平原區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)方法綜述

1、 SKIPIF 1 0 -水資源研究第25卷 第2期(總第91期)2004年6月-平原區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)方法綜述劉 予 偉 金 棟 梁（長江水利委員會(huì) 水文局，湖北 武漢 430010）摘 要： 全面闡述了平原區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)方法，包括水文地質(zhì)參數(shù)的獲得和選取以及地下水資源量的計(jì)算方法，并通過實(shí)例來評(píng)價(jià)其合理性和可靠性。關(guān)鍵詞：平原區(qū)； 地下水資源； 評(píng)價(jià)方法； 綜述平原區(qū)包括一般沿江、沿湖、沿海平原和山間盆地平原兩類。就長江流域而言，前者有洞庭湖平原、江漢平原、鄱陽湖平原、太湖平原、長江中下游沿江平原和江蘇、浙江沿海平原。后者有成都盆地、漢中盆地和南陽盆地。地下水評(píng)價(jià)對(duì)象是與大氣降水和地表水體

2、有直接聯(lián)系的淺層地下水，一般僅評(píng)價(jià)礦化度小于2 g/L的多年平均淡水資源，以現(xiàn)狀條件為評(píng)價(jià)基礎(chǔ)，以水均衡法為主評(píng)價(jià)出各項(xiàng)補(bǔ)給量和排泄量。1 含水層參數(shù)的確定含水層參數(shù)是定量描述含水層物理特性的指標(biāo)或系數(shù)，是評(píng)價(jià)含水層的主要依據(jù)。在計(jì)算各項(xiàng)補(bǔ)給量和排泄量時(shí)都要根據(jù)準(zhǔn)確的參數(shù)來計(jì)算。主要參數(shù)有：潛水變幅帶給水度()，降水入滲補(bǔ)給系數(shù)()，潛水蒸發(fā)系數(shù)(c)，渠系滲漏補(bǔ)給系數(shù)(m)，灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù)()和水稻田滲漏率()等?，F(xiàn)將上述幾種含水層參數(shù)的確定分述如下。1.1 潛水變幅帶給水度() 給水度()是指飽和巖土在重力作用下，自由排出重力水的體積與該飽和巖土相應(yīng)體積的比值，它是一個(gè)無因次大于零而小于

3、1的數(shù)值?？赏ㄟ^簡易測筒或地中滲透儀試驗(yàn)、利用地下水動(dòng)態(tài)觀測資料分析、剖面含水率測量和抽水試驗(yàn)等方法求得。1.1.1 簡易測筒和地中滲透儀法 用一個(gè)金屬圓筒，將被測給水度的原狀土(即保持天然結(jié)構(gòu)的土層)裝入筒內(nèi)，使土層充水達(dá)到飽和狀態(tài)，然后在上部加蓋，但不密封，防止水分蒸發(fā)，筒的下部留有排水孔，在重力作用下，筒中的水會(huì)自由地從排水孔中流出，測量排出水的體積。排水體積和筒內(nèi)土體積之比即為給水度。此種測筒，制作和操作都甚簡便，曾在第一次全國水資源評(píng)價(jià)中廣為使用。另一種類似于測筒的是地中滲透儀，圖1（略）是地中滲透儀的示意圖。利用潛水位控制，可將左邊測筒內(nèi)土體積飽和到任意位置，然后將連通管控制進(jìn)水，

4、測量由連通管自由流出水的體積，使之與其土體體積相比，即得給水度。地中滲透儀雖造價(jià)較高，但由于它可進(jìn)行多項(xiàng)參數(shù)的觀測試驗(yàn)，故我國的黃淮海平原區(qū)有多處此種實(shí)驗(yàn)裝置。1.1.2 包氣帶剖面含水率法 設(shè)有一均質(zhì)土層，其顆粒組成較粗，顆粒之間的孔隙排水滯后作用時(shí)間短，假設(shè)在無蒸發(fā)的條件下地下水位上升(或下降)值為H。在水位變化前后分別測定水層剖面的土壤面含水率曲線如圖2；圖中橫座標(biāo)代表土壤含水率，縱座標(biāo)代表埋深，縱橫座標(biāo)所夾的面積即代表含水量(以mm計(jì))。由于是均質(zhì)土，無土壤水蒸發(fā)，又不考慮滯后作用，因此在水位變化前后的土壤含水率剖面線應(yīng)是平行的，即AB平行CD，Wr 值是田間持水率，Wn是飽和含水率。

