第十三章地下水资源.

1第十三章地下水资源（1）地下水资源的概念资源是指自然界存在且可被人类利用的一切。地下水是能被人类所利用的一种物质，是一种不可或缺的宝贵资源（供水，一定数量的水）。地下水资源是水资源的一个组成部分。地下水与大气水、地表水在水文循环过程中相互转化，因此，一个地区的水资源是一个密切联系的有机整体。地下水资源：能从某一地下水盆地中连续地、不至于引起不良结果所抽取的地下水量（柴崎达雄，1982提出）13.1地下水资源概念2（2）地下水资源与地表水资源相比——从以下几个方面比较：空间分布：广而均匀；时间调节性：地下含水系统是天然水库，动态稳定；水质：水质优，洁净，水温恒定，不易受到污染，但污染后很难治理；可利用性：一次性利用投资小，增减便利（增减井数），但运用费用高。管理上：用户分散，管理相对困难。13.1地下水资源概念3地下水资源的系统性地下水资源的可调节性地下水资源的可恢复性13.2地下水资源的特征4形成：地下水资源是按系统（含水系统）形成与分布系统响应：地下水是一个统一的整体（有水力联系），系统内部任何一部分注入或排除水量，都会影响（波及）整个系统。因此，某含水系统可以利用的地下水资源，应该等于整个系统所获得的补给量；管理：应当以含水系统为单元，统一评价及规划利用地下水资源。13.2地下水资源的特征一、系统性5难点：系统边界不易确定；系统划分时边界有叠置；含水系统边界往往垮行政区域；处于同一含水系统的若干水源地求算可开采利用水量时，易造成水量重复计算；重复计算和人为夸大水量，造成过渡开采，引发环境问题。6岩溶水的系统性地下河或河系构成岩溶含水系统时，其出口一般都以大泉或泉群的形式出现，它们几乎无例外地都位于地形急剧变化的部位。设想由泉口顺水流溯源而上，可以是一条或几条集中的地下通道，由此上溯，可能又分成次一级的分文一直达到地表。这种情况与地表水系十分相似，只不过地表水系水平廷伸，而岩溶系统则在垂直及水平方向上交替发育。含水系统的流域范围，就是大泉或泉群的补给范围。有时，地下通道和地表河流联接，地表水流成为断头河潜入地下，河流的流域也就成为地下含水系统流域的一部分。岩溶水的这类地下含水系统，在国内外都曾用各种方法，包括利用示踪剂进行研究，加以确定。7裂隙水的系统性导水的裂隙系统构成裂隙含水系统，大体可分两类。一类是局部构造形成断层，沿断层破碎带发育的带状含水体，宽度可以很狭小，也可达几十m或百m以上，长达几km甚至更远。它与周围的区域性裂隙联为一体。当地形条件有利时，断层带汇集周围裂隙中的地下水，可以给出相当大的水量。在天然情况下，往往以泉的形式排泄。有时它与一个或若干个含水层发生联系，可以给出更多更稳定的水量。8另一类是区域性裂隙构成的含水体。当某种岩性的地层发育了比较密集的构造裂隙或成岩裂隙，在构造和地形配合适当时，便可以形成此类含水系统。水在裂隙中运动比较通畅，若没有有利的储水构造，很难保证常年有水。因此，这类系统的给水能力在很大程度上取决于构造条件，通常多为向斜盆地、单斜断块盆地，或者被其他弱透水地层掩阻的自流斜地等。9孔隙水的系统性孔隙水的含水系统表现得很不明显，因为它缺乏集中的排泄点，而且含水系统的边界也不容易确定。孔隙水主要存在于松散堆积物中，而后者按成因类型的不同而有各自的分布范围，有时这也就是系统的范围。但是常常需要考虑具体的补给、径流和排泄条件来确定其范围。某一成因类型的松散沉积物，不但在剖面上只占一定层位，而且在水平方向上也有一定的展布范围。这个范围有时构成一个单独的含水系统；但更常见的则是不同成因类型沉积物互相衔接。