地下水资源综合评价与利用.ppt

地下水资源综合评价与利用 吴吉春博士 教授 博导南京大学水科学系系主任南京大学水资源与水环境研究所所长jcwu 地下水资源勘查概述地下水有无问题 地下水资源评价概述地下水质的好坏和资源量的多少问题 地下水资源开发 保护和管理概述地下水资源的合理开发和优化管理问题 我国水资源现状和存在主要问题 地下水研究趋势 要点 前言 1 地下水在水资源系统中的作用地下水是水资源的重要组成部分 在保障城乡居民生活用水 支持社会经济发展 维护生态平衡等方面具有十分重要的作用 地下水参与自然界的水文循环 与地表水 大气降水之间相互联系 相互转化 组成统一的整体 地下水具有分布广 储存量大 调蓄能力强 水质水量相对稳定 保证程度高 投资少 见效快的特点 科学地认识和掌握我国地下水资源的时空分布及其变化规律 是实施我国水资源可持续利用战略的基础 2 地下水资源开发利用中面临的主要问题 1 地下水资源紧缺和水资源浪费并存近20年来 地下水开采量以年均25亿立方米的速度增加 导致相当一部分地区地下水处于超采状态 其中河北省整体超采 北京 天津 沈阳 哈尔滨 济南 太原 郑州等大中城市地下水已超采或严重超采 全国600多座城市中有一半以上不同程度地存在缺水问题数千万人需要解决饮用水问题 同时 我国水资源浪费问题仍相当突出 万元工业产值耗水量是发达国家的10 20倍 每千克粮食的耗水量是发达国家的2 3倍 生活用水的浪费更是随处可见 2 不合理开采地下水诱发环境地质问题 1 地下水位持续下降 形成区域地下水降落漏斗全国已形成区域地下水降落漏斗100多个 面积达15万平方千米 华北平原深层地下水已形成了跨冀 京 津 鲁的区域地下水降落漏斗 有近7万平方千米面积的地下水位低于海平面 近20年来 北京市城区地下水位年均下降0 50米 累计减少地下水储量60 31亿立方米 超采区面积达1262平方千米 1999年 苏锡常地区开采深层地下水3 2亿立方米 区域降落漏斗面积7000多平方千米 漏斗中心水位埋深近80米 无锡洛社 2 诱发地面沉降 地裂缝和海水入侵全国有40多座城市发生了地面沉降 其中沉降中心累计最大沉降量超过2米的有上海 天津 太原 天津塘沽个别点最大沉降量已达3 1米 在河北平原 西安 大同 苏锡常等地区 过量开采地下水还导致了地裂缝 对城市基础设施构成严重威协 在西安市 能观察到的地裂缝有11条 延伸总长度114 87千米 沿海地区的大连 秦皇岛 沧州 青岛 北海和海南新英湾等城市和地区 地下水水位的下降引起海水入侵 导致地下水水质恶化 其中胶东半岛 辽东半岛海水入侵最为严重 北京 超采地下水导致地面下沉 房屋开裂 上海 地铁工程地下水疏干导致地面下沉房屋倾斜 河北沧州 地面下沉致使井台与地面分离 河北任丘 地下水超量开采导致地裂缝发生 3 地下水环境污染严重由于工业废水 生活污水排放量的增加 农药化肥的大量使用 地下水污染问题日益突出 地下水污染严重地区主要分布在城镇周围 排污河道两侧 地表污染水体分布区及引污农灌区等 地下水环境污染呈现出由点向面 由城市向农村扩展的趋势 地下水的污染也可以是由于开发利用不当所导致 如开发过程中止水不当 会造成含水层的串层污染 即非开采含水层中的劣质地下水进入到主采层中 或地表污水沿井壁垂直下渗污染地下水 全国约有一半城市市区地下水污染比较严重 由于污染造成的缺水城市和地区日益增多 3 十一五 期间我国地下水资源勘查与评价工作的重点 1 全国地下水资源及其环境地质问题调查评价继续深化以盆地和平原为单元的地下水资源及其环境问题调查 初步建立重要平原和盆地的地下水动态评价体系 完成鄂尔多斯盆地能源基地的地下水资源勘查 2 全国重点地区地下水污染调查评价完成长江三角洲 珠江三角洲 淮河流域和华北平原等中国东部地区的地下水污染调查评价 初步建立地下水污染调查 监测 风险评价和修复技术体系 3 全国地方病高发区地下水调查与供水安全示范开展北方地区地方病 高砷 高氟 高矿化 高发区的地下水调查 选择典型地区建立一批供水安全示范工程 4 西南岩溶地区重点流域水文地质调查与地下水开发示范完成西南岩溶地区重点流域1 5万综合水文地质调查 建立一批典型流域岩溶地下水开发利用和石漠化整治示范工程 4 重视保护有限的地下水资源 1 哲人们如是说水善利万物 老子井不干 人们是不知道水的价值的 b 富兰克林如果地球上的水是一缸的话 淡水就是一瓢 人类可用的只有一勺 而现在这一勺水也快被弄脏了 水多了少了 是大自然的事情 而水浑了脏了 则是我们的管理出了问题 一些城市的水源污染已经到了触目惊心的程度 自然界的最后一滴水将会是我们自己的眼泪 