5、AABB間CCDD形狀完全一樣，面積相等。即水量相等。因此，不難得出ABDC的面積等于BDFE。根據(jù)實(shí)測資料作出圖2后，在圖上便可量出ABCD的面積即含水量(以mm計(jì))，設(shè)其含水量為HABCD，則有給水度： SKIPIF 1 0 (1)由上述可知，本方法原理十分簡單，但在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)有困難，因?yàn)樽匀唤绶浅?fù)雜的，需要在具體實(shí)踐中經(jīng)過適當(dāng)處理求得滿意結(jié)果。1.1.3 回歸分析法 根據(jù)水量平衡原理，在一定時(shí)期內(nèi)，一定區(qū)域潛水或淺層地下水量的變化，應(yīng)等于其收入與支出量的差值、水量變化反映在水位變幅上。收入：降水入滲補(bǔ)給量=入滲系數(shù)降水量面積=PF側(cè)向徑流補(bǔ)給量=滲透系數(shù)水力坡降時(shí)段長橫斷面=K1

6、I1A1t支出：人工開采量=區(qū)域開采地下水體積=V開潛水蒸發(fā)量=給水度地下水位降深面積=HF側(cè)向徑流排泄量=滲透系數(shù)水力坡降橫斷面時(shí)段長=K2I2A2t 故有：水量變化=收入-支出HF=PF+K1I1A1t- V開-HF-K2I2A2t (2)式中為區(qū)域地下水變幅帶平均給水度；H為t時(shí)段內(nèi)，區(qū)域平均地下水變幅；F為計(jì)算區(qū)域面積；為降水入滲系數(shù)；P為t時(shí)段內(nèi)區(qū)域平均降水量；K1、K2為入流斷面和出流斷面的滲透系數(shù)；A1、A2為入流和出流斷面面積；I1、I2為t時(shí)段內(nèi)，入流和出流斷面平均水力坡降；t為計(jì)算時(shí)段長；V開為F區(qū)域內(nèi)在t時(shí)段中地下水開采體積；h為t時(shí)段內(nèi)潛水蒸發(fā)引起的地下水位下降值。將式

7、(2)除以(F)得： SKIPIF 1 0 (3)令： SKIPIF 1 0 又令： SKIPIF 1 0 將上述各式代入式(3)得： SKIPIF 1 0 (4)式中 SKIPIF 1 0 稱為開采模數(shù)， SKIPIF 1 0 、 SKIPIF 1 0 分別為地下水流進(jìn)流出的單位滲透模數(shù)，都以mm計(jì)。各變量H、P、 SKIPIF 1 0 、 SKIPIF 1 0 、h之間為相關(guān)關(guān)系，故可將此式視為多元回歸方程： SKIPIF 1 0 (5)式中a0為常數(shù)項(xiàng)；a1、a2、a3、a4為待定回歸系數(shù)，可以使用最小二乘法求得，利用a1、a2、a3、a4與、K1、K2的關(guān)系式，就可獲得、K1、K2了。

8、在具體計(jì)算中，如果知道某些因素影響小可以忽略時(shí)，則計(jì)算工作大為簡化。如地下徑流微弱時(shí)，h入和h出可略而不計(jì)，則上式變?yōu)椋?SKIPIF 1 0 （6）由于h系數(shù)為1，故可移至左端，這樣式(5)成為二元線性回歸方程了。當(dāng)埋深較大時(shí)，潛水蒸發(fā)可略而不計(jì)，則式(6)為： SKIPIF 1 0 （7）當(dāng)時(shí)段內(nèi)無降水、地下徑流微弱、地下水埋深大，無潛水蒸發(fā)時(shí)，回歸方程為： SKIPIF 1 0 （8）式(8)成為一元線性回歸方程。但必須注意的是開采量一項(xiàng)是不能缺少的，有了開采項(xiàng)，才能算得 SKIPIF 1 0 。 由此也可了解到通過抽水可以求得給水度值。推求給水度的方法還有很多，如坑測法、入滲差值法、潛

9、水位增幅法、優(yōu)選法等。由于參數(shù)給水度在地下水資源評(píng)價(jià)中極其重要，它的精度直接影響資源估算的數(shù)量，所以水文地質(zhì)工作者投入試驗(yàn)研究的時(shí)間也是很多的，取得很多成果，根據(jù)淮委的研究，現(xiàn)在應(yīng)用的給水度是地下水變幅帶的平均給水度，實(shí)際上給水度是隨地下水埋深而變的，在埋深0.2 m以內(nèi)為最大值。大于1.0 m基本穩(wěn)定不變。如圖3所示。我國第一次水資源評(píng)價(jià)時(shí)，全國各流域?qū)Ω鞣N巖性的給水度進(jìn)行大量試驗(yàn)研究，經(jīng)綜合歸納后的給水度如表1。（略）1.2 降水入滲補(bǔ)給系數(shù)() 降水入滲補(bǔ)給系數(shù)()是地下水資源評(píng)價(jià)和系統(tǒng)管理中常用的重要參數(shù)，是地區(qū)水資源主要補(bǔ)給來源，降水入滲系數(shù)選用是否準(zhǔn)確合理對(duì)地下水資源的計(jì)算有著決定

