9-地下水資源量的計算與評價

1、第九章 地下水資源量的計算與評價 地下水資源評價包括地下水水質(zhì)評價和地下水水量評價兩個方面。本章主要介紹地下水資源量的計算與評價 。1第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類 2 地下水允許開采量的計算方法 3 地下水資源評價 2第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類 一、地下水資源的特點 地下水資源，既不同于固體礦產(chǎn)資源，也不同于地表水資源，有它自己的特點?？梢愿爬橄到y(tǒng)性、流動性、可恢復(fù)性、可調(diào)節(jié)性等四個方面的特點。 1、系統(tǒng)性 所謂系統(tǒng)性，是指由一定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)組織而成的、具有密切水力聯(lián)系的統(tǒng)一整體。 3第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水

2、資源的特點及分類一、地下水資源的特點1、系統(tǒng)性人類對地下水資源的認識從水井(水源地)評價發(fā)展到含水層、含水巖組，直到含水系統(tǒng)整體評價。 過去，人們把具有密切水力聯(lián)系的統(tǒng)一整體，人為分割為相互獨立的含水層或單元，分別進行水量、水質(zhì)的評價，并用這種評價結(jié)果指導(dǎo)地下水資源的開發(fā)利用，結(jié)果導(dǎo)致各地爭水、水質(zhì)惡化、環(huán)境質(zhì)量日趨下降。4第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類一、地下水資源的特點2、流動性 地下水資源是流體，在補給、徑流、排泄的過程中，不斷循環(huán)流動，因此地下水資源是動態(tài)資源。地下水資源的數(shù)量和質(zhì)量隨外界條件變化而變化。 在任一地點獲取的地下水量，都是以周圍地段甚至整個系

3、統(tǒng)的水量為代價的。那種將流經(jīng)本地區(qū)(段)的地下水視為已有的資源觀，顯然違背了水資源流動性這一客觀事實 5第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類一、地下水資源的特點3、可恢復(fù)性 又稱為可再生性。地下水始終處于流動狀態(tài)，在不斷接受外界水量和溶質(zhì)補充的同時，也將系統(tǒng)內(nèi)部水量連同水中所含的物質(zhì)排泄出去。在天然條件下，補、排水量在多年間可以大體平衡，各地段水量和水質(zhì)保持相對穩(wěn)定。在地下水開發(fā)利用過程中，如果系統(tǒng)排出的水量不超過某一特定值，則大部分水量可以通過外界的補給得到補償。 地下水資源的可恢復(fù)性是地下水資源可持續(xù)利用的保證。 6第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的

4、特點及分類一、地下水資源的特點4、可調(diào)節(jié)性 調(diào)節(jié)性主要是針對水量而言，指地下水在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的作用下，使不連續(xù)的降水和水量輸入變?yōu)橄鄬B續(xù)、均勻輸出的這種自然特性。一般來說，地表水系統(tǒng)的水量調(diào)節(jié)能力較差，水量、水位的動態(tài)變化與降水過程極為密切，滯后、延遲效應(yīng)均不明顯，獲得的降水補給量可以快速地排出。 7第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類一、地下水資源的特點4、調(diào)節(jié)性 與地表水相比，地下水更具有調(diào)節(jié)性。集中的降水補給可積蓄在季節(jié)變動帶中，然后緩慢釋放，緩慢徑流的路程效應(yīng)可平抑各處來水的波動，發(fā)揮削峰填谷的作用。 8第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類

5、二、地下水資源的分類 20世紀70年代以前，我國采用前蘇聯(lián)的地下水儲量分類，即分為動儲量、靜儲量、調(diào)節(jié)儲量和開采儲量四類。 動儲量：單位時間內(nèi)流經(jīng)含水層（帶）橫斷面的地下水體積，即地下水的天然徑流量； 靜儲量：地下水位年變動帶以下含水層（帶）中儲存的重力水體積； 調(diào)節(jié)儲量：地下水位年變動帶內(nèi)重力水的體積； 開采儲量：用技術(shù)經(jīng)濟合理的取水工程，能從含水層中取出的水量，并要求開采期內(nèi)不發(fā)生水量減少、水質(zhì)惡化等不良后果。9第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類二、地下水資源的分類 20世紀70年代后期，我國提出了自己的地下水資源分類，該方案于于1989年由國家計劃委員會正式批準

6、為國家標準(GBJ27-88)。 中華人民共和國建設(shè)部于2001年頒布的國家標準供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范(GB50027-2001)中仍執(zhí)行該方案。 該方案將地下水資源劃分為補給量、儲存量和允許開采量三類： 10第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類二、地下水資源的分類 1、補給量指天然狀態(tài)或開采條件下，單位時間內(nèi)，通過各種途徑進入含水層（或含水系統(tǒng)）的水量。一般包括地下水徑流補給量、大氣降水的入滲補給量、地表水的入滲補給量、越流補給量和人工補給量等。 2、儲存量 指地下水在補給與排泄過程中，某一時間段內(nèi)在含水層（或含水系統(tǒng)）中儲存的重力水體積。 11第九章 地下水資源量的計

