地下水潛力評(píng)價(jià)方法研究

1、地下水潛力評(píng)價(jià)方法研究中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所王貴玲2002.1.15地下水潛力評(píng)價(jià)方法研究（一）、地下水潛力評(píng)價(jià) 現(xiàn)狀（二）、問(wèn)題的提出（三）、基 本 概 念（四）、評(píng)價(jià)方法與步驟（五）、實(shí)例研究（六）、結(jié)論（一）、地下水潛力評(píng)價(jià)現(xiàn)狀（一）、地下水潛力評(píng)價(jià)現(xiàn)狀 地下水潛力評(píng)價(jià)是地下水資源評(píng)價(jià)的一個(gè)主要內(nèi)容。目前，地下水資源評(píng)價(jià)的理論已經(jīng)基本成熟，主要采用的方法有均衡法、數(shù)值法、解析法等。但對(duì)地下水潛力的評(píng)估一般采用“開(kāi)采程度”的概念，以采補(bǔ)平衡為基礎(chǔ)，即： 地下水開(kāi)采量 開(kāi)采系數(shù) = 可開(kāi)采資源量 如果開(kāi)采系數(shù)為1，說(shuō)明達(dá)到平衡，這一地區(qū)的地下水潛力為零。 根據(jù)這一概念，一般認(rèn)為

2、開(kāi)采系數(shù)小于0.3為潛力巨大地區(qū)，開(kāi)采系數(shù)大于1.2為嚴(yán)重超采區(qū)。 另外，在地下水供需分析中，也曾從地下水利用的具體部門提及了地下水利用潛力。但是，該評(píng)價(jià)方法使地下水資源評(píng)價(jià)與利用相互脫節(jié)，地下水潛力概念不統(tǒng)一，不便于地下水的管理與開(kāi)發(fā)利用。 （二）、問(wèn)題的提出（二）、問(wèn)題的提出（1） 開(kāi)采系數(shù)的給出，只考慮了地下水的持續(xù)開(kāi)采，而沒(méi)有充分考慮環(huán)境、污染、節(jié)水等方面的因素，特別對(duì)于河北平原，由于整個(gè)地區(qū)開(kāi)采系數(shù)幾乎均大于1，在一些地區(qū)甚至已達(dá)4以上，用這一參數(shù)已遠(yuǎn)不能完全反應(yīng)該地區(qū)地下水開(kāi)發(fā)利用前景。 經(jīng)計(jì)算， 河北省平原區(qū)多年平均地下水可開(kāi)采資源量為74億m3。津京以南地區(qū)多年平均地下水可開(kāi)采

3、資源量為60億m3,該地區(qū)1998年地下水實(shí)際開(kāi)采量為126億m3，平均開(kāi)采系數(shù)為2.1。其中，中淺層水開(kāi)采量99億m3，占總開(kāi)采量的90%；深層水開(kāi)采量28億m3，占總開(kāi)采量的22%。分行業(yè)地下水用水量中，農(nóng)業(yè)灌溉用水為98億m3，占總用水量的78%；工業(yè)用水為15億m3，占總用水量的12%；其他用水量占總用水量的10%。淺 層水 7 8 .2%深 層水 2 1 .8%農(nóng) 業(yè) 77.6%工 業(yè) 11.5%其 它 10.9%（二）、問(wèn)題的提出（二）、問(wèn)題的提出（2） 為了保證地下水資源可持續(xù)利用，又要滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，地下水潛力評(píng)價(jià)，應(yīng)充分考慮下列內(nèi)容與現(xiàn)象： （1）、從水均衡的角度，地

