地下水資源評(píng)價(jià)(全套教學(xué)課件)

1、Q補(bǔ)為計(jì)算期間內(nèi)地下水系統(tǒng)各補(bǔ)給量總和（m3/d）；Q排為計(jì)算期間內(nèi)地下水系統(tǒng)各排泄量總和（m3/d）；Q儲(chǔ)為計(jì)算期間內(nèi)地下水系統(tǒng)儲(chǔ)存量的變化量（m3/d）。儲(chǔ)排補(bǔ)QQQ儲(chǔ)排補(bǔ)QQQ補(bǔ)排補(bǔ)QQnQnniinii1111iniQn補(bǔ)11iniQn排11（Qb+Qb）-（Qp-Qp）Qk= Qc 上式簡化為：Qk=Qb+Qp+QcywaterclowwatersionprecipatatQQQQQQinf補(bǔ)s wateroutflowpumpyspringQQQQQQ排niiiihFQ1n水量均衡法的水量均衡法的用途用途n主要評(píng)價(jià)各種條件下的地下水補(bǔ)給資源量主要評(píng)價(jià)各種條件下的地下水補(bǔ)給資源量n初

2、步確定地下水可開采資源量，或?yàn)榇_定地下水可初步確定地下水可開采資源量，或?yàn)榇_定地下水可開采資源量提供依據(jù)。開采資源量提供依據(jù)。n適用條件適用條件n理論上，可適用于任何地下水系統(tǒng)的水資源評(píng)價(jià)理論上，可適用于任何地下水系統(tǒng)的水資源評(píng)價(jià)n區(qū)域地下水資源評(píng)價(jià)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，其它方區(qū)域地下水資源評(píng)價(jià)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，其它方法難以應(yīng)用法難以應(yīng)用n水量均衡評(píng)價(jià)的主要步驟：n建立水文地質(zhì)概念模型確定均衡要素 n劃分均衡計(jì)算區(qū) n確定水文地質(zhì)參數(shù) n確定均衡期，分項(xiàng)計(jì)算各補(bǔ)給量和排泄量 n利用地下水動(dòng)態(tài)資料，計(jì)算儲(chǔ)存量的變化量 n利用儲(chǔ)存量的變化值，檢驗(yàn)計(jì)算年的地下水補(bǔ)給量 n確定和計(jì)算地下水補(bǔ)給資源量

3、n格爾木河沖洪積扇是柴達(dá)木盆地地下水富集地段之一，地下水流域與地表水流域分布范圍一致，為一完整的地下水系統(tǒng)。n根據(jù)地下水系統(tǒng)水文地質(zhì)特征、邊界條件、水動(dòng)力參數(shù)、水位、流量在地下水系統(tǒng)中的空間分布情況，可建立如下概念模型：n邊界條件。南邊界由于地表水開始大量滲入補(bǔ)給地下水，為補(bǔ)給邊界；北邊界是地下水溢出帶所在，為排泄邊界；東西兩側(cè)為沖洪積扇邊緣，以地下水流線作為邊界。n水動(dòng)力參數(shù)（T、）。根據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)資料求得并進(jìn)行分區(qū)，無抽水試驗(yàn)地區(qū)按類比或參考經(jīng)驗(yàn)參數(shù)給定。n根據(jù)地下水賦存條件、水理性質(zhì)及地貌特征，將研究區(qū)劃分為兩個(gè)亞系統(tǒng)，即礫石平原雙層型潛水承壓水亞系統(tǒng)（）、細(xì)土平原多層型潛水承壓水亞系

4、統(tǒng)（）。 圖圖 雙層型及多層型地下水系統(tǒng)雙層型及多層型地下水系統(tǒng) 表表31 地下水均衡計(jì)算表地下水均衡計(jì)算表 單位：104m3/a補(bǔ)補(bǔ)給給項(xiàng)項(xiàng)河水滲河水滲入量入量（Q1）渠系水滲渠系水滲入量（入量（Q2）庫區(qū)滲庫區(qū)滲漏量漏量（Q3）河谷孔隙河谷孔隙水入流量水入流量（Q4）基巖裂隙基巖裂隙水流入量水流入量（Q5）合計(jì)合計(jì)4.39340.10760.73290.43800.00185.673777.431.9012.927.720.03100.00排排泄泄項(xiàng)項(xiàng)泉水溢泉水溢出量出量（Q6）潛水蒸發(fā)潛水蒸發(fā)量量（Q7）人工開人工開采量采量（Q8）地下徑流流出量（地下徑流流出量（Q9）合計(jì)合計(jì)3.087