10、性的作用。降水入滲補(bǔ)給系數(shù)，為降水入滲補(bǔ)給地下水的量(Pr)與降水總量(P)的比值，即： SKIPIF 1 0 (9)式中為降水入滲補(bǔ)給系數(shù)；Pr為時(shí)段降水入滲補(bǔ)給量，(mm)；P為時(shí)段降水總量，(mm)；h為時(shí)段降水入滲引起的地下水位升幅，(mm)；()為隨埋深()而變的地下水位變幅帶含水層的變給水度。影響值的因素很多：時(shí)段降水總量、降水強(qiáng)度、降水時(shí)間分布、地下水埋深、時(shí)段初包氣帶含水量大小，土壤類別、結(jié)構(gòu)、地表植被等。因此，值是隨時(shí)間和空間變化的。但對(duì)某一特定地區(qū)，由于土壤巖性和氣候條件變化不大。影響值的主要因素是：降水總量、地下水埋深和時(shí)段初包氣帶含水量大小。值的確定方法主要有：地下水動(dòng)

11、態(tài)資料分析法、人工降雨模擬試驗(yàn)法和含水層參數(shù)率定模型法等。含水層參數(shù)率定模型是建立在地下水長觀資料基礎(chǔ)上的，對(duì)資料要求較高，一般難以應(yīng)用。小型人工降雨模擬試驗(yàn)，代表性不盡人意，一般只作驗(yàn)證性試驗(yàn)。目前確定值的主要方法還是地下水動(dòng)態(tài)觀測資料分析等法。茲分述如下：1.2.1 地下水動(dòng)態(tài)資料分析法 根據(jù)長觀井的地下水動(dòng)態(tài)資料，用如下的水均衡公式計(jì)算降水入滲補(bǔ)給系數(shù)： SKIPIF 1 0 (10)式中為時(shí)段降水入滲補(bǔ)給系數(shù)；Q開為地下水開采量；Q河為河道滲漏補(bǔ)給量；Q側(cè)為側(cè)向補(bǔ)給量；為給水度；H為時(shí)段地下水位升幅；F為流域面積；P為時(shí)段降水總量。采用多元回歸分析法(見給水度分析確定部分)可以求降水入

12、滲系數(shù)。當(dāng)流域內(nèi)無開采、無灌溉、無側(cè)向補(bǔ)給、無河道滲漏時(shí)，僅根據(jù)地下水位的升幅及給水度數(shù)據(jù)，便可計(jì)算出降水入滲系數(shù)。1.2.2 補(bǔ)償疏干法 在開采條件下，在雨季所得到的補(bǔ)給量除滿足當(dāng)時(shí)開采外，并用以補(bǔ)償?shù)叵滤畠?chǔ)存量，因之，引起地下水位上升，其計(jì)算式為：V補(bǔ)=V開-V河-V側(cè)+HFV年=V補(bǔ)年=V年/FP年式中V補(bǔ)為時(shí)段降水入滲補(bǔ)給量；V年為年降水入滲補(bǔ)給量；V河為時(shí)段河道滲漏補(bǔ)給量；V側(cè)為時(shí)段側(cè)向補(bǔ)給量；H為時(shí)段地下水位升幅；F為流域面積。1.2.3 巖溶區(qū)降水入滲補(bǔ)給量的推求 據(jù)邵正介紹，選擇巖溶區(qū)內(nèi)枯季斷流的泉，并確定其泉域(面積)，并查清泉域內(nèi)的厚度較大的由粘土亞粘土覆蓋的非巖溶區(qū)面積。

13、待雨季來臨時(shí)，泉水涌流，在測定泉域內(nèi)平均降雨量外，還要測出泉的涌水量及泉域內(nèi)人畜飲水、灌溉水量消耗、可算出降水入滲系數(shù)。例如：山東東平縣中套泉，泉域面積11.875 km+2.泉域北部有洪坡積粘土和亞粘土覆蓋厚度達(dá)4 m以上的非巖溶區(qū)。1983年5月至7月29日，泉水?dāng)嗔鳌?月27日及29日分別降雨53.1、148.5 mm。7月30日泉水開始外流。至1984年4月17日止，泉域總降水量471.5 mm。測得泉水溢出量為48.62萬m3。在此期間，調(diào)查到引用泉水灌溉及人畜飲用共耗水42.11萬m3，因此泉水總溢出量為90.73萬m3。由此計(jì)算得： SKIPIF 1 0 覆蓋土層厚度大于4 m的