4、下水嚴(yán)重超采，已經(jīng)是區(qū)域性不具備“潛力”的地區(qū)； （2）、地下水占總水資源消耗量的89%，少量的地表水已經(jīng)得到充分利用； （3）、農(nóng)業(yè)是水資源開(kāi)發(fā)利用的大戶，占78%； （4）、主要城市存在地面沉降、巖溶塌陷等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，地下水水質(zhì)惡化趨勢(shì)嚴(yán)重； （5）、微咸水資源豐富。 因此，為了提供出能反應(yīng)地下水綜合現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)，從而為國(guó)家經(jīng)濟(jì)規(guī)劃服務(wù)，無(wú)論從實(shí)際應(yīng)用還是理論的角度，均要求對(duì)地下水潛力進(jìn)行重新定義、評(píng)價(jià)。 （三）、基（三）、基 本本 概概 念（念（1） 地下水潛力是指一個(gè)特定地區(qū)，一定評(píng)價(jià)深度內(nèi)，在一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件和環(huán)境約束下的地下水可增加的利用量，包括開(kāi)采潛力和利用潛力兩個(gè)方面。 根據(jù)這

5、一定義，地下水潛力可從現(xiàn)狀潛力、環(huán)境潛力和技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力三個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。 地下水現(xiàn)狀潛力是指在現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境狀況條件下地下水利用量；地下水環(huán)境潛力是指在現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，一定環(huán)境狀況時(shí)增加的地下水利用量；地下水技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力是指采取一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)措施維持或改善現(xiàn)有的環(huán)境狀況時(shí)增加的地下水利用量。 （三）、基（三）、基 本本 概概 念（念（2） )/()(11kjjniiaptq地下水潛力系數(shù)；q地下水開(kāi)采量(m3/a)；p地下水可開(kāi)采量(m3/a)；t地下水利用變化量(m3/a)；a可開(kāi)采資源增加量(m3/a)；i=1,2,nj=1,2,k（三）、基（三）、基 本本 概概 念（念（3）

6、 其中：t1農(nóng)業(yè)節(jié)水量（m3/a）；t2工業(yè)節(jié)水量（m3/a）；t3生活節(jié)水量（m3/a）；t4污水再利用水量（m3/a）；t5礦坑排水利用量（m3/a）；tttti.21kiaaaa.21其中：a1微咸水利用量（m3/a）；a2一定環(huán)境約束條件下，如改變地下水位下降和地面沉降速度等，增加或減少的地下水開(kāi)采量（m3/a）；a3增加評(píng)價(jià)深度擴(kuò)大用水量（m3/a）；a4未知區(qū)擴(kuò)大利用量（m3/a）；（四）、評(píng)價(jià)方法與步驟（四）、評(píng)價(jià)方法與步驟（1） 水資源綜合潛力地下水潛力地表水潛力環(huán)境潛力經(jīng)濟(jì)技術(shù)潛力現(xiàn)狀潛力開(kāi)采潛力利用潛力（四）、評(píng)價(jià)方法步驟（四）、評(píng)價(jià)方法步驟（2） 水資源綜合潛力評(píng)價(jià)地表水

7、綜合潛力評(píng)價(jià)地下水綜合潛力評(píng)價(jià)現(xiàn)狀潛力環(huán)境潛力技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力現(xiàn)狀潛力環(huán)境潛力技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力地表水環(huán)境演化地表污水、劣質(zhì)水直接利用地表水環(huán)境治理和污水、劣質(zhì)水綜合利用城鎮(zhèn)、工農(nóng)業(yè)節(jié)水，提高水的綜合利用率引境外水，地下水地表水的聯(lián)合調(diào)度地下水環(huán)境：海水（咸水）入侵、水質(zhì)演化、地下水污染、地下水位（上升）下降等與水有關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害：巖溶塌陷、地面沉降等地下污水、劣質(zhì)水直接利用地下水環(huán)境治理：海水入侵控制、水質(zhì)改良、污染防治、緩解地下水位下降等，和污水、劣質(zhì)水綜合利用與水有關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害防治：巖溶塌陷處理、地面沉降控制等城鎮(zhèn)、工農(nóng)業(yè)節(jié)水，提高水的綜合利用率引境外水，地下水地表水的聯(lián)合調(diào)度（四）、評(píng)價(jià)方法步驟（

