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12 地下水资源评价与管理,12.1 地下水水质评价 12.2 地下水资源量的计算与评价 12.3 地下水资源的开发、保护与管理,水资源评价的概念,水资源评价的概念 按流域或地区对水资源的数量、质量、时空分布特征和开发利用条件作出全面的分析评价，是水资源规划、开发、利用、保护和管理的基础工作，为国民经济和社会发展提供水决策依据。 水质评价 水量评价,12.1 地下水水质评价,水质评价的分类： 按水的用途分：供水水质评价、养殖业用水水质评价、风景游览水体的水质评价、水环境质量评价 按评价时段分：回顾评价、现状评价、影响评价 按评价范围分：局部地段的水质评价、区域性的水质评价 按评价对象分：地下水水质评价、地表水水质评价 各种不同目的的用水对水质都有其要求和标准，这是供水水质评价的原则。 饮用水水质评价 工业用水水质评价方法,12.1.1 饮用水水质评价,生活饮用水的水质直接影响着人体健康和人民生命安全，因此，对水质要求很严格。 生活饮用水水质的基本要求 水的感官性状良好 水中所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康 水中不得含有病原微生物,12.1.1 饮用水水质评价,一、对饮用水物理性质的要求 无色、无味、无臭、不含可见物、清凉可口（7-19） 二、对饮用水中普遍溶解盐类的评价 普通盐类：Cl-、SO42-、HCO3-、 Ca2+、Mg2+、 Na+ 、K+、Fe、Mn、Sr、Be等。 水中溶解性总固体（矿化度）：1g/L,12.1.1 饮用水水质评价,主要普通盐类成分的评价： 水的硬度： 145mg/L （180-270） 450mg/L 硫酸盐（ SO42-） ：250mg/L 碘（I-） 锶（Sr）和铍（Be）： 0.003mg/L。天然水中含量甚微。 铜（Cu）和锌（Zn）：1.0mg/L.人体必需元素 氧化亚铁和锰：Fe 0.3mg/L，Mn 0.1mg/L。影响水的味道,12.1.1 饮用水水质评价,三、对饮用水中有毒物质的限制 砷： 0.01mg/L。毒性较大， 超过0.1mg/L能麻痹细胞的氧化还原过程，使人患溶血性贫血，并有致癌作用。 硒： 0.01mg/L。毒性较强，蓄积作用明显，易引起慢性中毒，损害肝脏和骨骼的功能。但同时有是必须的微量元素。 镉： 0.005mg/L。毒性很强，能在细胞中蓄积，可使肠胃肝肾受损，还能使骨骼软化变脆，产生骨痛病。 铬：0.05mg/L。刺激和腐蚀人体消化系统，破坏鼻内软骨，甚至可至肺癌。 汞： 0.001mg/L。蓄积性毒物，可使人的中枢神经、消化道及肾脏受损，使细胞的蛋白质沉淀，形成细胞原浆毒。 铅： 0.01mg/L 。蓄积性毒物，使高级神经活动发生障碍，产生中毒症状，甚至侵入骨髓内，使人瘫痪。 氟： 1.0mg/L。小于0.3mg/L时，容易蛀牙，过高使牙釉质腐蚀，还能引起骨骼变形等慢性疾病，甚至残废。 氰化物： 0.05mg/L。毒性很大，中毒、急性死亡。 酚类： 0.002mg/L。强毒性有机化合物。,12.1.1 饮用水水质评价,四、对饮用水细菌及有机污染物的限量 1.细菌指标： 大肠杆菌：100ml水样中不得检出 细菌总数： 100CFU/L 2.有机污染指标： 氨氮（NH4+）： 0.5mg/L 亚硝酸氮（NO2-）： 0.01mg/L。组织缺氧中毒，重者导致呼吸循环衰弱。 硝酸盐氮（NO3-）： 10mg/L。多为动物尸体分解的产物。 磷酸盐：PO43- : 5mg/L 硫氢化物： 0.02mg/L。