9--地下水资源量的计算与评价

第九章地下水资源量的计算与评价地下水资源评价包括地下水水质评价和地下水水量评价两个方面。本章主要介绍地下水资源量的计算与评价。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类§2地下水允许开采量的计算方法§3地下水资源评价第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点地下水资源，既不同于固体矿产资源，也不同于地表水资源，有它自己的特点。可以概括为系统性、流动性、可恢复性、可调节性等四个方面的特点。1、系统性所谓系统性，是指由一定的地质结构组织而成的、具有密切水力联系的统一整体。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点1、系统性人类对地下水资源的认识从水井(水源地)评价发展到含水层、含水岩组，直到含水系统整体评价。过去，人们把具有密切水力联系的统一整体，人为分割为相互独立的含水层或单元，分别进行水量、水质的评价，并用这种评价结果指导地下水资源的开发利用，结果导致各地争水、水质恶化、环境质量日趋下降。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点2、流动性地下水资源是流体，在补给、径流、排泄的过程中，不断循环流动，因此地下水资源是动态资源。地下水资源的数量和质量随外界条件变化而变化。在任一地点获取的地下水量，都是以周围地段甚至整个系统的水量为代价的。那种将流经本地区(段)的地下水视为已有的资源观，显然违背了水资源流动性这一客观事实第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点3、可恢复性又称为可再生性。地下水始终处于流动状态，在不断接受外界水量和溶质补充的同时，也将系统内部水量连同水中所含的物质排泄出去。在天然条件下，补、排水量在多年间可以大体平衡，各地段水量和水质保持相对稳定。在地下水开发利用过程中，如果系统排出的水量不超过某一特定值，则大部分水量可以通过外界的补给得到补偿。地下水资源的可恢复性是地下水资源可持续利用的保证。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点4、可调节性调节性主要是针对水量而言，指地下水在系统结构的作用下，使不连续的降水和水量输入变为相对连续、均匀输出的这种自然特性。一般来说，地表水系统的水量调节能力较差，水量、水位的动态变化与降水过程极为密切，滞后、延迟效应均不明显，获得的降水补给量可以快速地排出。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点4、调节性与地表水相比，地下水更具有调节性。集中的降水补给可积蓄在季节变动带中，然后缓慢释放，缓慢径流的路程效应可平抑各处来水的波动，发挥削峰填谷的作用。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类20世纪70年代以前，我国采用前苏联的地下水储量分类，即分为动储量、静储量、调节储量和开采储量四类。动储量：单位时间内流经含水层（带）横断面的地下水体积，即地下水的天然径流量；静储量：地下水位年变动带以下含水层（带）中储存的重力水体积；调节储量：地下水位年变动带内重力水的体积；开采储量：用技术经济合理的取水工程，能从含水层中取出的水量，并要求开采期内不发生水量减少、水质恶化等不良后果。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类20世纪70年代后期，我国提出了自己的地下水资源分类，该方案于于1989年由国家计划委员会正式批准为国家标准(GBJ27-88)。中华人民共和国建设部于2001年颁布的国家标准《供水水文地质勘察规范》(GB50027-2001)中仍执行该方案。该方案将地下水资源划分为补给量、储存量和允许开采量三类：第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类1、补给量指天然状态或开采条件下，单位时间内，通过各种途径进入含水层（或含水系统）的水量。一般包括地下水径流补给量、大气降水的入渗补给量、地表水的入渗补给量、越流补给量和人工补给量等。2、储存量指地下水在补给与排泄过程中，某一时间段内在含水层（或含水系统）中储存的重力水体积。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类2、储存量在潜水含水层中，储存量的变化主要反映为水体积的改变，称为体（容）积储存量，可用下式计算：W=μ·F·h式中：W—地下水的储存量(m3)；μ—含水层的给水度；F—潜水含水层的面积(m2)；h—潜水含水层的厚度(m)。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类2、储存量在承压含水层中，压力水头的变化主要反映弹性水的释放，称为弹性储存量，可按下式计算：W弹＝μ*·F·h式中：W弹—承压水的弹性储存量(m3)；μ*—贮水(或释水)系数；F—承压含水层的面积(m2)；h—承压含水层自顶板算起的压力水头高度(m)。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类3、允许开采量又称可开采量，指通过技术经济合理的取水构筑物，在整个开采期内出水量不会减少，动水位不超过设计要求，水质和水温变化在允许范围内，不影响已建水源地正常开采，不发生危害性环境地质现象等前题下，单位时间内从含水系统或取水地段中能够取得的水量。简言之，允许开采量就是用合理的取水工程，能从含水系统或取水地段中取得出来，但不会引起一切不良后果的最大出水量。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类4、允许开采量的组成（1）允许开采量与开采量的关系允许开采量与开采量是不同的概念。开采量是指目前正在开采的水量或预计开采量，它只反映了取水工程的产水能力。开采量不应大于允许开采量；否则，会引起不良后果。允许开采量的大小取决于地下水的补给量和储存量的大小，同时还受技术经济条件的限制。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类4、允许开采量的组成（2）允许开采量的组成地下水在开采以前，雨季补给量大于消耗量，含水层内储存量增加，水位抬高，流速增大；雨季过后，消耗量大于补给量，储存量减少，水位下降，流速减小。