枯水周期內，仍保持較高的地下水溢出量，可利用的水資源總量在時間上更趨穩定。
6. 1. 3 戈壁帶地下水人工補給條件分析
下面主要從水源條件、工程措施條件和地下儲存空間條件等對戈壁帶地下水人工補給條件進行分析。
6. 1. 3. 1 水源條件
表6. 1 列出了1981 年以來鶯落峽來水量與正義峽下泄量。如果以國務院1997 年批準的分水方案為參考標准，則 20 世紀 80 年代初期 ( 包括以前) 還處於比較理想的狀況; 1985～2000 年，僅在豐水年和個別平水年達到分水要求; 2001 年以後，由於採取了一些強制性措施，也達到或超過了分水要求。
表 6. 1 黑河幹流鶯落峽來水量與正義峽下泄水量對比 單位: 108m3
注: 2003 年數據來源於黑河網//www. yrcc. gov. cn。
前面的分析中已經表明 ( 圖 4. 11) ，1981 年以來，黑河幹流經過的張掖、臨澤、高台三縣市的地表水引用量並沒有增加，反而有所減少，造成正義峽下泄量減少的直接原因是張掖盆地地下水溢出量的持續減少。另外，洪水季節，天然河道徑流量大大超過其滲漏能力。因此，適度截取豐水年份的汛期洪水，儲存在地下含水層系統中，增加平、枯水年份的地下水溢出量，是現狀水資源利用水平下，保證正義峽下泄水量目標的重要調控手段。在豐水年份截取的汛期洪水並沒有消耗在張掖盆地，而是儲存在張掖盆地，通過含水層系統的調節，增加平、枯水年份的地下水溢出量，進而增加正義峽下泄量，為達到分水目標提供保證。另外，截取汛期洪水的重要意義還在於襲奪地表水的無效蒸發，增加全流域可利用的水資源量，因為這部分洪水進入下游額濟納平原後，其效用主要是增加居延海的入湖水量，然後消耗於水面蒸發。
圖 6. 5 鶯落峽來水量與草灘庄以上引水量逐月變化特徵
為確定在何種豐水年份可以合理截取汛期洪水進行地下水人工補給，圖 6. 5 給出了黑河幹流鶯落峽代表性年份 ( 不同保證率水平) 逐月徑流量 ( 來水量) 變化特徵。可以看出，鶯落峽來水量的豐枯水平主要取決於 7 月、8 月份的徑流量。根據 2001～2003 年鶯落峽來水量和正義峽下泄量的實際情況，在現狀水資源利用水平下，鶯落峽來水量保證率水平低於 25%的豐水年份，正義峽下泄量是較為有保證的。因此，初步確定，鶯落峽來水量保證率在 25%以下的豐水年份，可以在 7月、8 月份截取一定量的洪水，用於張掖盆地地下水人工補給。具體操作過程中，由於難以准確預測鶯落峽 7 月、8 月份的來水量，因此，以長期監測結果為依據，以 25%保證率水平年的 7 月、8 月份流量平均值 ( 125m3/ s) 為基準，當鶯落峽來水量超過 125m3/ s 時，就可以利用多出部分進行地下水人工補給。另外，在確定可供用於地下水人工補給的洪水徑流量時，沒有考慮廢棄平原水庫後可能增加的正義峽下泄量。因此，在豐水年份，進行地下水人工補給是有水源保證的。
6. 1. 3. 2 工程措施條件
在衛星遙感圖像 ( 圖 6. 6) 上可以看出，在黑河幹流草灘庄引水樞紐的河道西側，為大片戈壁荒漠區，南北長約 20km，東西寬約 10km，面積約 200km2。通過實地調查，該地區地表以卵礫石堆積為主，地形相對較平緩，可以很方便地從草灘庄引水樞紐和西總乾渠等引水至該地區，是理想的地下水人工補給場所。具體方案為: 以現有引水渠系為基礎，修建多條簡易滲水渠道，渠首位於草灘庄引水樞紐和引水乾渠，渠的末端為黑河幹流主河道; 在滿足沖沙要求的前提下，盡量使滲水渠道保持較平緩的坡度 ( 如沿等高線走向) ，增加流程，使洪水充分地入滲補給地下水，剩餘的水回歸天然河道。
圖 6. 6 黑河幹流地下水人工補給區示意圖
6. 1. 3. 3 入滲與儲存條件
在西北乾旱區戈壁帶，如果引水渠系不做防滲處理，其利用系數只有 0. 3 左右，即 70%左右的引水量將損耗於滲漏補給地下水、包氣帶和水面蒸發，其中前者占總損耗量的 80%以上。因此，人工滲水渠道可以將 50%以上的引水量補給地下水，其餘大部分回歸天然河道，小部分消耗於包氣帶和水面蒸發。
第 4 章的計算結果表明，僅 20 世紀 90 年代，張掖盆地地下水儲存量的消耗量就達到 20×108m3以上 ( 表 4. 31) 。因此，有足夠的含水層空間用於存儲人工補給的地下水。
