『壹』 地下水開發利用的歷史與現狀
一、地下水開發利用的歷史
地下水的開發利用是隨著社會經濟的發展，用水量的增加及開采技術的提高而越來越高。17世紀中期以前清政府為保護祖先發祥地，對東北地區實施封禁政策，松嫩平原一直處於封禁狀態，從1861年起東北陸續開放拉林河流域、伊通河流域、洮兒河流域及嫩江中游。19世紀初，因俄日帝國主義者的侵入，在區內修建了鐵路、工廠，城市規模擴大，從而加快了地下水的開發。1908年，長春市在鐵北四路建鑿了7眼大口井，開始城市供水，日供水能力3000 m3；同年還在勝利公園建井4眼，日供水2000 m3，並同時修建了給水泵站、水塔和供水管線；1932年又在下檯子建井14眼，日供水1200 m3，在趙家溝建井7眼，日供水能力4000 m3，並修建水廠，使長春市的地下水開發利用具有了一定規模。1931年白城火車站修建了第一座自來水塔，供機車和鐵路職工用水。齊齊哈爾市北市區1949年建起4個自來水廠，日生產能力8000 m3。到1949年時，松嫩平原的人口不過幾百萬人，生產、生活用水主要開采潛水，取水方式以手壓井和大口井為主。新中國成立後，由於松嫩平原是國家重點墾荒種植區，隨著農業、工業、油田開發的迅速發展，地下水開始陸續被大規模開采。
20世紀60年代，隨著國民經濟的發展和對水資源需求的增加，勘探打井技術有了很大進步，城市供水逐步規模化。哈爾濱、大慶、長春、白城等市縣先後修建了供水工程。如哈爾濱市到1965年已有開采井250多眼，日開采量達18×104m3左右；長春市在動物園、鐵北等地開始有深井4眼，日供水能力2880 m3。白城市有深井2眼，日供水能力5000 m3。
1978年改革開放後，國民經濟出現前所未有的快速發展，與此同時，地下水開采也出現了前所未有的規模，掀起了城鎮供水勘查高潮，特別是低平原區防病改水工程全面啟動，基本實現了病區鄉以上居民點的自來水化，大部分重病村屯也安裝了自來水，生活用水及工業用水轉向以開采第四系和新近系承壓水為主，飲用水質量全面提高，飲用高氟潛水的人口逐漸減少，分散居民用水也逐漸轉向開采第四系承壓水，地下水資源開發利用進入了一個新階段。
從20世紀70年代未到2004年，地下水開采量增長近3倍。80、90年代是松嫩平原地下水開發的高速增長期，80年代中期到90年代中期，10年地下水開采量增加了9.73×108m3，每年增加近1×108m3；從90年代中期到2004年，每年增加近2×108m3。過去的20年，是地下水開采量增長最快的時期（見圖12—1），也是地下水供需矛盾顯現和加劇時期，並呈現出越來越緊張的態勢。
二、地下水開發利用現狀
1999年以來，松嫩平原降水量一直偏少，受其影響地下水補給量也相應減少，降水減少又導致地下水開采量增大，進而引起地下水位下降。原有的地下水下降漏斗進一步擴大，地下水可開采資源減少。目前，全區地下水開采量為58.1594×108m3/a，枯水年全區地下水開采量將達到65×108m3以上。從開采層看，全區以開采潛水為主，佔49.2%[圖12—2（a）。從行政區看，黑龍江部分地下水開采量為35.6068×108m3/a，占開采總量的61.2%；吉林為21.7924×108m3/a，佔37.5%；內蒙古各旗為0.7602×108m3/a，佔1.3%。
從供水對象看，農業是用水大戶，2004年開采量為42.425×108m3，占總開采量的72.9%；生活用水為8.4026×108m3，占開采量的14.5%；工業用水為7.3317×108m3，佔12.6%，見圖12—2（b）。
圖12—1 松嫩平原近20年來地下水開采量變化
目前，全區有各類開采機井25.6×104眼，平均分布密度為1.01眼/km2，其中黑龍江境內有15.8×104眼，吉林境內有9.8×104眼。分布密度較大的市縣有白城、洮南、大慶、長春、甘南、龍江、泰來縣和齊齊哈爾，每平方千米機井數都在2.5眼以上。其中白城和洮南機井密度最大，每平方千米達到10眼以上，其次是大慶和甘南縣，每平方千米在5眼以上。
圖12—2 地下水開采量構成與供水結構圖
從地下水開采強度看，開采模數在5×104m3/（km2·a）以上的市縣有14個，分別是白城、哈爾濱、綏化、松原、阿城、齊齊哈爾、榆樹、綏棱、五常、九台、大慶、德惠、呼蘭和長春市，其中白城、哈爾濱、綏化開采模數達10×104m3/（km 2·a）以上。
從地下水系統分析，開采強度最大的是拉林河、阿什河地下水系統，開采模數為5.31×104m3/（km2·a），其次是第二松花江地下水系統，開采模數為4.06×104m3/（km2·a）（見表12—1）。開采量最大是洮兒河、霍林河地下水系統、烏裕爾河、雙陽河地下水系統和呼蘭河、通肯河地下水系統，年地下水開采量都在11×108m3以上，農業用水量大是這三個地下水系統開采量大的主要原因。
表12—1 各地下水系統現狀開采量表
續表
『貳』 地下水資源的污染、治理和保護的研究現狀
現在全世界都在關注水資源的危機。1994年在芬蘭召開的「地下水資源未來危機」國際學術討論會主要圍繞水質污染及超量開采兩大問題。會議認為只要對水資源正確評價，合理規劃，嚴密監測，科學管理，超量開採的問題是可以避免的。而日益嚴重的水質污染和惡化卻成為威脅水資源持久開發的主要危機。國際水文計劃（IHP-5）已把「脆弱環境下的水文學與水資源開發」列為1996～2001年的主要研究課題，其中最重要的一個專題，即「地下水資源的未來危機」的內容則包括：地下水污染的研究范疇，探測地下水質的監測策略，包氣帶地下水供水水質化學作用規律，濱海地區地下水水質惡化，以及城市發展與水質污染等。由此可見，地下水的質量問題是當前水文地質研究的重要內容。
長期以來，人們對地下水資源重開發利用，輕保護。而地下水資源在受到人類活動，如農業生產、垃圾填埋、廢水排污等影響時極易被污染。地下水一旦受到污染，其補救和恢復是非常困難的，而且治理費用代價昂貴。因此如何保護地下水不受污染受到各國的重視。
美國於1991年開展了全國水質評價計劃。英國、澳大利亞近年來也對地下水水質進行評價研究，對人類活動包括農業活動、工業活動、廢物處置、填埋等造成對地下水水質的影響，地質過程與生物相互作用等問題設立了專題研究。
1）地下水的污染和治理
對於已造成地下水污染的地區，國內外許多學者致力於研究污染的物質來源、污染的途徑和范圍、污染機理等問題，並取得大量研究成果。這些成果為查明地下水污染情況和治理提供了科學依據和方向。
80年代以來，地下水污染研究的重點已從無機物（重金屬）的污染轉向微量有機物的種類、物化特徵及其在環境中的遷移轉化，以及污染控制治理技術等。這與整個環境污染的發展進程是一致的。西方國家在治理環境污染的進程中，大致經歷了重金屬污染、易降解有機物與富營養化污染以及毒害性有機污染3個階段。目前能基本控制第一、二階段的污染，開始重視毒害性有機污染的治理。中國無論在有機物污染的理論還是治理技術方面的研究卻剛剛開始。有機化合物種類多、數量大，絕大多數難溶於水，在水中含量很低，僅為10-6～10-9級或更低，降解慢，中間產物復雜。它們進入包氣帶和含水層後，不僅其殘留物可維持數十乃至上百年，而且其降解後的中間產物亦對環境有污染。有機污染物通常分為2類：第一類是量大易降解（包括生物降解和化學降解）的有機物；另一類是有毒有害難降解有機化合物。農業活動造成的地下水污染後果也很嚴重。由於硝酸鹽中氮在作物-土壤-水系統中的運動，進入含水層的氮就可能增加。捷克在過去的30年內，地下水中氮含量增加了一倍。現地下水中已發現各種烴類、鹵化物、醇、酚、醚、醛、酮等各類有機化合物。據報導，至1987年美國地下水中已發現175種不同的有機物，其中很大部分對人體有毒性效應。荷蘭在232個地下水抽水點中檢出113種有機物。中國京津唐地區地下水初步調查檢出有機物種類達133種，可見地下水有機污染已到了非常嚴重的地步。
地下水中危害最大而又最為常見的有機污染物為非極性難溶揮發性有機物（VOC』s），主要由氯代脂肪烴（CHC）和單環芳香烴（BTEX）構成。現已查明，多數水溶相VOC』s在地質環境中不易被吸附，具有很強的遷移性，在適當條件下可生物降解。非水溶相VOC』s對微生物有毒性，不易生物降解。非水溶相CHC常在地下水中積聚，其遷移不受地下水運動的控制，因此常匯集在含水層底板；非水溶相BTEX則相反，飄浮於地下水的表面。
第30屆國際地質大會就有不少論文涉及地下水污染監測、參數測試；對Pb、Cu、Zn等污染物的實驗室研究；污染物運移趨勢預測；地質統計方法與隨機理論在地下水污染研究中的應用；某些污染物（如氮污染）的研究實例以及一些模擬理論，例如以保護含水層為目的的河流-含水層相互關系模擬；非均質含水層與裂隙岩溶水污染研究；土地利用過程中的水土污染；污水灌溉的環境生態效應等等。其中美國Yun-Sheng Yu運用地質統計法進行地下水中鹽污染的研究，大大提高了計算精度，是一個成功的實例。