8、四）、評(píng)價(jià)方法步驟（3） 步驟步驟1、地下水資源可開(kāi)采量評(píng)價(jià)、地下水資源可開(kāi)采量評(píng)價(jià) 在充分研究評(píng)價(jià)區(qū)水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，采用傳統(tǒng)的地下水資源評(píng)價(jià)方法，如均衡法、數(shù)值法、解析法、類比法等，計(jì)算地下水資源可開(kāi)采量。步驟步驟2、地下水開(kāi)采量調(diào)查、地下水開(kāi)采量調(diào)查 通過(guò)政府統(tǒng)計(jì)、土地利用、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、工礦企業(yè)統(tǒng)計(jì)等方法，全面掌握評(píng)價(jià)區(qū)地下水開(kāi)采量。步驟步驟3、地下水開(kāi)采的環(huán)境效應(yīng)研究、地下水開(kāi)采的環(huán)境效應(yīng)研究 重點(diǎn)研究評(píng)價(jià)區(qū)地下水開(kāi)采引起的主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)。（1）研究地下水開(kāi)采引起的水位持續(xù)下降（2）地下水開(kāi)采引起的地面沉降（3）巖溶塌陷的研究（4）水質(zhì)惡化的研究 另外，還要研究海水入

9、侵、土地鹽堿化等問(wèn)題，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)，確定維持一定環(huán)境狀況時(shí)的地下水可利用量。步驟步驟4、地下水利用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力評(píng)價(jià)、地下水利用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力評(píng)價(jià) 地下水技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力評(píng)價(jià)方法：在對(duì)歷史和現(xiàn)有的環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)分析的基礎(chǔ)上，著重分析環(huán)境治理、引水和節(jié)水措施等因素對(duì)地下水可開(kāi)采量的影響，進(jìn)而評(píng)價(jià)潛力。地下水技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力從地下水開(kāi)采現(xiàn)狀來(lái)看，著重要考慮工農(nóng)業(yè)特別是農(nóng)業(yè)節(jié)水、微咸水利用和污水治理回用的潛力。步驟步驟5、潛力系數(shù)的計(jì)算、潛力系數(shù)的計(jì)算 通過(guò)對(duì)地下水各種潛力的評(píng)價(jià)，應(yīng)用公式（1）計(jì)算出一個(gè)地區(qū)地下水綜合潛力系數(shù)。步驟步驟6、地下水潛力評(píng)價(jià)、地下水潛力評(píng)價(jià) 根據(jù)步驟5的計(jì)算結(jié)果，如果潛力系數(shù)

10、小于1，說(shuō)明地下水尚有潛力，可以在節(jié)水、環(huán)境治理的基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)規(guī)劃，適當(dāng)增加開(kāi)采；如果潛力系數(shù)等于1，說(shuō)明地下水開(kāi)采已處于臨界值，地下水資源量能夠滿足目前經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要，但不能進(jìn)一步擴(kuò)大開(kāi)采；如果潛力系數(shù)大于1，說(shuō)明地下水開(kāi)采量應(yīng)進(jìn)行限制，并同時(shí)調(diào)整國(guó)民經(jīng)濟(jì)規(guī)劃。（四）、評(píng)價(jià)方法步驟（四）、評(píng)價(jià)方法步驟（4） （五）、實(shí)例研究（五）、實(shí)例研究（基本概況（基本概況 ） 唐山地區(qū)位于北緯39004000，東經(jīng)1170011830，包括唐山市、豐潤(rùn)縣、豐南市、漢沽農(nóng)場(chǎng)、蘆臺(tái)農(nóng)場(chǎng)的全部和唐?？h中西部、灤縣西南部、灤南縣西部、遷西縣南部、遷安縣西南部10個(gè)縣市農(nóng)場(chǎng)，面積為4951.83km2。地勢(shì)

