第十三章地下水資源課件

第十三章地下水資源（1）地下水資源的概念

資源是指自然界存在且可被人類利用的一切。地下水是能被人類所利用的一種物質(zhì)，是一種不可或缺的寶貴資源（供水，一定數(shù)量的水）。

地下水資源是水資源的一個(gè)組成部分。地下水與大氣水、地表水在水文循環(huán)過(guò)程中相互轉(zhuǎn)化，因此，一個(gè)地區(qū)的水資源是一個(gè)密切聯(lián)系的有機(jī)整體。

地下水資源：能從某一地下水盆地中連續(xù)地、不至于引起不良結(jié)果所抽取的地下水量（柴崎達(dá)雄，1982提出）13.1地下水資源概念1第十三章地下水資源（1）地下水資源的概念13.1（2）地下水資源與地表水資源相比——從以下幾個(gè)方面比較：

空間分布：廣而均勻；時(shí)間調(diào)節(jié)性：地下含水系統(tǒng)是天然水庫(kù)，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定；

水質(zhì)：水質(zhì)優(yōu)，潔凈，水溫恒定，不易受到污染，但污染后很難治理；

可利用性：一次性利用投資小，增減便利（增減井?dāng)?shù)），但運(yùn)用費(fèi)用高。

管理上：用戶分散，管理相對(duì)困難。

13.1地下水資源概念2（2）地下水資源與地表水資源相比——從以下幾個(gè)方面比較：1

地下水資源的系統(tǒng)性地下水資源的可調(diào)節(jié)性地下水資源的可恢復(fù)性

13.2地下水資源的特征3地下水資源的系統(tǒng)性13.2地下水資源的特征3

形成：地下水資源是按系統(tǒng)（含水系統(tǒng)）形成與分布

系統(tǒng)響應(yīng)：地下水是一個(gè)統(tǒng)一的整體（有水力聯(lián)系），系統(tǒng)內(nèi)部任何一部分注入或排除水量，都會(huì)影響（波及）整個(gè)系統(tǒng)。

因此，某含水系統(tǒng)可以利用的地下水資源，應(yīng)該等于整個(gè)系統(tǒng)所獲得的補(bǔ)給量；

管理：應(yīng)當(dāng)以含水系統(tǒng)為單元，統(tǒng)一評(píng)價(jià)及規(guī)劃利用地下水資源。13.2地下水資源的特征一、系統(tǒng)性4

形成：地下水資源是按系統(tǒng)（含水系統(tǒng)）形成與分布13.2

難點(diǎn)：系統(tǒng)邊界不易確定；系統(tǒng)劃分時(shí)邊界有疊置；含水系統(tǒng)邊界往往垮行政區(qū)域；處于同一含水系統(tǒng)的若干水源地求算可開采利用水量時(shí)，易造成水量重復(fù)計(jì)算；重復(fù)計(jì)算和人為夸大水量，造成過(guò)渡開采，引發(fā)環(huán)境問(wèn)題。5難點(diǎn)：系統(tǒng)邊界不易確定；系統(tǒng)劃分時(shí)邊界有疊置；含水系巖溶水的系統(tǒng)性地下河或河系構(gòu)成巖溶含水系統(tǒng)時(shí)，其出口一般都以大泉或泉群的形式出現(xiàn)，它們幾乎無(wú)例外地都位于地形急劇變化的部位。設(shè)想由泉口順?biāo)魉菰炊?，可以是一條或幾條集中的地下通道，由此上溯，可能又分成次一級(jí)的分文一直達(dá)到地表。這種情況與地表水系十分相似，只不過(guò)地表水系水平廷伸，而巖溶系統(tǒng)則在垂直及水平方向上交替發(fā)育。含水系統(tǒng)的流域范圍，就是大泉或泉群的補(bǔ)給范圍。有時(shí)，地下通道和地表河流聯(lián)接，地表水流成為斷頭河潛入地下，河流的流域也就成為地下含水系統(tǒng)流域的一部分。巖溶水的這類地下含水系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)外都曾用各種方法，包括利用示蹤劑進(jìn)行研究，加以確定。