最近美國報道了關於在地下水生態領域里應用無脊椎動物群結構的變化作為淺層地下水/地表水環境污染的指示劑；以及用CFCs確定年輕地下水年齡（50年以內或更小）和用氚/氦-3研究地下水運移時間、水流類型和補給速度，為測試和校核模型提供了有力的工具。此外，在發展生物治理技術方面，通過微生物降解作用、吸收、轉化有毒化合物，消除污染，取得顯著成效。
地下水的污染治理美國在80年代就先於其它國家開始著手進行。當時以「抽汲處理法」較為普遍，即抽出已被污染的地下水，在地表進行深度處理，但含水層不能徹底凈化，且處理費用高。對於大規模的污染治理還沒有成功的經驗。80年代後期地下生物處理工程技術迅速發展，地下水污染控制理論與技術開始形成一套體系。如「對於包氣帶污染，可進行原位處理或開挖處理。原位處理包括物理法（通氣法、蒸汽法、熱趨法……）、化學法（表面活性劑溶液沖洗、特殊化學沖洗）和生物法（馴化生物處理、強化生物處理）；對含水層污染可進行原位處理或抽汲處理，前者又包括物理控制（泥牆、防滲帷幕控製法、水動力控製法、暗渠、井孔收集法），化學處理（表面活性劑溶液沖洗法、試劑法、滲床法）和生物處理。採用何種處理工藝，主要取決於處理的對象、目標、水文地質條件和經濟承受能力。」在各種方法中，現場處理技術包括多種形式的好氧處理和厭氧處理，發展較快。
為了進一步發展地下水污染控制理論和技術方法，急需加強引進多種學科如地質微生物學、有機地球化學、表生地球化學的理論和方法，加強對有機污染物的來源、遷移、轉化或降解機制，以及它們與腐殖酸、金屬元素的相互作用的了解，加強土壤和地下水污染治理的新技術開發利用研究，突破解決目前缺乏能快速准確鑒別有機物種類和定量分析的儀器設備的局面，發展治理工程技術方法。
2）地下水資源的保護
為了防患於未然，首先要防止地下水供水水源地受到污染。一方面是保護水源補給區不受污染，另一方面是設立圈定地下水供水水源地的保護區（帶），以加強對潛在污染的限制。這里涉及的主要是點源、井源區保護。而非點源整個水流域的水質監測、保護和污染治理技術要困難得多。
圈定地下水源保護區（帶）的研究，由最初為確保飲用水衛生條件防止細菌污染的概念已擴大到防止非降解性有機物以及有毒化學成分的污染為目的，在歐美一些國家取得進展。德國對地下水源保護區的圈定是先將流域分為4個保護帶，重點探討第Ⅱ帶隨時間變化邊界的概念，它採用地下水在50天內運行的距離范圍。英國根據50天（一區）和400天（二區）運移時間以及整個匯水盆地（三區）確定出地下水保護區。其它如美、捷、愛爾蘭、荷等國研究的主要特點是逐步向應用數學模型的方向發展，以提高成果的精度。德國提出可利用環境同位素3H、14C建立動態模型，用地下水環境同位素的滯留時間作為新的水文地質參數以反映地下水特徵，並作出定量污染程度分析。中國也有人用時間滯留法來定量研究確定地下水源地保護區。
不少國家已認識到，地下水資源的保護必須提到戰略、政策及管理的高度來認識和實施。捷克專家提出，地下水保護戰略是政府部門進行管理、協調、投資和貫徹執行的長期任務，要得到有關法律法規的支持，正規的監督檢查，甚至包括對技術負責人員的培訓以及對公眾教育和提供信息。地下水保護政策的制定取決於地下水資源的價值需求、土地利用規劃及經濟發展和人體健康等因素。地下水保護的管理目標應是確保飲用水水源的質量、安全和可持續性。
地下水保護管理可分為一般性保護和公共供水方面的綜合性保護。前者需要編制地下水脆弱性圖件並進行評價。評價地下水脆弱性的主要特徵為非飽和帶的補給、土壤性質、厚度、滲透性和稀釋能力以及飽和含水層的稀釋能力。受到綜合性保護的地下水保護區的范圍主要取決於含水層的滲透性、復雜性和脆弱性、非飽和帶的特性及厚度、地下水水流方向、污染源離水井或井田的距離及污染質的特性。英國開展了對地下水資源的脆弱性的全面評價，認為其脆弱性受多種因素制約，如上覆土壤和沖積層的存在和性質，水文地質單元的特性以及非飽和帶的厚度，因此需要詳細的水文地質現場調查。英國現已編制了1:100萬地下水脆弱性圖件作為戰略性土地利用規劃的指導，目前正編制大比例尺圖件。美國、義大利、荷蘭、德國、瑞典、捷克也都編制了大比例尺的地下水脆弱性圖為決策、管理層制定地下水保護的戰略和方針服務。90年代美國開始倡導使用水流域的綜合保護方法，共同解決水污染和生態環境惡化問題，可收到事半功倍的效果，更好地實現環境綜合管理目標。
『叄』 地下水系統研究現狀
國外地下水系統研究始於20世紀40年代。1940年，M.K.Hubbert在他的經典文章 「地下水流動理論」中發表了河間地塊流網圖，指出在排泄區的地下水是自下而上作上升運動的，並嘗試建立遵守物質守恆和熱力學定律的地下水流動觀點及可以實際應用的描述地下水流動的流動方程(Hub-bert，1940;張人權，2002)。1963年，Tóth提出了二維均質各向同性的理論地下水流動模型，將理論的盆地水流模型模擬的水流系統劃分為不同的層次:局部水流系統、中間水流系統和區域水流系統，認為它們都有逐漸減弱和上升的水流分支，且存在內部系統滯流區(Tóth，1963;陳夢熊，馬鳳山，2002)。1966～1967年，Freeze和Witherspoon推而廣之將地下水有限差分模型運用到具有復雜邊界條件的非均質含水層系統中(Freeze，Witherspoon，1966，1967;張人權，2002)。1978年，Tóth運用電模擬模型再現了反映真實情況的類似水流方式(Tóth，1978)。Engelen等於1980年和1984年發展了Tóth的地下水流動系統理論，並將其全面應用於水文地質研究工作中(Engelen，Jones，1980;Engelen，1980，1984)。Engelen等認為，地下水系統是不同形式的能量輸入、代謝和輸出的有機體，並且有發生、發展和最終消亡的過程(Engelen，Jones，1986)。1982年美國R·C·希思按照地下水系統的5個特徵將美國劃分為14個區，這5個特徵是:系統的組成要素及其組合關系;主要含水層含水空隙的性質;主要含水層的岩性;主要含水層的貯水與導水性;主要含水層的補排條件。1984年，法國卡斯塔尼在莫斯科舉行的第二十七屆國際地質大會的分組會的報告中認為，正確的水資源評價必須從水資源保護、防止水資源枯竭、控制地下水污染和保護生態系統平衡出發，對地下水系統進行定量描述;並且指出，每一個地下水系統都具有一定的時空特徵及其水動力系統，以及固定的平衡形式和一定的水資源類型(陳夢熊，馬鳳山，2002)。Engelen在1986年「地下水流系統的發展」(Engelen，Jones，1986)及在1996年「水文系統分析」(Engelen，Kloosterman，1996)中對地下水系統和水文系統的概念、研究方法和應用做了系統的總結。經過Hubbert、Tóth、Engelen等人的理論和實際研究工作，地下水系統的理論和方法得到了廣泛應用。
在我國，著名水文地質學家陳夢熊院士早在1984年就在系統收集整理國外有關文獻的基礎上，編印出版了《地下水系統理論研究論文選編》，向國內介紹國外關於「地下水系統」研究動向;隨後，在其發表的《地下水資源與地下水系統研究》(陳夢熊，1987)、《地下水系統分析與概念模型》(陳夢熊，1994)、《中國水文地質環境地質問題研究》(陳夢熊，1998)和《中國地下水資源與環境》(陳夢熊，馬鳳山，2002)等論著中系統詳細地闡述了地下水系統的理論、方法和應用，這促進了我國地下水系統理論的發展和應用。
『肆』 國內外研究現狀與趨勢
（一）美國百年地下水開發利用史的啟示
美國是開展地下水可持續利用性研究比較早的國家。早在1883年美國學者Chamber⁃lin即出版了《自流井》，首次論述了自流井的成井條件和開發理論。1897年Iowa州地質調查局Norton在《Iowa自流井》報告中首次使用「含水層」理念。Todd於1900年提出，過多的自流井將導致自流水量衰減。1923年Meinzer出版了《美國地下水形成與理論探討》和《地下水文學概要》，系統地總結了水文地質學的研究工作和理論進展，同時首次對全國地下水資源進行了定性評估，闡述了美國地下水發生、補給、排泄、徑流、數量、質量、開發利用等各個方面（陳美貞，2006；陳仁升等，2003）。1935年Theis提出非穩定流理論，使許多實際問題得到較好解決。
在地下水開發方面，人們開始意識到地下水資源是有限的。20世紀30年代Tolman及同事發現了地下水開采所引發的海水入侵和地面沉降現象。20世紀60年代中期，以州為單位先後進行了各州地下水資源調查和均衡法地下水資源評價。1963年McGuinness總結了各州及地區地下水資源評價研究成果。