11、北高南低，東高西低，由北向南依次為低山丘陵、山前沖洪積扇平原和海積平原。區(qū)內(nèi)多年平均氣溫11.1，多年平均降雨量607.76mm，多年平均蒸發(fā)量為1682.83mm。 平原區(qū)第四系孔隙水含水層主要分為山前沖洪積全淡水的淺層含水組和海積平原上咸下淡的潛水承壓含水組。山前沖洪積扇全淡水的淺層含水組在扇軸部和中部以q4和q3的卵礫石為主，在扇中部以粗砂礫石為主，在扇前緣和扇間帶以q4和q3的中細(xì)砂為主。海積平原上咸下淡的潛水承壓含水組的深層承壓含水層以q2q1的細(xì)砂、粉砂為主，含水層變薄，相對(duì)隔水的粘性土層增多且增厚。（五）（五） 、實(shí)例研究、實(shí)例研究（地下水資源與現(xiàn)狀潛力分析（地下水資源與現(xiàn)狀潛力

12、分析 ） 1、現(xiàn)狀潛力研究 應(yīng)用均衡法計(jì)算，全區(qū)淡水天然資源量為8.9698億m3/a，其中山區(qū)為0.9229億m3/a，山前沖洪積扇全淡水區(qū)淺層水為6.9283億m3/a，海積平原深層承壓水為1.1186億m3/a。全區(qū)淡水可開(kāi)采資源量為7.2319億m3/a，其中山區(qū)為0.6939億m3/a，山前沖洪積扇全淡水區(qū)淺層水為5.5286億m3/a，海積平原深層承壓水為0.9893億m3/a。 唐山平原現(xiàn)狀總開(kāi)采量為9.8421億m3/a，平均開(kāi)采系數(shù)為1.51，總盈余量為-3.3240億m3/a。其中全淡水區(qū)開(kāi)采量為8.1582億m3/a，平均開(kāi)采系數(shù)為1.48，盈余量為-2.6295億m3/

13、a；咸水區(qū)深層淡水現(xiàn)狀開(kāi)采量為1.6839億m3/a，平均開(kāi)采系數(shù)為1.70，盈余量為-0.6945億m3/a。全淡水區(qū)以灤縣開(kāi)采系數(shù)最大，為2.12；以豐南市開(kāi)采系數(shù)最小，為0.96。咸水區(qū)深層淡水以漢沽農(nóng)場(chǎng)開(kāi)采系數(shù)最大，為4.75；以豐潤(rùn)縣開(kāi)采系數(shù)最小，為0.31。 （五）（五） 、實(shí)例研究、實(shí)例研究（地下水環(huán)境潛力分析）（地下水環(huán)境潛力分析） 2、地下水環(huán)境潛力分析、地下水環(huán)境潛力分析 （1）地下水開(kāi)采與水位下降的關(guān)系）地下水開(kāi)采與水位下降的關(guān)系-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.01.21.41.61.82.02.22.42.6地下水開(kāi)采系數(shù)水

14、位年下降速率（m / a ）-8.0-7.0-6.0-5.0-4.0-3.0-2.0-1.00.01.01.01.21.41.61.82.02.22.42.6地下水開(kāi)采系數(shù)水位最大年下降速率（m / a )地下水開(kāi)采系數(shù)與水位平均年下降速率關(guān)系 地下水開(kāi)采系數(shù)與水位最大年下降速率關(guān)系 （五）（五） 、實(shí)例研究、實(shí)例研究（地下水環(huán)境潛力分析）（地下水環(huán)境潛力分析） （2）地下水開(kāi)采與地面沉降關(guān)系）地下水開(kāi)采與地面沉降關(guān)系 地下水開(kāi)采系數(shù)與地面沉降速率關(guān)系圖 05101520253035地下水開(kāi)采系數(shù)地面沉降速率（m m / a ）0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3