有臭味，有毒。,12.1.1 饮用水水质评价,溶解氧、化学需氧量和生化需氧量: 溶解氧（DO）：水中溶解的氧量，mg/L。20，101kPa时，水中溶解氧为：9.17mg/L。 化学需氧量（COD）： 用化学氧化剂氧化水中的有机物所消耗的氧量，水中有机物含量越多，耗氧量也越多。 3.0mg/L。 生化需氧量(BOD):指水体中微生物分解有机化合物的过程中所消耗的溶解氧量。一般采用五日生化需氧量BOD5。,12.1.1 饮用水水质评价,在进行饮用水水质评价时，应以最新标准为依据，并可适当结合地方标准一起考虑。 进行水质评价，需将勘查区所取水样分析资料，逐项与标准对照比较，只有全部符合标准的水才能作为饮用水。如果个别项目超标，则看经过人工处理后能否达到标准要求，若能，则应指出必须经过处理后才能作为饮用水。,12.1.2 工业用水水质评价方法,不同生产部门对水质的要求不同。 一、锅炉用水的水质评价（成垢作用、起泡作用、腐蚀作用） 成垢作用：当水被煮沸时，水中的一些离子、化合物可以相互作用而发生沉淀，并依附于锅炉壁上，形成锅垢，这种作用称为成垢作用。 用锅垢总量H0来进行评价：将水分为四个等级： H0500时，为沉淀很多的水。 硬垢：主要由碱土金属（Ca、Mg等）的碳酸盐、硫酸盐及硅酸盐构成，附壁牢固，不易清除 软垢：由悬浊物及胶体物质构成，易于洗刷清除。,起泡作用：指水在锅炉中煮沸时，在水面产生大量气泡的作用。 原因：水中易溶解的钠盐、钾盐以及油脂和悬浊物受炉水的碱度作用，发生皂化的结果。 用气泡系数（F）来评价：根据纳、钾的含量计算。 F=62c(Na+)+78c(K+) (mmol/L) 分类：F200，起泡的水。,腐蚀作用：由于水中氢置换炉壁铁，使炉壁受到损坏的作用称为腐蚀作用。 用腐蚀性系数Kk来评价： Kk0,腐蚀性水; Kk0时，半腐蚀性水； Kk0,但Kk+0.0503Ca2+0时，非腐蚀性水。（Ca的单位为mg/L）,二、水的侵蚀性评价 地下水对混凝土的侵蚀作用 分解性侵蚀：指酸性水溶虑氢氧化钙及侵蚀性碳酸溶虑碳酸钙而使水泥分解破坏的作用。 一般酸性侵蚀 碳酸侵蚀 结晶性侵蚀：主要是水中硫酸盐与混凝土发生反应，在混凝土的孔隙中形成石膏和硫酸铝盐晶体，这些新的化合物因结晶膨胀作用体积增大，导致混凝土力学强度减低，以致破坏。 分解结晶复合性侵蚀：主要是水中弱盐基硫酸盐离子（Mg2+、Fe2+、 Fe3+ 、Cu2+、Zn2+等）与水泥发生化学反应，使混凝土力学强度降低，甚至破坏。,地下水对铁质材料的侵蚀作用 水对铁的侵蚀性主要与水中的氢离子浓度、溶解氧、游离硫酸、H2S、CO2、及其他重金属硫酸盐有关。 PH6.8,有侵蚀性；PH5，强烈的侵蚀性。,12.1.3 地下水质量评价,现状评价：根据环境水文地质调查、监测资料，对一个地区地下水质量现状所做的评价。 一、评价因子的选择和评价标准 （一）评价因子的选择 常规组分：K+、 Na+、 Ca2+、 Mg2+、 HCO-3、 SO2-4、 Cl-、 NO-2 、 NO-3、NH4+、 pH、溶解性总固体、总硬度、DO、COD等 常见有毒金属和非金属物质：Hg、Cr、Cd、Pb、As、F、CN-等 有机有害物质：酚类、苯类、有机氯、有机磷、硝基、氨基化合物及其他工业排放的有机有害物质。 细菌、病毒等。 在评价地下水质量时，除第一类常规组分的变化必须监测外，要根据各地的水质状况和污染特点来选择评价因子。,（二）地下水质量的分类标准 1.依据我国现行的地下水质量标准进行评价（表9-16） 类：主要反映地下水化学组分的天然低背景含量。 