6. 1. 4 襲奪地下水無效蒸發的潛力分析
襲奪地下水淺埋帶的無效蒸發是乾旱區增加可利用水資源量的重要途徑，但需要處理好與生態保護的關系。均衡計算結果表明，張掖盆地水位埋深小於 10m 的淺埋帶地下水蒸發量為 1. 95×108m3/ a ( 見表 2. 27) 。除局部地區外，張掖盆地大部分天然綠洲已逐漸改造為人工綠洲，只要保持適當的地下水位，就不會對生態環境造成明顯影響。因此，襲奪地下水淺埋帶的無效蒸發量具有較大潛力。
為進一步論證襲奪淺埋帶地下水無效蒸發的能力，利用地下水數值模型 ( 見第 8 章) ，模擬了增加地下水開采對溢出量、蒸發量和儲存量的消耗量的影響。結果表明 ( 表 6. 2) ，在現狀地下水補給量不變的情況下，維持目前地下水開采布局，每增加 1×108m3的開采量，僅可奪取淺埋帶地下水蒸發量 0. 21×108m3，其餘靠消耗地下水儲存量和減少地下水溢出量補償。因此，不改變現狀地下水開采布局，僅增加開采量，難以取得襲奪無效蒸發量的理想效果。
表 6. 2 現狀補給量條件下不同開采量的數值模擬成果表 單位: 108m3/ a
由於大量關閉現有地下水開采井是不現實的，因此，為有效襲奪地下水無效蒸發，需要在現狀地下水開采布局的基礎上，增加淺埋帶地下水開采量。如何達到這一目的，主要應考慮兩方面的問題。一是地下水淺埋帶為多層含水層結構，需要確定合理的開采層位; 二是在確定開采層位的基礎上，設計合理的開采布局。下面對確定合理的開采層位進行分析。
圖 6. 7 是淺埋帶同一位置不同深度監測孔地下水位 ( 頭) 動態變化曲線 ( 監測孔信息見表6. 3) 。可以看出，不同位置潛水與承壓水之間的關系呈三種類型:
一是潛水與承壓水之間存在一定的水頭差，且年際和季節動態變化均不一致 ［圖 6. 7 中 ( a)( b) ( c) ］。潛水位多年來呈相對穩定狀態，季節動態變化明顯受灌溉影響; 而承壓水水頭多年來呈持續下降趨勢，季節變化與開采密切相關。這說明，潛水與 ( 淺層) 承壓水之間的水力聯系較弱。
二是潛水與承壓水的年際與季節變化基本一致，潛水與淺層承壓水的水頭接近，但與深層承壓水存在一定的水頭 ( 位) 差 ［圖 6. 7 中 ( d) ( e) ］。這說明，潛水與淺層承壓水之間的水力聯系較強，兩層承壓水之間的聯系較弱。
三是潛水與淺層承壓水的水位 ( 頭) 相同，且動態變化完全一致 ［圖 6. 7 中 ( g) ( h) ］) ，說明二者之間有很強的水力聯系。對圖 6. 7 ( e) ，雖然潛水與承壓水的季節動態變化不一致，但總體下降的趨勢是一致的; 仔細分析可看出，受開采影響，承壓水季節下降幅度較大，潛水向下滲漏補給承壓水，因此年內潛水的最低水位期滯後於承壓水，到高水位期潛水與承壓水的動態變化趨於一致。圖 6. 7 ( e) 表現出的特點也說明潛水與承壓水之間存在很好的水力聯系。
上述潛水與 ( 淺層) 承壓水的關系說明，為有效襲奪地下水無效蒸發，在潛水與承壓水聯系較弱的地區，應以增加潛水的開采為主; 在潛水與承壓水聯系較強的地區，應共同增加潛水與淺層承壓水的開采量才能取得較好效果。
在地下水淺埋帶，一般潛水含水層富水性較差 ( 單位涌水量低) ，地下水礦化度較高，側向徑流緩慢，因此，在以增加潛水開采量為主的地區，應以較高密度均勻布井，且與地表水或承壓水混合 ( 或交替) 使用; 在需要共同增加潛水與淺層承壓水開采量的地區，宜以較高密度均勻布設潛水井，以較低密度 ( 潛水井數量的 1 /3 ～ 1 /4) 布設淺層承壓水井，潛水與承壓水混合利用。
表 6. 3 張掖盆地地下水淺埋帶部分觀測孔信息
圖 6. 7 張掖盆地地下水淺埋帶同一位置潛水與承壓水動態變化曲線
6. 1. 5 小結
目前，張掖盆地的引水渠系建設已達到一定規模。根據國務院批復的 《黑河流域近期治理規劃》( 2001) ，在今後一段時期內，重點加強干、支、斗渠的高標准襯砌，這勢必會進一步減少張掖盆地地下水的補給量，加劇地下水溢出量的衰減。因此，採取一定的工程措施，將豐水年份多餘的洪水存儲在戈壁帶大厚度含水層系統中，增加地下水的補給，是實現張掖盆地地表水、地下水的聯合調度與優化利用的重要手段之一。