1977年美國發生了特大乾旱，1978年美國地質調查局（USGS）啟動了「區域水系統分析項目（RASA）」，歷時近20年，調查和研究了全國28個以流域為單元的水系統，採用三維有限差分地下水流數值模型，模擬地下水開發前後地下水動態變化，並於1990～2000年期間編制出版了各個水系統的地下水圖集（比例尺為1：250萬～1：10萬）。
目前，美國的地下水開采量占總用水量的 20.7%。其中，98.3% 的家庭用水、57.4%的牲畜用水和41.5%的灌溉用水都依賴於開采地下水源供給，而且對生態環境的改善和保護意識也越來越強烈。為此，美國正在開展新一輪「地下水資源計劃」（GWRP），研究重點已從過去的以州為單位轉向整個水系統、水文系統和生態環境系統，從過去偏重地下水的資源供給功能轉向地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能綜合調查評價研究，強調地下水可持續利用性研究。
近百年來美國地下水開發利用史表明，經濟社會發展對地下水開發利用理念及其生態-地質環境功能研究具有重大推動作用。在19世紀以前，地下水僅是經濟社會發展中一種補充性資源，在水資源中地表水的開發利用研究佔主導地位。進入20世紀60年代，地下水成為經濟社會發展愈來愈依賴的基礎資源，特別是在持續乾旱年份，地下水的開發利用得到空前的重視，同時含水層疏干、依賴地下水維持的生態系統急劇退化、地面沉降和海鹹水入侵等環境問題日趨顯現。據USGS統計，在美國公共供水中，地下水的比重從1950年的26%增到2000年的37%。80年代，地下水保護問題受到重視，美國聯邦政府制定了提高污水排放標准和提高用水效率的多項保護法規，到2000年畝均灌水量比1950年減少了30%。在《2000～2010年美國地質調查局地質部科學戰略》和《1998～2008年水資源部發展戰略》中，突出了地下水的可用性和可持續性研究，包括城市化和市郊化對地下水影響調查、海岸帶土地利用和人口增長對地下水影響調查和地下水-地表水相互作用研究。
（二）國內地下水評價研究動態
從20世紀50年代以來，地質礦產部和有關部門在全國范圍內開展了大量的地下水及其環境地質問題調查評價工作，包括區域水文地質、供水水文地質、環境水文地質、地下水資源評價與新技術和新方法應用。經過50多年來的水文地質工作，基本查明了我國地下水資源的區域分布規律，並且把西北和華北的地下水勘察研究作為一項主要戰略任務做了大量工作，實現了各種信息的採集、處理、存儲、傳輸和交換，並開始把地下水作為水圈、岩石圈的組成部分和重要環境因子，開展地球表層四大圈層相互關系及大陸水循環與全球變化研究，把地下水融入「全球一體化」的大環境中思考，利用大剖面、同位素等研究地下水循環方式，極大地改變著地下水評價的傳統思維與方式，尤其是近幾年信息技術的發展，加快了對地下水評價的速度。
50多年的地下水評價工作，具有如下特點：①體現國家意志、服從國家目標，成為地下水評價的宗旨；②發揮水文地質工作優勢，體現地下水區域性、基礎性評價服務於國家建設；③取得的豐富資料和經驗，奠定了地下水評價方法研究的基礎。自20世紀70年代以來，由於應用數學和地下水動力學的相互滲透，以及電算技術的推廣和應用，豐富並突破了傳統水文地質學的內容，使地下水評價從定性研究發展到定量研究的新階段。地下水資源評價的基本理論，從穩定流發展到非穩定流，從二維流發展到三維流，從一般均衡法和比擬法，發展到解析法和有限單元或有限差分數值法及相關分析法。地下水質量評價從單項評價發展到綜合評價，從一般數理統計方法發展到聚類、神經網路和灰色系統評價方法。
20世紀80年代後期，地下水資源評價工作開始把主要目標轉向管理模型的研究，涉及與地下水開發活動有關的自然環境、社會環境和技術經濟環境等各方面問題。
但是，面對21世紀可持續發展的要求，地下水評價工作存在不同程度的不適應新問題。始於20世紀80年代的第一輪全國地下水資源評價，是基於以消耗資源、犧牲環境作為代價的發展過程，在評價指導思想、評價理念和評價方法諸方面，都存在歷史的局限性，急需按新的要求進行完善和發展。例如由於受當時認識能力和技術水平的局限，對地下水系統的資源、環境和生態屬性功能的基本認識和評價方式中，有關可持續發展思想和水循環理念體現不足，靜態思維比較突出。
1.地下水資源分類與概念演變
20世紀50～60年代，我國在地下水資源評價方面普遍採用前蘇聯的「四大儲存量」的概念，即動儲存量、靜儲存量、調節儲存量和開采儲存量。在歐美一些國家也都使用過這些概念（曲煥林等，1991）。經過水文地質工作者的多年實踐，普遍感到應用「四大儲存量」的概念評價地下水資源存在許多缺陷（陳雨蓀，1982；劉光亞，1982；王強忠等，1982），現在已基本停止使用。
在20世紀70年代提出了「三種水量」的概念，即補給量、儲存量、允許開采量，並於1989年納入國家標准（GBJ27-88）。但是隨著實踐和理論的發展，其局限性和理論缺陷逐漸暴露出來（徐恆力等，2001）。方案中沿襲以含水層（或水源地）為評價單元的思維模式，沒有體現地下水資源整體性和系統性；補給量和儲存量的時空概念含糊，容易造成水量重復計算；允許開采量僅僅是一種籠統的提法，在實踐中難以操作等。
20世紀80年代「資源」的概念逐漸為人們所接受，歐美、日本等國家和地區先後採用了地下水資源的概念，陸續出現了「潛在可更新資源」（Potential Renewable Resource）、「實際可更新資源」（Actual Renewable Resource）、「可用更新資源」（Available Renewable Resource）、「安全開采量」（Safe Yield）、「可持續開采量」（Sustainable Yield）和「實際可持續開采量」（Practical Sustained Yield）等。
我國學者王大純教授（1995）等人，從地下水資源自然屬性出發，將地下水資源劃分為「補給資源」和「儲存資源」兩類。「補給資源」被定義為「含水系統可以恢復再生的水量」。將含水系統的多年平均補給量作為補給資源量，單位為m3/a。「儲存資源」被定義為「含水系統在地質歷史時期積累保存下來的水量」。將含水系統多年平均低水位以下的重力水體積作為儲存資源量，單位為m3。
陳夢熊院士等1983年提出的、後經過不斷調整和補充（2002）的地下水資源分類，也具有廣泛代表性。在該分類中，將地下水資源分為「天然資源」和「可采資源」。「天然資源」被定義為「在一個完整的水文地質單元（地下水系統）內，地下水在天然條件下通過各種途徑，直接或間接地接受大氣降水或地表水入滲補給而形成的具有一定水化學特徵、可資利用並按水文周期呈現規律變化的多年平均補給量」，一般可用區域內各項補給量的總和或排泄量的總和來表徵。「可采資源」被定義為「在經濟技術條件合理、開采過程中不發生水質惡化或其他不良地質現象（如地面沉降、地面塌陷等），並對生態平衡不致造成不利影響的情況下，有保證的可供開採的地下水資源」。
2.地下水資源評價方法研究現狀
達西（Darcy）定律和水量均衡是地下水資源數量評價的理論基礎，由此產生了兩種評價方法，即「地下水系統水量均衡法」和「地下水系統水動力學法」。
「地下水系統水量均衡法」是直接利用質量均衡原理，通過建立地下水系統的補給量、排泄量和儲變數之間水量關系，確定地下水資源數量。「地下水系統水量均衡法」既可用於區域地下水資源的水量計算，又可用於局域地下水資源的水量計算；既可估算地下水系統的補給和排泄的總量，又可計算地下水系統的各單項量，是地下水資源評價中最常用的一種基本方法，也是一種比較可靠的方法。
「地下水系統水動力學法」是根據達西定律和水量均衡原理，建立描述地下水運動規律的微分方程，通過求解微分方程，實現對地下水系統水量狀態評價。
按照微分方程的解法，劃分為「解析法」和「數值法」。解析法是根據地下水井流理論進行地下水量評價，主要適用於均衡區范圍較小、水文地質條件簡單的均質含水系統。在20世紀50年代之前，解析法在地下水資源評價中發揮了重要作用，迄今仍然是地下水資源評價中確定水文地質參數的主要方法。但是當把解析法應用於大范圍水系統時，由於實際的水文地質條件遠較解析法所假設的條件要復雜得多，其局限性就暴露了出來（薛禹群等，1986）。
為了解決隨地下水開采規模進一步擴大所出現的問題，在20世紀50～60年代，興起物理模擬（電模擬和砂槽模擬等）技術，但是仍不能很好地解決復雜水文地質條件下區域地下水資源評價所面臨的問題。計算機技術和數值計算在地下水資源評價中的應用推廣，使一些復雜地下水流模擬成為可能，而且開始考慮含水介質的非均質性和各向異性，對復雜的越流系統和具有不規則形狀的各類邊界條件，以及多相流和雙重介質等問題也開展了深入的研究，在概念模型中更多地保留了實體系統的自然特性。由於數值法既可用於大區域地下水資源評價，又可用於局部的水源地評價；既可處理復雜的水文地質問題，又具有較高的計算精度，因此，逐漸成為地下水資源評價的重要方法，並因其更易實現系統分析的目標而被廣泛應用於地下水資源評價和管理工作中。