类：主要反映地下水化学组分的天然背景含量。 类：以人体健康基准值为依据。主要是适用于集中式生活饮用水水源及工业、农业用水 。 类：以工业和农业用水要求为依据。除适用于农业用水和工业用水外，适当处理后，可作为生活饮用水。 类：不宜饮用，其他用水可根据用水目的选用。,2. 以地下水天然背景值（或地区污染起始值）作为评价指标。 背景值：是不受人类活动影响的有关组分的天然含量。其特点是区域的差异性，随地质及水文地质条件而改变。因此在确定背景值前，先要划分环境水文地质单元，以使背景值能反映同一环境水文地质单元的背景。 一般以地下水的污染起始值为标准，利于研究地下水污染从量变到质变过程，对于不同地区特殊的环境特征也能有所显示 。,二、地下水质量评价方法 1.单项评价 见表9-16 地下水质量分类标准，划分为五类，不同类别标准值相同时，从优不从劣。 2.综合评价 选择参评项目：不少于标准规定的监测项目，但不包括细菌学指标。主要有：PH、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐；氰化物、砷、汞、铬、总硬度、铅、氟、镉、铁、锰、溶解性总固体、高锰酸盐指数、硫酸盐、氯化物等，以及反应本地区主要水质问题的其他项目。 首先进行各单项组分评价，确定所属质量级别 根据级别，按表9-17分别确定单项组分评价分值Fi。,表9-17 单项组分评价分值,计算综合评价分值F： 根据F值，按表9-8划分地下水质量级别： 注：将细菌学指标评价类别注在类别定名之后，如优良（类）,其中,表9-8 地下水质量级别划分,12.2 地下水资源量的计算与评价,地下水资源：贮存和运移于地壳岩层中有使用价值的各种地下水量的总称。 地下水资源是水资源的组成部分。地下水的使用价值包括水质和水量两方面。,12.2.1 地下水资源的特点及分类,一、地下水资源的特点 流动性（活动性及与周围环境的密切联系性） 可恢复性（循环再生性） 开采条件下，只要开采量不超过一定限度，虽然开采时井附近的地下水位降低，地下水的储存量暂时减少，但只要停止开采，就可通过外界补给获得补偿，水位又可逐渐恢复原位，即地下水储存量又得到补充，这种性质称为水的可恢复性。只要开采合理，可以长期开采而不会造成水资源枯竭。地下水资源的可恢复性是地下水可持续利用的保证。 可调节性（储存量的可变性）：在地下水的补给、径流、排泄及开采过程中其中调节作用。 系统性和整体性：必须从含水系统的整体上寻求最优开发利用方案。,二、地下水资源量的分类 国家标准供水水文地质勘查规范中的分类（三量分类） 补给量 储存量 允许开采量,补给量,定义：在天然或开采条件下，单位时间内以各种形式和途径进入区内含水层（计算均衡区含水层或含水系统）的水量。 单位：m3/d、 104m3/d、 104m3/a 补给形式：大气降水渗入、地表水渗入、地下水侧向径流、越层补给，人工回灌补给等方式 分类： 天然补给量：天然状态下，进入计算区含水层的水量。 开采补给量（补给增量）：扩大开采后可能增加的补给量或在开采条件下由于水文地质条件改变夺取的额外补给量。（开采补给量是地下水在开采条件下夺取过来的额外补给量。）,开采补给量的组成： 地表水的补给增量 降雨入渗的补给增量 相邻含水层的越流补给增量 相邻地段含水层增加的侧向入流补给量。 各种人工增加的补给量 开采补给量的特点：开采前并不参与所研究的含水层单元地下水的水量均衡，而仅在开采激化下，由于改变了水动力条件后才被夺取过来。所以开采补给量和天然补给量不同。一般开采规模越大，激化程度越强，而可能夺取的开采补给量也越多。 因此，补给量是评价地下水资源保证程度的重要依据。