上述分析表明，張掖盆地大厚度含水層系統是一巨大的天然地下水庫，具備水資源調控的有利條件且經濟可行，可以達到以豐補歉、多年調節的目的，對減少水面蒸發，增加可利用的水資源量，保證平、枯水年份達到正義峽下泄量目標具有重要作用。
襲奪地下水淺埋帶無效蒸發是增加黑河流域可利用水資源量的重要途徑，關鍵是在處理好與生態保護關系的基礎上，確定合理的開采層位和開采布局。上面的分析中給出了初步結論，具體實施過程中還需做進一步的工作。
Ⅱ 長江水為什麼不儲存下來呢
長江水為什麼不儲存下來呢？
在古代時候，大家便開始整治水災問題。古代人民有時也會運用長江的一些淡水資源，可是他們並害怕對長江水開展存儲，由於一不小心就很容易導致洪水災害。在古代時候，大家是沒辦法存儲長江的河流。當代很多人為了足夠的運用長江的淡水資源，建立了南北方調水工程項目。但是人們仍然沒辦法將長江水保存起來。由於長江的江河量太大，一旦阻攔就極有可能會引起洪水災害。
Ⅲ 長江汛期發洪水，為什麼不能用大型製冰機把多餘的水變成冰，存放起來
理論上可行，事實上絕無可能。長江汛期的流量可以達到幾萬立方米每秒，一台大功率的水泵，其抽水流量也只能達到數百到數千立方米每小時，換言之要抽取長江里的水，可能需要數萬甚至數十萬台水泵同時作業抽水才行，所需的電功率是非常誇張的。而且水只是被抽走了，它還在啊，而且用製冰機把水變成冰，體積是不降反增的，上哪找這么大的冰庫（冰庫也需要長時間製冷）去存放，而要保持這么大體量的水處於冰凍的狀態，還需要極大量的壓縮機同時工作製冷，這用電量只怕比水泵的還要更誇張。
按照您的構想，抽取長江水並製成冰臨時儲存確實解決了大水對人民生活的影響，但所消耗的成本和社會資源，可能反而是任由大水淹城的數百倍了。並且一個事實就是，幾乎不可能有任何城市的電廠能負擔起前述的抽水泵、壓縮機的電力負荷，這個設計只可能是想想罷了。目前處理大江大河流域的水災問題，主要還是通過興建水庫實現水資源跨時空調配為主，沒有其他更好的方法，而因為水庫庫容只是按常規汛期的水平（可能預留一定的餘量）進行設計的，當遭遇非正常的洪水時，該裝不下還是會裝不下。而您所說的用泵排的做法，幾乎只適用於相對小規模的城市街道內澇等場景，冰凍就更不可能了（即便是城市積水也只是用泵運走到能排放的地方）。
如有用請採納。
Ⅳ 為什麼長江水都白白流入大海，而自身無法儲存
隨著人們經濟的發展，現代人類用水量越來越多，從而導致在中國很多地方都出現了缺水的現象。而有些人可能會萌發這樣的想法，長江和黃河中就存在著大量的淡水資源。如果我們利用現代的技術，把長江和黃河中的全部淡水資源給科學的儲存下來，再把這些淡水資源放到乾旱地區去使用，那麼就可以真正的解決了乾旱地區的用水問題。這個想法從理論上看是一個十分完美的想法，但是在實際中是不可行的。因為在現代中，人們已經利用已有的科學技術盡可能的利用了長江和黃河中的水資源了。如果我們把長江和黃河的水全部都攔截了，那麼很有可能會導致在長江周圍的一些地區會發生洪澇災害。所以長江的有一部分淡水資源只能白白的流入大海，沒有辦法儲存。
長江水是沒有辦法大量儲存的，因為容易造成洪澇災害。
Ⅳ 中國的淡水資源問題
張宏仁
（原地質礦產部副部長、國際地科聯主席）
淡水是可再生資源，靠大氣降水補給。靜態庫容只是調節空間，不能解決長期供水需要。我國單位面積淡水資源並不少，接近全球平均值，但由於人口密度比世界平均高3倍，人均淡水資源僅為世界人均值的1/3弱。我國大氣降水在時間和空間上分布極不均勻，使蒸發量加大。農業離不開灌溉，更加劇了淡水資源的供需矛盾。淡水是少數幾種無法依賴進口的資源之一。今後只能依靠節水和現有淡水資源的科學調節來解決我國的用水問題。地表水和地下水都是淡水資源的組成部分。地表水體傳導水的能力強，但存儲水的容積小；地下水含水層傳導水的能力弱，但存儲水的容積大。把兩者結合起來聯合調度，可以更加有效地實現淡水資源在時間上的調控。我國淡水資源南多北少，人口分布大體上與淡水資源分布相適應，應當避免人口過多地向缺水地區流動。南水北調可以緩解北方缺水的局面，但調水成本較高，應主要用於特殊乾旱年份，供水的基本來源，仍應立足本地。我國南方降水量充沛，缺水主要是污染造成的，應當集中力量治理污染。為了合理分配淡水資源，有效治理水污染，有必要加強流域的統一管理。規定每一地區的取水量和排污總量的限額。深層封閉地下水資源潛力不大，長期大量開發會導致地面沉降等嚴重後果，要慎用、少用。