15、.2 3.6 4.0 4.4 （五）（五） 、實(shí)例研究、實(shí)例研究（地下水環(huán)境潛力分析）（地下水環(huán)境潛力分析） （3）地下水開(kāi)采與地下水質(zhì)量的關(guān)系）地下水開(kāi)采與地下水質(zhì)量的關(guān)系 0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0唐山市豐潤(rùn)縣豐南市唐?？h漢沽農(nóng)場(chǎng)灤縣灤南縣地下水開(kāi)采系數(shù)0102030405060708090100所占面積百分比（% ）地下水開(kāi)采系數(shù)類水類水類水類水各行政區(qū)地下水開(kāi)采系數(shù)與水質(zhì)的關(guān)系圖 0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0唐山市豐潤(rùn)縣豐南市唐海縣漢沽農(nóng)場(chǎng)灤縣灤南縣地下水開(kāi)采系數(shù)020406080100120所占面積百分比（

16、% ）地下水開(kāi)采系數(shù)環(huán)境良好環(huán)境較好環(huán)境較差環(huán)境差（五）（五） 、實(shí)例研究、實(shí)例研究（地下水環(huán)境潛力分析）（地下水環(huán)境潛力分析） 地下水開(kāi)采系數(shù)與環(huán)境綜合質(zhì)量的關(guān)系圖 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生較多的唐山市及地下水開(kāi)采程度最高的漢沽農(nóng)場(chǎng)，環(huán)境質(zhì)量差，而豐潤(rùn)縣、豐南市地下水開(kāi)采程度較高，又是中工業(yè)分布區(qū)，其環(huán)境質(zhì)量較差，灤南縣、灤縣環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題較少，雖然地下水開(kāi)采程度較高，但是其環(huán)境質(zhì)量較好。（五）（五） 、實(shí)例研究、實(shí)例研究（地下水技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力分析地下水技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力分析 ） 3、地下水技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力分析、地下水技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力分析 （1）農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水）農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水縣、市、農(nóng)場(chǎng)純井灌溉井渠雙灌面積（畝）現(xiàn)灌溉定額（

17、m3/畝）合理灌溉定額（m3/畝）合理灌溉節(jié)水量（億m3）面 積（畝）現(xiàn)灌溉定額（m3/畝）合理灌溉定額（m3/畝）合理灌溉節(jié)水量（億m3）豐 南2904803002500.14521129011004340.0752豐 潤(rùn)7470003202500.522959009804340.0322漢 沽825002802500.0248 蘆 臺(tái)296002802500.0089 灤 南1292783502500.1293 灤 縣569393202500.0399 唐 海105002802500.0032 遷 西20702802500.0006 遷 安237063202500.0166 唐 山2117

18、003202500.1482 總 計(jì)15837732803502501.03951719098011004340.1074農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力為1.1469億m3/a （五）（五） 、實(shí)例研究、實(shí)例研究（地下水技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力分析地下水技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力分析 ） （2）微咸水、咸水利用）微咸水、咸水利用 縣、市面 積（km2）天然資源量（億m3/a）可開(kāi)采資源量（億m3/a）豐 潤(rùn)270.05060.0448豐 南4530.74430.6209唐 海1470.40900.3067灤 南270.05800.0545總 計(jì)6541.26191.0269唐山地區(qū)微咸水天然資源和可開(kāi)采資源量唐山地區(qū)微咸水天然資源和可開(kāi)采資源量 (2-3g/l)23g/l微咸水分布面積為654km2，天然資源量為1.2619億m3/a，可開(kāi)采資源量為1.0269億m3/a（五）（五） 、實(shí)例研究、實(shí)例研究（地下水技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力分析地下水技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力分析 ） （3）污水處理回用）污水處理回用 0.40.60.81.01991199219931994199519961997199819992000時(shí)間（a ）廢 水排 放量 （億 m3/a