6巖溶水的系統(tǒng)性6裂隙水的系統(tǒng)性導(dǎo)水的裂隙系統(tǒng)構(gòu)成裂隙含水系統(tǒng)，大體可分兩類。一類是局部構(gòu)造形成斷層，沿?cái)鄬悠扑閹Оl(fā)育的帶狀含水體，寬度可以很狹小，也可達(dá)幾十m或百m以上，長(zhǎng)達(dá)幾km甚至更遠(yuǎn)。它與周圍的區(qū)域性裂隙聯(lián)為一體。當(dāng)?shù)匦螚l件有利時(shí)，斷層帶匯集周圍裂隙中的地下水，可以給出相當(dāng)大的水量。在天然情況下，往往以泉的形式排泄。有時(shí)它與一個(gè)或若干個(gè)含水層發(fā)生聯(lián)系，可以給出更多更穩(wěn)定的水量。7裂隙水的系統(tǒng)性7另一類是區(qū)域性裂隙構(gòu)成的含水體。當(dāng)某種巖性的地層發(fā)育了比較密集的構(gòu)造裂隙或成巖裂隙，在構(gòu)造和地形配合適當(dāng)時(shí)，便可以形成此類含水系統(tǒng)。水在裂隙中運(yùn)動(dòng)比較通暢，若沒(méi)有有利的儲(chǔ)水構(gòu)造，很難保證常年有水。因此，這類系統(tǒng)的給水能力在很大程度上取決于構(gòu)造條件，通常多為向斜盆地、單斜斷塊盆地，或者被其他弱透水地層掩阻的自流斜地等。8另一類是區(qū)域性裂隙構(gòu)成的含水體。當(dāng)某種巖性的地層發(fā)育了比較密

孔隙水的系統(tǒng)性孔隙水的含水系統(tǒng)表現(xiàn)得很不明顯，因?yàn)樗狈械呐判裹c(diǎn)，而且含水系統(tǒng)的邊界也不容易確定?？紫端饕嬖谟谒缮⒍逊e物中，而后者按成因類型的不同而有各自的分布范圍，有時(shí)這也就是系統(tǒng)的范圍。但是常常需要考慮具體的補(bǔ)給、徑流和排泄條件來(lái)確定其范圍。某一成因類型的松散沉積物，不但在剖面上只占一定層位，而且在水平方向上也有一定的展布范圍。這個(gè)范圍有時(shí)構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的含水系統(tǒng)；但更常見的則是不同成因類型沉積物互相銜接。由同—個(gè)搬運(yùn)——地積過(guò)程(如水流或冰流等)所形成的沉積物，由于沉積環(huán)境的改變，沉積類型也發(fā)生變化。9孔隙水的系統(tǒng)性9

大致可以認(rèn)為，凡具有共同補(bǔ)給來(lái)源，而且此共同補(bǔ)給來(lái)源的補(bǔ)給水量，在總補(bǔ)給量中占有較大比例時(shí)，則作為同一個(gè)地下含水系統(tǒng)來(lái)對(duì)待，不然，則應(yīng)作為不同的系統(tǒng)來(lái)考慮。降水稀少的干旱地區(qū)，如我國(guó)新疆和河西走廊等地，地下水主要靠高山冰雪融化形成的地表徑流在山前地帶潛入地下而獲得補(bǔ)給。降水量很小，不能成為地下水的主要補(bǔ)給源。在山前地帶進(jìn)入地下的水，不但成為當(dāng)?shù)貪撍难a(bǔ)給源，而且也成為向盆地中部伸展的各種類型沉積物中地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源。因此，盡管從山前到盆地小部沉積物的類型有變化，其中水的補(bǔ)給來(lái)源卻只有一個(gè)，可以說(shuō)是孔隙水表現(xiàn)系統(tǒng)性最明顯的例子。10大致可以認(rèn)為，凡具有共同補(bǔ)給來(lái)源，而且此共同補(bǔ)