淡水是人們生產生活任何時候都離不開的資源。似乎應當屬於常識范圍內的事。然而每當聽到有關「地表水、地下水哪個更重要」的爭論，好心人關於「地球上最後一滴水」的警告，某某地方「地下大水庫的發現」，以及一方面驚呼中國出現了「世界上最大的漏斗」，另一方面又把希望寄託於尋找新的深層地下水源，就感到人們對淡水資源的認識並不一致。而認識是否符合淡水資源的客觀規律，對正確決策有很大影響。
一、淡水資源的主體靠自然再生，靜態庫容的作用是以豐補歉
各種自然資源均可劃分為兩大類：可再生資源和不可再生資源。這種劃分的含義可以用一個家庭的經濟收支平衡賬來形象地說明。
大多數家庭每月都有經常性的收入。如果支出小於收入則把多餘的錢存入銀行。如果支出大於收入，就要動用銀行存款。可以用公式簡單表述如下：
銀行存款的增量＝收入－支出
為了保證家庭可持續的生活，總是力圖量入為出，每個月都略有節余。於是銀行存款逐月增加。然而一旦有額外的消費需求，比如購買大件商品、假日旅遊等，就可以用平時多月乃至多年積攢的存款。對這一類家庭來說，平時生活主要靠經常性的工資收入，銀行存款的功能只是調節餘缺。我們可以說，這樣的家庭所依靠的財政資源是可再生的。
然而，社會上還有極少數人，他們沒有經常性的工資收入，但祖先給他們留下了一大筆遺產存在銀行里，如果不任意揮霍足夠用100年。對這些人來說，上述公式中的收入項等於零，銀行存款每個月都是負增長。直到花光為止。這些人的財政資源顯然是不可再生的。用一點就會少一點。
礦產資源顯然屬於不可再生資源。以煤為例，其是在漫長的地質歷史中形成的。現在地球上某些地方由植物變為煤炭的過程仍在進行，但進行得極為緩慢。每年新生成的煤炭與全球每年消費的煤炭相比微乎其微，可以忽略不計。我們今天所開採的煤炭，實質上是大自然留給人類的遺產。由於地球上煤炭的儲量很大，足夠滿足幾百年的需要，目前可以不必為今後發愁。再過100年，人類總能找到別的替代能源。
森林資源則屬於可再生資源。因為林木不斷地新生，只要合理規劃，就可以保證每年砍伐量不大於再生量。如果砍伐量大於再生量，林木積蓄量就要減少，反之則會增加。
淡水資源的情況略為復雜一點，它的主體屬於可再生資源。但在極特殊情況下，出於無奈，也有把地下地質歷史上儲存的水當做不可再生資源使用的例子。
地球的大氣層是一個龐大的、以太陽能為動力的蒸餾水工廠。它不斷地從海洋和地面把水蒸發上天，再以降水的形式向人們居住的陸地提供淡水。平均每年陸地上的大氣降水約為119萬億立方米。扣除蒸發蒸騰損失，每年仍有42.7萬億立方米可轉化為人類有可能利用的淡水資源。遠遠超過目前全人類每年約4萬億立方米的用水量。在可以預見的未來，淡水資源是永續不斷的。不可能出現「最後一滴水」的危機。因此，從總體上講，人類完全可以依賴可再生的淡水資源滿足可持續發展的需要。
然而，淡水資源在地球上的分布很不均勻。有一些乾旱地區降雨量極少，可再生淡水資源接近於零。如果這些地區人口稀少，又有地質歷史上埋藏的、水質符合需要且存儲量能滿足當地不多的人口上百年需要的地下水，就可以在相當長一段時期靠「吃老本」過日子。例如在非洲北部的撒哈拉沙漠就有地質歷史上埋藏的淡水，為埃及、利比亞等國提供了可供當地人口上百年需要的淡水。類似的條件，在地球其他地方極為罕見。
地下含水層儲存的地下水可以和銀行存款相類比。它能應付短時間入不敷出的緊急情況，但不能滿足長期可持續發展的需要。此外，地下水的儲存量也有不同於存款的地方。提取第一筆存款與提取後一筆存款在手續上沒有區別。而隨著地下水儲存量的減少，地下水位隨之下降。超過一定限度，即使有水也難以利用。
二、我國地均淡水資源並不貧乏，人均淡水資源少是人口多的結果
我國一些地區淡水資源供需矛盾日趨嚴重的狀況，給人造成一種印象：好像中國是淡水資源特別貧乏的國家。這種印象並不符合實際。一個地區淡水資源的豐富程度可以用單位面積平均淡水資源來評價。全世界可再生淡水資源每年為42.7萬億立方米，全球陸地面積為1.34億平方千米，或者134萬億平方米。於是：全球單位面積淡水資源＝全球淡水資源÷全球陸地面積＝42.7萬億立方米÷134萬億平方米/年＝319毫米/年