5、31.04020.17861.16055.466656.4819.033.2721.23100.00 補(bǔ)給項(xiàng)補(bǔ)給項(xiàng)-排泄項(xiàng)排泄項(xiàng)+0.2071基巖側(cè)向孔隙水潛入河川徑流總Q不同河岸水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的基流分割法FQMspring地表分水嶺地表分水嶺地下分地下分水嶺水嶺表表 3 3- -2 2 地蘇地區(qū)地下暗河流量計(jì)算值與實(shí)測值對(duì)比表地蘇地區(qū)地下暗河流量計(jì)算值與實(shí)測值對(duì)比表 測流位置 地下水類型 地下水徑流模數(shù) (m3/skm2) 補(bǔ)給面積 (km2) 計(jì)算流量 (m3/s) 實(shí)測流量(m3/s) 準(zhǔn)確度 (%) 備 注 六也百加 地下河天窗 60 0.24 0.20 83 地蘇南口 地下河天窗 65

6、 0.26 0.20 77 實(shí)測值是抽水試驗(yàn)所得到的最大涌水量 地蘇拉棠 地下河天窗 18 0.072 0.08 90 地蘇萬良 地下河天窗 14 0.056 0.06 93 是牽層裂隙溶洞水 大化達(dá)悟 地下河出口 0.004 44 0.176 0.155 88 相鄰水系 注：流量均為枯水期數(shù)據(jù)。據(jù)廣西壯族自治區(qū)水文工程地質(zhì)隊(duì)，1978 年。 抽補(bǔ)QQ恢復(fù)曲線恢復(fù)曲線水位降深曲線水位降深曲線近似直線下降近似直線下降tSFQQ抽補(bǔ)SQQFt補(bǔ)抽-30-25-20-15-10-504月30日5月10日5月20日5月30日6月9日6月19日6月29日S(m)tSFQQ抽補(bǔ)表表 3 34 4 解解聯(lián)聯(lián)

7、方方程程計(jì)計(jì)算算表表 聯(lián)立方程 和 和 和 和 平均值 Q補(bǔ) 3679 2813 2688 2659 2710 F 1042 473 611 763 723 從計(jì)算結(jié)果來看，不同時(shí)段組合所求出的 Q補(bǔ)相差不大，但F值變化較大，可能是由于裂隙發(fā)育不均勻和降落漏斗擴(kuò)展速度不均所致。 用水位恢復(fù)資料也可計(jì)算 Q補(bǔ)，其原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果列于表 35。 可以做出這樣的評(píng)價(jià)：本區(qū)的補(bǔ)給量有限，如果開采量超過 2700m3/d，則會(huì)引起水位大幅度下降。因此，有保證的地下水可開采資源量應(yīng)控制在 26002700 m3/d 之內(nèi)。 表表 3 35 5 水水位位恢恢復(fù)復(fù)計(jì)計(jì)算算表表 從計(jì)算結(jié)果來看，不同時(shí)段組合所

8、求出的 Q補(bǔ)相差不大，但F值變化較大，可能是由于裂隙發(fā)育不均勻和降落漏斗擴(kuò)展速度不均所致。 用水位恢復(fù)資料也可計(jì)算 Q補(bǔ)，其原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果列于表 35。 可以做出這樣的評(píng)價(jià)：本區(qū)的補(bǔ)給量有限，如果開采量超過 2700m3/d，則會(huì)引起水位大幅度下降。因此，有保證的地下水可開采資源量應(yīng)控制在 26002700 m3/d 之內(nèi)。 表表 3 35 5 水水位位恢恢復(fù)復(fù)計(jì)計(jì)算算表表 時(shí)段（月日） 水位恢復(fù)值（m） )/(dmts 平均抽水量 （m3/d） 采用公式 補(bǔ)給量（m3/d） 7.27.6 19.36 3.87 0 tsFQ補(bǔ) 2798 7.217.26 19.96 3.33 107 ts

9、FQQ抽補(bǔ) 2517 平均值 2658 SQQFt補(bǔ)抽野外常見的QS曲線 類 型 表達(dá)式 說 明 直線型 qsQ q為單位涌水量（m3dm） 拋物線型 2BQAQs 在QQs/ 坐標(biāo)系中為直線。A、B為待定系數(shù)。 冪函數(shù)型 BAsQ 在1gQ1gs坐標(biāo)系內(nèi)為直線。 對(duì)數(shù)型 sBAQlg 在Qlgs坐標(biāo)系中為直線。 旱季旱季雨季雨季下降迅速下降迅速等速下降等速下降開采量大于旱季開采量大于旱季補(bǔ)給能力補(bǔ)給能力tsFQ抽stQF抽旱開TSSFQ0max抽補(bǔ)QtsFQts365)(雨抽補(bǔ)TQtsFQmmssttQF/325880553.14)10150(7 .1761)(0101dmtSSFQ/2 .

