第六章地下水資源數(shù)量評價

1、1.1 地下水資源的概念l資源：資源：是自然界存在，可被人類利用的一切是自然界存在，可被人類利用的一切分可再生的和不可再生的，地下水為可再生資源分可再生的和不可再生的，地下水為可再生資源 l地下水是一種寶貴的、可再生的淡水資源地下水是一種寶貴的、可再生的淡水資源l地下水與地表水資源相比的優(yōu)越之處有：地下水與地表水資源相比的優(yōu)越之處有：空間分布：空間分布：廣而均勻（地表水分布局限）廣而均勻（地表水分布局限）時間調(diào)節(jié)性：時間調(diào)節(jié)性：地下含水系統(tǒng)是天然水庫，動態(tài)穩(wěn)定地下含水系統(tǒng)是天然水庫，動態(tài)穩(wěn)定水質(zhì)：水質(zhì)：水質(zhì)優(yōu)，潔凈，水溫恒定，不易受到污染，但水質(zhì)優(yōu)，潔凈，水溫恒定，不易受到污染，但污染后很難治

2、理。污染后很難治理?？衫眯裕嚎衫眯裕阂淮涡岳猛顿Y小，運用費用高、管理難一次性利用投資小，運用費用高、管理難、易產(chǎn)生環(huán)境問題。、易產(chǎn)生環(huán)境問題。地下水資源概念的由來l1915年美國首次提出以含水層或盆地為單元的年美國首次提出以含水層或盆地為單元的安全抽水安全抽水量概念量概念：“所謂安全抽水量，是在不致引起含水層發(fā)生所謂安全抽水量，是在不致引起含水層發(fā)生危險的涸竭危險的涸竭的情況下，能正常而持續(xù)地抽水的的情況下，能正常而持續(xù)地抽水的界限水量界限水量”柴崎達(dá)雄，柴崎達(dá)雄，1982。l后來發(fā)現(xiàn)，開采地下水會引起諸如：地面沉降、海水入后來發(fā)現(xiàn)，開采地下水會引起諸如：地面沉降、海水入侵、咸水入侵等造

3、成巨大經(jīng)濟損失的環(huán)境損害。侵、咸水入侵等造成巨大經(jīng)濟損失的環(huán)境損害。l安全抽水量的定義修改：安全抽水量的定義修改：“能從某一地下水盆地中連續(xù)能從某一地下水盆地中連續(xù)地、不至于引起不良結(jié)果地抽取的地下水量地、不至于引起不良結(jié)果地抽取的地下水量”柴崎達(dá)柴崎達(dá)雄，雄，1982）。l允許利用的地下水資源量，不僅受到自然條件的制約，允許利用的地下水資源量，不僅受到自然條件的制約，還受到技術(shù)、經(jīng)濟、社會乃至法律條件的制約還受到技術(shù)、經(jīng)濟、社會乃至法律條件的制約。1.2 地下水資源的特征1.2.1 系統(tǒng)性系統(tǒng)性形形 成：成：地下水資源是按系統(tǒng)形成與分布的地下水資源是按系統(tǒng)形成與分布的系統(tǒng)內(nèi)：系統(tǒng)內(nèi)：地下水是

4、一個統(tǒng)一的整體（有水力聯(lián)系的），系統(tǒng)地下水是一個統(tǒng)一的整體（有水力聯(lián)系的），系統(tǒng)內(nèi)部任何一部分的輸入或輸出（補給或抽水），都會影響（波內(nèi)部任何一部分的輸入或輸出（補給或抽水），都會影響（波及）整個系統(tǒng)及）整個系統(tǒng)系統(tǒng)性看：系統(tǒng)性看：地下水地下水資源量資源量原則上等于含水系統(tǒng)的補給量原則上等于含水系統(tǒng)的補給量資源量按系統(tǒng)計算：資源量按系統(tǒng)計算：以系統(tǒng)為單元統(tǒng)籌規(guī)劃利用，開發(fā)與管以系統(tǒng)為單元統(tǒng)籌規(guī)劃利用，開發(fā)與管理理難點：難點：系統(tǒng)邊界不易確定；邊界有疊置，邊界垮行政區(qū)域系統(tǒng)邊界不易確定；邊界有疊置，邊界垮行政區(qū)域問題：問題：造成重復(fù)計算水量，人為夸大水量，開采過渡，難以管造成重復(fù)計算水量，人為夸