我國可再生淡水資源每年為2.8萬億立方米，國土面積為960萬平方千米，單位面積淡水資源為292毫米/年。相當於全球平均值的91.5%。由此可見我國並不是淡水資源特別貧乏的國家。國土面積和我國差不多的美國，單位面積淡水資源為317毫米/年，差別也不大。然而，由於我國人口眾多，單位面積人口密度是全世界平均值的3倍。因此，人均淡水資源僅為全世界的1/3弱。目前廣泛引用的數字是1/4，實際上更接近1/3。美國則由於人口密度僅為中國的近1/5，人均淡水資源因此約相當於我國的5倍。總之，我國淡水資源緊張，並不是由於資源貧乏，而是由於人口眾多。
三、淡水資源不能依賴進口，只能立足於國內
在各種自然資源中，淡水資源是用量最大的資源。所有其他自然資源用量的總和也抵不上淡水資源的一個零頭。淡水又是最廉價的資源，經不起大量長距離運輸。我國地勢較高，大部分國際河流是出境河，只有新疆有少數入境河流。這一狀況排除了淡水資源依賴進口的任何可能性。除非全球氣候有重大變化，今後淡水資源總量預計不會有實質性的改變，而人口還將有所增長，不論今後國民經濟如何發展，經濟規模翻幾番，都只能立足在現有每年2.8萬億立方米淡水資源的基礎之上。在這一點上，有的人仍抱有開辟新來源的希望。以下本文將證明：開源雖有一定前景，但不可能對我國淡水資源總量有重大影響。
四、我國淡水資源時空分布極不均勻，加劇了供需矛盾
盡管我國人均淡水資源僅為全球平均值的1/3弱，每人每年仍有2300立方米。按目前的消費水平是夠用的。然而我國的淡水資源無論在空間上還是在時間上的分布都極不均勻。這就進一步加劇了供需矛盾。
淡水資源的更新主要靠大氣降水。我國大部分國土處於北半球中緯度乾旱帶，本應比較乾旱。幸好來自太平洋和印度洋的東南亞季風帶來了水汽。但也導致降水量分布的極度不均勻性。我國南部和東部降水量較多，而西北乾旱。大體上，昆侖山、秦嶺、淮河一線以南，總體上不缺水。如果有缺水問題，一般也主要是由污染造成的。而西北地區則乾旱少雨，淡水資源因而比較貧乏。
應當指出，我國幾千年來一直以農業為主。農業又與淡水資源緊密相連。由於千百年隨機流動的結果，我國的人口分布大體上與淡水資源的分布相適應。一般不宜輕易改變。隨著我國生產力的發展，依附於耕地的農業人口的比重將逐漸減少。人口按耕地分布的前提將逐漸弱化。向乾旱地區遷移人口將不再具有很大的必要性，任何向乾旱、半乾旱地區的移民，必然增加該地區對淡水的需求，進一步擴大淡水資源的供需矛盾，一定要慎之又慎。
淡水資源在時間上分布的不均勻性是導致我國北方供需矛盾緊張的重要原因。從多年平均降水量來看，我國華北許多地方雖不算很豐富，但也不能算太少。以北京為例，年降水量平均為630毫米，和法國巴黎、俄羅斯莫斯科、奧地利維也納、匈牙利布達佩斯等差不多，比英國倫敦、德國柏林還要略多一些。那麼為什麼歐洲比較濕潤，而我國華北比較乾旱呢？這是由於歐洲許多地方降水量隨時間的分布，無論是年內還是年際都出奇的均勻。這是一直生活在亞洲大陸的人所難以想像的。
歐洲大部分地區空氣濕度大，蒸發量遠小於降水量。我國北方地區與歐洲相比反差極為強烈。以北京地區為例，6、7、8月個月的降水量，占年總降水量的3/4以上，而從11月到次年4月的半年時間的降水量不到全年降水量的1/10。由於旱季延續時間很長，年蒸發量大多在1000毫米以上，遠遠超過年降水量。不僅年內，而且年際降水量變化也很大，連續3年的乾旱時有發生。大氣降水只有一小部分能轉化為有效的淡水資源，大部分被重新蒸發上天。此外，由於雨季降水過於集中，經常有一部分水庫裝不下的降水以洪水的形式入海，無法加以利用，有時甚至造成洪災。歐洲降水均勻帶來的另一個好處是農田灌溉用水不多，大氣降水能滿足農作物生長對水的大部分需要，許多地方甚至完全不需要灌溉；留給工業及生活用的水資源就比較多了。而我國，特別是北方地區，農業離不開灌溉。農田灌溉用水佔用了淡水資源的絕大部分，能留給生活和工業生產用的水資源很有限。總之，降水量隨時間分布的不均勻性，一方面使有效淡水資源減少；另一方面使農業用水量增多。這大大加劇了淡水資源的供需矛盾。
五、找礦與「找水」
我國的淡水資源是否還有未被發現的潛力。有人把希望寄託在「找水」上。