14、面積2.7 km2(根據(jù)當(dāng)?shù)赝翆哟_定=0.13)，則張夏灰?guī)r區(qū)值如下： SKIPIF 1 0 1.2.4 降水入滲系數(shù)的修正 降水入滲系數(shù)由于受到多種因素的影響，某時(shí)段的次值，幾乎沒有實(shí)用價(jià)值，所以一般僅采用其均值 SKIPIF 1 0 。為了消除影響因素時(shí)間上的變化，提高計(jì)算精度可作如下處理： SKIPIF 1 0 （11）式中Pr為時(shí)段內(nèi)降水入滲補(bǔ)給量，(mm)；P為時(shí)段內(nèi)總降水量，(mm)； SKIPIF 1 0 為時(shí)段內(nèi)多年平均總降水量，(mm)； SKIPIF 1 0 為時(shí)段內(nèi)多年平均值。經(jīng)過這樣處理后的成果比較符合實(shí)際，從理論上講也是有根據(jù)的，如某一時(shí)段內(nèi)降水量大，相應(yīng)的補(bǔ)給條件好

15、，補(bǔ)給量也大。反之，則土壤水消退快，補(bǔ)給地下水少。如在淮北地區(qū)，一場P=2030 mm的降水，在平水年或一般干旱年，對(duì)地下水都有一定的補(bǔ)給，而在偏旱的年份或旱季，對(duì)地下水沒有補(bǔ)給。1.2.5 降水入滲補(bǔ)給與有關(guān)因素的規(guī)律分析 降水入滲系數(shù)與地下水埋深、時(shí)段降水總量、前期土壤含水量、巖性、植被等都有影響。分別敘述如下：(1) 降水入滲補(bǔ)給與地下水埋深關(guān)系。從降雨入滲地面到補(bǔ)給地下水的過程中，入滲水量沿程變化取決于包氣帶兩個(gè)條件： 包氣帶土壤對(duì)入滲水量的可容納庫容。入滲補(bǔ)給量填滿該庫容，剩余的降雨量不能再入滲。因此包氣帶庫容是降雨入滲補(bǔ)給量的一個(gè)極限值。地下水埋深越大，庫容也越大，這種關(guān)系可用V(

16、庫容)(地下水埋深)的關(guān)系曲線來表示。 決定于入滲途中包氣帶土壤所吸收的水量。埋深越大、包氣帶土層越厚，土壤所吸收的水量越多，下滲水量沿程損失越大，補(bǔ)給地下水的水量就越少。這種規(guī)律可用Pr(入滲補(bǔ)給量)關(guān)系曲線來描述。Pr也是土壤對(duì)降雨入滲水量吸收后剩余的水量。 降雨入滲補(bǔ)給量受上述兩個(gè)條件的制約，即補(bǔ)給量不能超過V或Pr，因此兩條曲線上數(shù)值小的量成為入滲補(bǔ)給量。結(jié)果以兩條曲線的交點(diǎn)為界，由V曲線的前半部和Pr曲線的后半部組成了降雨入滲補(bǔ)給的理論曲線。見圖4交點(diǎn)附近的入滲補(bǔ)給量最大，它相應(yīng)的埋深稱為“最佳埋深”。從圖4可見入滲補(bǔ)給從零開始，從小到大的規(guī)律。以“最佳埋深”為轉(zhuǎn)點(diǎn)，以后土壤吸收起主

17、導(dǎo)作用，埋深越深，土壤吸水越多，補(bǔ)給地下的量越少。但由埋深越深，土壤吸收水量的能力越小，入滲曲線的尾部變化越來越小，最后趨于穩(wěn)定不變狀態(tài)。(2) 降雨是降雨入滲補(bǔ)給量的來源，因此降雨特性包括降雨量強(qiáng)度，是影響降雨入滲補(bǔ)給的重要因素。從降雨量的年統(tǒng)計(jì)資料分析可知：年降雨量越大，入滲補(bǔ)給也越大，即降雨量(P)與降雨入滲補(bǔ)給量Pr成正比關(guān)系。如圖5、圖6。(略)降水入滲補(bǔ)給系數(shù)()與降水總量(P)的關(guān)系和補(bǔ)給量Pr與降水總量(P)的相關(guān)關(guān)系是完全一致的。亦可繪制類似圖5的關(guān)系曲線(如圖7)。(略)但當(dāng)遇到年降雨量比較集中，降雨強(qiáng)度很大時(shí)，有可能造成雨量越大，雖然降雨入滲量亦增加，但降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)反

18、而減小的現(xiàn)象。例如，當(dāng)降水量為100 mm時(shí)，補(bǔ)給量為30 mm，入滲系數(shù)為0.30；當(dāng)降水量增加到200 mm時(shí)，雨強(qiáng)增大了，補(bǔ)給量也增加到50 mm，但補(bǔ)給系數(shù)卻減少為0.25。(3) 前期土壤含水量對(duì)補(bǔ)給量的影響。在降雨入滲補(bǔ)給量形成過程中，由于包氣帶土壤具有毛管力和分子力，產(chǎn)生了對(duì)入滲水量的吸收作用。前期土壤含水量越大，土壤具有的吸力越小，土壤對(duì)下滲的吸收量越小，入滲補(bǔ)給量越大。即前期土壤含水量與降水入滲補(bǔ)給量(補(bǔ)給系數(shù))成正比關(guān)系。從圖8可見6月與8月降雨總量接近，但6月是旱季末，前期土壤含水量小。而9月是雨季末，前期含水量大，故9月的降雨入滲補(bǔ)給量是6月份的2倍多。(4) 土壤巖性

