第六章地下水資源數(shù)量評(píng)價(jià)

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(shí)間調(diào)節(jié)性：時(shí)間調(diào)節(jié)性：地下含水系統(tǒng)是天然水庫(kù)，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定地下含水系統(tǒng)是天然水庫(kù)，動(dòng)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(yùn)用費(fèi)用高、管理難一次性利用投資小，運(yùn)用費(fèi)用高、管理難、易產(chǎn)生環(huán)境問(wèn)題。、易產(chǎn)生環(huán)境問(wèn)題。地下水資源概念的由來(lái)l1915年美國(guó)首次提出以含水層或盆地為單元的年美國(guó)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(xiǎn)的涸竭危險(xiǎn)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(lái)發(fā)現(xiàn)，開(kāi)采地下水會(huì)引起諸如：地面沉降、海水入后來(lái)發(fā)現(xiàn)，開(kāi)采地下水會(huì)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(jì)損失的環(huán)境損害。侵、咸水入侵等造成巨大經(jīng)濟(jì)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(jì)、社會(huì)乃至法律條件的制約還受到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)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(gè)統(tǒng)一的整體（有水力聯(lián)系的），系統(tǒng)地下水是一個(gè)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(bǔ)給或抽水），都會(huì)影響（波內(nèi)部任何一部分的輸入或輸出（補(bǔ)給或抽水），都會(huì)影響（波及）整個(gè)系統(tǒng)及）整個(gè)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(bǔ)給量原則上等于含水系統(tǒng)的補(bǔ)給量資源量按系統(tǒng)計(jì)算：資源量按系統(tǒng)計(jì)算：以系統(tǒng)為單元統(tǒng)籌規(guī)劃利用，開(kāi)發(fā)與管以系統(tǒng)為單元統(tǒng)籌規(guī)劃利用，開(kāi)發(fā)與管理理難點(diǎn)：難點(diǎn)：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(wèn)題：?jiǎn)栴}：造成重復(fù)計(jì)算水量，人為夸大水量，開(kāi)采過(guò)渡，難以管造成重復(fù)計(jì)算水量，人為夸

5、大水量，開(kāi)采過(guò)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(guò)地下水資源是通過(guò)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(guò)程是通過(guò)補(bǔ)給與排泄兩個(gè)環(huán)節(jié)完成的。環(huán)過(guò)程是通過(guò)補(bǔ)給與排泄兩個(gè)環(huán)節(jié)完成的。l恢復(fù)能力的強(qiáng)弱與恢復(fù)能力的強(qiáng)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(gè)含水系統(tǒng)更優(yōu)？圖示條件：比較哪個(gè)含水系統(tǒng)更優(yōu)？l一個(gè)恢復(fù)性很差的含水系統(tǒng)，其規(guī)模再大，儲(chǔ)備水量再多一個(gè)恢復(fù)性很差的含水系統(tǒng)，其規(guī)模再大，儲(chǔ)備水量再多，也