7、算與評價 1 地下水資源的特點及分類二、地下水資源的分類 2、儲存量 在潛水含水層中，儲存量的變化主要反映為水體積的改變，稱為體（容）積儲存量，可用下式計算： W = F h 式中：W地下水的儲存量(m3)； 含水層的給水度； F潛水含水層的面積(m2)； h潛水含水層的厚度(m) 。12第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類二、地下水資源的分類 2、儲存量 在承壓含水層中，壓力水頭的變化主要反映彈性水的釋放，稱為彈性儲存量，可按下式計算：W彈*F h 式中：W彈承壓水的彈性儲存量(m3)； *貯水(或釋水)系數(shù)； F 承壓含水層的面積(m2)； h 承壓含水層自頂板算起

8、的壓力水頭高度(m)。 13第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類二、地下水資源的分類 3、允許開采量 又稱可開采量，指通過技術(shù)經(jīng)濟合理的取水構(gòu)筑物，在整個開采期內(nèi)出水量不會減少，動水位不超過設(shè)計要求，水質(zhì)和水溫變化在允許范圍內(nèi)，不影響已建水源地正常開采，不發(fā)生危害性環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象等前題下，單位時間內(nèi)從含水系統(tǒng)或取水地段中能夠取得的水量。 簡言之，允許開采量就是用合理的取水工程，能從含水系統(tǒng)或取水地段中取得出來，但不會引起一切不良后果的最大出水量。 14第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類二、地下水資源的分類 4、允許開采量的組成（1）允許開采量與開

9、采量的關(guān)系允許開采量與開采量是不同的概念。開采量是指目前正在開采的水量或預(yù)計開采量，它只反映了取水工程的產(chǎn)水能力。開采量不應(yīng)大于允許開采量；否則，會引起不良后果。 允許開采量的大小取決于地下水的補給量和儲存量的大小，同時還受技術(shù)經(jīng)濟條件的限制。 15第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類二、地下水資源的分類 4、允許開采量的組成（2）允許開采量的組成地下水在開采以前，雨季補給量大于消耗量，含水層內(nèi)儲存量增加，水位抬高，流速增大；雨季過后，消耗量大于補給量，儲存量減少，水位下降，流速減小。從一個周期的時間來看，這段時間的總補給量和總消耗量是接近相等的，即Q補Q排。 16第九

10、章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類二、地下水資源的分類 4、允許開采量的組成（2）允許開采量的組成在人工開采地下水時，天然排泄量減少，補給量增加，即為補給增量。在開采狀態(tài)下，可以用下面水均衡方程表示： （Q補 + Q補）（Q排Q排）Q開 Fh/t式中：Q補開采前的天然補給量（m3d）； Q補開采時的補給增量（m3d）； Q排開采前的天然排泄量(m3d)； Q排開采時天然排泄量減少值（m3d）； Q開人工開采量（m3d）；17第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類二、地下水資源的分類 4、允許開采量的組成（2）允許開采量的組成在開采狀態(tài)下，可以用下面水

11、均衡方程表示： （Q補 + Q補）（Q排Q排）Q開 Fh/t式中：含水層的給水度； F開采時引起水位下降的面積（m2）； t 開采時間（d）； h在t時間段內(nèi)開采影響范圍內(nèi)的平均水位降（m）。 18第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類二、地下水資源的分類 4、允許開采量的組成（2）允許開采量的組成由于天然補給量與天然排泄量近似相等，即Q補Q排，并且開采量在數(shù)值上已接近或等于允許開采量，所以： Q允開 Q補 +Q排 + Fh/t 這個方程表明，允許開采量實質(zhì)上是由三部分組成的： 1）增加的補給量（Q補），可稱為開采奪取量； 2）減少的天然排泄量（Q排），可稱為開采截取量；

12、 3）可動用的儲存量（Fh/t）。19第九章 地下水資源量的計算與評價 1 地下水資源的特點及分類 2 地下水允許開采量的計算方法 3 地下水資源評價 20第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法 計算地下水的允許開采量是地下水資源評價的核心問題。計算允許開采量的方法，也稱為地下水資源評價方法。由于各地水文地質(zhì)條件的差異，已有資料詳細程度不同，以及對計算成果要求的精度不同，可以采用不同的計算方法。 目前應(yīng)用較廣泛的計算方法主要有水量均衡法、解析法、數(shù)值法、相關(guān)外推法、開采抽水法和“黑箱法”等。 為了保證計算結(jié)果的準確性，在實際工作中應(yīng)根據(jù)資料情況、評價的目的和計算方法的