19、對(duì)降雨入滲量的影響。由于各種土壤有不同的透水性和吸收水能力。例如砂性土壤的顆粒間空隙大、透水性強(qiáng)，因而入滲強(qiáng)度大，入滲補(bǔ)給量也大。同時(shí)砂性土壤的吸力小，吸收的入滲降雨量也小，因此也增加了降雨入滲補(bǔ)給量。如圖9。(略) (5) 植被對(duì)降雨入滲補(bǔ)給量的影響。地面有植被時(shí)，截留了部分降雨量，另一方面植物根系層有較高的持水能力便于蒸發(fā)力的發(fā)揮，從而減小入滲水量如圖10。(略) (6) 第一次全國水資源評(píng)價(jià)時(shí)曾采用的降水入滲系數(shù)值。 第一次全國水資源評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)降水入滲補(bǔ)給量曾做了很多實(shí)驗(yàn)和分析研究工作，取得的數(shù)據(jù)是比較合理的、適用的，其成果見表2。(略)1.3 潛水蒸發(fā)系數(shù)(C)潛水蒸發(fā)系數(shù)(C)是潛水

20、蒸發(fā)量與水面蒸發(fā)量0(統(tǒng)一換算為E601型蒸發(fā)器的成果)的比值，即C=/0。潛水蒸發(fā)強(qiáng)度與當(dāng)?shù)貧庀笠蛩亍r性和潛水位等有關(guān)，而地下水埋深是諸因素中的主要因素。當(dāng)埋深達(dá)到土壤毛細(xì)管輸水能力所不及的深度時(shí)，潛水蒸發(fā)的強(qiáng)度就趨于零，此時(shí)的埋深稱為極限埋深。潛水蒸發(fā)計(jì)算一般應(yīng)用蘇聯(lián)C SKIPIF 1 0 阿維里揚(yáng)諾夫經(jīng)驗(yàn)公式： SKIPIF 1 0 （12）式中為潛水蒸發(fā)量；0水面蒸發(fā)量；、0為時(shí)段平均地下水埋深和潛水蒸發(fā)趨于零時(shí)的地下水埋深；n為與土層巖性、地表植被等有關(guān)的參數(shù)。由(12)式可知，阿氏對(duì)潛水蒸發(fā)規(guī)律的描述是，潛水蒸發(fā)量隨著潛水位埋深的減小而增大，當(dāng)潛水位埋深為零時(shí)，潛水蒸發(fā)量達(dá)到最

21、大值。這種推論，基本上反映了潛水蒸發(fā)的一般規(guī)律。但是這種論斷在作物生長茂盛時(shí)期，就不成立。據(jù)安徽五道溝19651980年歷年同期平均有、無作物影響的潛水蒸發(fā)量與潛水位埋深的關(guān)系如圖11。(略)由圖可知，在作物蒸騰影響下最大潛水蒸發(fā)量不在=0時(shí)發(fā)生，而是在地表以下適宜于作物生長的位置上。因?yàn)?，適宜于作物生長的地下水位埋深(以下簡稱適宜埋深)-1，使土壤中的水、肥、氣、溫協(xié)調(diào)，作物生長處于最佳狀態(tài)，蒸騰量最大。當(dāng)?shù)叵滤裆钐幱谶m宜埋深-1以淺時(shí)，蒸騰量減小，潛水蒸發(fā)則隨地下水埋深的增大而增加。當(dāng)達(dá)到-1時(shí)，達(dá)到最大值，爾后則隨的增大而減小。從圖11還得知，安徽淮北平原砂姜黑土(亞粘土)在作物生長茂

22、盛時(shí)期潛水埋深=0.15 m以深的潛水蒸發(fā)規(guī)律與(12)式的推論是一致的。在田野，長年無作物或野草覆蓋的情況是極少見的。所以研究潛水蒸發(fā)規(guī)律必須考慮植物的蒸騰蒸發(fā)作用，應(yīng)采用地表有植被的實(shí)際情況。但也應(yīng)考慮田間換茬整地、播種、出苗及幼苗生長期，地表基本為無植被的狀況。因此無植被覆蓋條件下的潛水蒸發(fā)規(guī)律也是應(yīng)該采用的，據(jù)安徽五道溝的實(shí)驗(yàn)資料，將潛水蒸發(fā)量、月份M、氣溫T 3變量點(diǎn)繪如圖12(略)。從圖12可見無作物時(shí)為單一關(guān)系；有作物(即種大豆和小麥)時(shí)，按月份或作物生長時(shí)序，MT 3變量間構(gòu)成一個(gè)“8”字繩套關(guān)系。另據(jù)該站歷年資料統(tǒng)計(jì)，8月種大豆時(shí)潛水蒸發(fā)強(qiáng)度最高可達(dá)14.7 mm/日，而無作