由同—个搬运——地积过程(如水流或冰流等)所形成的沉积物，由于沉积环境的改变，沉积类型也发生变化。10大致可以认为，凡具有共同补给来源，而且此共同补给来源的补给水量，在总补给量中占有较大比例时，则作为同一个地下含水系统来对待，不然，则应作为不同的系统来考虑。降水稀少的干旱地区，如我国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径流在山前地带潜入地下而获得补给。降水量很小，不能成为地下水的主要补给源。在山前地带进入地下的水，不但成为当地潜水的补给源，而且也成为向盆地中部伸展的各种类型沉积物中地下水的主要补给来源。因此，尽管从山前到盆地小部沉积物的类型有变化，其中水的补给来源却只有一个，可以说是孔隙水表现系统性最明显的例子。11在降水较多的大平原中部，远离山前的部位地形坡度平缓，含水层的颗粒细小，地下径流处于滞缓或基本停滞状态，尽管山前的粗大沉积物可以吸收大量降水及地表水流，但是，以地下径流方式所能输送的水量，只能在一定范围内起主要补给作用。超出这个范围，其数量则逐渐减少，最后可以达到微不足道的程度。这种情况下，必须根据具体情况来判别地下水系统的范围，这是系统性表现最不明显的例子。12二、地下水资源的可调节性地下含水系统本身就是一个地下水库——具有水库的功能，即有天然的时间调节能力：一是含水介质对水的流动起到阻滞作用，延长过水时间；二是地质构造形成的“蓄水池”，如向斜盆地、断块盆地等可以蓄贮水量。可调节能力大小取决于：它滞蓄水量的能力，地质构造的规模（容积大小）；含水介质的性质，如给水度μ、厚度M。13水文循环：地下水通过水文循环使水量不断再生、水质也不断更新，地下水的水文循环过程是通过补给与排泄两个环节完成。恢复能力：含水系统的恢复能力与水文循环的交替程度有关（潜水、承压水）。既取决于可能补给水源水量的大小（降水量），又取决于含水系统接受补给的条件，后者中最重要的是地下水赋存条件与含水介质渗透能力。一个恢复性很差的含水系统，其规模再大，储备水量再多，也会被用完（枯竭）——“无以为继”。可恢复性意义：是供水水源的必需条件。三、可恢复性—天然可再生的资源均具有可恢性14一、地下水的分类一、地下水资源的分类分类的基本考虑：地下水自身的特性（含水系统贮水与运动），供水的要求—持续而均衡地供应一定的水量。地下水资源划分——两类水量（插图13-1地下水资源分类示意图）补给资源（A）：是含水系统可以恢复再生的水量，年复一年可更新再生。换句话说，是经常与外界发生交换的水量。储存资源（B）：是含水系统在地质历史时期积累保存下来的水量。换句话说，是保持于含水系统中的水量。13.3地下水资源分类及其供水意义15插图13-1地下水资源分类示意图16二、补给资源：可以恢复与再生，经常与外系统发生交换影响因素：受气候变化影响，含水系统每年获得的补给量与排泄量是有变化的，但从多年平均的角度看，某一含水系统多年平均的补给量与排泄量相等，其多年平均的年补给量是个定值。补给资源量：数值上等于含水系统多年平均年补给量。量纲：与流量表示相同，m3/a。补给资源决定了含水系统中地下水资源的可恢复性。17三、储存资源：不参与水循环交替，不变的影响因素：储存资源是含水系统在地质历史时期积累保存下来的水量，与沉积时的地质条件（环境）有关。储存资源：数值上等于含水系统地下水多年平均低水位以下的重力水体积，即平均低水位以下的空间体积×给水度μ。量纲：体积量，m3。储存资源决定了含水系统中地下水资源的可调节性。1813.4地下水资源的供水意义为了满足生活与生产的需要，对供水水源的基本要求是持续而均衡地供应某一数量的水。