10、18412535232588030max開開日補(bǔ)補(bǔ)6 .881127 . 0 rTtdmTQtsFQ/332.19633656 .88)1900)150199(7 .1125880365)(（雨抽補(bǔ)2.4 解析法：評(píng)價(jià)方法和步驟圖圖32 試驗(yàn)場和開采井位置圖試驗(yàn)場和開采井位置圖1.開采井及編號(hào)；2.觀測孔及編號(hào)；3.河道（據(jù)寒昌彬，1982）211()2niiiQSHHnW uK圖圖33 平行邊界影射井示意圖平行邊界影射井示意圖表 37 試驗(yàn)場參數(shù)及井的抽水量 含水層 第一段 第二段 第三段 井?dāng)?shù) 寬度(m) 長度(m) 厚度 (m) 9 500 8051 17 T=226.88(m2/d)

11、K=16.18 (m/d) =0.08 T=490.56 (m2/d) K=29.73 (m/d) =0.098 T=372.24 (m2/d) K=22.15 (m/d) =0.068 開采 總量(m3/d) 疏干 時(shí)間 (d) 井號(hào) 1 3 9 11 10 12 5 7 9 抽水量(m3/d) 400 300 600 800 800 573 672 449 386 4980 275 Sttyxse),(22*12*21*11*,41SSSSS。，atylatylatxlatxlyyxx22222121),(2,2)(*StatLatLSttSeyxeSttyxse),(22*12*21*1

12、1*,41SSSSS ),(2,2)(*StatLatLSttSeyxe2362. 0222105 . 7220002,372. 0222105 . 725500244atlyatlxamFt/1033.196442220002. 034680002. 0,272. 000258. 02227 . 66868 0 , 0)(0 , ),(0 , 0 0 , ),(0 , 0 , 321000222321tzyx nhKhhtzyxtyxqnhKtzyxnhtzyxhtzyxhtzyxppKzhzhKyhKxhKthtzyxzhKzyhKyxhKxthSnrntzzyxzyx3.2 2單元模型

13、設(shè)有一矩形潛水含水層（見圖a, b），其三面圍隔水邊界，另一邊為河流通過的補(bǔ)給邊界。已知含水層的幾何尺寸（2L, W），河流水位標(biāo)高為0。由于含水層的厚度很大，認(rèn)為含水層的導(dǎo)水系數(shù)（T）為常數(shù)，降水入滲強(qiáng)度為（N）。 可將含水層從平面上劃分為兩個(gè)相同的矩形單元，并設(shè)P1、P2分別為兩個(gè)單元的抽水量。求兩個(gè)單元的抽水量分別為P1和P2時(shí)，該含水層的穩(wěn)定水位。并評(píng)價(jià)地下水的補(bǔ)給資源量和可開采資源量。 2111122()(0)02()0hhhW TW TN L WPLLhhW TN L WPL 112212 344PhhTPhhT實(shí)際工作中，可以將網(wǎng)格剖分的足夠小，以滿足對(duì)精度的要求。二維矩形網(wǎng)格剖

14、分ii-1i+1jj-1j+1hi,j以二維矩形剖分為例，運(yùn)用質(zhì)量守恒原理和達(dá)西定律，可以推導(dǎo)出每一個(gè)矩形單元的均衡方程。設(shè)矩形為正方形，邊長x=y=常數(shù)，承壓含水層導(dǎo)水系數(shù)為T，儲(chǔ)水系數(shù)S，各單元的補(bǔ)排強(qiáng)度為，時(shí)間步長為t111111111,1,1,1,1,kkkkkkkkiji jiji ji ji ji ji jkkki ji jhhhhhhhhT yT yT xT xx ytS hhx yxxyy 11111,1,2211111,1,1,22()() ()()kkkkiji jiji jkkkkkki ji ji ji ji ji jkhhhhTTxxhhhhhhTTSyyt假設(shè)共有m