地表水不存在「找」的問題，一切都擺在光天化日之下，比較清楚。「找水」實際上指的是找地下水。「找水」的提出顯然是受「找礦」的影響，特別是「找油」的影響。石油是含油層中的流體，地下水也是地層中的流體。可以找油，為什麼不能找水呢。當然，石油天然氣和地下水的流動都遵循滲流力學的基本規律。有許多可以相互借鑒的東西。但是有一點根本不同：石油天然氣是不可再生資源，地下水的主體只能是可再生資源。
作為不可再生資源的礦產，開采一點，已探明的資源量就會少一點，早晚會枯竭。為了保證可持續發展，必須努力尋找接替資源。而且大多數情況下確實有礦可找。因為，由於人們認識的局限性，遠不是所有的礦產都已被查明。整個找礦的歷史可以歸結為：露頭礦找完了找隱伏礦；淺部礦找完了找深部礦。這種經驗推廣到淡水資源領域里來就成了：地表水不夠了找地下水；淺層地下水不夠了找深層地下水。
然而，地下水完全是另外一回事。前面已經討論過，地下水的儲存量只能用於調節豐枯，而不能依靠它長期生活。人類可以依賴的主要是不斷更新的可再生淡水資源。而這種資源就在我們眼皮子底下，並不需要專門去「尋找」。從宏觀戰略的大賬著眼，「找水」並不能解決淡水資源的「開源」問題。
但在某些既缺乏地表水、淺部地下水含鹽量又高的乾旱地區，有的地方地下深部有水質較好的含水層。於是就提出了深部含水層「找水」的問題。深部含水層絕大多數屬於封閉的承壓含水層，由於極難得到大氣降水的補給，所含的淡水資源屬於不可再生資源。大量長期開采這種深層地下水會導致地下水位迅速下降和地面沉降。只有在人少地廣、單位面積取水量很小的條件下，如為邊防哨所和牧區人畜飲用供水，或者在極端乾旱年份短期用水，可以適度開采這種資源。
還有一種情況可以被稱為「找水」，那就是在缺乏有效含水層的地區，如大片花崗岩或變質岩分布的地區。在這些地區需要用地質、地球物理的方法，尋找隱伏的構造破碎帶。因為只有在岩石破碎的地段，才有足夠的孔隙存儲和傳導地下水，簡單地說，只有這種情況才能使水井或其他集水工程出水。
不管是哪種情況，「找水」並不能解決淡水資源的戰略性大賬，而是主要著眼於人口不多的缺水居民點人畜用水問題。
那麼，淡水資源開源的潛力何在？淡水資源的潛力不在於「找水」，但也不是沒有潛力可挖。可以從減少我國大氣降水在時間上分布不均勻性造成的損失方面，想辦法挖掘潛力。主要有兩個方面：一是奪取蒸發量。我國，特別是乾旱地區，大氣降水的大部分被蒸發上天。這裡面潛力是很大的。二是奪取入海棄水。由於汛期降雨量集中，地表水庫沒有足夠的庫容攔蓄洪水，有一部分水白白跑到海里去了。這部分水如果被攔蓄起來，水量也是很可觀的。
然而，這兩條說起來容易，實際上做起來卻很難。要奪取蒸發量，就要設法讓大氣降水更多地滲入地下，減少太陽的暴曬。要奪取入海棄水，就要設法把汛期的洪水存儲起來。為此就需要有足夠的調節庫容，地表水庫就是為此而修建的。北京潮白河上的密雲水庫多年平均來水量10多億立方米，而庫容有40億立方米，是一個可以實現多年調節的好水庫。可惜，在大多數別的流域，現有的地表水庫和預計可以修建的地表水庫加在一起，總庫容仍遠不足以滿足這一要求。而地下水含水層則具有比地表水庫大得多的調節庫容。
因此，無論是奪取蒸發量還是奪取棄水，地下水含水層都具有極其重要的作用。
六、地表水體與地下水含水層的關系
在許多人的心目中，地表水和地下水是兩種不同的水源。這是一種片面的看法，不利於對整個淡水資源的科學、合理的利用。從作為可再生資源的角度看，地表水和地下水都來自大氣降水，而且，它們還相互轉化。以新疆、甘肅的內流河盆地為例。盆地底部的極少量降水幾乎全部被蒸發而形不成任何有效的淡水資源。當地的淡水資源主要來自盆地周圍山區的降水以及隨後的積雪融化。這些水匯集到山區的河流中奔向山麓，有很大一部分入滲到由礫石、粗沙組成的山前洪積扇中，轉化為地下水。洪積扇的碎屑物質從上游向下游逐漸變細，傳輸地下水的能力也逐漸減弱。最後地下水被臃阻在洪積扇的邊緣而以泉水的形式溢出地表，又轉化為地表水。在那些地區，人為地劃分地表水和地下水資源，沒有實質性的意義。
從更廣泛的意義上講，河流的流量在一年的很長時間要靠地下水維持。河流具有很高的傳輸地表水的能力。雨季的大氣降水匯入河川以後，會在很短時間內被排放入海。雨季以後許多河流河水常流不斷要歸功於地下水含水層。地下水含水層能存儲大量由降水入滲形成的淡水。由於地下水含水層傳輸水的能力遠低於地表水體，雨季存儲在含水層中的地下水只能緩慢地釋放出來。所有這些涓涓細流，最後匯集到河川中，形成可觀的流量，保持河水常流不斷。汛期以後的河川水流被叫做「基流」。基流是淡水資源中最可寶貴的部分，而它恰恰來自地下水含水層。