在地下水資源評價中，常用的方法還有水文分析法、相關分析法、水文地質比擬法等。「水文分析法」是仿照陸地水文學的測流分析，計算地下水補給量的一種方法，主要應用於地下水補給量全部轉化為地下水泄流的地區，如岩溶管道流區、全排型岩溶大泉的岩溶水系統或基岩山區裂隙水系統等其他方法難以應用的地區，主要有地下徑流模數法和基流分割法。「水文地質比擬法」，常用於實際資料缺乏的地區，主要根據水文地質條件的相似性，用區域內局部地段或相似條件的其他地區的實際資料比擬到全區或研究區進行地下水資源評價，多數用於可采資源的估計。該方法是研究區缺乏資料情況下不得已的選擇，其評價結果的精確性較差。「相關分析法」是一種統計學方法，主要用於區域水文地質勘探試驗資料不足，但是地下水動態資料較多的地區，應用這種方法進行外推時其可靠性很難保證。「開采試驗法」，在地下水的非補給期（枯水期），按接近取水工程設計的開采條件，進行較長時間的抽水實驗，然後根據抽水量、水位降深動態或開采條件下的水量均衡方程求解出水源地枯季補給量，並以此作為水源地的允許開采量。該方法主要用於水源地允許開采量的評價，在區域地下水資源評價中主要用該方法求取參數。
縱觀國內外地下水評價成果，最常用的方法是「地下水系統水量均衡法」和「數值法」。美國1977年開展的「區域水系統分析計劃」（簡稱RASAP，1978～1995年期間）聯合運用數值法和均衡法對全國25個主要地下水系統水資源進行了評價（USGS，1998）。在2000年開始的新一輪地下水資源評價（Ground-water Resources Program）中，仍然以數值法為主（USGS，2001）。歐盟各國聯合開展的區域地下水資源評價中，水量均衡法是主要方法（Fried，1982；Rees and Cole，1997）。此外，亞洲、非洲一些國家也大多採用水量均衡法和數值法進行區域地下水資源評價（Leslie B.Smith and Kadri Külm，2002；Shahin，1989；Lloyd，1990；Ulf Thorweihe and Manfred Heinl，2002）。我國在20世紀80年代開展的第一輪全國地下水資源評價中，均衡法和數值法也是主要評價方法。
隨著數學地質的發展，最近在國內外地下水評價中出現了一些新的理論方法，如隨機理論和神經網路（Kitanidis，1985；Bates，1992；Gelhar，1993；Brannan，1993；楊金忠等，2000），但是這些方法還處於理論探索之中，目前還難以廣泛實際應用。
3.地下水質量評價研究現狀
我國在早期的地下水質量評價中一般借用外國學者設計的評價模式，如內梅羅（Nemerow N.L.）指數法等。但是在應用過程中，逐漸發現這些評價模式在理論上和實踐上的不足，於是我國地下水質量評價工作者，根據自己實踐的經驗和實際情況，提出了許多適合不同用途的水質量評價方法。如20世紀60年代開始用「環境質量綜合指數」定量地表示環境質量狀況，發展至今已提出許多種計算綜合指數的數學模式，這些模式對環境質量的劃分一度起了積極的作用。
早期全國性地下水質量評價，尚無「國家地下水水質標准」，主要依據國家建委和衛生部批准試行的「生活飲用水衛生標准」（TJ20-76），並參考世界衛生組織（WHO）1958年公布的「飲用水水質標准」，個別評價參數考慮地方「飲用水水質標准」。評價方法主要採用指數法、多項參數法和模糊數學法等。在現今的全國地下水質量評價中，雖然在評價項目選定、分類和污染等級劃分等方面有所變動，但是其思路和技術方法均沿襲了這一格局。
20世紀80年代以來，隨著計算機技術的高速發展和廣泛應用，模糊數學、灰色聚類和神經網路等方法在地下水質量評價中廣泛應用，且隨著方法的改進，人們也越來越重視評價結果的合理性。但是由於影響地下水質量的因素較多，以至各評價方法都存在一些局限性。例如綜合污染指標法的「硬性分級劃分」，灰色和模糊系統需要設計若干不同的效用函數（灰色系統的白化函數、模糊數學的隸屬函數等），以及人為地給定各評價指標的權重（或權函數）等，這些效用函數和指標權重的給定難免不帶主觀性，造成評價方法難以通用，增加了應用的困難和人為臆斷因素對結論的影響。在地下水質量評價方法中，普遍存在「參數權重」問題，例如指數法把各個水質參數等同，模型法在參數選取和參數權重設定中存在較大的主觀性。目前，迅速發展的人工神經網路評價方法，拓寬了地下水質量評價方法的視野。
4.地下水脆弱性評價研究現狀
自1968年Margat首次提出「地下水脆弱性」這一術語後，雖然經過幾十年的發展，但是至今國內外對「地下水脆弱性」概念仍然沒有統一的定義，許多學者根據自己所考慮的因素從不同的角度給「地下水脆弱性」以不同的定義。
以1987年為限，「地下水脆弱性」概念的發展過程可劃分兩個階段。在1987年以前，有關地下水脆弱性的概念多是從水文地質本身的內部要素這一角度來定義的。1970年Margat與Albiet提出的地下水脆弱性是指在自然條件下污染源從地表滲透與擴散到地下水面的可能性。Olmer與Rezac則認為地下水脆弱性是地下水可能遭受危害的程度，這種危害程度由自然條件決定，而與現有污染源無關。Vrana提出地下水脆弱性是影響污染物進入含水層的地表與地下條件的復雜性。1983年Villumsen等定義地下水脆弱性是指應用中或廢棄於地表的化學物質對地下水的危害性。1987年「土壤與地下水脆弱性國際會議」揭開了「地下水脆弱性」研究新階段的序幕。多數學者主張在定義地下水脆弱性時應考慮含水層本身的易污染性和人類活動與污染源的影響。有的學者提出地下水脆弱性是地下水質量對現在或將來有害於其使用價值的敏感性。
地下水系統脆弱性已經被廣泛認同的是指這個系統對來自外部（天然與人類活動）從時間和空間上影響它的狀態及性質的處理能力。1991年美國審計署應用「水文地質脆弱性」來表達含水層在自然條件下的易污染性，而用「總脆弱性」來表達含水層在人類活動影響下的易污染性。美國國家科學研究委員會於1993年提出地下水脆弱性是污染物到達最上層含水層之上某特定位置的傾向性與可能性，並將地下水脆弱性分為兩類：一類是本質脆弱性，即不考慮人類活動和污染源而只考慮水文地質內部因素的脆弱性；另一類是特殊脆弱性，即地下水對某一特定污染源或污染群體或人類活動的脆弱性。歐洲、北美和澳大利亞等地區，在地下水污染防治工作中，已經以污染治理為重點轉變為以防止污染為重點，開展了地下水環境脆弱性評價，並編制了評價圖冊。
至今國內尚沒有明確的「地下水脆弱性」的定義，定義多引用外文資料，多是從水文地質本身內部要素角度出發，針對局部城市或水源地，包括「環境生態脆弱區地下水開發模式及系列編圖」工作，研究地下水本質脆弱性，常以「地下水的易污染性」、「污染潛力」、「防污性能」等來代替「地下水脆弱性」這一術語。
5.存在問題
新中國成立以來，地下水評價工作為保障國家經濟社會發展的需求提供了重要支撐。但是，從地下水可持續利用角度考慮，地下水評價工作尚存在如下問題：
1）以往的工作，偏重地下水賦存條件的研究，對地下含水層結構和地下水補、徑、排條件研究程度有待深入。作為地下水賦存空間的地下水系統結構和地下水動態，是地下水資源評價的基礎。
2）地下水與環境保護密切相關，是環境保護的重要制約因素。以往對地下水質量、環境和生態屬性功能評價重視不夠。
3）地下水資源可持續利用程度及趨勢預測研究缺乏深度，不能適應國民經濟對地下水前瞻性要求。
4）由於大量的水利工程修建，改變了地表水、地下水循環條件，出現了不少新的水環境問題，特別是地下水補給條件的改變，使得有些地區地下水補給減少，生態環境不斷惡化。因此，在新的地下水評價中急需考慮這些變化的影響。
（三）地下水功能評價與區劃研究現狀
1998年許志榮在《水文地質工程地質》（第五期）上發表了「地下水功能區劃分初探」，提出了開展地下水功能區劃的必要性。1999年史瑞青等在《工程勘察》（第一期）上介紹了「灰色聚類分析在地下水區劃中應用」的技巧。2001年費為進等在《地下水》（第四期）上發表了「快速灰色分級聚類法在地下水功能區劃中應用」，提出灰色分級聚類法是地下水功能區劃的一種簡明方法。這一時期的地下水功能研究都是從地下水資源合理利用角度出發，基於傳統地下水資源評價理念。
