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 。 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 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 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。可以概括為系統(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。 第九章 地下水資源量的計算與評

2、價 1 1 地下水資源的特點及分類 一、地下水資源的特點 1、系統(tǒng)性 人類對地下水資源的認(rèn)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(jìn)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。 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 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。

3、 在任一地點獲取的地下水量，都是以周圍地段甚 至整個系統(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 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 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

4、資源可持續(xù)利用 的保證。 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 1 地下水資源的特點及分類 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。 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 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

5、平抑各處來水的波動，發(fā)揮削峰填谷的作用。 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 1 地下水資源的特點及分類 二、地下水資源的分類 20世紀(jì)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(jì)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。 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 1 地下水資源的特點及分

6、類 二、地下水資源的分類 2020世紀(jì)7070年代后期，我國提出了自己的地下水資源分類， 該方案于于19891989年由國家計劃委員會正式批準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn) (GBJ27-88)(GBJ27-88)。 中華人民共和國建設(shè)部于20012001年頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)供水 水文地質(zhì)勘察規(guī)范(GB50027-2001)(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： 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 1 地下水資源的特點及分類 二、地下水資源的分類 1 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(jìn)入含水層（或含水系統(tǒng)）的水量。 一般

7、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 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。 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 1 地下水資源的特點及分類 二、地下水資源的分類 2 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 hW = F h 式中：W地下水的儲存量(m(m3 3) )； 含水層的給水度； F潛水含水層的面積(m(m2 2) )； h潛水含水層的厚度(m)(m) 。 第九章 地下水資源量的計算與評價 1

8、 1 地下水資源的特點及分類 二、地下水資源的分類 2 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 W彈* *F h F h 式中：W W彈承壓水的彈性儲存量(m(m3 3) )； * *貯水( (或釋水) )系數(shù)； F F 承壓含水層的面積(m(m2 2) )； h h 承壓含水層自頂板算起的壓力水頭高度(m)(m)。 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 1 地下水資源的特點及分類 二、地下水資源的分類 3 3、允許開采量 又稱可開采量，指通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)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

9、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。 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 1 地下水資源的特點及分類 二、地下水資源的分類 4 4、允許開采量的組成 （1）允許開采量與開采量的關(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

10、大 小，同時還受技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的限制。 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 1 地下水資源的特點及分類 二、地下水資源的分類 4 4、允許開采量的組成 （2 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 Q補Q Q排。 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 1 地下水資源的特點及分類 二、地下水資源的分類 4 4、允許開采量的組成 （2 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

11、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 Q補 + Q+ Q補）（Q Q排QQ排）Q Q開 Fh/tFh/t 式中：Q Q補開采前的天然補給量（m m3 3d d）； QQ補開采時的補給增量（m m3 3d d）； Q Q排開采前的天然排泄量(m(m3 3d)d)； QQ排開采時天然排泄量減少值（m m3 3d d）； Q Q開人工開采量（m m3 3d d）； 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 1 地下水資源的特點及分類 二、地下水資源的分類 4 4、允許開采量的組成 （2 2）允許開采量的組成 在開采狀態(tài)下，可以用下面水均衡方程表示： （Q Q補 + Q+ Q

12、補）（Q Q排QQ排）Q Q開 Fh/tFh/t 式中：含水層的給水度； F F開采時引起水位下降的面積（m m2 2）； t t 開采時間（d d）； hh在tt時間段內(nèi)開采影響范圍內(nèi)的平均水位降（m m）。 第九章 地下水資源量的計算與評價 1 1 地下水資源的特點及分類 二、地下水資源的分類 4 4、允許開采量的組成 （2 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 Q補Q 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 Q 允開 QQ補 +Q+Q排 + + Fh/tFh/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 1）增加的補給量（QQ補

13、），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； 3）可動用的儲存量（Fh/t）。 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 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 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(xì)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

