地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

會計(jì)學(xué)1地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§1地下水資源的特點(diǎn)及分類

一、地下水資源的特點(diǎn)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(diǎn)?？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(gè)方面的特點(diǎn)。

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1頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§1地下水資源的特點(diǎn)及分類一、地下水資源的特點(diǎn)

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(jià)發(fā)展到含水層、含水巖組，直到含水系統(tǒng)整體評價(jià)。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(dú)立的含水層或單元，分別進(jìn)行水量、水質(zhì)的評價(jià)，并用這種評價(jià)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2頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

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2、流動性

地下水資源是流體，在補(bǔ)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(diǎn)獲取的地下水量，都是以周圍地段甚至整個(gè)系統(tǒng)的水量為代價(jià)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(shí)

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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(bǔ)充的同時(shí)，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(bǔ)、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(bǔ)給得到補(bǔ)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。

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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(bǔ)給量可以快速地排出。第5頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

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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(bǔ)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。

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§1地下水資源的特點(diǎn)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(shí)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。

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§1地下水資源的特點(diǎn)及分類二、地下水資源的分類

20世紀(jì)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(jì)劃委員會正式批準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)(GBJ27-88)。中華人民共和國建設(shè)部于2001年頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)《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(bǔ)給量、儲存量和允許開采量三類：

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§1地下水資源的特點(diǎn)及分類二、地下水資源的分類

1、補(bǔ)給量指天然狀態(tài)或開采條件下，單位時(shí)間內(nèi)，通過各種途徑進(jìn)入含水層（或含水系統(tǒng)）的水量。一般包括地下水徑流補(bǔ)給量、大氣降水的入滲補(bǔ)給量、地表水的入滲補(bǔ)給量、越流補(bǔ)給量和人工補(bǔ)給量等。

2、儲存量

指地下水在補(bǔ)給與排泄過程中，某一時(shí)間段內(nèi)在含水層（或含水系統(tǒng)）中儲存的重力水體積。

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§1地下水資源的特點(diǎn)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(jì)算：

W=μ·F·h

式中：W—地下水的儲存量(m3)；

μ—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)

。第10頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

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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(jì)算：

W彈＝μ*·F·h

式中：W彈—承壓水的彈性儲存量(m3)；

μ*—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的壓力水頭高度(m)。第11頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

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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(gè)開采期內(nèi)出水量不會減少，動水位不超過設(shè)計(jì)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(shí)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。

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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(jì)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(bǔ)給量和儲存量的大小，同時(shí)還受技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的限制。

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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(bǔ)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(bǔ)給量，儲存量減少，水位下降，流速減小。從一個(gè)周期的時(shí)間來看，這段時(shí)間的總補(bǔ)給量和總消耗量是接近相等的，即Q補(bǔ)≈Q排。

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§1地下水資源的特點(diǎn)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(shí)，天然排泄量減少，補(bǔ)給量增加，即為補(bǔ)給增量。在開采狀態(tài)下，可以用下面水均衡方程表示：

（Q補(bǔ)

+ΔQ補(bǔ)）－（Q排－ΔQ排）－Q開＝±

μ·F·Δh/Δt式中：Q補(bǔ)—開采前的天然補(bǔ)給量（m3／d）；

ΔQ補(bǔ)—開采時(shí)的補(bǔ)給增量（m3／d）；

Q排—開采前的天然排泄量(m3／d)；

ΔQ排—開采時(shí)天然排泄量減少值（m3／d）；

Q開—人工開采量（m3／d）；第15頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§1地下水資源的特點(diǎn)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，可以用下面水均衡方程表示：

（Q補(bǔ)

+ΔQ補(bǔ)）－（Q排－ΔQ排）－Q開＝±

μ·F·Δh/Δt式中：μ—含水層的給水度；

F—開采時(shí)引起水位下降的面積（m2）；

Δt—開采時(shí)間（d）；

Δh—在Δt時(shí)間段內(nèi)開采影響范圍內(nèi)的平均水位降（m）。第16頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§1地下水資源的特點(diǎn)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(bǔ)給量與天然排泄量近似相等，即Q補(bǔ)≈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＝

ΔQ補(bǔ)