地表水體和地下水含水層都是天然淡水資源的載體，但它們各自有不同的特點。
地表水體作為水的容器摩擦阻力小，因而具有很高的傳輸水的能力。另外，陸地上的淡水體面積僅占陸地面積的1%不到，因而存儲水的能力很小。地下水含水層則相反，由於水在岩石的孔隙中流動，受到很大的摩擦阻力。在同樣的水力坡度下，地下水的流速比地表水要小好幾個數量級。但是，地下水含水層廣泛分布，幾乎無處不在，有比地表水體大得多的存儲水的能力。可以用直流電阻、電容電路來比喻以上兩種情況。地表水體就像是電阻小、電容也小的電路，也就是說時間常數很小的電路，地下水含水層則像是電阻大、電容也大的電路，即時間常數很大的電路。地表水體中的水來得快、去得快。地下水含水層中的水來得慢、去得慢，能夠對短暫的洪峰脈沖進行濾波，把極不均勻的降水拉平。而這正是降水量極不均勻的地區所需要的。
地下水含水層不僅能調節豐水年和枯水年，而且還能大大減少蒸發量。大氣降水一旦滲入地下，蒸發量就會急劇減少。如果地下水位在地面1米以下，蒸發量實際上接近零。
陝西北部神木煤田所在地區有兩條河，一條是窟野河，另一條是禿尾河。兩條河都從西北向東南相互平行地流入黃河，相距只有幾十千米。窟野河所流經的地區岩石裸露，每當雨季，洪水攜帶大量泥沙很快泄入黃河，旱季則長時間乾涸缺水。而禿尾河上游有大片地區被毛烏素沙漠的邊緣所覆蓋，雨季時雨水被沙漠吸收，很少形成洪水，雨季過後，地下水慢慢從沙漠滲出，保持禿尾河常年有比較均勻的流量。由於沙漠的保護，禿尾河流域蒸發量大大減少。有一半以上的大氣降水都能轉化為有效的淡水資源。這在黃土高原是極為可貴的。
地下水含水層的特點是「肚子大，嗓子眼小」，接收大氣降水補給比較緩慢。這就給我們利用它增加了困難。北京地區就是一個很好的例證。永定河沖積、洪積扇有巨厚的含水層。曾經是北京市的主要供水水源地。它的巨大庫容曾經幫助首都度過了一個又一個的缺水年。經過多年的超量抽取地下水使得地下水位大幅度下降，形成較大的地下庫容。這本應是調蓄水資源的絕好場所。20世紀70年代進行了可行性論證，發現永定河每年行洪期只有十幾天。而北京市年取水量幾十億立方米。即使每年人工回灌1000萬立方米，也解決不了多大問題。然而要在10天內完成即使這一不起眼的任務，汛期每天就要回灌100萬立方米，這就需要建設龐大的回灌工程。而且汛期河水含泥沙量高，會很快把地下水含水層的入滲面淤死。當時建設的西黃村人工回灌試驗場，雖然地質、地理條件很優越，但也只能在非汛期用水庫棄水進行人工回灌。
實踐給我們上了很重要的一課。要取得較大的回灌效果，光靠人工措施是不夠的。針對北京地區的具體情況，我們提出了「虛擬回灌」的辦法。北京地區現有抽取地下水的設施能力已經很大。再大的回灌設施能力也不可能超過抽水能力。在保持現有抽水設施運行的情況下，每回灌1億立方米水，與不進行回灌，但減少抽水1億立方米在物理上是等價的。因此，減少抽水等於增加回灌，是一種「虛擬」的回灌。這種回灌不需要專門的回灌設施，但需要有別的水源來代替減少的抽水量。這部分水量可以來自豐水年多餘的大氣降水。如果在北京市建設兩套供水設施，一套用地表水供水，另一套用地下水供水，那麼每一套都能單獨滿足全市供水的需要。如果在豐水年把抽取地下水的設施停下來，就等於不用任何回灌設施，一年就回灌了上10億立方米的水存儲在地下。到枯水年就可以少用地表水，而抽取地下的庫存以度過水荒。用這種辦法還可以對淡水資源進行年調節，汛期前，盡量多用水庫准備「空庫迎汛」的「棄」水，代替抽取地下水，少用地下庫存。
以上方案要求統一調度地表和地下兩個水庫，充分揚各自的「長」，避各自的「短」。結合每一地區的特點，還可能設計出別的方案。
總之，地表水和地下水並不是兩種不同的水源，如果善於取長補短，發揮各自的優勢，就能更好地利用有限的淡水資源。那種把地表水和地下水人為分割開來，各執一端的爭論，是狹隘、片面的門戶之見。
七、開放含水層與封閉含水層
地下水是賦存在地下岩石中的水。所有的岩石或多或少都含有地下水，但並不是所有地層都是含水層。只有那些既含有一定量的水，又能讓地下水流動的地層才叫含水層，否則就是隔水層。當然，這種劃分只是相對的。
