地下水資源與評價(jià)課程論文

./2015-2016學(xué)年第2學(xué)期課程名稱：地下水資源評價(jià)與管理專業(yè)：地質(zhì)工程年級：13級任課教師：郭巧娜盧小慧學(xué)號：1309020333姓名：亞地球科學(xué)與工程學(xué)院目錄一、地下水資源評價(jià)的含義···························31、地下水資源評價(jià)的容·······························32、地下水資源評價(jià)的原則·······························33、地下水資源評價(jià)的任務(wù)·······························4二、地下水資源評價(jià)的方法···························41、地下水穩(wěn)定流法·····································42、非穩(wěn)定流計(jì)算法·····································53、水量均衡法·········································54、數(shù)值模擬法·········································55、相關(guān)分析法·········································5三、地下水資源評價(jià)實(shí)例·····························6參考文獻(xiàn)··········································8摘要：受特殊地理位置的制約,我國水資源地區(qū)分布極不均勻。水資源分布與土地資源和生產(chǎn)力布局不相匹配,加之氣候變化和人類活動對下墊面條件的影響,近年我國水資源情勢發(fā)生了顯著變化,大部分地區(qū)水資源量明顯減少．同時(shí)受到現(xiàn)有工程調(diào)蓄能力、供水保障程度的限制,水資源供需矛盾日益嚴(yán)重。因此對地下水進(jìn)行相關(guān)的評價(jià),合理開采地下水顯得尤為重要。地下水的使用價(jià)值包括水質(zhì)和水量兩個(gè)方面。地下水資源評價(jià),應(yīng)同時(shí)進(jìn)行水質(zhì)和水量的評價(jià)。地下水量的計(jì)算和評價(jià)比水質(zhì)評價(jià)復(fù)雜得多。一般所說的進(jìn)行地下水資源評價(jià),都是在水質(zhì)符合要求的前提下,著重對水量進(jìn)行評價(jià)。想要做到合理開采和使用地下水,因此在進(jìn)行地下水資源評價(jià)時(shí)計(jì)算地下水的開采量是重中之重。關(guān)鍵詞：地下水水資源評價(jià)地下水資源評價(jià)的含義地下水資源評價(jià)是指在一定的天然和人工條件下,對地下水資源的質(zhì)和量在使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行綜合分析、計(jì)算和論證。地下水資源評價(jià)主要包括兩部分容：地下水補(bǔ)給資源量評價(jià)和地下水可開采資源量評價(jià)。1、地下水資源評價(jià)的容〔1地下水補(bǔ)給資源量評價(jià)地下水補(bǔ)給資源量是地下水系統(tǒng)在天然條件下或開采狀態(tài)下所接受的各種補(bǔ)給量的總和,它是地下水系統(tǒng)長期而穩(wěn)定提供的最大開采量,是評價(jià)一個(gè)地區(qū)可開采資源量的基礎(chǔ)。因此,補(bǔ)給資源的評價(jià)是區(qū)域地下水資源評價(jià)的核心。從天然均衡角度,補(bǔ)給項(xiàng)之和應(yīng)等于排泄項(xiàng)之和,因此,當(dāng)某些補(bǔ)給量不易求得時(shí),可用計(jì)算排泄量的方法代替。