5、大水量，開采過渡，難以管理（不同行政區(qū)）理（不同行政區(qū)）1.2 地下水資源的特征l1.2.2 可恢復(fù)性可恢復(fù)性l天然可再生的資源均具有可恢復(fù)性天然可再生的資源均具有可恢復(fù)性l地下水資源是通過地下水資源是通過水文循環(huán)水文循環(huán)使使水量恢復(fù)水量恢復(fù)、水質(zhì)更新的水質(zhì)更新的，循，循環(huán)過程是通過補給與排泄兩個環(huán)節(jié)完成的。環(huán)過程是通過補給與排泄兩個環(huán)節(jié)完成的。l恢復(fù)能力的強弱與恢復(fù)能力的強弱與水文循環(huán)的交替速度有關(guān)：水文循環(huán)的交替速度有關(guān)：圖示條件：比較哪個含水系統(tǒng)更優(yōu)？圖示條件：比較哪個含水系統(tǒng)更優(yōu)？l一個恢復(fù)性很差的含水系統(tǒng)，其規(guī)模再大，儲備水量再多一個恢復(fù)性很差的含水系統(tǒng)，其規(guī)模再大，儲備水量再多，也

6、會被用完（枯竭），也會被用完（枯竭）而而“無以為繼無以為繼”。因此，可恢復(fù)性是供水水源的必需條件。因此，可恢復(fù)性是供水水源的必需條件?？苫謴?fù)性1.2 地下水資源的特征l 1.2.3 可調(diào)節(jié)性可調(diào)節(jié)性l表現(xiàn)在地下含水系統(tǒng)本身就是一個地下水庫表現(xiàn)在地下含水系統(tǒng)本身就是一個地下水庫具具有水庫的功能，有水庫的功能，地下水庫是天然形成的：地下水庫是天然形成的：含水介質(zhì)對水流起到阻滯作用含水介質(zhì)對水流起到阻滯作用延長過水時間延長過水時間地質(zhì)構(gòu)造形成的地質(zhì)構(gòu)造形成的“蓄水池蓄水池”，向斜盆地，斷塊盆地，向斜盆地，斷塊盆地l 調(diào)節(jié)能力大小取決于：調(diào)節(jié)能力大小取決于：地質(zhì)構(gòu)造的規(guī)模（容積大小地質(zhì)構(gòu)造的規(guī)模（容積

7、大小-B-B）；）；含水介質(zhì)的儲水能力含水介質(zhì)的儲水能力 給水度給水度，含水層厚度，含水層厚度m mB1.3.1 地下水資源補給資源 補給資源：補給資源：可以恢復(fù)與再生的，是與外界系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生可以恢復(fù)與再生的，是與外界系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生交替的水量。交替的水量。 影響因素：受氣候等因素影響，年與季節(jié)的變化影響因素：受氣候等因素影響，年與季節(jié)的變化 量綱：量綱： 流量單位流量單位m3/a 決定含水系統(tǒng)中地下水資源的可恢復(fù)性決定含水系統(tǒng)中地下水資源的可恢復(fù)性 數(shù)值大小數(shù)值大小 = 含水系統(tǒng)的地下水多年平均年補給量含水系統(tǒng)的地下水多年平均年補給量BA1.3.2 地下水資源儲存資源 儲存資源：儲存資源：不可以

8、恢復(fù)的，是歷史形成的不參與水循環(huán)交不可以恢復(fù)的，是歷史形成的不參與水循環(huán)交替的，基本不變的水。替的，基本不變的水。影響因素：含水系統(tǒng)的空間形態(tài)（地質(zhì)構(gòu)造影響因素：含水系統(tǒng)的空間形態(tài)（地質(zhì)構(gòu)造天然的地天然的地下水庫庫容）下水庫庫容）量綱：量綱： 體積單位體積單位 m3決定含水系統(tǒng)中地下水資源的可調(diào)節(jié)性決定含水系統(tǒng)中地下水資源的可調(diào)節(jié)性數(shù)值大小數(shù)值大小 =含水系統(tǒng)的地下水多年平均低水位的重力水含水系統(tǒng)的地下水多年平均低水位的重力水體積，即水的空間體積體積，即水的空間體積（給水度（給水度）BA1.4 地下水資源的供水意義供水水源的一般要求：供水水源的一般要求：長期持續(xù)性（永續(xù)發(fā)展的需要）長期持續(xù)性（

9、永續(xù)發(fā)展的需要）多年性多年性均衡穩(wěn)定性（短期考慮）均衡穩(wěn)定性（短期考慮）時時供水時時供水一個含水系統(tǒng)能夠一個含水系統(tǒng)能夠長期持續(xù)長期持續(xù)提供的水量是多少？提供的水量是多少？補給資源補給資源 補給資源的供水意義補給資源的供水意義原則上：原則上：含水系統(tǒng)的多年平均補給資源含水系統(tǒng)的多年平均補給資源 =含水系統(tǒng)的含水系統(tǒng)的多年平均補給量多年平均補給量在某些特殊情況下在某些特殊情況下可以大于補給量：可以大于補給量： 1）大氣降水入滲增加；）大氣降水入滲增加；2）河流入滲補給增加）河流入滲補給增加不同類型含水系統(tǒng)的補給條件不同，供水意義也不同不同類型含水系統(tǒng)的補給條件不同，供水意義也不同1.4.1 補給