,补给量,储存量,定义：赋存于含水层中的重力水体积。 即潜水含水层中水位以下和承压含水层空隙中的全部重力水的体积 单位为m3。 按埋藏条件分类： 容积储存量：指大气压力下，含水层空隙中容纳的重力水体积。 W容=*V= F h ：给水度； F：含水层的分布面积；h：含水层厚度 弹性储存量：指承压水头降至含水层顶板时，由于含水层的弹性压缩及水的弹性膨胀，从含水层中释放出的水量。（超过大气压的天然压力降到大气压时，承压含水层中能释放出来的重力水体积。） W弹= e F hn e：释水系数（弹性给水度）；F承压含水层的分布面积；hn：承压高度,储存量,按地下水储存量的动态分（一般针对潜水）： 天然调节储存量：指在一个地下水补给周期中，含水层中最高与最低水位之间的容积储存量。 固定储存量：指在一个地下水补给周期中（通常为一年或多年）最低水位以下含水层中的容积储存量。可分为人工调节储存量和永久储存量。 人工调节储存量： 指地下水受周期补给的条件下，采取人工的方法，暂时支出的固定储存量，但这部分固定储存量可在地下水丰水期时或采用人工回灌地下水时，地下水接受大量的补给而得到补充。 永久储存量：指采用技术经济合理的取水建筑物无法获得的容积储存量或通过技术经济合理的取水建筑物虽然能获得这部分容积储存量，但在整个开采期内地下水动态（水质和水量等）会发生恶化和产生危害性的工程地质现象而不允许开采的储存量。,允许开采量,定义：通过技术经济合理的取水方案，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，不发生危害性的环境地质现象等前提下，单位时间内从水文地质单元或取水段中能取得水量。 理解：允许开采量就是用合理的取水工程能从含水层中取得出来、有补给保证、还不会引起一切不良后果的最大出水量，即在一定的技术、经济和合理开发条件下，有补给保证、可长期开采的最大出水量。 单位：m3/d、 104m3/d、 104m3/a 开采量：目前正在开采的水量或预计开采量。反映取水工程的产水能力。 允许开采量：由地下水的补给量和储存量的大小决定的，同时受技术经济条件的限制。,允许开采量,开采状态下的水均衡方程 （Q补+Q补）-（Q排- Q排）-Q开=-Fh/t h/t为开采段内影响范围内的平均水位降，水位下降取-号 单位：m3/d 开采前，均衡期内Q补Q排 Q开= Q补+Q排+ Fh/t 开采补给量 开采时减少的天然排泄量 可动用的储存量（天然调节储存量和人工调节储存量） 一般情况下不动用储存量： Q开= Q补+Q排,根据开采动态类型不同，水源地划分： 稳定型：在任何时间，开采量均小于补给量 调节型：雨季开采量小于总补给量，而旱季开采量可大于总补给量，但在一年或数年内，累计总开采量仍小于总补给量 消耗型：开采量大于总补给量,12.2.2 地下水资源评价,一、地下水资源评价及评价原则 1.水资源评价的概念 按流域或地区对水资源的数量、质量、时空分布特征和开发利用条件作出全面的分析评价。 2.评价原则 可持续利用原则 “三水”联系、互相转化，统一评价的原则（地下水、地表水、大气水） 以丰补欠，合理调控的原则 考虑人类活动增加或减少的补给量及排供结合的原则 安全开采，防止产生不良环境地质后果的原则 以地下水系统为单位的评价原则 用补给量评价开采量,二、地下水资源评价的内容 1.计算补给量 2.计算储存资源量：应计算时段内地下水水位变动带一下含水层系统中存储的水体积，一般是不可再生资源，一般不列入可开采资源量。 3.计算允许开采量,允许开采量的计算,解析法：用地下水动力学中解析公式计算地下水允许开采量的方法。 理论上较严密、精确。