由于不同季節(jié)、不同年份補(bǔ)給量或排泄量是變化的,因此,應(yīng)根據(jù)降水量變化和地下水動態(tài)變化,推求多年平均值作為地下水的補(bǔ)給資源量?！?地下水可開采資源量評價(jià)地下水可開采資源量的確定是水資源評價(jià)最主要的目的,對水資源的開發(fā)利用具有重要的指導(dǎo)意義,但準(zhǔn)確確定地下水可開采資源量是非常困難的。第一,由水循環(huán)和水均衡原理可知,地下水的開采量來自于地下水開采條件下補(bǔ)給量的增量和排泄量的減少量,這不僅僅與水文地質(zhì)條件有關(guān),而且與具體的開采方案,如開采井的布局、開采量、取水構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)等有關(guān)；第二,經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件是隨時(shí)間而變化的,并因不同的目的而有不同的標(biāo)準(zhǔn)；第三,地下水的開采必然改變地下水的流動狀態(tài),進(jìn)而改變水文地質(zhì)條件,并對水環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。對于不同的地區(qū)、不同的地下水系統(tǒng)和不同的供水目的,對水環(huán)境的限定條件有著較大的差異。實(shí)際上,地下水可開采量的確定,就是在確定開采地下水獲得的利益和環(huán)境損失之間尋找平衡點(diǎn)。2、地下水資源評價(jià)的原則水資源屬于可再生資源,有別于其他資源,基本評價(jià)原則如下?！?按流域或地下水系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)。水資源是按流域或地下水系統(tǒng)而分布和流動的,人為劃分邊界將造成流入、流出量的誤差及重復(fù)量的出現(xiàn),因此為降低人為誤差,水資源評價(jià)以流域或地下水系統(tǒng)進(jìn)行?！?根據(jù)"四水轉(zhuǎn)化"的規(guī)律進(jìn)行評價(jià)。在水循環(huán)過程中,大氣降水、地表水、土壤水和地下水是相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的統(tǒng)一體。在水資源評價(jià)中注意到這種轉(zhuǎn)化關(guān)系和轉(zhuǎn)化量,不僅可避免水資源量的重復(fù)計(jì)算,而且可利用轉(zhuǎn)化關(guān)系,提高水資源的利用率。〔3"以豐補(bǔ)歉"的原則評價(jià)。無論是地下水還是地表水資源量,都是隨著時(shí)空變化的,若希望最大限度地利用水資源量,則首先要評價(jià)水資源的儲存量和調(diào)節(jié)能力,并充分利用其調(diào)節(jié)能力,調(diào)節(jié)豐、枯季節(jié)和年份的地下水資源量,提高水資源可利用量和供水的保證程度。〔4可持續(xù)發(fā)展的原則。應(yīng)從水資源的可持續(xù)利用、水資源的開發(fā)利用與社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的角度評價(jià)水資源量,即尋求水資源開發(fā)所帶來的經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)的平衡點(diǎn),要求在水資源評價(jià)中,注重環(huán)境影響的評價(jià)和環(huán)境對水資源開發(fā)的約束?！?動態(tài)和發(fā)展的原則。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高,人類控制、開發(fā)水資源的能力也會越來越強(qiáng),一些現(xiàn)在無法利用、開發(fā)的水都有可能成為今后水資源評價(jià)的新對象,如海水淡化,陸地劣質(zhì)水的資源化,土壤水的調(diào)控,冰川水、深層地下水的開發(fā),生態(tài)用水的評價(jià)與保護(hù)等。