按照地下水與含水層和隔水層的關系，地下水含水層可劃分為「潛水含水層」和「承壓含水層」。這兩個引進的術語實在翻譯得令人費解。不僅外行人聽不懂，內行人也往往被搞糊塗了。筆者認為採用「開放含水層」與「封閉含水層」能更好地反映兩種含水層的本質差別。
可以用人們比較熟悉的地表水來比擬。河湖屬於開放水體，自來水管道屬於封閉水體。河流中的淡水體積隨著河水位的上漲而增大，流量也隨之增大。自來水管道中的淡水體積隨著水頭只有極其微小的變化，小到幾乎可以忽略不計，流量只與水力梯度有關，而與水頭幾乎無關。
如果含水層中的地下水沒有充滿整個含水層，情況就和河流、湖泊、水庫等開放水體相似。當含水層中地下水體積增加或減少，地下水位就會上升或下降。這種含水層應當叫做「開放含水層」。但目前通行的術語則是「潛水含水層」。開放含水層由於它的開放性，很容易直接從大氣降水或地表水體得到補給，因而其中的淡水資源比較容易得到再生，以保證可持續發展的需要。目前全世界抽取的地下水，絕大部分來自開放含水層。
如果含水層上面被隔水層所覆蓋，而且地下水充滿了含水層，就變得和封閉的自來水管道相似了。地下水位有升降變化時，含水層體積受上覆隔水層的限制，不能像開放含水層那樣自由變化。這種含水層應當叫做「封閉含水層」，教科書上的科學術語則是「承壓含水層」。
實際上，無論自來水管道還是封閉含水層，都不是絕對剛性的。它們都具有彈性和可壓縮性。當水位上升時，體積會被脹大，反之則會被壓縮變小。這種脹縮對自來水管道來說微不足道，通常被忽略不計。但對封閉含水層來說，由於下面將要談到的原因，這種可壓縮性和彈性卻不能不加以考慮。
首先，封閉含水層傳導水的能力比自來水管道小許多個數量級。任何一個末端自來水龍頭放水，都能幾乎立即從自來水廠的蓄水容器得到補給。其間的水頭損失比較小。而含水層對水的摩擦阻力很大，從封閉含水層的側向補給源到打井取水地點距離一般又很遠。其間要達到穩定狀態，需有很大的水頭損失。實際上，在達到穩定狀態之前，從水井抽出來的水，並不是來自遠方的側向補給源，而是來自水井周圍含水層的壓縮。水井的抽水，使地下水位下降，在水井周圍形成降落漏斗。對封閉含水層來說，這就像液壓千斤頂放油、汽車輪胎放氣一樣，使含水層壓縮。這樣就從含水層擠壓出一些地下水來。水井抽取的地下水，實際上就是來自含水層壓縮出來的那一部分水。早期，水井抽取的主要是水井周圍近處含水層壓縮出來的地下水，隨著降落漏斗的擴展，抽出來的水逐漸更多地來自較遠處的含水層。從開始抽水到大部分井水不再來自含水層的壓縮，而是來自補給邊界，需要很長的時間，如果補給邊界離抽水井比較遠，甚至需要幾十年時間，那時抽水井水位將下降得很深，乃至抽水成本高到難以接受的程度。此外，封閉含水層中地下水位每下降1米，因壓縮所能給出的水是很少的，只有開放含水層的千分之幾到萬分之幾。因此，地下水位的降落漏斗體積，在同樣出水量的條件下，比開放含水層要大成千上萬倍。
按照質量守恆原理，從含水層抽取的地下水不可能憑空產生，總歸要有來源。開放含水層比較好理解，從含水層抽取的水，部分來自含水層的疏干，部分來自地表水體的補給。而封閉含水層就有點令人費解。後者既沒有疏干，也很難從地表水體得到補給。那麼從井裡抽出來的水是從哪裡來的？20世紀初地下水水力學的一個重大進展是發現從封閉含水層抽取的地下水是由含水層體積壓縮而來的。最終表現在地面沉降上。根據河北滄州和天津以往長期觀測的結果，多年從封閉含水層抽取的地下水總體積，大體上等於地面沉降的總體積，側向補給少得可以忽略不計。
從封閉含水層抽取地下水會導致地面沉降！這是一個嚴重的問題。到目前為止我們已經有了大量負面的案例。早在20世紀60年代，上海就因地面沉降而遭受了難以彌補的損失。由於地面沉降早期很難憑直覺發現，上海的教訓並沒有被別的地方及時汲取，天津隨後也出現了類似的問題。長江三角洲的蘇州、無錫、常州由於含水層不如上海寬闊，受局部斷陷小盆地的制約，出現不均勻沉降，導致地面裂縫。西安的地裂縫也是長期從封閉含水層抽水的後果。
由此可見，從封閉含水層長期大量地抽取地下水，弊大於利，往往是得不償失。抽不了多少水就會引起地下水位大幅度下降，而且經常導致嚴重的地面沉降後果。