23、物時(shí)僅為1.7 mm/日?；次扑鶑埑赂鶕?jù)水汽壓力差與水面蒸發(fā)關(guān)系密切的規(guī)律，把它移用到潛水蒸發(fā)計(jì)算中來。潛水通過土壤毛管作用和植物根系吸水作用把地下水輸送到蒸發(fā)面，由液態(tài)轉(zhuǎn)化為汽態(tài)，當(dāng)表土的水汽壓力與地表空氣中的水汽壓力產(chǎn)生壓力梯度時(shí)，土壤中的水汽向空氣中擴(kuò)散，便發(fā)生了潛水蒸發(fā)。這種汽化速度的大小與空氣濕度有關(guān)，濕度大，水汽壓力差小，汽化速度慢，潛水蒸發(fā)小，反之則大。因此水汽壓力差與潛水蒸發(fā)關(guān)系很密切。如圖13所示。從圖13可見，在一定地下水深度里，水汽壓力差與潛水蒸發(fā)呈正比關(guān)系，但種植作物后，呈曲線關(guān)系。如果用水汽壓力差和水面蒸發(fā)與水汽壓力差的比例關(guān)系的乘積作參數(shù)，可得潛水蒸發(fā)計(jì)算式：

24、 SKIPIF 1 0 （13）式中Eg 為潛水蒸發(fā)量，(mm)；h為潛水埋深，(m)；e為水汽壓力差，(mb)；a為水面蒸發(fā)與水汽壓力差的比例系數(shù)，(mm/mb)；為比例系數(shù)；b為對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換而加的常數(shù)，無作物為1，有作物為2；n為指數(shù)。根據(jù)安徽五道溝多年資料分析，本地區(qū)a值為0.5，即E0/e=0.5,那么e=2E0，因此在沒有水汽壓力差的地區(qū)，而用水面蒸發(fā)作參數(shù)時(shí)，用aE0作參數(shù)，其計(jì)算精度也可以大大提高。因此式(13)可以改寫為： SKIPIF 1 0 (14)為了簡化，用K=a表示，可將式(13)變?yōu)椋?SKIPIF 1 0 (15)用19661986年平均潛水蒸發(fā)量和水汽壓力差累積值建

25、立關(guān)系，經(jīng)數(shù)學(xué)處理后以年為計(jì)算時(shí)段的關(guān)系式為：無作物 SKIPIF 1 0 (16)有作物 SKIPIF 1 0 (17)其線型關(guān)系和圖14以月為計(jì)算時(shí)段求得主要參數(shù)如表3。(略)和以水面蒸發(fā)為參數(shù)的同類公式相比，在公式參數(shù)的關(guān)系圖上，此式的點(diǎn)群分布離散小，采用不同計(jì)算時(shí)段的值和n值及綜合影響系數(shù)K值變化幅度也小，其計(jì)算精度高于用水面蒸發(fā)作參數(shù)的計(jì)算式。第一次全國水資源評(píng)價(jià)時(shí)曾使用過的潛水蒸發(fā)系數(shù)列如表4。推求潛水蒸發(fā)系數(shù)C和給水度的另一種簡便方法。河北高寅堂考慮到借用他處的水文地質(zhì)參數(shù)，可能出現(xiàn)較大誤差。因此提出利用本地區(qū)長觀井觀測資料，比較簡便地求出當(dāng)?shù)貐?shù)。具體步驟如下： (1) 在本工

26、作區(qū)內(nèi)選擇一個(gè)或兩個(gè)有代表性排除地表水體干擾的長觀井。(2) 繪制出地下水位埋深過程線和相應(yīng)降水量過程線。(3) 在埋深過程中選擇水位變化不大的平穩(wěn)線段，水位平穩(wěn)表示這一時(shí)段內(nèi)的降水入滲量與潛水蒸發(fā)量相等，兩者互相抵消。統(tǒng)計(jì)這時(shí)段內(nèi)的降水總量Pc和水位平穩(wěn)段的起止時(shí)間和歷時(shí)tc。Pc/tc即為潛水蒸發(fā)率，除以相應(yīng)的平均水面蒸發(fā)率即為潛水蒸發(fā)系數(shù)c=Pc/E0tc。(4) 在埋深過程線中，選取水位平緩下降線段數(shù)處，確定每段的天數(shù)t；統(tǒng)計(jì)下降段內(nèi)的降水量P；量取每段的水位落差H，便可算得給水度： SKIPIF 1 0 (18)(5) 把幾個(gè)水位下降段所計(jì)算的值平均之，作為估算依據(jù)。算例：在秦皇島市