這就要求評價(jià)工作不斷跟上水資源理論的發(fā)展。即使是常規(guī)的地表水、地下水的資源評價(jià),也會因理論的發(fā)展不斷修正原有的概念和思維方式,涌現(xiàn)出新的評價(jià)方法和手段。3、地下水資源評價(jià)的任務(wù)〔1以確定"四大儲量"作為地下水資源評價(jià)的主要任務(wù)由于四大儲量自身存在的問題,所以以四大儲量作為地下水資源評價(jià)的依據(jù)和容是滿足不了生產(chǎn)要求的,往往是為計(jì)算而計(jì)算,算了以后也心中無數(shù)。如果以此作為開采的依據(jù),往往是盲目地開采?！?以確定"可以開發(fā)利用的地下水量"為主要任務(wù)可以開發(fā)利用的地下水量是指在開發(fā)利用條件下,區(qū)域可以得到的地下水量,它既取決于開采條件〔如取水方式,開采強(qiáng)度、取水建筑物的結(jié)構(gòu)和布局、提水設(shè)備的能力等,也取決于開采區(qū)的水文地質(zhì)條件、區(qū)域的垂直補(bǔ)給和邊界以外的側(cè)向補(bǔ)給、含水層的輸水能力、越流補(bǔ)給及彈性釋水等〔3以確定地下水允許開采量為主要任務(wù)地下水允許開采量的概念極不統(tǒng)一,如果把它理解為開采以后總能補(bǔ)回來的水量,認(rèn)為在無損失條件下,它是可能最大補(bǔ)給量,如果有損失則應(yīng)是可利用量。<4>以確定地下水資源最優(yōu)可持續(xù)開采量為主要任務(wù)地下水資源評價(jià)的方法由于地下水資源評價(jià)方法很多,而且適應(yīng)性差別極大,僅對幾種常見的評價(jià)方法進(jìn)行討論。1、地下水穩(wěn)定流法2、非穩(wěn)定流計(jì)算法3、水量均衡法4、數(shù)值模擬法5、相關(guān)分析法地下水穩(wěn)定流法穩(wěn)定流理論是在一定條件下,地下水的運(yùn)動經(jīng)過很長時(shí)間所達(dá)到的一種平衡狀態(tài)或稱為相對平衡狀態(tài),即不隨時(shí)間發(fā)生變化．穩(wěn)定流理論有局限性,只能在某些特定條件下應(yīng)用。地下水非穩(wěn)定流理論則考慮了時(shí)間這個(gè)變量,反映了客觀實(shí)際,因此,它比穩(wěn)定流理論有較大的適應(yīng)性。適用條件：補(bǔ)給條件好,開采時(shí)間不長的地段；當(dāng)?shù)叵滤_采量與地下水的天然補(bǔ)給量相差很小的地段；地下水收入和支出基本處于平衡狀態(tài),即地下水的運(yùn)動處于穩(wěn)定或相對穩(wěn)定狀態(tài)。非穩(wěn)定流計(jì)算法非穩(wěn)定流計(jì)算法——利用地下水非穩(wěn)定流的基本微分方程式,在不同邊界條件下的解析解和數(shù)值解,研究開采量與其水位降之間關(guān)系的方法,一般用于孔隙水較好?？梢栽u價(jià)潛水或承壓含水層的開采量,預(yù)測含水層中任意一點(diǎn)的水位降隨時(shí)間變化趨勢。適用條件：含水層幾何形狀簡單水文地質(zhì)條件單一含水層是均質(zhì)各向同性的情況水量均衡法基本原理：任一時(shí)間段的補(bǔ)給量和消耗量之差,等于地下水系統(tǒng)中水體積的變化量。天然條件下水量均衡方程式：適用條件理論上,可適用于任何地下水系統(tǒng)的水資源評價(jià)區(qū)域地下水資源評價(jià),水文地質(zhì)條件復(fù)雜,其它方法難以應(yīng)用缺點(diǎn)：<1>某些均衡要素和求取均衡要素的水文地質(zhì)參數(shù)難以確定或不準(zhǔn)確,造成計(jì)算誤差較大；<2>是一種集中參數(shù)方法,難以精確給出地下水各要素隨空間的變化；<3>不能準(zhǔn)確確定地下水的可開采資源量；<4>很難給出具體地下水開發(fā)利用方案。數(shù)值模擬法數(shù)值法是隨著電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)而發(fā)展起來的,應(yīng)用十分廣泛。