2002年中國地質調查局水環部從生態、地質環境保護角度，作為約束條件，提出開展「地下水功能評價專題研究」，由中國地質科學院水文地質環境地質研究所張光輝研究員主持開展有關地下水功能理念、評價理論與方法探索性研究，於2003年提出了地下水功能評價基本框架和評價指標體系。2004年6月該項目組完成了「地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能評價的科學體系」構建和論證，包括基本理念、評價理論、評價指標體系和評價關鍵技術等，編制了「地下水功能評價與區劃技術」，編入中國地質調查局《全國地下水資源及其環境問題調查評價技術要求系列》（二、三）中，並先後在蘭州、武漢、石家莊、北京、沈陽和呼和浩特主辦「地下水功能評價與區劃」技術骨幹培訓班，在我國西北、華北和東北地區全面推廣應用。2004年唐克旺等在《水資源保護》（第五期）上發表了「地下水功能區劃分淺談」，介紹了水利部門進行地下水功能區劃的基本思路。2005年水利部下發了《關於開展全國地下水功能區劃定工作的通知》。2006年張光輝等在《水文地質工程地質》（第四期）上發表了「區域地下水功能及可持續利用性評價理論與方法」一文，全面闡述了地下水功能評價理論和方法；黃鵬飛等在《中國環境管理》（2006年第二期）上發表了「層次分析法在民勤綠洲地下水功能評價中應用」，介紹了地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能狀況。2007年羅育池等在《中國農村水利水電》（第九期）上發表了「基於MapGIS的河南省淺層地下水功能評價與區劃」；呂紅等在《水文》（2007年第三期）上發表了「山東省地下水功能區劃初探」，指出地下水功能區劃是政府行使管理職能的重要基礎；閆成雲等在《水文地質工程地質》（2007年第三、四期）上發表了「疏勒河流域中下游盆地地下水功能評價與區劃」，引用大量實例闡述了地下水功能評價與區劃的實際效用。2007年范偉完成了「吉林省平原區地下水功能評價」碩士學位論文。張光輝等在《地質通報》（2008年第六期）上論證了地下水功能評價與地下水可持續開采量的關系。
（四）地下水開發利用研究現狀與趨勢
地下水開發利用研究總的趨勢是學科內涵不斷拓展、生態-地質環境保護優先、安全保障能力建設為重點、與經濟社會和諧可持續發展是根本。
1）資源和環境、生態並重，已成為地下水開發利用研究的主題。地下水可持續利用既要保障社會穩定的水供給，又不能犧牲生態-地質環境效益，同時不影響未來長遠的水資源利用。恢復由於人類影響而退化的地下水功能、地下水疏干區定量跟蹤和調控、增強地下水含水層獲得補給途徑和機制、地表水與地下水聯合調蓄和協調開發、地下水利用和分配的社會-經濟規律及管理模式等是當前重要的研究課題。
2）地球表層系統的水文地質過程研究，已成為現代地下水科學演化的重要專題。土壤、包氣帶、淺層地下水、濕地與湖泊、綠洲、河流和農業用地等，與地下水可持續利用性研究密切相關。包氣帶是介於潛水面和地表之間的多孔介質，化學風化、有機質分解、氮素固定等其他化學物質循環過程均發生在包氣帶，也是地下水補給、污染物向地下水運移的必經之路。包氣帶中所發生的物理、化學和生物過程與水文地質學、土壤學、生態學和環境學關聯性愈來愈緊密（甘肅地調院，2007）。
3）建立高效的地下水動態監測、狀況調查和突發應急機制，經濟社會發展的需求愈來愈迫切。1996年國際水文計劃工作組將「可持續水資源利用」定義為「支承從現在到未來社會及其福利要求，而不破壞他們賴以生存的水文循環及生態系統完整性的水的管理和使用」。要求在水資源規劃、開發和管理中，尋求經濟發展、環境保護和人類社會福利之間的最佳聯系與協調，強調未來變化、社會福利、水文循環、生態系統保護的完整性，使「未來遺憾可能性達到最小」。2000年在美國召開的「水資源綜合管理研討會」上，達成一個共識：流域統一管理是防止土地退化、保護淡水資源與生物多樣性、實現水資源可持續利用的必然抉擇。
4）可持續性（Sustainability）是當今地下水開發利用中最為人們關注的核心。它指地下水時空上能夠連續下去。Serageldin and Steer將「可持續性」概化為「可持續性弱」、「可持續性適度」、「可持續性強」和「可持續性過強」。「可持續性弱」不關心局部、只關心整體；「可持續性適度」主要以維持系統的整體性為目的，但也適當關照其組分；「可持續性強」要求保持系統組分的良好狀態，同時也關照到系統整體，各組分不可互相替換，而且根據某些理解，即使是在組分內部，可替換性也是受到限制的；「可持續性過強」就是保持系統的所有要素完好無損且無任何損耗。
『伍』 地下水數值模擬研究現狀
1.2.1.1 解地下水流問題的數值方法
隨著現代應用數學以及計算機技術的發展和廣泛應用，數值模擬逐漸成為研究地下水運動規律、定量評價地下水資源以及模擬一些水文地質過程發生發展的主要手段。其研究范疇，由單純研究地下水系統與自然環境系統之間的相互關系，擴大到研究與社會經濟系統的相互關系；其研究內容，涉及飽和帶、非飽和帶和飽和-非飽和帶［1］。
在計算機上利用數值法可以模擬各種復雜的水文地質條件，雖然用這種方式求出的數值解仍然是近似值，但仍能滿足人們生產研究的要求［2］。和其他方法比較，數值模擬有很多優點，主要有［3］：①模擬在計算機上進行，不需要像物理模擬那樣建立專門的一套設備；②有廣泛的適用性，可以用於水量計算、水位預報以及地面沉降等的計算，各種復雜的含水層、邊界條件、水流情況都能模擬出來；③修改演算法、修改模型比較方便；④可以程序化，只要編好軟體，對不同的具體問題只要按要求整理數據就能上機計算，並立即得到相應的結果。它的不足之處是不如物理模擬來得逼真、直觀，且計算工作量大。
目前，解地下水流問題的數值方法有很多，但最通用的還是有限差分法（Finite Difference Method）和有限元法（Finite Element Method）。這兩種方法的根本區別在於有限差分法是建立在用差商近似表示導數的基礎上的，而有限元法是建立在直接求函數的近似解基礎上的。除了這兩種方法以外，還有特徵線法（Method of Characteristics）、邊界元法（Boundary Element Method）等，在此不再詳述。
20世紀50年代有限差分法主要用於石油流動領域的計算，60年代中期拓寬了應用領域，用於解地下水流問題。有限差分法有許多優點：①對於簡單問題（如均質各向同性含水層中的一維、二維穩定流問題）的數學表達式和計算過程比較直觀、易懂；②有相應高效的演算法；③對一般的地下水流問題來說解的精度比較高；④有廣泛使用的商用軟體，如MODFLOW、PLASM等。需要注意的是，對某些自然邊界條件，有限差分法必須進行特殊處理，靈活性一般說來相對要差一些。因此，標準的有限差分法在近似不規則邊界上不如有限元法方便（積分有限差分法能和有限元法一樣處理不規則邊界），對內部邊界如斷層帶的處理以及模擬點源（匯）、滲出面和移動著的地下水面等，有限差分法也不如有限元法好。
有限元法於20世紀60年代後期引入地下水計算中。這種方法的優點有：①程序的統一性。有限元法對各種地下水流和溶質、熱量運移問題，計算過程基本相同，程序編寫比較方便，很多例子表明從解某一類問題的程序轉換為解另一類問題的程序比較簡單；②對不規則邊界或曲線邊界、各向異性和非均質含水層的處理比較方便；③單元大小比較隨意，同一計算區內可以視需要採用多種單元形狀和多種插值函數以適應水頭、濃度等變數的變化或精度要求；④水流問題、溶質運移問題的解精度一般比較高。有限元法雖然有上述這些優點，也有一些缺陷，主要是局部區域質量不守恆，有時會影響計算結果。另一個是和有限差分法等共有的缺陷，即滲流速度、流量只能在先求出水頭後，再由Darcy定律算出滲流速度，滲流速度乘以過水斷面面積再得到流量［3］。這樣做誤差大，算不準，至今尚未徹底解決。2004年薛禹群等［4］、YE 等［5］又把數學上新出現的多尺度有限元法引入地下水領域，並得到初步應用，它不僅可以大量減少單元數，還能提高計算精度。因此，多尺度有限元是一種很有應用前景的方法。
1.2.1.2 地下水數值模擬軟體
隨著計算機技術的快速發展，使得復雜含水層系統中的地下水流運動及溶質運移的數值模擬變為可能。近年來，在人機交互、計算機圖形學和科學可視化等技術的推動下，地下水數值模擬軟體在質量上有了較大的發展和提高［6］。其中較有影響地位的有Visual MODFLOW、FEFLOW、GMS。
（1）Visual MODFLOW：由加拿大Waterloo水文地質公司在MODFLOW的基礎上開發研製的Visual MODFLOW軟體，是目前較流行且被各國同行一致認可的三維地下水流和溶質運移模擬評價的標准可視化專業軟體系統［7］。該軟體主要包括MODFLOW（水流模擬）、Modpath（平面和剖面流線示蹤分析）、MT3D（溶質運移模擬）和Zone Budget（水量均衡計算）四大模塊。界面設計包括三大彼此聯系但又相對獨立的模塊，即前處理模塊、計算模塊和後處理模塊。Visual MODFLOW以其求解方法的簡單適用、適應范圍的廣泛及可視化功能的強大成為較有影響的地下水數值模擬軟體，其使用范圍越來越大。然而實踐證明，它往往並不適合某些復雜的地質條件，如不飽和流、密度變化的水流（海水入侵）、熱對流等棘手的問題。