在降水較多的大平原中部，遠(yuǎn)離山前的部位地形坡度平緩，含水層的顆粒細(xì)小，地下徑流處于滯緩或基本停滯狀態(tài)，盡管山前的粗大沉積物可以吸收大量降水及地表水流，但是，以地下徑流方式所能輸送的水量，只能在一定范圍內(nèi)起主要補(bǔ)給作用。超出這個(gè)范圍，其數(shù)量則逐漸減少，最后可以達(dá)到微不足道的程度。這種情況下，必須根據(jù)具體情況來(lái)判別地下水系統(tǒng)的范圍，這是系統(tǒng)性表現(xiàn)最不明顯的例子。11在降水較多的大平原中部，遠(yuǎn)離山前的部位地形坡度二、地下水資源的可調(diào)節(jié)性地下含水系統(tǒng)本身就是一個(gè)地下水庫(kù)——具有水庫(kù)的功能，即有天然的時(shí)間調(diào)節(jié)能力：一是含水介質(zhì)對(duì)水的流動(dòng)起到阻滯作用，延長(zhǎng)過(guò)水時(shí)間；二是地質(zhì)構(gòu)造形成的“蓄水池”，如向斜盆地、斷塊盆地等可以蓄貯水量?？烧{(diào)節(jié)能力大小取決于：它滯蓄水量的能力，

地質(zhì)構(gòu)造的規(guī)模（容積大?。?；含水介質(zhì)的性質(zhì)，如給水度μ、厚度M。12二、地下水資源的可調(diào)節(jié)性地下含水系統(tǒng)本身就是一個(gè)地下水庫(kù)——

水文循環(huán)：地下水通過(guò)水文循環(huán)使水量不斷再生、水質(zhì)也不斷更新，地下水的水文循環(huán)過(guò)程是通過(guò)補(bǔ)給與排泄兩個(gè)環(huán)節(jié)完成。

恢復(fù)能力：含水系統(tǒng)的恢復(fù)能力與水文循環(huán)的交替程度有關(guān)（潛水、承壓水）。既取決于可能補(bǔ)給水源水量的大?。ń邓浚秩Q于含水系統(tǒng)接受補(bǔ)給的條件，后者中最重要的是地下水賦存條件與含水介質(zhì)滲透能力。一個(gè)恢復(fù)性很差的含水系統(tǒng)，其規(guī)模再大，儲(chǔ)備水量再多，也會(huì)被用完（枯竭）——“無(wú)以為繼”。

可恢復(fù)性意義：是供水水源的必需條件。三、可恢復(fù)性—天然可再生的資源均具有可恢性13

水文循環(huán)：地下水通過(guò)水文循環(huán)使水量不斷再一、地下水的分類一、地下水資源的分類

分類的基本考慮：地下水自身的特性（含水系統(tǒng)貯水與運(yùn)動(dòng)），供水的要求—持續(xù)而均衡地供應(yīng)一定的水量。

地下水資源劃分——兩類水量（插圖13-1地下水資源分類示意圖）

補(bǔ)給資源（A）：是含水系統(tǒng)可以恢復(fù)再生的水量，年復(fù)一年可更新再生。換句話說(shuō)，是經(jīng)常與外界發(fā)生交換的水量。

儲(chǔ)存資源（B）：是含水系統(tǒng)在地質(zhì)歷史時(shí)期積累保存下來(lái)的水量。換句話說(shuō)，是保持于含水系統(tǒng)中的水量。13.3地下水資源分類及其供水意義14一、地下水的分類一、地下水資源的分類13.3地下水資源插圖13-1地下水資源分類示意圖15插圖13-1地下水資源分類示意圖15二、補(bǔ)給資源：可以恢復(fù)與再生，經(jīng)常與外系統(tǒng)發(fā)生交換