14、。 為了保證計算結(jié)果的準(zhǔn)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適用范圍選用多種方法計算， 以便進(jìn)行比較、驗證。 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 2 地下水允許開采量的計算方法 一、水量均衡法 1 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） )(QQ潛水 排補 t h F )(QQ承壓水 排補 t h F 第九章 地下水資源量的計算

15、與評價 2 2 地下水允許開采量的計算方法 一、水量均衡法 1 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)，則為： 式中，QQ排減少的排泄量 ；QQ補為開采時增加的補給 量；SmaxSmax為最大允許降深；T T為開采年限，一般取5050100a100a。 ）（ 排補允 d m 3 QQQ ）（ 排補允 d m T S F 3 max 365 QQQ 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 2 地下水允許開采量的計算方法 一、水量均衡法 1 1、基本原理 補給量Q Q補和排泄量Q Q排的組成項目很多，要根據(jù)具體條 件來確定它們

16、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 Q雨滲 和Q Q河滲，其次是側(cè)向流入Q Q流入，排泄項中主要是Q Q溢出，其 次是Q Q流出及Q 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 Q允開Q Q雨滲十Q Q河滲 用補給量作為允許開采量 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 2 地下水允許開采量的計算方法 一、水量均衡法 2 2、計算步驟 步驟1 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

17、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)； 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 2 地下水允許開采量的計算方法 一、水量均衡法 2 2、計算步驟 步驟1 1：劃分均衡區(qū) （4）如果同一區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)條件還有較大差異，可以 按不同的定量指標(biāo)劃分為若干段。分段指標(biāo)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

18、旱季、雨季分開來 計算，這樣可以簡化均衡方程中的項目。 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 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(jìn)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）建立均衡方程。 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 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(zhǔn)確的計算資料，最好在每個均衡區(qū)選 擇

19、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。 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 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(zhǔn)確，作適當(dāng)修改， 使方程平衡為止。 （2）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

20、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。 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 2 地下水允許開采量的計算方法 一、水量均衡法 2 2、計算步驟 步驟4 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(fù)均衡，即每年計劃增開 3185104m3時，尚需借用儲存量2398104m3，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。 第九章 地下水資源量的計算

21、與評價 2 2 地下水允許開采量的計算方法 一、水量均衡法 2 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）318502633448 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 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

22、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(zhǔn)，所以目前主要用于平原潛 水區(qū)。 (mm)(mm)(mm)升(m)降(m)(m)(m)(m)(m)(m) 535330307 747)47)3 343)43)43)43) 0.48*1000*0.048 165-(90-23.04)/(1000*0.048) 5.60-2.04 3.56+2.01 (96.4- 63.8)/(1000*0.048 ) 4.24+3.29 第九章 地下水資源量的計算與評

23、價 2 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(jìn) 行評價時，容易得出可開采量較貧乏的結(jié)論。 進(jìn)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(kuò)大了地下水的開采價值。這種方法稱為補償疏干法。 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 2 地下水允許開采量的計

24、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。 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 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 1）計算旱季的開采量 在旱季進(jìn)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：FF單位儲存量(m(m3 3d)d) ；Q Q 旱抽 旱季抽水量(m(m3 3d)d)； tt、SS抽水過程中水位急速下降后開始平穩(wěn)等速下降的延 續(xù)時間(d)(d)

25、和相應(yīng)的水位下降值(m)(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) t F S Q 旱抽 01 01 ss tt Q 旱抽旱抽 s t QF 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 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 1）計算旱季的開采量 t0 S0 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 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SmaxSmax，查明整個旱季時間T T，則可以

26、計算旱季的每天最大 開采量(Q(Q 旱開 ) )，即： 式中：S S0 0抽水開始等幅下降時井中的水位降深(m)(m)。 旱 旱開 T SS Q 0max F 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 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 至雨季的抽水試驗資料求得； Q雨抽-雨季抽水試驗的抽水量（m3d） t F S QQ 雨抽雨補 第九章 地下水資源量的計算與評價 2 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 （3 3）評價允許開采量