因此，作为供水水源的含水系统，必须同时有一定数量的补给资源与储存资源。补给资源可以保持供水的长期持续，储存资源则保证供水的均衡稳定。供水水源基本要求：长期持续性（永续发展的需要）——多年的保证均衡稳定性（短期考虑）——时时供水思考：比较插图13-2中A、B、C三个含水系统的供水意义。19插图13-2某地含水系统剖面示20二、储存资源的供水意义——在时间上保证供水的均衡稳定当干旱年份含水系统的年补给量小于补给资源时，可以通过“借用”储存资源，保证含水系统的稳定正常的供水能力；此时，腾空地下库容，雨季再补充偿还；含水系统没有储存资源，再丰富的补给资源也很难利用——→白白流走！作为供水储存资源的利用必须遵守“有借有还”的原则，否则有借不还或多用少还（超量使用），最终导致水资源消耗殆尽（枯竭）。21随着储存资源消耗，含水系统的调节能力也随之降低，供水能力也将受到损害。储存资源的动用伴随着地下水位下降，增加用水费用，并可能引起地面沉降、水质恶化等环境损害。因此，储存资源是要付出必要的经济与环境方面的代价。22一、补给资源的供水意义——保证作为供水水源所能长期持续提供的水量理论上补给资源是含水系统可能供水的最大水量；是评价一个含水系统供水能力的标志；通常含水系统的补给资源=多年平均年补给量；开采时：含水系统的水文地质条件发生变化，其补给量可能大于或小于天然条件下的补给量。23补给量可能增大：开采时人工采水代替原有各种天然排泄（如泉的出露，向地表水泄流，向大气蒸发）成为新的排泄去路，同时使地下水位下降。当地下水位的下降波及地表水体时，原先作为排泄去路的地表水体反过来成为地下水新的补给来源（牺牲地表水资源），含水系统便获得增补的补给资源（相应地，本区地表水资源减少了地下水泄流及向地下水补给的量），含水系统的允许开采量可能大于其天然补给量。24补给资源减小：如开采地下水灌溉农田，会使该地区农作物的产量或复种指数提高，农作物很可能将消耗更多的土壤水于叶面蒸腾。包气带水分亏缺增大，降水转化为地下水的份额便变小。含水系统获得的补给量便小于天然条件下的补给资源。允许开采量减小：当开采地下水后含水系统原来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处仍有蒸发消耗），则允许开采量小于含水系统补给资源。25本章小结（1）掌握地下水资源的概念与分类（2）了解地下水资源的特性；（3）补给资源与储存资源的供水意义。26总之，水库式的岩溶含水系统，不但有补给资源，而且有相当数量的储存资源，具有较好的天然调节能力，使水量在时间上分配较均匀，故对用水比较有利。枯水季节泉的流量愈大，不稳定系数愈小，则说明岩溶含水系统调节能力愈强，储存资源的数量越大。只有范围较广阔而且大小裂隙相互连通的系统，才可能有较好的供水能力，这也正是裂隙含水系统很少作为大型供水水源的原因之一273、潜水和承压水平原浅部沉积物中的潜水和浅层承压水，分布区就是补给区，主要接受降水和地表水补给通过蒸发排泄。由于水流梯度很小，颗粒较细，故地下径流微弱，补给和排泄表现为潜水位的升降。当含水系统中的含水层厚度较大时，储存资源有一定的数量，在干旱年份保障供水的能力较强。山前地区的潜水和浅部承压水接受山区降水或融雪水的侧向补给，这是补给资源的主要来源，当地降水的补给，一般只有次要作用。在干旱地区，前者可能是补给资源的唯一来源。28深部承压水在天然条件下，仅在山前的补给区接受补给，一般补给资源相当有限，主要取决于分布区与补给区的距离，水位差和岩性。当含水系统厚度大时，储存资源最大。在开采条件下，深层孔隙承压含水系统补给资源和储存资源的组成与转化比较复杂