13、適用范圍選用多種方法計算，以便進行比較、驗證。 21第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法一、水量均衡法 1、基本原理 水量均衡法是水量計算中最常用、最基本的方法。一個均衡區(qū)內(nèi)的含水層系統(tǒng)，在任一時段t內(nèi)補給量與排泄量之差，恒等于此含水層系統(tǒng)中水體積的變化量。據(jù)此可以建立水均衡方程式： Q補Q流入Q越入Q河滲Q雨滲Q人補（m3/d）； Q排Q流出Q越出Q溢出Q蒸發(fā)Q實開（m3/d）22第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法一、水量均衡法1、基本原理 由前述對允許開采量的分析可知，如果是穩(wěn)定型開采動態(tài)，則允許開采量為：如果是合理的消耗型開采動態(tài)

14、，則為：式中，Q排減少的排泄量 ；Q補為開采時增加的補給量；Smax為最大允許降深；T為開采年限，一般取50100a。 23第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法一、水量均衡法1、基本原理 補給量Q補和排泄量Q排的組成項目很多，要根據(jù)具體條件來確定它們的組成，從而建立水均衡方程。例如，我國南方的巖溶水地區(qū)，主要補給來源是Q雨滲和Q河滲，其次是側(cè)向流入Q流入，排泄項中主要是Q溢出，其次是Q流出及Q蒸發(fā)。只要采用恰當(dāng)?shù)拈_采方式，可以充分截取補給，減少排泄，則計算允許開采量的公式可簡化為： Q允開Q雨滲十Q河滲 用補給量作為允許開采量24第九章 地下水資源量的計算與評價 2

15、 地下水允許開采量的計算方法一、水量均衡法2、計算步驟 步驟1：劃分均衡區(qū) （1）在區(qū)域地下水資源量計算中，以地下水系統(tǒng)邊界圈定的范圍為均衡區(qū)； （2）局域地下水水量計算中，均衡區(qū)需要人為劃分，均衡區(qū)的邊界盡量選擇天然邊界或地下水交換量容易確定的邊界； （3）如果均衡區(qū)面積大，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，均衡要素差別大，還可以根據(jù)含水介質(zhì)成因類型和地下水類型的組合作為分區(qū)依據(jù)。例如在基巖山區(qū)平原地區(qū)，可分為基巖山區(qū)裂隙水、平原區(qū)松散孔隙水等一級子區(qū)；25第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法一、水量均衡法2、計算步驟 步驟1：劃分均衡區(qū) （4）如果同一區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)條件還有較大

16、差異，可以按不同的定量指標劃分為若干段。分段指標通常是含水層導(dǎo)水系數(shù)、給水度、水位埋深、動態(tài)變幅及包氣帶巖性等，以便于測定均衡要素為原則。 步驟2：確定均衡期 均衡期一般以年為單位，也可將旱季、雨季分開來計算，這樣可以簡化均衡方程中的項目。26第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法一、水量均衡法 步驟3：確定均衡要素，建立均衡方程 均衡要素指通過均衡區(qū)的邊界流入和流出水量項的總稱。進入的水量項稱為補給項，流出的水量項稱為排泄項。 （1）分析各個均衡區(qū)有哪些均衡要素； （2）確定天然條件下補給量和排泄量； （3）確定開采條件下的補給增量和可能減少的消耗量； （4）建立均

17、衡方程。27第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法一、水量均衡法 步驟3：確定均衡要素，建立均衡方程 為了取得較準確的計算資料，最好在每個均衡區(qū)選擇一個有代表性的地段做小范圍的均衡試驗，實際測定各項均衡要素的數(shù)值，取得計算所需的參數(shù)，然后用以計算整個均衡區(qū)的各種補給量和排泄量。 28第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法一、水量均衡法2、計算步驟 步驟4：計算和評價 （1）計算：將各項均衡要素值代入均衡式中，計算出補給量與排泄量的差值，看地下水儲存量的變化是否與之相符，如果不符，審查各均衡要素的計算是否準確，作適當(dāng)修改，使方程平衡為止。 （2

18、）評價：一般以可能減少的排泄量加上實際已開采量作為總的允許開采量，或以總補給量作為允許開采量的極限。 （3）如果儲存量很大，可以動用時，應(yīng)確定最大允許降深值Smax，將此范圍內(nèi)的儲存量逐年分配到開采量中，開采期限一般取50-100a。29第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法一、水量均衡法2、計算步驟 步驟4：計算和評價 （4）在實際計算中，常常是根據(jù)多年的動態(tài)觀測資料分析，計算不同保證率典型年的水均衡，可評價允許開采量的保證程度。某水源地的水均衡計算結(jié)果見表9-1。 從表9-1中可見，枯水年是負均衡，即每年計劃增開3185104m3時，尚需借用儲存量2398104m