（2）FEFLOW：FEFLOW是由德國水資源規劃與系統研究所（WASY）歷時20多年的研究，開發出來的地下水流動及物質遷移模擬軟體系統［8］。軟體問世以來，在理論研究和實際問題的處理上，經過了不斷的發展、修改、擴充、提高，日趨完善。從20世紀70年代末至今，FEFLOW 經過了大量的測試和檢驗，成功地解決了一系列與地下水有關的實質性問題，如判斷污染物遷移途徑、追溯污染物的來源、海水入侵等，是功能較齊全的三維地下水模擬分析軟體。
（3）GMS：GMS是由Brigham Young大學環境模擬研究實驗室開發的較先進的、基於概念模型的地下水系統模擬軟體［9］。GMS是唯一支持Tins、solids、鑽孔數據、2D 或者3D地質統計學的系統，它也包括2D和3D的有限單元和有限差分模型。此外，它還封裝了基於MODFLOW的水流模型、溶質運移模型MODPATH、MT3D和RT3D，以及基於有限單元法的FEMWATER模型等。其主要優點體現於：在前處理過程中，GMS軟體可以採用MODFLOW 等模塊的輸入數據，同時MODFLOW 等模塊的計算結果又可以直接導入GMS中進行後處理，實現計算結果的可視化。
『陸』 地下水資源評價和管理的研究進展現狀
為滿足社會、經濟持續發展的需要，必須對有限的地下水資源實行科學的管理；而科學管理則建立在對地下水資源正確的評價基礎之上。
1）地下水資源的評價
地下水資源量通常分為天然資源和開采資源兩部分。幾十年來隨著評價方法不斷的改進，許多國家都多次對區域地下水資源重新進行評價，提高其精度。如原蘇聯在1977年發布的地下水天然資源為7044×108m3/a，開采資源約為3185×108m3/a。中國在80年代進行了全國地下水資源的評價工作。匯總結果：天然資源約為8700×108m3/a，開采資源約為2900×108m3/a。90年代對各重點國土規劃片和大的自然單元的地下水資源進行了更詳細的計算和評價。美國從1978～1994年專門立項研究大面積分布的層狀含水層系統的地下水資源，共圈定328個區域含水層系統。這項「區域含水層系統分析計劃」（RASAP）採用分布參數系統的有限差分法評價地下水資源。歐共體9個成員國，包括英、法、聯邦德國、愛爾蘭、丹麥、荷、比、盧、意於80年代聯合對區域地下水開采資源進行了評價，編制了38幅1:50萬的圖幅，地下水超采區占丹麥國土的16%，佔英國國土的4%。由此可見，在區域地下水資源的定量評價方面已取得重要的可供應用的研究成果。
2）地下水資源的管理
地下水資源的管理不僅是一個技術性問題，而且還是一個社會性的問題。因為提出一個地區或一個城市的最佳或最優化地下水開發方案和管理模型，是專業人員可以做到的，而能否實施在很大程度上取決於地方行政管理部門的重視程度、管理體制和相應的政策法律保證。所以地下水資源的管理是一個統籌兼顧的系統性工程。不僅要解決當地的水資源問題，也要解決整個流域的水均衡問題；既要預測地下水動態的變化對環境自然條件的影響，也要從經濟社會發展角度評價規劃水資源的開發和管理。在管理目標上不是單純考慮含水層特性，而是多目標的，即社會、經濟等多種因素。為改善水資源的管理狀況，國際上一些國家開始重視研究地下水的經濟價值，以提高其使用和分配的合理性；研究用水市場和水的轉讓，以提高其經濟使用效益，如美國、智利、墨西哥都在積極推行水資源管理新的運行機制。
50年代後期國外開始用模型的方法管理水資源，中國則始於80年代後期。水資源管理模型研究經歷了模型理論摸索、發展、推廣應用和實用性研究4個發展階段。90年代主要研究如何利用水資源，在保證最大經濟效益的同時，保持良好的生態環境和社會環境。模型的目標函數除了普遍考慮經濟目標外，水質、環境和社會目標也在考慮之中，並且隨機性的水質管理模型明顯增多。在已建模型中地下水管理模型居多。
由上可見，地下水管理從單一的水力學管理模型發展到綜合考慮社會、經濟和環境的地下水主要管理模型，從單一的地下水管理發展到地表水、地下水聯合管理，從地下水水量合理開發到綜合考慮水質、水量管理一體化模型，從集中參數管理到分布參數管理。今後地下水管理明顯的發展趨勢是（賀學海，1997）：①以水資源的可持續發展為中心，即對水資源的開發利用必須與人口、經濟、資源、環境協調發展；②大系統、多目標、多級優化的綜合管理趨勢，水資源系統是一個高度復雜的非線性系統，其功能和作用是多方面、多層次所決定的；③隨機、動態、智能化的趨勢，從以前的趨勢性、確定性評價方法轉向隨機性和模糊性的評價方法，發展非線性的解法並建立智能化的模型。
對於如何解決淡水資源，尤其是地下淡水資源的科學管理和利用，1992年「水與環境：21世紀的發展問題」的國際會議，總結了世界各地淡水資源合理利用和管理中正反兩個方面的經驗，呼籲建立評價、開發和管理淡水資源的新途徑：①強調岩石圈-水圈-生物圈-大氣圈之間的相互作用；②建立資源節約型發展戰略；③檢驗淡水資源管理的有效程度取決於社會和經濟的可持續發展和生態環境的保護與改善；④決策管理部門、廣大用戶、科研工程技術人員、單位等共同參與管理；⑤強調基礎建設、能力建設及其相應的研究。會議提出加強淡水資源的管理研究應從基礎研究和實際應用兩方面著手。而「研究岩石圈-水圈-生物圈-大氣圈之間的相互作用，研究水文循環以及生物地球化學循環之間的相互作用，包括質和量兩個方面，在全球、地區和局部地方等不同空間尺度范圍內進行並互相比較」，被認為是淡水資源管理研究的重大基礎研究方向，可以從根本上幫助弄清淡水資源的形成、演變以及在人類活動影響下的變化。
『柒』 國內外研究現狀及動態
從全球來看，在中低緯度的岩溶區，如：東亞和地中海地區，尤其是我國的西南岩溶石山地區，堅硬緻密的碳酸鹽岩層極少或無冰川沉積覆蓋，成土緩慢，土壤缺乏，而岩溶雙層結構空間發育，新生代地殼上升強烈，水源漏失嚴重，加上干濕分明的季風氣候，導致生態環境脆弱，普遍乾旱缺水，石漠化嚴重[18]。在俄羅斯西伯利亞平原的岩溶區，廣泛覆蓋於碳酸鹽岩層之上的冰川及河流沖積層，有利於土壤的形成，而下伏碳酸鹽岩中的岩溶空隙有利於排除沼澤地區過多的積水，偏鹼性的碳酸鹽岩也有利於中和酸性環境。因此，高緯度的岩溶區都成了主要的農業基地。而在東南亞、美國東南部和中美洲廣泛分布的第三系碳酸鹽岩層，具有高達16%～44%的孔隙度，含水量很高，乾旱缺水和石漠化較弱[19]。所以，受生態地質環境條件影響和供水需求的帶動，歐洲國家和我國都比較重視對岩溶及岩溶水勘查開發技術的研究。而且，我國岩溶不但分布面積廣，並且由於一系列地域優勢條件所決定，許多岩溶類型在全球有範例性，客觀上使得我國的岩溶研究能夠依託地域優勢，為全球岩溶學科發展作出更大的貢獻[20]。聯合國教科文組織國際地質對比計劃(IGCP)中有關岩溶的3個項目：IGCP299-地質、氣候、水文與岩溶形成(1990～1994)；IGCP379-岩溶作用與碳循環(1995～1999)；IGCP448-全球岩溶生態系統對比(2000～2004)，均由我國提出並組織領導，一直由我國科學家袁道先院士擔任項目工作組主席。2004年2月，聯合國教科文組織IGCP執行局第32屆理事會還通過了世界岩溶研究中心(IRCK)設在中國的提案，充分體現了我國岩溶研究水平在國際學術界的權威地位。
在岩溶水的勘查研究程度方面，目前發達國家對岩溶區都作了系統的水文地質調查，工作的內容和程序與國內基本相似。但對每個岩溶泉或暗河流域投入的勘探、試驗工作和所達到的控製程度普遍高於國內。他們對於每一個可能的落水洞與泉、暗河出口或鑽孔之間都作了示蹤試驗，對各個岩溶水徑流通道間的聯系和展布方向、流速、流域邊界掌握很確切。對主要的岩溶暗河、大泉、供水水源地都建立了長期自動監測系統和預報及管理模型，實現了定量化的預測預報。而且近些年來，國外地下水模擬軟體不論是在數量還是質量上都有了巨大的發展和提高，前後處理的可視化功能日益強大[21]，公益性、基礎性的地下水資料庫建設也很完善和普及[22]。
在地下水勘查技術研究與應用方面，地球物理探測技術是主要的技術手段，在半個多世紀的發展歷程中，大致經歷了三個主要階段。20世紀50～60年代地球物理方法就已被應用於地下水勘查領域，方法以直流電測深、激發極化法、電測井為主，勘探的目標主要為第四系鬆散岩類孔隙水，方法成熟簡單，目前許多地質勘查單位仍以其為主要勘探手段。70～80年代期間，找水工作開始面向勘查難度較大的基岩裂隙水、岩溶水，相應的物探技術方法也有了新的發展，如音頻大地電場法、甚低頻法、放射性法、綜合測井等方法的應用，取得了明顯的效果，並形成有特色的系列找水技術。從90年代至今，由於地下水勘查的內容和范圍不斷擴大，研究的問題更加深入，更具有針對性，所採用的技術方法通常都以綜合物探手段為主，包括常規手段以及先進的電磁法、高解析度地震技術等。