+ΔQ排

+

μ·F·Δh/Δt

這個(gè)方程表明，允許開采量實(shí)質(zhì)上是由三部分組成的：

1）增加的補(bǔ)給量（ΔQ補(bǔ)），可稱為開采奪取量；

2）減少的天然排泄量（ΔQ排），可稱為開采截取量；

3）可動用的儲存量（μ·F·Δh/Δt）。第17頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§1地下水資源的特點(diǎn)及分類

§2地下水允許開采量的計(jì)算方法

§3地下水資源評價(jià)

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§2地下水允許開采量的計(jì)算方法

計(jì)算地下水的允許開采量是地下水資源評價(jià)的核心問題。計(jì)算允許開采量的方法，也稱為地下水資源評價(jià)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(jì)算成果要求的精度不同，可以采用不同的計(jì)算方法。

目前應(yīng)用較廣泛的計(jì)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(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，在實(shí)際工作中應(yīng)根據(jù)資料情況、評價(jià)的目的和計(jì)算方法的適用范圍選用多種方法計(jì)算，以便進(jìn)行比較、驗(yàn)證。

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§2地下水允許開采量的計(jì)算方法一、水量均衡法

1、基本原理

水量均衡法是水量計(jì)算中最常用、最基本的方法。一個(gè)均衡區(qū)內(nèi)的含水層系統(tǒng)，在任一時(shí)段Δt內(nèi)補(bǔ)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(bǔ)＝Q流入＋Q越入＋Q河滲＋Q雨滲＋Q人補(bǔ)（m3/d）；

Q排＝Q流出＋Q越出＋Q溢出＋Q蒸發(fā)＋Q實(shí)開（m3/d）第20頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)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)，則為：式中，ΔQ排減少的排泄量

；ΔQ補(bǔ)為開采時(shí)增加的補(bǔ)給量；Smax為最大允許降深；T為開采年限，一般取50－100a。第21頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)算方法一、水量均衡法

1、基本原理

補(bǔ)給量Q補(bǔ)和排泄量Q排的組成項(xiàng)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(bǔ)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(xiàng)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(bǔ)給，減少排泄，則計(jì)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(bǔ)給量作為允許開采量第22頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)算方法一、水量均衡法

2、計(jì)算步驟

步驟1：劃分均衡區(qū)

（1）在區(qū)域地下水資源量計(jì)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(jì)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)；第23頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)算方法一、水量均衡法

2、計(jì)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，也可將旱季、雨季分開來計(jì)算，這樣可以簡化均衡方程中的項(xiàng)目。第24頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)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(xiàng)的總稱。進(jìn)入的水量項(xiàng)稱為補(bǔ)給項(xiàng)，流出的水量項(xiàng)稱為排泄項(xiàng)。（1）分析各個(gè)均衡區(qū)有哪些均衡要素；（2）確定天然條件下補(bǔ)給量和排泄量；（3）確定開采條件下的補(bǔ)給增量和可能減少的消耗量；（4）建立均衡方程。第25頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)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(jì)算資料，最好在每個(gè)均衡區(qū)選擇一個(gè)有代表性的地段做小范圍的均衡試驗(yàn)，實(shí)際測定各項(xiàng)均衡要素的數(shù)值，取得計(jì)算所需的參數(shù)，然后用以計(jì)算整個(gè)均衡區(qū)的各種補(bǔ)給量和排泄量。

第26頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)算方法一、水量均衡法

2、計(jì)算步驟

步驟4：計(jì)算和評價(jià)

（1）計(jì)算：將各項(xiàng)均衡要素值代入均衡式中，計(jì)算出補(bǔ)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(jì)算是否準(zhǔn)確，作適當(dāng)修改，使方程平衡為止。

（2）評價(jià)：一般以可能減少的排泄量加上實(shí)際已開采量作為總的允許開采量，或以總補(bǔ)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(shí)，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。第27頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)算方法一、水量均衡法

2、計(jì)算步驟

步驟4：計(jì)算和評價(jià)