10、資源的供水意義l注意：注意：河流入滲增加的代價河流入滲增加的代價犧牲地表水資源犧牲地表水資源從從“水資源水資源”角度出發(fā)，此量是不存在的角度出發(fā)，此量是不存在的l承壓水模擬演示實驗中：承壓水模擬演示實驗中：抽取地下水抽取地下水承壓水從外界獲得的補給量增加了。承壓水從外界獲得的補給量增加了。這也是旁河取水的道理。這也是旁河取水的道理。1.4.2 儲存資源的供水意義l儲存資源的供水意義儲存資源的供水意義起著調(diào)節(jié)作用起著調(diào)節(jié)作用保證供水保證供水均衡穩(wěn)定性均衡穩(wěn)定性當(dāng)一個含水系統(tǒng)的補給資源很大，但動態(tài)很不穩(wěn)定時當(dāng)一個含水系統(tǒng)的補給資源很大，但動態(tài)很不穩(wěn)定時，作為供水源地，儲存資源就起到很大的調(diào)節(jié)作用，

11、作為供水源地，儲存資源就起到很大的調(diào)節(jié)作用旱季借用儲存資源的水，騰空庫容，雨季再補充償還旱季借用儲存資源的水，騰空庫容，雨季再補充償還沒有儲存資源再豐富的補給資源也無法利用沒有儲存資源再豐富的補給資源也無法利用白白流白白流走！走！l 補給與儲存資源的關(guān)系：補給與儲存資源的關(guān)系：有借有還有借有還有借不還（超量使用）有借不還（超量使用） 最終導(dǎo)致水資源消耗貽盡（枯竭）最終導(dǎo)致水資源消耗貽盡（枯竭） 或產(chǎn)生不良結(jié)果或產(chǎn)生不良結(jié)果有借有還有借有還本章思考題本章思考題第二節(jié)第二節(jié) 地下水動態(tài)與均衡的概念地下水動態(tài)與均衡的概念地下水動態(tài)：地下水動態(tài)：在有關(guān)因素影響下，地下水的在有關(guān)因素影響下，地下水的水位

12、、水位、水量、水化學(xué)成份、水溫水量、水化學(xué)成份、水溫等隨時間的變化狀況。等隨時間的變化狀況。 含水層（含水系統(tǒng)含水層（含水系統(tǒng)） Q Q補補Q Q排排年最大變幅（年最大變幅（h hmax)max)：一年中地下水位最高值與：一年中地下水位最高值與最低值的差。最低值的差。地下水的水位、水質(zhì)的變化實質(zhì)上是由含水系統(tǒng)地下水的水位、水質(zhì)的變化實質(zhì)上是由含水系統(tǒng)中地下水的補給量、排泄量、儲存量變化的綜合中地下水的補給量、排泄量、儲存量變化的綜合表現(xiàn)表現(xiàn)。研究補給量與排泄量收支的數(shù)量關(guān)系就是地下水的均衡問題。研究補給量與排泄量收支的數(shù)量關(guān)系就是地下水的均衡問題。第二節(jié)第二節(jié) 地下水動態(tài)與均衡地下水動態(tài)與均衡

13、水均衡概念：水均衡概念：在在某一時段某一時段內(nèi)，內(nèi)，某一區(qū)域某一區(qū)域（或地段內(nèi)）分析研究（或地段內(nèi)）分析研究地下水水量、水質(zhì)或熱量收支的數(shù)量關(guān)系就是地下水的均衡。地下水水量、水質(zhì)或熱量收支的數(shù)量關(guān)系就是地下水的均衡。動態(tài)與均衡的研究意義動態(tài)與均衡的研究意義：合理利用地下水及有效防范其危害；合理利用地下水及有效防范其危害；含水系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)辯識含水系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)辯識地下水資源計算和管理地下水資源計算和管理一、地下水動態(tài)的形成機制一、地下水動態(tài)的形成機制 降水降水補給地下水系統(tǒng)補給地下水系統(tǒng)水位上升水位上升動態(tài)變化動態(tài)變化 激勵激勵脈沖式的降水脈沖式的降水 響應(yīng)響應(yīng)波狀信號的信息波狀信號的信息l地下水