目前，國外地下水地球物理探測技術發展迅速，電法已經從直流電阻率法發展到儀器輕便、解析度高的電磁法，包括頻率測深、音頻大地電磁測深、瞬變電磁測深、可控源大地電磁測深等高靈敏度方法。美國、俄羅斯、澳大利亞、加拿大等國地球物理技術研究實力和儀器開發能力基礎雄厚，工藝先進，先後研製了多系列的電磁法儀器，如美國Zong公司研製開發的GDP電磁法勘查系列，加拿大Geonics公司研製開發的EM瞬變電磁系列，加拿大Phoenix公司研製開發的V5、V6電磁法勘查系列，澳大利亞Geoinstru Ments公司研製開發的Sirotem電磁勘查系列以及俄羅斯研製的建場測深法系列等。德國、法國、日本等國在非洲、南亞地區有專門從事地下水勘探的地球物理公司，應用的方法主要為電磁剖面法、甚低頻法、頻率域電磁測深法，瞬變電磁法等[23]。另外，白俄羅斯和法國生產的核磁共振直接找水技術更是地下水地球物理探測技術的一大進步，其實質也屬電磁法勘探范疇。它不僅能直接反映地下含水層的特徵，而且還能提供如孔隙度、滲透率、導水性等水文地質參數，是最具發展潛力的一種地下水探測新技術。
我國在地下水地球物理探測方面，也經歷了從直流電法到電磁法的發展過程，目前擁有相當數量的上述大型電磁法勘查設備，但均為引進設備，自行研製能力較差，但在應用研究方面成果突出。先後開展了多項專項技術研究，如中國地質調查局組織實施的音頻大地電場儀及找水研究、綜合物探技術尋找基岩裂隙水應用研究、西北沙漠和黃土地區EH-4電導率成像系統勘查地下水技術研究、西北嚴重缺水地區地下水勘查戰略研究等都是以電磁法為主流的應用研究。另外，在應用方面以電磁法為主開展了地質條件復雜、找水難度大、環境惡劣的一些生態地質環境條件下的地下水勘查工作，例如：羅布泊及塔里木盆地的鬆散岩類孔隙水、西部山地基岩裂隙水、西南岩溶石山地區岩溶水的勘查等，積累了較豐富的實踐經驗。不難看出，上述國內外地球物理探測技術的發展現狀表明：信息量大、解析度高、勘探深度大的電磁法探測技術已成為地下水地球物理探測技術的主要手段，在地下水資源勘查中發揮著重要的作用[24]。眾所周知，物探結果僅是地層物性層空間分布特性的反映，解釋結果是多解性的。如何將具有多解性的物探結果進行合理的地質解譯，提高解釋精度，這是水文地質和物探工作者必須深入研究的課題之一。實踐證明，研究水文地質條件、掌握岩溶發育規律及地層岩性與物性之間的關系，從而建立合理的地質—地球物理模型與解釋標准，是解決地質問題的核心。另外，任何一種物探方法都有其獨特的優點，但也存在一定的缺陷，國內外的地球物理學家都共同認識到，在岩溶水勘查工作中，不能僅僅依靠某一種物探方法來解決問題，應該充分考慮實際水文地質條件，研究選擇適宜不同地質環境條件和探測對象的方法組合和實施方案，多方法探測和綜合解釋，才能提高解釋精度，取得更為理想的效果。由於我國岩溶面積廣闊，岩溶類型多樣，條件復雜。所以國內的水文地質和物探工作者，利用傳統技術方法與引進的部分新技術設備結合，加強水文地質條件和岩溶發育規律研究，結合自身的經驗，在找水的准確性上，也有很大的進步，積累了許多成功的經驗，在應用研究的深度和廣度方面居於世界前列。
在岩溶水的開發技術方面，國內外引、提、堵、蓄的技術原理都基本上相同。歐洲岩溶水的開發方式，過去曾經以鑽井取水為主，實行就地分散供水。20世紀後期，隨著調查研究的深入，水文地質學家認為，一個岩溶泉流系統的各部分存在著密切的水力聯系，水流的大部分最終都將匯集到泉口集中排泄，加之泉域面積較小，地形高差不大，在經濟允許的情況下，按泉域統一規劃和集中開發與調配更有利於岩溶水資源的管理和保護。因此，隨著經濟的發展，目前開發方式已經逐漸演變為以泉為水源，建設水廠，集中布設管網供水為主，僅在部分邊遠的地區還保留著一些分散供水井。在岩溶防滲成庫技術上，在歐洲的法國和前南斯拉夫等國的岩溶分布區，自20世紀70年代或更早的時期，就建設了多個岩溶暗河開發工程和利用岩溶谷地建庫建設水電站，解決岩溶區缺水困難和能源短缺問題，取得了岩溶水資源開發和水能開發帶動農業、工業和城市發展的成功經驗，如法國的拉蘇斯城市供水水源地、特里波羅農業區的夏特里赫暗河開發工程、前南斯拉夫的特例比西尼察、涅列特瓦岩溶流域的水能開發等[25][26]。在鑽井技術上，國外的技術設備遠比國內的先進，能夠滿足乾旱岩溶石山地區無沖洗液鑽進的要求，鑽進速度和自動化程度都高得多。
我國政府十分重視西部地區地下找水工作，20世紀70～80年代，組織完成了大部分地區1：20萬的水文地質普查，80～90年代，又組織開展了部分城市和重要經濟區1：10萬至1：2.5萬的水文地質普查。之後，在20世紀末開展的「西北地區地下水資源特別計劃」、「西北地區地下水勘查戰略研究」、「西南貧困岩溶石山地區扶貧找水計劃」等一系列工作的基礎上，中國地質調查局2001年組織實施了「西部嚴重缺水地區人畜飲用水地下水緊急勘查工程」，2002年實施了「西部嚴重缺水地區地下水勘查示範工程」。其目的是通過對不同缺水類型地區水文地質條件的野外調查及分析，找出解決農村生活和生產用水困難的找水方向與途徑，並通過適量的勘探工作加以驗證，取得不同缺水類型區的找水經驗，指導當地解決乾旱缺水問題。探采結合示範井的實施，不僅獲得了找水與取水的先進技術方法及經驗，還直接解決部分嚴重缺水地區的人畜飲用水困難。「九五」期間直到2002年西部找水工作施工探采結合井約400眼，施工小口徑淺井約3000眼，直接解決約120×104人飲用水困難。在岩溶水開發工程技術上，國內如蒙自五里沖這樣的工程，也創造了超高防滲帷幕、超高超薄防滲牆、加密高壓灌漿技術處理特殊復雜的溶塌堆積體等國際領先技術。還有許多頗具特色的岩溶石山區分散中小型岩溶泉和暗河引、提、堵、蓄工程技術。
現代地下水勘查已成為一項巨大而復雜的工作，其涉及的內容廣泛，包括地質學、水文地質學、工程地質、環境地質、地球物理學、數學、計算機等。從單一方法向地質測繪、地面物探和綜合測井、「3S」技術等綜合方法密切配合方向發展。在不同岩溶水源地類型的勘查中，不斷提高岩溶水文地質調查研究程度，加深岩溶水賦存規律的研究，開展地球物理探測技術的優化組合示範研究及應用，使地下水勘查工作達到快速高效之目的，已成為國內主要的研究方向之一。在開發技術上，根據岩溶石山地區的需水特點，大型與中小型工程技術的研究與實踐並舉，特別是西部大開發及扶貧找水的推動，促使中小型工程的技術研究與應用得到了空前廣泛地開展，取得了巨大的進步。目前，急需系統地研究總結和推廣。國外的岩溶水探測技術主要朝著進一步提高精度、簡便易行的方向發展，開發新的方法和設備，改進已有的設備，開發功能更全面和強大的解譯軟體。同時不斷研究與改進岩溶水開發、水處理的工程技術設備，提高對復雜的岩溶地質環境的實用性和效率。另外，隨著岩溶水開發程度的提高，一些地區由於不合理的開發導致發生了岩溶塌陷、泉水疏干、地下水污染等不良環境地質問題，引起了社會對岩溶水資源的合理利用和保護上的關注。因此，對岩溶水的脆弱性、環境監測預報與保護技術的研究，也已成為水文地質及環境地質研究工作的一個主要方向。
『捌』 地下水管理模型研究現狀
1959年，Todd在他的經典論著《Ground Water Hydrology》中明確提出了地下水管理的概念，20世紀60年代以來，迅速發展起來的地下水數值模擬模型大大推進了地下水的定量化研究［10］。「備選方案法」是一種比較簡單的確定地下水管理方案的方法。通常給定多種條件（如開采方案），多次運行數值模擬模型，可以得到不同條件下的地下水狀態，在給定的目標下，通過比較各種方案，可選擇目標較優的方案作為決策方案，這是20世紀70年代以前最常用的優選地下水開發利用方案的方法。由於要多次運行模擬模型，比較不同方案下的地下水狀態，這種方法耗時較多。這不是嚴格意義上的「最優解」，沒有運用運籌學的方法全面、綜合地考慮管理的目標和各種約束，從而得不到理論意義上的最優地下水開發利用方案。
地下水管理模型通常由地下水系統的數值模擬模型和優化模型耦合而成。Maddock［11］推導出地下水系統單位脈沖響應函數，提出了建立大規模地下水水力管理模型有效的方法——響應矩陣法。而Aguado和Remson［12］首次將地下水數值模擬模型與線性規劃聯立，明確提出了建立地下水水力管理模型的嵌入法。20世紀70年代到80年代初，國外以研究地下水水力管理模型為主，並提出了完善的理論和實用的建模方法，Gorelick［13］對分布參數地下水管理模型，特別是水力管理模型進行了綜述。