（4）在實(shí)際計(jì)算中，常常是根據(jù)多年的動態(tài)觀測資料分析，計(jì)算不同保證率典型年的水均衡，可評價(jià)允許開采量的保證程度。某水源地的水均衡計(jì)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(jì)劃增開3185×104m3時(shí)，尚需借用儲存量2398×104m3，使區(qū)域水位降深增加2.68m，但在平水年可節(jié)余5198×104m3，是可以將枯水年借用量補(bǔ)償回來的。

第28頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)算方法一、水量均衡法

2、計(jì)算步驟

表9-1某水源地水均衡計(jì)算結(jié)果（單位：104m3）典型年份Q雨滲Q流入Q河滲Q補(bǔ)ΔQ＝Q補(bǔ)-Q排ΔS（m）枯水年（保證率p＝97％）42780419903266-23985198-2.68+3.02平水年（保證率p＝50％）83680470068646典型年份Q計(jì)開Q農(nóng)開Q工開Q排枯水年（保證率p＝97％）318522162635664平水年（保證率p＝50％）318502633448第29頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)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(jià)，也可用于局部資源評價(jià)；（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)。

第30頁/共43頁完成下列限制開采深度多年調(diào)節(jié)計(jì)算表，其中μ=0.048,限制埋深為7.0m，起調(diào)埋深為3.0m.

P198地下水凈補(bǔ)給量地下水計(jì)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(jì)算值實(shí)際的年最大埋深(mm)(mm)(mm)升(m)降(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*0.048[165-(90-23.04)]/(1000*0.048)5.60-2.043.56+2.01(96.4-63.8)/(1000*0.048)4.24+3.29第31頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)算方法四、補(bǔ)償疏干法

1、概述補(bǔ)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(bǔ)給在時(shí)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(bǔ)給不足且分配不均，按一般天然補(bǔ)給量進(jìn)行評價(jià)時(shí)，容易得出可開采量較貧乏的結(jié)論。進(jìn)行地下水評價(jià)時(shí)，應(yīng)利用雨季補(bǔ)給充足的特點(diǎn)，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(bǔ)償，這樣可以大大增加地下水補(bǔ)給量，因而擴(kuò)大了地下水的開采價(jià)值。這種方法稱為補(bǔ)償疏干法。第32頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)算方法四、補(bǔ)償疏干法

2、使用條件

用這種方法評價(jià)時(shí)必須符合兩個(gè)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(bǔ)給量除了滿足當(dāng)時(shí)開采外，多余的補(bǔ)給量能把旱季借用的儲存量全部補(bǔ)償回來。

第33頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)算方法四、補(bǔ)償疏干法

3、評價(jià)的步驟

（1）計(jì)算旱季的開采量在旱季進(jìn)行開采抽水試驗(yàn)，因?yàn)檠a(bǔ)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：μF—單位儲存量(m3／d)

；Q旱抽—旱季抽水量(m3／d)；

Δt、ΔS—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(shí)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(shí)間(d)及相應(yīng)的水位下降值(m)t1、s1—抽水的延續(xù)時(shí)間(d)和相應(yīng)的水位下降值(m)

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§2地下水允許開采量的計(jì)算方法四、補(bǔ)償疏干法

3、評價(jià)的步驟

（1）計(jì)算旱季的開采量

t0S0第35頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

§2地下水允許開采量的計(jì)算方法四、補(bǔ)償疏干法

3、評價(jià)的步驟

（1）計(jì)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(jì)降深Smax，查明整個(gè)旱季時(shí)間T，則可以計(jì)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(shí)井中的水位降深(m)。第36頁/共43頁第九章地下水資源量的計(jì)算與評價(jià)

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3、評價(jià)的步驟

（2）計(jì)算雨季補(bǔ)給量

地下水雨季補(bǔ)給量除了保證雨季的開采外，多余部分會補(bǔ)償借用的儲存量，引起水位等幅回升。因此雨季補(bǔ)給量等于抽水量與補(bǔ)償量之和，即：式中

μ′F-水位回升時(shí)的單位補(bǔ)償量，與水位下降時(shí)的單位儲存量近似相等；

ΔS′/Δt′-雨季水位回升速率（m／d），根據(jù)旱季至雨季的抽水試驗(yàn)資料求得；

Q雨抽-雨季抽水試驗(yàn)的抽水量（m3／d）

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§2地