15、*n各網(wǎng)格，則可列出m*n個(gè)方程，剛好有m*n個(gè)未知水位，聯(lián)立求解可得到t時(shí)段模擬各網(wǎng)格平均水位值。Step by step含水層（體）的三維剖分?jǐn)?shù)值法解地下水模型流程圖n水文地質(zhì)條件分析 n地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（空間分布）及其參數(shù)n地下水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（D，T，C/P）n邊界條件和邊界值，最好以自然邊界作為基模型邊界，即以完整的水文地質(zhì)單元作為模擬區(qū)n建立水文地質(zhì)概念模型和數(shù)學(xué)模型 n水文地質(zhì)條件概化原則n所概化的水文地質(zhì)概念模型應(yīng)反映地下水系統(tǒng)的主要功能和特征 n概念模型應(yīng)盡量簡單明了 n概念模型應(yīng)盡量簡單明了0200040006000800010000120001400002000400060008

16、000100001200014000系統(tǒng)幾何形狀系統(tǒng)狀態(tài)系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)輸入基于網(wǎng)格的地下水?dāng)?shù)值模型12345678IIIIII面源（匯）分區(qū)點(diǎn)井分布鉆孔分布（各層標(biāo)高、水位標(biāo)高）參數(shù)分區(qū)底圖邊界及地表水體（基于GIS的地下水模型）基于概念模型的地下水模型Conceptual models overlay with meshes to transform the properties of conceptual modelsFEFLOW SHELLASCIIGENERATE(ARC/INFO)FEMDATABASEDXF(AutoCad)SHAPE(ArcView)HPGLTIFFINTERFAC

17、EMANAGERMESHEDITORGENERATORPROBLEMAttributeEDITORSIMULATORKERNELPOST-PROCESSORDATAOPTIONSThe backward tracking option in MODPATH can be used to delineate capture zones for wells for a given time periodMT3DMS is a modular three-dimensional transport model for the simulation of advection, dispersion,

18、and chemical reactions of dissolved constituents in groundwater systems. MT3DMS uses a modular structure similar to the structure utilized by MODFLOW. MT3DMS is used in conjunction with MODFLOW in a two-step flow and transport simulation. Heads and cell by cell flux terms are computed by MODFLOW dur

19、ing the flow simulation and are written to a specially formatted output file. This file is then read by MT3DMS and utilized as the flow field for the transport portion of the simulation.RT3D is a modified version of MT3DMS that utilizes alternate chemical reaction packages. Numerous pre-defined reac

20、tions are available including instantaneous aerobic degradation, BTEX degradation with multiple electron acceptors, sequential anaerobic degradation of PCE/TCE, and combined aerobic/anaerobic degradation of PCE/TCE. For special cases, an option is provided for creating user-defined reactions. SEAM3D

21、 is a reactive transport model used to simulate complex biodegradation problems involving multiple substrates and multiple electron acceptors. It is based on the MT3DMS code. In addition to the regular MT3DMS packages, SEAM3D includes a Biodegradation package and NAPL Dissolution package.FEMWATER is

22、 a three-dimensional finite element ground water model. It can be used to simulate flow and transport in both the saturated and unsaturated zone. Furthermore, the flow and transport simulation can be coupled to simulate density dependent problems such as salinity intrusion.NUFT is a 3D multi-phase n

23、on-isothermal flow and transport model. It is ideally suited for vadose zone problems. It can be used to simulate a wide variety of remediation strategies including stream injection, vapor extraction, and air sparging.UTCHEM is a multi-phase flow and transport model. UTCHEM is ideally suited for the

24、 simulation of surfactant-enhanced aquifer remediation (SEAR), and DNAPL transport. UTCHEM is a mature model that has been widely used. The UTCHEM solver is efficient and robust. Future versions of the GMS/UTCHEM interface will include the simulation of biodegradation. 動(dòng)畫演示SEEP2D is a 2D finite elem

25、ent groundwater model. SEEP2D is designed to be used on profile models (XZ models) such as cross-sections of earthen dams or levees. The output from SEEP2D can be used to plot complete flow nets.出山口地表水出山口地表水水平徑流帶和水平徑流帶和溢出帶含水層溢出帶含水層平原水庫平原水庫垂向交替帶含水層垂向交替帶含水層人人工工渠渠系系地地表表水水灌灌溉溉蒸發(fā)蒸發(fā)人工開采人工開采蒸發(fā)蒸發(fā)人工開采人工開采向下游瀉洪向下游瀉洪滲漏滲漏自流井自流井泉排泄泉排泄?jié)B漏滲漏圖4 -1 現(xiàn) 狀水資源條件下地下水、地表水轉(zhuǎn)化模式及轉(zhuǎn)化量示意圖圖4 -1 現(xiàn) 狀水資源條件下地下水、地表水轉(zhuǎn)化模式及轉(zhuǎn)化量示意圖921.51921.5112713.2212713.2217837.0917837.092912.162912.164344.304344.3012023.7212023.728557.298557.295309.205309.203271