影響因素：受氣候變化影響，含水系統(tǒng)每年獲得的補(bǔ)給量與排泄量是有變化的，但從多年平均的角度看，某一含水系統(tǒng)多年平均的補(bǔ)給量與排泄量相等，其多年平均的年補(bǔ)給量是個(gè)定值。

補(bǔ)給資源量：數(shù)值上等于含水系統(tǒng)多年平均年補(bǔ)給量。

量綱：與流量表示相同，m3/a。

補(bǔ)給資源決定了含水系統(tǒng)中地下水資源的可恢復(fù)性。16二、補(bǔ)給資源：可以恢復(fù)與再生，經(jīng)常與外系統(tǒng)發(fā)生交換16三、儲(chǔ)存資源：不參與水循環(huán)交替，不變的

影響因素：儲(chǔ)存資源是含水系統(tǒng)在地質(zhì)歷史時(shí)期積累保存下來(lái)的水量，與沉積時(shí)的地質(zhì)條件（環(huán)境）有關(guān)。

儲(chǔ)存資源：數(shù)值上等于含水系統(tǒng)地下水多年平均低水位以下的重力水體積，即平均低水位以下的空間體積×給水度μ。

量綱：體積量，m3。

儲(chǔ)存資源決定了含水系統(tǒng)中地下水資源的可調(diào)節(jié)性。17三、儲(chǔ)存資源：不參與水循環(huán)交替，不變的1713.4地下水資源的供水意義為了滿足生活與生產(chǎn)的需要，對(duì)供水水源的基本要求是持續(xù)而均衡地供應(yīng)某一數(shù)量的水。因此，作為供水水源的含水系統(tǒng)，必須同時(shí)有一定數(shù)量的補(bǔ)給資源與儲(chǔ)存資源。補(bǔ)給資源可以保持供水的長(zhǎng)期持續(xù)，儲(chǔ)存資源則保證供水的均衡穩(wěn)定。

供水水源基本要求：

長(zhǎng)期持續(xù)性（永續(xù)發(fā)展的需要）——多年的保證

均衡穩(wěn)定性（短期考慮）——時(shí)時(shí)供水

思考：比較插圖13-2中A、B、C三個(gè)含水系統(tǒng)的供水意義。1813.4地下水資源的供水意義為了滿

插圖13-2某地含水系統(tǒng)剖面示19

插圖13-2某地含水系統(tǒng)剖面示19二、儲(chǔ)存資源的供水意義——在時(shí)間上保證供水的均衡穩(wěn)定當(dāng)干旱年份含水系統(tǒng)的年補(bǔ)給量小于補(bǔ)給資源時(shí)，可以通過(guò)“借用”儲(chǔ)存資源，保證含水系統(tǒng)的穩(wěn)定正常的供水能力；此時(shí)，騰空地下庫(kù)容，雨季再補(bǔ)充償還；含水系統(tǒng)沒(méi)有儲(chǔ)存資源，再豐富的補(bǔ)給資源也很難利用——→白白流走！

作為供水儲(chǔ)存資源的利用必須遵守“有借有還”的原則，否則

有借不還或多用少還（超量使用），最終導(dǎo)致水資源消耗殆盡（枯竭）。20二、儲(chǔ)存資源的供水意義——在時(shí)間上保證供水的均衡穩(wěn)定20隨著儲(chǔ)存資源消耗，含水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力也隨之降低，供水能力也將受到損害。

儲(chǔ)存資源的動(dòng)用伴隨著地下水位下降，增加用水費(fèi)用，并可能引起地面沉降、水質(zhì)惡化等環(huán)境損害。

因此，儲(chǔ)存資源是要付出必要的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境方面的代價(jià)。21隨著儲(chǔ)存資源消耗，含水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力也隨之降低一、補(bǔ)給資源的供水意義——保證作為供水水源所能長(zhǎng)期持續(xù)提供的水量