6、會(huì)被用完（枯竭），也會(huì)被用完（枯竭）而而“無(wú)以為繼無(wú)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。可恢復(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(gè)地下水庫(kù)表現(xiàn)在地下含水系統(tǒng)本身就是一個(gè)地下水庫(kù)具具有水庫(kù)的功能，有水庫(kù)的功能，地下水庫(kù)是天然形成的：地下水庫(kù)是天然形成的：含水介質(zhì)對(duì)水流起到阻滯作用含水介質(zhì)對(duì)水流起到阻滯作用延長(zhǎng)過(guò)水時(shí)間延長(zhǎng)過(guò)水時(shí)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(chǔ)水能力含水介質(zhì)的儲(chǔ)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(bǔ)給資源 補(bǔ)給資源：補(bǔ)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(bǔ)給量含水系統(tǒng)的地下水多年平均年補(bǔ)給量BA1.3.2 地下水資源儲(chǔ)存資源 儲(chǔ)存資源：儲(chǔ)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(kù)庫(kù)容）下水庫(kù)庫(kù)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(zhǎng)期持續(xù)性（永續(xù)發(fā)展的需要）長(zhǎng)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(shí)時(shí)供水時(shí)時(shí)供水一個(gè)含水系統(tǒng)能夠一個(gè)含水系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期持續(xù)長(zhǎng)期持續(xù)提供的水量是多少？提供的水量是多少？補(bǔ)給資源補(bǔ)給資源 補(bǔ)給資源的供水意義補(bǔ)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(bǔ)給資源含水系統(tǒng)的多年平均補(bǔ)給資源 =含水系統(tǒng)的含水系統(tǒng)的多年平均補(bǔ)給量多年平均補(bǔ)給量在某些特殊情況下在某些特殊情況下可以大于補(bǔ)給量：可以大于補(bǔ)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(bǔ)給增加）河流入滲補(bǔ)給增加不同類型含水系統(tǒng)的補(bǔ)給條件不同，供水意義也不同不同類型含水系統(tǒng)的補(bǔ)給條件不同，供水意義也不同1.4.1 補(bǔ)給

10、資源的供水意義l注意：注意：河流入滲增加的代價(jià)河流入滲增加的代價(jià)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(shí)驗(yàn)中：承壓水模擬演示實(shí)驗(yàn)中：抽取地下水抽取地下水承壓水從外界獲得的補(bǔ)給量增加了。承壓水從外界獲得的補(bǔ)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(chǔ)存資源的供水意義l儲(chǔ)存資源的供水意義儲(chǔ)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(gè)含水系統(tǒng)的補(bǔ)給資源很大，但動(dòng)態(tài)很不穩(wěn)定時(shí)當(dāng)一個(gè)含水系統(tǒng)的補(bǔ)給資源很大，但動(dòng)態(tài)很不穩(wěn)定時(shí)，作為供水源地，儲(chǔ)存資源就起到很大的調(diào)節(jié)作用，

11、作為供水源地，儲(chǔ)存資源就起到很大的調(diào)節(jié)作用旱季借用儲(chǔ)存資源的水，騰空庫(kù)容，雨季再補(bǔ)充償還旱季借用儲(chǔ)存資源的水，騰空庫(kù)容，雨季再補(bǔ)充償還沒(méi)有儲(chǔ)存資源再豐富的補(bǔ)給資源也無(wú)法利用沒(méi)有儲(chǔ)存資源再豐富的補(bǔ)給資源也無(wú)法利用白白流白白流走！走！l 補(bǔ)給與儲(chǔ)存資源的關(guān)系：補(bǔ)給與儲(chǔ)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(dòng)態(tài)與均衡的概念地下水動(dòng)態(tài)與均衡的概念地下水動(dòng)態(tài)：地下水動(dòng)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(shí)間的變化狀況。等隨時(shí)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(bǔ)補(bǔ)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(shí)質(zhì)上是由含水系統(tǒng)地下水的水位、水質(zhì)的變化實(shí)質(zhì)上是由含水系統(tǒng)中地下水的補(bǔ)給量、排泄量、儲(chǔ)存量變化的綜合中地下水的補(bǔ)給量、排泄量、儲(chǔ)存量變化的綜合表現(xiàn)表現(xiàn)。研究補(bǔ)給量與排泄量收支的數(shù)量關(guān)系就是地下水的均衡問(wèn)題。研究補(bǔ)給量與排泄量收支的數(shù)量關(guān)系就是地下水的均衡問(wèn)題。第二節(jié)第二節(jié) 地下水動(dòng)態(tài)與均衡地下水動(dòng)態(tài)與均衡