27、內(nèi)某長觀井，其地層為亞砂土，地下水位埋深0.441.15 m。1989年其動(dòng)態(tài)資料繪制過程線如圖15。水平穩(wěn)定段選在9月14日至10月4日歷時(shí)21 d，其間降水量累加為Pc=17.5 mm，故Pc/tc=0.833 mm/d。水位下降共選3段，即5月2227日，6月1426日和7月24至8月19日。計(jì)算結(jié)果如表5。(略)1.4 渠系滲漏補(bǔ)給系數(shù)(m) 渠系滲漏補(bǔ)給系數(shù)(m)為渠系滲漏補(bǔ)給地下水的量(Q渠系)與渠首引水總量(Q總引)的比值，即m= Q渠系/ Q總引。還可根據(jù)渠系利用系數(shù)()與修正系數(shù)()來表達(dá)，即m=(1-)。渠系損失水量中，一部分消耗于濕潤土壤和浸潤帶蒸發(fā)，一部分消耗于渠系水面

28、蒸發(fā)，剩余部分補(bǔ)給地下水。值為實(shí)際入滲補(bǔ)給地下水的量與渠系損失總量的比值。渠系利用系數(shù)()與巖性、氣候及灌溉管理水平有關(guān)，在各水利規(guī)劃部門中研究較多，可以借用。但這是一個(gè)十分粗略的數(shù)據(jù)。1.5 水稻田滲漏率()及水稻生長期中的穩(wěn)滲歷時(shí)(T)我國南方地區(qū)，平原區(qū)中水田占很大的比例，一般水田以種水稻為主，水稻田中每天穩(wěn)定入滲補(bǔ)給地下水的量叫水稻田滲漏率或穩(wěn)定入滲補(bǔ)給率。田中保持一定水深的時(shí)間(包括泡田期，扣除曬田期)稱為水稻生長期中的穩(wěn)滲歷時(shí)。在南方的平原區(qū)，水稻的灌溉試驗(yàn)站較多，水稻田的滲漏率()值及其穩(wěn)滲歷時(shí)(T)均可根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料，區(qū)別不同巖性選用。對(duì)于()值，單季稻與雙季稻可能有差別，T值則

29、相差甚大。2 地下水資源量的計(jì)算方法 平原區(qū)地下水資源的計(jì)算乃以現(xiàn)狀條件為評(píng)價(jià)基礎(chǔ)，以水均衡原理評(píng)價(jià)各區(qū)多年平均的各項(xiàng)補(bǔ)給量和各項(xiàng)排泄量。2.1 各項(xiàng)補(bǔ)給量計(jì)算 2.1.1 水稻田、灌溉入滲補(bǔ)給量 SKIPIF 1 0 （19）式中Q1為水稻生長期降水和灌溉補(bǔ)給量；為水稻平均穩(wěn)定入滲率；F水田為計(jì)算區(qū)內(nèi)水稻田面積；T為水稻生長期(包括泡田期，不計(jì)曬田期)。 為了將降水入滲量與灌溉入滲量分開，可采用下式： SKIPIF 1 0 （20） SKIPIF 1 0 （21）式中Q1雨為降雨入滲補(bǔ)給量；Q1灌為灌溉入滲補(bǔ)給量；Ie為水稻生長期內(nèi)灌溉有效雨量利用系數(shù)。2.1.2 旱地降水入滲補(bǔ)給量 SKI

30、PIF 1 0 (22)式中Q2為旱地降水入滲補(bǔ)給量；為降水入滲補(bǔ)給系數(shù)；F旱地為旱地面積；P旱地為旱地面積上的降水量。2.1.3 水稻田旱作期的降水入滲補(bǔ)給量 南方水稻田無論是單季稻還是雙季稻都有一旱作期，此時(shí)的降水入滲補(bǔ)給量按旱地的入滲補(bǔ)給系數(shù)計(jì)算。2.1.4 水稻田旱作期灌溉入滲補(bǔ)給量 南方水田旱作期灌溉，即小春灌溉，一般水田旱作期以種綠肥為多，亦有種大麥小麥或豆類作物的，灌溉次數(shù)不多。其補(bǔ)給量為： SKIPIF 1 0 (23)式中Q4為水田旱作期灌溉入滲補(bǔ)給量；為旱地灌溉補(bǔ)給系數(shù)；W為旱作期灌水定額；F水田為水稻田面積。2.1.5 河道及湖泊周邊滲漏補(bǔ)給量 當(dāng)河道或湖泊的水位高于計(jì)算