14、水位對外界輸入（降水）響應(yīng)的地下水水位對外界輸入（降水）響應(yīng)的特點特點：（1 1）滯后和延遲滯后和延遲現(xiàn)象現(xiàn)象（2 2）有）有疊加疊加現(xiàn)象現(xiàn)象l因外界激勵（或輸入）而引起的系統(tǒng)響應(yīng)（或輸出）的因外界激勵（或輸入）而引起的系統(tǒng)響應(yīng)（或輸出）的變化變化幅度幅度是含水系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)作用的結(jié)果是含水系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)作用的結(jié)果某要素（水位）隨時間的變化程度用某要素（水位）隨時間的變化程度用穩(wěn)定性穩(wěn)定性來恒量來恒量 動態(tài)穩(wěn)定動態(tài)穩(wěn)定 變化幅度小變化幅度小 動態(tài)不穩(wěn)定動態(tài)不穩(wěn)定 變化幅度大變化幅度大2.1 2.1 地下水動態(tài)地下水動態(tài)3 3、地質(zhì)因素、地質(zhì)因素l地質(zhì)因素是間接且相對穩(wěn)定的因素（相當(dāng)于濾波器）地質(zhì)因

15、素是間接且相對穩(wěn)定的因素（相當(dāng)于濾波器）l氣候與水文因素決定了一個地區(qū)地下水動態(tài)的氣候與水文因素決定了一個地區(qū)地下水動態(tài)的總輪廓總輪廓l地質(zhì)因素起修飾作用，濾波或地質(zhì)因素起修飾作用，濾波或削峰填谷削峰填谷的作用的作用v埋藏條件：埋藏條件：承壓水的變幅小于潛水；潛水埋深的大小承壓水的變幅小于潛水；潛水埋深的大小, ,對滯后時，延遲時和變幅的影響對滯后時，延遲時和變幅的影響v包氣帶巖性包氣帶巖性：K K起作用；起作用；飽水帶巖性飽水帶巖性：K K和和均起作用均起作用v地下水所處的地下水所處的空間部位空間部位：一般而言，補給區(qū)較排泄區(qū)：一般而言，補給區(qū)較排泄區(qū)更不穩(wěn)定更不穩(wěn)定4 4、人為因素：、人為

16、因素：開采、灌溉、排水、污水排放開采、灌溉、排水、污水排放5 5、其它因素、其它因素2.1 2.1 地下水動態(tài)地下水動態(tài)三、三、 地下水動態(tài)類型地下水動態(tài)類型分天然型和人工開采型分天然型和人工開采型天然型動態(tài)按地下水的排泄方式及水交替程度劃分：天然型動態(tài)按地下水的排泄方式及水交替程度劃分：蒸發(fā)型：蒸發(fā)型：干旱半干旱地區(qū)地形平緩、切割微弱的平原或盆干旱半干旱地區(qū)地形平緩、切割微弱的平原或盆地；動態(tài)特點是年水位變幅小，各處變幅接近，水質(zhì)季節(jié)地；動態(tài)特點是年水位變幅小，各處變幅接近，水質(zhì)季節(jié)性變化明顯，地下水朝鹽化方向發(fā)展。性變化明顯，地下水朝鹽化方向發(fā)展。徑流型：徑流型：山區(qū)及山前；動態(tài)特點是年水

17、位變幅大且不均勻山區(qū)及山前；動態(tài)特點是年水位變幅大且不均勻（分水嶺到排泄區(qū)，年水位變幅由大變小），水質(zhì)季節(jié)變（分水嶺到排泄區(qū)，年水位變幅由大變?。|(zhì)季節(jié)變化不明顯，朝淡化方向發(fā)展?；幻黠@，朝淡化方向發(fā)展。弱徑流型：弱徑流型：氣候濕潤的平原和盆地；動態(tài)特點是水位變幅氣候濕潤的平原和盆地；動態(tài)特點是水位變幅小，水質(zhì)季節(jié)性變化不明顯小，水質(zhì)季節(jié)性變化不明顯2.1 2.1 地下水動態(tài)地下水動態(tài)均衡：均衡：某一某一時間段時間段內(nèi)某一內(nèi)某一地段內(nèi)，地段內(nèi)，地下水水量（熱量、鹽量、地下水水量（熱量、鹽量、能量）的能量）的收支狀況，收支狀況，稱為地下水均衡稱為地下水均衡l均衡區(qū)均衡區(qū)：均衡計算所選定的區(qū)域（三維的）；可以是地下水：均衡計算所選定的區(qū)域（三維的）；可以是地下水含水系統(tǒng)，也可以是一很小的均衡單元含水系統(tǒng)，也可以是一很小的均衡單元l均衡期均衡期：均衡計算的時間段；可長可短：均衡計算的時間段；可長可短 均衡方程式均衡方程式：A - B = WA - B = W A A收入項收入項( (補給量）；補給量）；B B支出項（排泄量）；支出項（排泄量）； WW均衡時段內(nèi)，均衡區(qū)的儲存量的變化量均衡時段內(nèi)，均衡區(qū)的儲存量的變化量 對于一個地區(qū)，多年中氣候處于平均狀態(tài)，故對于一個地區(qū)，多年中氣候處于平均狀態(tài)，故 Q Q補補= =Q Q排排 人為活動影響下：正均