从一个周期的时间来看，这段时间的总补给量和总消耗量是接近相等的，即Q补≈Q排。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类4、允许开采量的组成（2）允许开采量的组成在人工开采地下水时，天然排泄量减少，补给量增加，即为补给增量。在开采状态下，可以用下面水均衡方程表示：（Q补+ΔQ补）－（Q排－ΔQ排）－Q开＝±μ·F·Δh/Δt式中：Q补—开采前的天然补给量（m3／d）；ΔQ补—开采时的补给增量（m3／d）；Q排—开采前的天然排泄量(m3／d)；ΔQ排—开采时天然排泄量减少值（m3／d）；Q开—人工开采量（m3／d）；第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类4、允许开采量的组成（2）允许开采量的组成在开采状态下，可以用下面水均衡方程表示：（Q补+ΔQ补）－（Q排－ΔQ排）－Q开＝±μ·F·Δh/Δt式中：μ—含水层的给水度；F—开采时引起水位下降的面积（m2）；Δt—开采时间（d）；Δh—在Δt时间段内开采影响范围内的平均水位降（m）。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类4、允许开采量的组成（2）允许开采量的组成由于天然补给量与天然排泄量近似相等，即Q补≈Q排，并且开采量在数值上已接近或等于允许开采量，所以：Q允开＝ΔQ补+ΔQ排+μ·F·Δh/Δt这个方程表明，允许开采量实质上是由三部分组成的：1）增加的补给量（ΔQ补），可称为开采夺取量；2）减少的天然排泄量（ΔQ排），可称为开采截取量；3）可动用的储存量（μ·F·Δh/Δt）。第九章地下水资源量的计算与评价§1地下水资源的特点及分类§2地下水允许开采量的计算方法§3地下水资源评价第九章地下水资源量的计算与评价§2地下水允许开采量的计算方法计算地下水的允许开采量是地下水资源评价的核心问题。计算允许开采量的方法，也称为地下水资源评价方法。由于各地水文地质条件的差异，已有资料详细程度不同，以及对计算成果要求的精度不同，可以采用不同的计算方法。目前应用较广泛的计算方法主要有水量均衡法、解析法、数值法、相关外推法、开采抽水法和“黑箱法”等。为了保证计算结果的准确性，在实际工作中应根据资料情况、评价的目的和计算方法的适用范围选用多种方法计算，以便进行比较、验证。第九章地下水资源量的计算与评价§2地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法1、基本原理水量均衡法是水量计算中最常用、最基本的方法。一个均衡区内的含水层系统，在任一时段Δt内补给量与排泄量之差，恒等于此含水层系统中水体积的变化量。据此可以建立水均衡方程式：Q补＝Q流入＋Q越入＋Q河渗＋Q雨渗＋Q人补（m3/d）；Q排＝Q流出＋Q越出＋Q溢出＋Q蒸发＋Q实开（m3/d）)(QQ潜水－排补thF)(QQ承压水－排补thF第九章地下水资源量的计算与评价§2地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法1、基本原理由前述对允许开采量的分析可知，如果是稳定型开采动态，则允许开采量为：如果是合理的消耗型开采动态，则为：式中，ΔQ排减少的排泄量；ΔQ补为开采时增加的补给量；Smax为最大允许降深；T为开采年限，一般取50－100a。）（＋排补允dm3QQQ）（＋排补允dmTSF3max365QQQ第九章地下水资源量的计算与评价§2地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法1、基本原理补给量Q补和排泄量Q排的组成项目很多，要根据具体条件来确定它们的组成，从而建立水均衡方程。例如，我国南方的岩溶水地区，主要补给来源是Q雨渗和Q河渗，其次是侧向流入Q流入，排泄项中主要是Q溢出，其次是Q流出及Q蒸发。只要采用恰当的开采方式，可以充分截取补给，减少排泄，则计算允许开采量的公式可简化为：Q允开≈Q雨渗十Q河渗用补给量作为允许开采量第九章地下水资源量的计算与评价§2地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法2、计算步骤步骤1：划分均衡区（1）在区域地下水资源量计算中，以地下水系统边界圈定的范围为均衡区；（2）局域地下水水量计算中，均衡区需要人为划分，均衡区的边界尽量选择天然边界或地下水交换量容易确定的边界；（3）如果均衡区面积大，水文地质条件复杂，均衡要素差别大，还可以根据含水介质成因类型和地下水类型的组合作为分区依据。例如在基岩山区－平原地区，可分为基岩山区裂隙水、平原区松散孔隙水等一级子区；第九章地下水资源量的计算与评价§2地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法2、计算步骤步骤1：划分均衡区（4）如果同一区内的水文地质条件还有较大差异，可以按不同的定量指标划分为若干段。分段指标通常是含水层导水系数、给水度、水位埋深、动态变幅及包气带岩性等，以便于测定均衡要素为原则。步骤2：确定均衡期均衡期一般以年为单位，也可将旱季、雨季分开来计算，这样可以简化均衡方程中的项目。第九章地下水资源量的计算与评价§2地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法步骤3：确定均衡要素，建立均衡方程均衡要素指通过均衡区的边界流入和流出水量项的总称。进入的水量项称为补给项，流出的水量项称为排泄项。（1）分析各个均衡区有哪些均衡要素；（2）确定天然条件下补给量和排泄量；（3）确定开采条件下的补给增量和可能减少的消耗量；（4）建立均衡方程。第九章地下水资源量的计算与评价§2地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法步骤3：确定均衡要素，建立均衡方程为了取得较准确的计算资料，最好在每个均衡区选择一个有代表性的地段做小范围的均衡试验，实际测定各项均衡要素的数值，取得计算所需的参数，然后用以计算整个均衡区的各种补给量和排泄量。第九章地下水资源量的计算与评价§2地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法2、计算步骤步骤4：计算和评价（1）计算：将各项均衡要素值代入均衡式中，计算出补给量与排泄量的差值，看地下水储存量的变化是否与