13、水均衡概念：水均衡概念：在在某一時(shí)段某一時(shí)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(dòng)態(tài)與均衡的研究意義動(dòng)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(shí)含水系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)辯識(shí)地下水資源計(jì)算和管理地下水資源計(jì)算和管理一、地下水動(dòng)態(tài)的形成機(jī)制一、地下水動(dòng)態(tài)的形成機(jī)制 降水降水補(bǔ)給地下水系統(tǒng)補(bǔ)給地下水系統(tǒng)水位上升水位上升動(dòng)態(tài)變化動(dòng)態(tài)變化 激勵(lì)激勵(lì)脈沖式的降水脈沖式的降水 響應(yīng)響應(yīng)波狀信號(hào)的信息波狀信號(hào)的信息l地下水

14、水位對(duì)外界輸入（降水）響應(yīng)的地下水水位對(duì)外界輸入（降水）響應(yīng)的特點(diǎn)特點(diǎn)：（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(lì)（或輸入）而引起的系統(tǒng)響應(yīng)（或輸出）的因外界激勵(lì)（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(shí)間的變化程度用某要素（水位）隨時(shí)間的變化程度用穩(wěn)定性穩(wěn)定性來(lái)恒量來(lái)恒量 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 變化幅度小變化幅度小 動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定 變化幅度大變化幅度大2.1 2.1 地下水動(dòng)態(tài)地下水動(dòng)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(duì)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(duì)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(gè)地區(qū)地下水動(dòng)態(tài)的氣候與水文因素決定了一個(gè)地區(qū)地下水動(dòng)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(duì)滯后時(shí)，延遲時(shí)和變幅的影響對(duì)滯后時(shí)，延遲時(shí)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(bǔ)給區(qū)較排泄區(qū)：一般而言，補(bǔ)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(kāi)采、灌溉、排水、污水排放開(kāi)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(dòng)態(tài)地下水動(dòng)態(tài)三、三、 地下水動(dòng)態(tài)類型地下水動(dòng)態(tài)類型分天然型和人工開(kāi)采型分天然型和人工開(kāi)采型天然型動(dòng)態(tài)按地下水的排泄方式及水交替程度劃分：天然型動(dòng)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(dòng)態(tài)特點(diǎn)是年水位變幅小，各處變幅接近，水質(zhì)季節(jié)地；動(dòng)態(tài)特點(diǎn)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(dòng)態(tài)特點(diǎn)是年水

17、位變幅大且不均勻山區(qū)及山前；動(dòng)態(tài)特點(diǎn)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?。?，水質(zhì)季節(jié)變（分水嶺到排泄區(qū)，年水位變幅由大變?。?，水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，朝淡化方向發(fā)展。化不明顯，朝淡化方向發(fā)展。弱徑流型：弱徑流型：氣候濕潤(rùn)的平原和盆地；動(dòng)態(tài)特點(diǎn)是水位變幅氣候濕潤(rùn)的平原和盆地；動(dòng)態(tài)特點(diǎn)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(dòng)態(tài)地下水動(dòng)態(tài)均衡：均衡：某一某一時(shí)間段時(shí)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(jì)算所選定的區(qū)域（三維的）；可以是地下水：均衡計(jì)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(jì)算的時(shí)間段；可長(zhǎng)可短：均衡計(jì)算的時(shí)間段；可長(zhǎng)可短 均衡方程式均衡方程式：A - B = WA - B = W A A收入項(xiàng)收入項(xiàng)( (補(bǔ)給量）；補(bǔ)給量）；B B支出項(xiàng)（排泄量）；支出項(xiàng)（排泄量）； WW均衡時(shí)段內(nèi)，均衡區(qū)的儲(chǔ)存量的變化量均衡時(shí)段內(nèi)，均衡區(qū)的儲(chǔ)存量的變化量 對(duì)于一個(gè)地區(qū)，多年中氣候處于平均狀態(tài)，故對(duì)于一個(gè)地區(qū)，多年中氣候處于平均狀態(tài)，故 Q Q補(bǔ)補(bǔ)= =Q Q排排 人為活動(dòng)影響下：正均