31、區(qū)內(nèi)的地下水位時(shí)，其滲漏補(bǔ)給地下水的量，一般用達(dá)西公式計(jì)算： SKIPIF 1 0 （24）式中Q5為河道或湖泊滲漏補(bǔ)給量；K為滲透系數(shù)；I為垂直于剖面方向上的水力坡度，可用河、湖水位與相應(yīng)時(shí)間的潛水位確定；A為河道或湖泊周邊垂直地下水流方向的剖面面積；L為河道或湖泊周邊計(jì)算長度；T為滲漏時(shí)間。2.1.6 渠道滲漏補(bǔ)給量 在一般情況下，渠道水位均高于地下水位，故灌溉渠道一般總是補(bǔ)給地下水。可用干、支、斗三級(jí)渠道綜合計(jì)算： SKIPIF 1 0 （25）式中Q6為渠道滲漏補(bǔ)給量；V為渠道引水量；m為渠系滲漏綜合補(bǔ)給系數(shù)；修正系數(shù)，即損失量中補(bǔ)給地下水的比例系數(shù)；為渠系有效利用系數(shù)。2.1.7 山

32、前側(cè)向補(bǔ)給量 指山丘區(qū)的山前地下徑流補(bǔ)給平原區(qū)的水量，一般可用達(dá)西公式計(jì)算。2.1.8 殘丘的地下水補(bǔ)給量 南方平原區(qū)內(nèi)，往往存在一些低丘陵區(qū)，這些丘陵區(qū)的地下水補(bǔ)給量，可用區(qū)內(nèi)小河站的流量過程線分割基流后求得的地下徑流模數(shù)用類比法估算： SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 （26）式中Q8為殘丘地下水總補(bǔ)給量；M為殘丘代表站地下徑流模數(shù)；F為殘丘面積。2.1.9 井灌回歸補(bǔ)給量 井灌回歸補(bǔ)給量，包括井灌的輸水渠道的滲漏補(bǔ)給量，其算式為： SKIPIF 1 0 （27）式中Q9為井灌回歸補(bǔ)給量；井為井灌回歸補(bǔ)給系數(shù)；Q井為井的實(shí)際開采量。2.2 各項(xiàng)排泄量計(jì)算 2.2.1 旱地和水稻田

33、旱作期潛水蒸發(fā)量 SKIPIF 1 0 （28）或 SKIPIF 1 0 （29） SKIPIF 1 0 (30)或 SKIPIF 1 0 (31)式中旱地、水田分別為旱地和水田旱作期潛水蒸發(fā)量；0為多年平均年水面蒸發(fā)量；C為潛水蒸發(fā)系數(shù)；F旱地、F田分別為計(jì)算區(qū)內(nèi)水田和旱地面積；n為旱作期占全年日數(shù)的比例。2.2.2 河道排泄量 在南方水網(wǎng)平原區(qū)，水平排泄量為排泄項(xiàng)的主要方面，由于各地地面坡降不同，排水的溝渠尺寸也有差異，可通過調(diào)查得出一個(gè)典型的有代表性的平均網(wǎng)密度及其間距。典型的平原河網(wǎng)滲流排泄如圖16所示。（略）河道排泄量的計(jì)算公式如下： SKIPIF 1 0 （32）式中Q河排為河道排

34、泄量；L為單位面積河長；F為計(jì)算區(qū)面積；T為年內(nèi)排泄天數(shù)q為排水單寬流量，采用裘布衣公式計(jì)算： SKIPIF 1 0 （33）式中K為滲透系數(shù)；b為地下水分水岑到排水基準(zhǔn)點(diǎn)的水平距離；H為分水岑處含水層的計(jì)算厚度；h為排泄基準(zhǔn)點(diǎn)處含水層厚度。計(jì)算的關(guān)鍵是H和h的取值問題。為了提高估算成果的精度，我們借鑒了長辦勘測總隊(duì)科研所的電模擬試驗(yàn)的成果。該模型研究單元為河間地塊，河谷深切，含水層為網(wǎng)狀裂隙巖體，裂隙發(fā)育深度大于1 000 m，地下水由大氣降水補(bǔ)給。以泉的形式排于河床。以電阻元件構(gòu)成網(wǎng)格與裂隙水的儲(chǔ)存和運(yùn)移基本相似，第1階段制作二向均質(zhì)模型，其試驗(yàn)成果如下：(1) 在均質(zhì)巖性中，基巖裂隙水循環(huán)深度很大，基準(zhǔn)面以下1 000 m仍有明顯水流運(yùn)動(dòng)，但單位滲流量隨深度的增加而遞減。(2) 河間地塊的地下水，由補(bǔ)給區(qū)向排泄區(qū)作倒虹吸運(yùn)動(dòng)。(3) 地下水分水岑水位與排水基準(zhǔn)面的水位差愈大，淺層流量占的比例愈大見表6。（略） (4) 隨著補(bǔ)給源至排泄基準(zhǔn)點(diǎn)的長度增大，表層流量減小，而深部流量增大見表6。河間地塊電阻網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)表明，