19、3，使區(qū)域水位降深增加2.68m，但在平水年可節(jié)余5198104m3，是可以將枯水年借用量補償回來的。 30第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法一、水量均衡法2、計算步驟 表9-1 某水源地水均衡計算結(jié)果（單位：104m3）典型年份Q雨滲Q流入Q河滲Q補QQ補- Q排S（m）枯水年（保證率p97）42780419903266-2398 5198-2.68+3.02平水年（保證率p50）83680470068646典型年份Q計開Q農(nóng)開Q工開Q排枯水年（保證率p97）318522162635664平水年（保證率p50）31850263344831第九章 地下水資源量的計

20、算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法一、水量均衡法3、適用條件 水量均衡法原則上可以適用于任何水文地質(zhì)條件和開采條件： （1） 可做區(qū)域資源評價，也可用于局部資源評價； （2） 適用于山區(qū)基巖裂隙水，更適合于平原區(qū)的孔隙水； （3）可用于潛水區(qū)，也可用于承壓水區(qū)。 但因均衡要素不易測準，所以目前主要用于平原潛水區(qū)。 32完成下列限制開采深度多年調(diào)節(jié)計算表，其中=0.048,限制埋深為7.0m，起調(diào)埋深為3.0m. P198地下水凈補給量地下水計劃開采量開采量修正值地下水位變幅多年調(diào)節(jié)年末埋深地下水年內(nèi)變幅年變幅修正值多年調(diào)節(jié)年最大埋深計算值實際的年最大埋深(mm)(mm)(mm)升(m)降

21、(m)(m)(m)(m)(m)(m)64.8062.300.055.601.306.956.95165.0090.00(23.04)(2.04)(3.56)1.88(0.48)(7.48)(7.00)63.8096.400.68(4.24)2.01(5.57)5.57240.4082.303.29(3.00)1.705.945.9445.5368.300.47(3.47)1.43(4.43)(4.43)191.4062.30(2.69)(3.00)1.30(4.77)(4.77)0.48*1000*0.048165-(90-23.04)/(1000*0.048)5.60-2.043.56+2.

22、01(96.4-63.8)/(1000*0.048)4.24+3.2933第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法四、補償疏干法 1、概述 補償疏干法適用于含水層分布范圍有限，但有較大儲存量可充分調(diào)節(jié)，地下水補給在時間上分配不均的北方地區(qū)。 如季節(jié)性河的河谷地區(qū)、構(gòu)造斷塊巖溶發(fā)育地區(qū)等。這些地區(qū)由于地下水常年補給不足且分配不均，按一般天然補給量進行評價時，容易得出可開采量較貧乏的結(jié)論。 進行地下水評價時，應(yīng)利用雨季補給充足的特點，充分利用儲存量的調(diào)節(jié)作用維持開采，在旱季騰出儲水空間，等雨季或豐水年得到全部補償，這樣可以大大增加地下水補給量，因而擴大了地下水的開采價值。這

23、種方法稱為補償疏干法。34第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法四、補償疏干法 2、使用條件 用這種方法評價時必須符合兩個條件：一是可借用的儲存量必須滿足旱季開采；二是雨季的補給量除了滿足當(dāng)時開采外，多余的補給量能把旱季借用的儲存量全部補償回來。 35第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法四、補償疏干法 3、評價的步驟（1）計算旱季的開采量在旱季進行開采抽水試驗，因為補給量極小，基本上靠疏干含水層來維持抽水，所以抽水過程中水量均衡式為： 式中：F單位儲存量(m3d) ；Q旱抽旱季抽水量(m3d)； t、S抽水過程中水位急速下降后開始平穩(wěn)等速下

24、降的延續(xù)時間(d)和相應(yīng)的水位下降值(m)。 t0、s0開采抽水開始等幅下降時間(d)及相應(yīng)的水位下降值(m) t1、s1抽水的延續(xù)時間(d)和相應(yīng)的水位下降值(m) 36第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法四、補償疏干法 3、評價的步驟 （1）計算旱季的開采量t0S037第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法四、補償疏干法 3、評價的步驟（1）計算旱季的開采量 求出單位儲存量后，再根據(jù)含水層的厚度和最大設(shè)計降深Smax，查明整個旱季時間T，則可以計算旱季的每天最大開采量(Q旱開)，即： 式中：S0抽水開始等幅下降時井中的水位降深(m)。 38第九章 地下水資源量的計算與評價 2 地下水允許開采量的計算方法四、補償疏干法 3、評價的步驟（2）計算雨季補給量地下水雨季補給量除了保證雨季的開采外，多余部分會補償借用的儲存量，引起水位等幅回升。因此雨季補給量等于抽水量與補償量之和，即： 式中 F-水位回升時的單位補償量，與水位下降時的單位儲存量近似相等； S/t-雨季水位回升速率（md），根據(jù)旱季至