理論上補(bǔ)給資源是含水系統(tǒng)可能供水的最大水量；

是評(píng)價(jià)一個(gè)含水系統(tǒng)供水能力的標(biāo)志；

通常含水系統(tǒng)的補(bǔ)給資源=多年平均年補(bǔ)給量；

開采時(shí)：含水系統(tǒng)的水文地質(zhì)條件發(fā)生變化，其補(bǔ)給量可能大于或小于天然條件下的補(bǔ)給量。22一、補(bǔ)給資源的供水意義——保證作為供水水源所能長(zhǎng)期持續(xù)提供的補(bǔ)給量可能增大：開采時(shí)人工采水代替原有各種天然排泄（如泉的出露，向地表水泄流，向大氣蒸發(fā)）成為新的排泄去路，同時(shí)使地下水位下降。當(dāng)?shù)叵滤坏南陆挡暗乇硭w時(shí)，原先作為排泄去路的地表水體反過(guò)來(lái)成為地下水新的補(bǔ)給來(lái)源（犧牲地表水資源），含水系統(tǒng)便獲得增補(bǔ)的補(bǔ)給資源（相應(yīng)地，本區(qū)地表水資源減少了地下水泄流及向地下水補(bǔ)給的量），含水系統(tǒng)的允許開采量可能大于其天然補(bǔ)給量。23補(bǔ)給量可能增大：開采時(shí)人工采水代替原有各種天然排泄（如泉的出補(bǔ)給資源減?。喝玳_采地下水灌溉農(nóng)田，會(huì)使該地區(qū)農(nóng)作物的產(chǎn)量或復(fù)種指數(shù)提高，農(nóng)作物很可能將消耗更多的土壤水于葉面蒸騰。包氣帶水分虧缺增大，降水轉(zhuǎn)化為地下水的份額便變小。含水系統(tǒng)獲得的補(bǔ)給量便小于天然條件下的補(bǔ)給資源。允許開采量減?。寒?dāng)開采地下水后含水系統(tǒng)原來(lái)的天然排泄仍有部分保持（如仍有部分泉保留，或地下水位下降不深處仍有蒸發(fā)消耗），則允許開采量小于含水系統(tǒng)補(bǔ)給資源。24補(bǔ)給資源減?。喝玳_采地下水灌溉農(nóng)田，會(huì)使該地區(qū)農(nóng)作物的產(chǎn)量或本章小結(jié)

（1）掌握地下水資源的概念與分類

（2）了解地下水資源的特性；

（3）補(bǔ)給資源與儲(chǔ)存資源的供水意義。25本章小結(jié)25總之，水庫(kù)式的巖溶含水系統(tǒng)，不但有補(bǔ)給資源，而且有相當(dāng)數(shù)量的儲(chǔ)存資源，具有較好的天然調(diào)節(jié)能力，使水量在時(shí)間上分配較均勻，故對(duì)用水比較有利?？菟竟?jié)泉的流量愈大，不穩(wěn)定系數(shù)愈小，則說(shuō)明巖溶含水系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力愈強(qiáng)，儲(chǔ)存資源的數(shù)量越大。只有范圍較廣闊而且大小裂隙相互連通的系統(tǒng)，才可能有較好的供水能力，這也正是裂隙含水系統(tǒng)很少作為大型供水水源的原因之一26總之，水庫(kù)式的巖溶含水系統(tǒng)，不但有補(bǔ)給資源，而且有相當(dāng)數(shù)量的3、潛水和承壓水平原淺部沉積物中的潛水和淺層承壓水，分布區(qū)就是補(bǔ)給區(qū)，主要接受降水和地表水補(bǔ)給通過(guò)蒸發(fā)排泄。由于水流梯度很小，顆粒較細(xì)，故地下徑流微弱，補(bǔ)給和排泄表現(xiàn)為潛水位的升降。當(dāng)含水系