只要含水介质、边界条件和取水条件符合选用公式的假定条件即可。 实际上，公式很多，但完全符合公式的假定条件的情况较少，结果近似。 一般要用水均衡法或其他计算方法计算补给量来论证其保证程度。 数值法：随着计算机的出现而发展出来的一种地下水近似计算方法。 是对渗流微分方程的一种近似解，但在实际应用中完全可以满足精度要求。 主要用于大中型水源地、水文地质条件复杂、计算区形状不规则、含水介质不均匀、各向异性且资料较多时的地下水资源评价。,允许开采量的计算,相关分析法： 根据开采地下水的历史资料或不同流量不同降深的抽水试验资料，用数理统计方法找出流量与降深或其他变量之间的相关关系，并依据这种关系外推未来开采时的开采量，或外推增大开采量以后的水位降深。 水均衡法 开采抽水试验法 补偿疏干法 地下水水文分析法,水均衡法,概念：研究某一地区（均衡区）在一定时间段（均衡期）内地下水的补给量、储存量和排泄量之间的数量转化关系，通过平衡计算，评价地下水的允许开采量。 基本原理：对于一个均衡区的含水层来说，在任一时段内，补给量与排泄量之差，恒等于此含水层中水体积的变化量，即水均衡原理。,水均衡法,对于稳定型开采 注：天然排泄量要尽可能的截取，只要天然排泄量未加以利用，就可以用天然排泄量或天然补给量作为开采截取量。即Q排值近似为天然补给量；Q开补：天然补给量和开采补给量之和，即开采条件下所有补给量。 对于合理的消耗型开采：,水均衡法,水均衡法的特点及使用条件 原理明确、计算公式简单，成果要求可粗可精，适应性强，在许多情况下都能运用。 在地下水的补给排泄条件较简单，水均衡要素容易确定，开采后变化又不大的地区，效果较好 计算步骤 划分均衡区，确定均衡期 确定每个区的各项均衡要素，建立均衡方程 计算和评价：根据多年的动态观测资料分析，进行多年水均衡调节分析计算,开采抽水实验法,依据计算地段的补给能力，进行地下水资源评价的一种方法。 原理和要求：在选定的水源地范围内，根据水文地质条件，选择合适的布井方案，打探采结合孔，在旱季，按设计的开采降深和开采量进行较长时期（一个月以上）的开采性抽水试验。（设计开采量一般大于等于需水量） 允许开采量的计算 抽水试验的结果： 稳定状态 非稳定状态,1.稳定状态 在长期抽水过程中，水位达到设计降深后一直保持稳定的状态；停抽后，水位又能较快恢复到原始水位，这就说明开采过程建立了新的动态平衡，抽水量小于或等于开采条件下的补给量，所以按设计开采量开采是有保证的。其实际抽水量就是要求的开采量。 在旱季进行，偏保守，可适当外推扩大允许开采量。,2.非稳定状态 长期的抽水过程中，水位达到设计降深后并不稳定，一直持续下降。停抽后，虽然水位有所恢复，但始终达不到原始水位，这说明抽水量已经超过开采条件下的补给量，若按原设计开采量开采是没有保证的。均衡关系： 即： 求Q补：根据水位等幅下降阶段两次以上不同流量的抽水试验资料，用联立方程求解。 Q补即为允许开采量,注:在旱季抽水，结果太保守，最好抽水试验延续到雨季，用同样的方法求出雨季的补给量，再分别按雨季时间、旱季时间平均分配到全年来计算允许开采量。 开采抽水试验法特点及使用条件 求得允许开采量准确、可靠。 但要花费较多的人力物力，成本较高。一般适用于中小型水源地地下水资源评价，特别是水文地质条件复杂，短期内不宜查清补给条件，又急需作出评价时，或供水部门对水量的保证要求较高。,12.3 地下水资源的开发、保护与管理,12.3.1 地下水资源的开发 水源地的选择：考虑水文地质条件、技术和经济条件 尽可能选择在含水层透水性好、厚度大、层数多、分布广的地段； 为增加开采补给量，保证水源地的长期均衡开采