從理論上看,把研究區(qū)域剖分成若干網(wǎng)格〔有限差分法分為方形、矩形、三角形；有限元法常用三角形,將建立的偏微分方程離散成線性代數(shù)方程組,用電子計(jì)算機(jī)聯(lián)立求解線性方程組。優(yōu)缺點(diǎn)：盡管它是對滲流偏微分方程的一種近似解,但實(shí)際應(yīng)用中完全可以滿足精度要求。它可以解決許多復(fù)雜條件下的地下水資源評價(jià)問題,應(yīng)用廣泛,是一種較好的方法。是一種萬能用法。5、相關(guān)分析法根據(jù)開采地下水的歷史資料或不同流量不同降深的抽水試驗(yàn)資料,用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法找出流量與降深或與其他變量之間的相關(guān)關(guān)系,并依據(jù)這種關(guān)系外推未來開采時(shí)的開采量,或外推增大開采量以后的水位降深。適用條件：這種方法適用于穩(wěn)定型或調(diào)節(jié)型開采動態(tài),或補(bǔ)給有余的舊水源地?cái)U(kuò)大開采時(shí)的地下水資源評價(jià)。如果已經(jīng)是消耗型水源地,要用人工調(diào)蓄、節(jié)制開采來保護(hù)水源地。這時(shí),也可以用相關(guān)分析法分析開采量、回灌量與水位的關(guān)系,求得合理的開采量和人工回灌量。市在控制地面沉降時(shí)曾作過這樣的分析。地下水資源評價(jià)實(shí)例用解析法評價(jià)某地區(qū)地下水實(shí)例實(shí)例：據(jù)冶金部勘察公司昌彬等資料,勘察區(qū)位于高原的低山丘陵河谷地帶,氣候干燥,平均年降水量為222mm,集中在7、8、9三個(gè)月。河谷寬約500m。除雨季外,河床常年干枯。河谷第四系砂礫石含水層平均厚17m,地下水埋深2m,主要由降水和地表水補(bǔ)給。兩側(cè)和底部均為巖漿巖。勘探孔和試驗(yàn)孔的布置如圖10一1所示。開采方案是沿河谷中心布置9口井,井距約1km。其布局和映射見圖10一2。據(jù)勘探試驗(yàn)資料算出井群的總出水量約為5000m3／d。在這樣的開采條件下,在整個(gè)旱季〔無降水和河水補(bǔ)給,中心區(qū)水位下降多少。步驟1：水文地質(zhì)條件概化。根據(jù)勘探試驗(yàn)取得的各種參數(shù),對水文地質(zhì)條件進(jìn)行如下概化。介質(zhì)條件：由于含水層沿河方向的不均勻性,可分為三個(gè)場段,采用不同的參數(shù)。表10一2所示。邊界條件：把河谷兩岸概化為直線平行不透水邊界。疏干時(shí)間：由于區(qū)每年7、8、9三個(gè)月為雨季,有降水和河水補(bǔ)給,故確定疏干時(shí)間為365一90＝275d。步驟2：確定計(jì)算公式,計(jì)算降深值。根據(jù)概化后的水文地質(zhì)條件,可選用潛水完整井井群干擾非穩(wěn)定流理論公式來計(jì)算：式中：S––––觀測井的水位下降值〔m；H––––含水層平均厚度〔m；Qi––––各井抽水量〔m3／d；K––––滲透系數(shù)〔m／d；W<ui>––––井函數(shù)；––––井函數(shù)自變量；ri––––抽水井〔實(shí)、虛至觀測井距離〔rn；μ′––––含水層延遲釋水系數(shù)；T––––導(dǎo)水系數(shù)〔m2／d；t––––抽水延續(xù)時(shí)間〔d。將所取得數(shù)據(jù)代入公式,計(jì)算降深值。由于平行邊界相距較近,映射次數(shù)較多,所以采用表格形式進(jìn)行計(jì)算較方便。例如先計(jì)算中心區(qū)10號井的降深值。首先,從圖上查出各實(shí)井和虛井與該井的距離ri,算出ri2,分別乘各場段的,求出ui值；然后,從井函數(shù)表查得W<ui>值,再乘以,加起來便可求得,用A表示。最后,計(jì)算10號井得降深：計(jì)算表的形式如表10—3所示。計(jì)算時(shí)取了五次映射,分別對中心區(qū)的11號、10號、12號及5號