我國科技人員於20世紀80年代中後期開始地下水管理模型的研究與應用工作，公開發表的論著如林學鈺、焦雨著《石家莊市地下水資源的科學管理》［14］，許涓銘等［15］系統論述了建立分布參數地下水水力管理模型的基本理論和方法。在這一階段，我國幾乎所有以地下水為主要供水水源的大城市，針對不同的問題，都建立了地下水管理模型，如石家莊、西安、哈爾濱、長春、濟南、包頭等。一些典型地區也建立了區域地下水管理模型，如河北平原、河西走廊、柴達木盆地等。這些研究大大推進了我國地下水科學管理的進程，但由於當時建模所考慮的因素多為水力要素，模型結構也比較簡單，多歸結為求解線性規劃問題，這大大限制了模型的實用性和可操作性。
20世紀90年代以來，由於數值模擬和計算機技術以及數學方法在地下水資源優化開發方面的理論與方法日臻完善，使復雜的水資源管理問題得以有效的解決。這不但促進了地下水管理學科的迅速發展，並在推動水文地質學從定性研究進入定量化研究的過程中作出了應有的貢獻。從模型的研究內容看，主要集中在地表水-地下水聯合調度、地下水量-水質綜合管理、地下水可持續利用管理模型的研究上；從模型的結構看，主要是以非線性規劃、動態規劃和多目標規劃管理模型為研究的熱點和難點問題。
1.2.2.1 地下水非線性管理模型研究進展
地下水管理模型的非線性問題是普遍存在的，產生非線性的原因主要有兩個：其一是系統狀態的非線性，如潛水含水層模擬模型的非線性；其二是管理問題的非線性，如目標函數和某些特殊約束條件的非線性。真實的地下水系統管理問題大多數是非線性的，因此非線性管理模型能更精確地描述這類地下水系統及其管理問題，因而提高模型結果的精度和可信度。由於非線性規劃問題沒有統一的模式，在可行域內有可能存在多個局部最優解，因而到目前為止，還沒有通用的、高效的求解方法，要根據管理模型的結構特點和規模，選擇合適的求解方法［10］。
線性化是解決非線性問題最簡單的方法，如Gorelick和Remson［16］、Ratzlaff［17］等都應用這種方法解決這類問題。迭代法也是解決非線性問題的有效方法之一，如Aguado和Remson［18］用預測-校正法通過反復迭代求解潛水含水層地下水管理問題；Willis 和Newman［19］用求解一系列線性規劃替代非線性目標函數、線性約束條件的非線性規劃問題。王洪濤提出了非線性多含水層地下水資源管理的處理方法，並把這一方法應用到唐山市以防治岩溶地面塌陷為目的的水資源管理中［20］。
若非線性規劃的目標函數是決策變數的二次多項式，並且模擬模型和其他約束條件又全是線性的，則稱這種非線性規劃為二次規劃。二次規劃有統一的表示形式和通用解法，是非線性管理模型中最常用的求解方法之一。如Lefkoff和Gorelick［21］、Misirli和Yazicigil［22］等均是用二次規劃求解管理模型。
此外，常用於解非線性規劃的方法還有直接搜索法（主要有修正單純形法、Nelder-Mead單純形法、並行方向搜索法）和基於導數的優化方法（如約束優化的隱式篩選法等）。人工智慧演算法（又稱進化演算法，evolutionary algorithms，EA）也為求解高度非線性規劃問題開拓了廣闊的前景。
1.2.2.2 地下水動態規劃管理模型研究進展
地下水系統本身是一個高度復雜的動態系統。由於管理區的自然條件和人為作用等均在不斷地發生變化，尤其當水源地的地下水要進行長期開采時，地下水資源管理模型必須隨著時間推進做定期的修正以保證模型的精確性和可靠性，地下水動態規劃管理模型的提法便應運而生［23］。這方面的研究可參閱有關文獻，如Yakowitz，Andricevic［24，25］等。動態規劃方法本身還不夠完善，在高維的情況下會產生所謂的「維數災」問題，目前在求解地下水動態規劃管理模型中，用的較普遍的方法是微分動態規劃方法，它是由Jacobson和Mayne［26］提出的。微分動態規劃方法是一種多維動態規劃的改進演算法，不需要進行狀態變數和決策變數的離散化，克服了計算量呈維數增長這一障礙。因此，它提供了一種解算大型、多時段、非穩態流的地下水資源管理模型的可行的分析計算方法［27］。
Murry 等［28］運用帶約束條件的微分動態規劃方法成功地實現了多級水庫的優化控制；Jones等［29］利用微分動態規劃方法求解了最優控制模型，成功地解決了理想模型中8個假設井的最優開采量分配問題；Culver等［30］建立了地下水水質模擬模型並應用有限元法求解，通過應用微分動態規劃方法和Quasi-Newton近似法，確定了含水層不同時期的最優抽水方案；Chang等［31］應用微分動態規劃方法解決了時變地下水系統污染修復最優控制問題；Chang等［32］聯合應用微分動態規劃方法和遺傳演算法解決了地下水管理問題；Chu 等［33］應用人工神經網路方法和微分動態規劃方法解決了大規模地下水系統的管理問題。我國學者李文淵等［34］建立了以抽水費用最小為目標的地下水管理模型，應用微分動態規劃方法求解，並編制了計算機程序；郝永紅等［35］結合陽泉市岩溶地下水系統的實際，應用微分動態規劃方法為陽泉市岩溶水的開發提出了最優開采方案；王浩然［36］以位於山東省淄博市境內的孝婦河流域上游地區的地下水系統為研究對象，構造了地下水開采條件下的控制模型，採用微分動態規劃方法求解，獲得了比較符合實際且容易實施的地下水優化開采量。
1.2.2.3 地下水多目標管理模型研究進展
地下水多目標管理模型是以地下水模擬模型為基礎，由兩個或兩個以上的目標函數及其約束條件組成的，用於對地下水進行統籌規劃和有效保護的管理模型。地下水多目標管理模型更能體現地下水系統的層次性和多目標性，模型不僅能提供地下水合理開發利用最優方案，而且可作為宏觀經濟和環境規劃的決策依據，因而更具實用性和可操作性［37］。由於多目標問題類型多，無統一的數學形式，故沒有通用的求解方法。針對不同的管理模型和目標評價准則，應採用相應的解法。
20世紀70年代以來，多目標管理模型用於解決水資源的規劃問題［38，39］；80年代以後，隨著對地下水系統研究的不斷深入、地下水模擬技術及其與管理模型耦合技術的發展，多目標規劃才出現在地下水管理問題中。Willis等［40］首次建立了地下水多目標管理模型；Bogardi等［41］採用一種互動式多目標決策方法求解地下水多目標管理問題，有三個目標函數：總抽水量最大、抽水降深最小以及總抽水費用最低；Ritzel等［42］用遺傳演算法求解多目標地下水污染控制問題；Park等［43］運用多目標遺傳演算法對沿海含水層中的抽水量和井位進行優化，以防止海水入侵；Kollat等［44］對4種多目標優化演算法進行了對比研究；邵景力等［45，46］運用線性規劃方法對包頭市地下水多目標管理模型進行了求解，他們還建立了包頭市地下水-地表水聯合調度多目標管理模型，模型最終歸結為求解線性目標規劃問題；代振學等［47］建立了濟寧-兗州礦區地下水多目標管理模型，採用模糊線性規劃法求得了管理模型的最優解，最後通過靈敏度分析和流場模擬，證實了最優解的正確性；孟慶國等［48］進行了城市地下水多目標管理模型的相關研究，建立了內蒙古呼和浩特市地下水多目標管理模型，採用多階段目標規劃法對模型進行求解；王來生等［49］建立了哈爾濱市地下水資源多目標規劃管理模型，將求解多目標最優化問題的約束法和線性加權法相結合，給出了一種綜合解法；王紅旗等［32］根據大慶市西部地區地下水系統的特點，構建了地下水資源多目標動態規劃管理模型，採用多目標規劃的改進線性加權法和微分動態規劃方法相結合的方法進行求解，通過管理模型的運算得出三種規劃方案下的地下水最優開采量，並根據管理模型的運算結果對研究區的地下水資源開發利用規劃提出合理化建議；賀北方等［50］建立了區域水資源多目標優化配置模型，目標有3個：區域供水凈效益最大、區域重要污染物排放量最小、供水系統缺水量最小，應用遺傳演算法求解了此管理模型。
與單目標管理模型相比，地下水多目標管理模型有如下特點［51］：
（1）各目標間的度量單位多是不可公度的，有些目標甚至很難給出定量指標，如供水的社會效益、環境效應等。用單目標優化方法很難處理不可公度的多目標問題。
（2）各目標間的權益通常是相互矛盾的，這是構成多目標問題存在的基本特徵。多目標問題總是以犧牲一部分目標的利益來換取另一些目標的改善。單一目標的最優並不代表系統整體最優。
（3）多目標問題的優化解不是唯一的。多目標規劃的任務是考慮經濟、社會、環境、技術等因素，權衡各目標的利弊，從多個「有效解」中尋求各目標都能接受的「滿意解」。
（4）多目標規劃可以充分發揮分析者和決策者各自的作用。在現代管理中，分析者的任務是根據決策者的要求建立管理模型，提供多個各有利弊的方案，作為決策者決策的依據。決策者的任務是站在更高的層次上，兼顧各方面利益，從眾多可選方案中確定決策方案。