水是人类生存的生命线 是经济发展和社会进步的生命线 是实现可持续发展的重要物质基础 2 地下水开发利用的基本原则 1 采补平衡 量量开发根据地下水补给和储存条件 按照采补平衡的原则 调整和优化开采布局和用水结构 压缩超采区 扩大有资源潜力地区的开采量 2 浅层为主 深层适度应以开发浅层地下水为主 在深层地下水资源丰富 开发利用后又不会产生较大环境地质问题的地区 可有计划地适度开发深层地下水 3 保护水质 优质优用采取有效措施 严格控制和预防地下水污染 按照先生活后生产的原则 合理开发利用地下水 4 联合调蓄 统筹兼顾坚持地表水 地下水统筹开发的原则 水资源调蓄要实行从以地表调蓄为主向地表 地下联合调蓄的战略转变 充分发挥地表水库和地下水库各自的优势 综合开发利用水资源 5 综合规划 科学管理根据地下水资源时空分布特点 结合国民经济区域发展布局和生态环境建设需要 综合规划地下水的开发利用与保护战略 建立科学的管理制度和技术保障体系 吉林农安 地方性氟中毒 吉林农安 高氟地下水浅井 一 地下水资源勘查概述 水文地质调查的目的与任务 一 水文地质调查工作的目的运用各种不同的技术方法和手段 经过一定的勘查程序 去查明某个地区的地下水在天然和人为影响条件下的状态 并阐明开发利用地下水的具体措施 二 水文地质调查工作的任务1 查明水文地质条件 地下水开采和污染情况 2 对可供开采的地下水进行水量 水质评价 3 对地下水资源的合理开发利用和保护提出实施意见和措施 水文地质调查工作的类型 一 综合性水文地质调查目的 为制订远景规划提供水文地质依据 任务 概略查明区域内地下水的基本类型 埋藏分布条件以及水量 水质的形成条件和地下水资源的概略数量 比例尺 一般1 5万 三 地下水动态和均衡的监测目的 结合综合性水文地质调查 专门性水文地质调查或其他项目 对地下水的动态和均衡要素进行长期的观测和研究 为定性或定量评价水文地质条件提供资料 监测项目 地下水水位 水温 水量 水质以及降水入渗补给量 蒸发量 地下径流量等 监测持续时间 1 暂时性监测网 为综合性或专门性水文地质调查提供监测资料时 监测时间一般持续1 2年 2 永久性监测网 为国民经济建设的长远 综合目的而进行的检测工作时 监测时间应是永久性的 水文地质调查工作阶段的划分 一 水文地质调查阶段划分的必要性1 水文地质调查工作必须经历一个由面到点 由粗到细 由浅到深的过程 2 水文地质调查工作阶段的划分必须与工程建设项目设计相一致 不同设计阶段所需水文地质资料的内容和要求是不相同的 二 水文地质调查阶段的划分方案不同任务的水文地质调查工作 其阶段的划分一般是各不相同的 不同部门对同一任务 划分的阶段数和阶段名称也不尽一样 供水水文地质勘察规范 gb50027 2001 把供水水文地质调查工作划分为四个阶段 1 普查阶段 概略评价需水地区的水文地质条件 提出有无满足设计所需地下水水量可能性的资料 初步推断可能富水地段的地下水允许开采量 为规划设计提供依据 2 详查阶段 基本查明几个可能富水地段的水文地质条件 初步评价地下水资源 进行水源地方案比较 为初步设计提供依据 3 勘探阶段 查明拟建水源地范围的水文地质条件 进一步评价地下水资源 提出合理开采方案 为施工设计提供依据 4 开采阶段 在开采动态研究的基础上 验证地下水允许开采量 为水源地的改 扩建设计提供依据 水文地质调查工作的主要手段a 一 在一般地区开展水文地质调查工作时 最基本的手段有 1 水文地质测绘2 水文地质钻探3 水文地质物探4 水文地质试验5 地下水动态与均衡观测6 新技术 新方法的应用 1 水文地质测绘 水文地质测绘是整个水文地质调查工作的基础 水文地质测绘的目的在于初步查明调查区内的地质 水文地质条件 为下一步勘探试验 地下水动态观测等工作量的布置提供依据 水文地质测绘必须在相同比例尺的地质图基础上进行 如无地质图或已有地质图的精度不能满足要求时 应在水文地质测绘的同时进行地质测绘 这种测绘称为综合性地质 水文地质测绘 不同勘察阶段对测绘比例尺的要求是不同的 普查阶段 1 10万 1 5万详查阶段 1 5万 1 2 5万勘探阶段 1 2 5万 1 0 5万 水文地质测绘的任务与内容 一 水文地质测绘的主要任务1 地下水类型及其分布状况2 含水层 隔水层特征及其埋藏条件3 地下水的补给 径流 排泄条件4 含水层的富水性 区域地下水的资源量5 地下水水化学特征6 地下水动态特征7 构造地质体的水文地质特征8 与地下水有关的环境地质问题 二 水文地质测绘的主要内容1 地质调查研究地层 岩性和地质构造与地下水贮存 分布和运动的关系 2 地貌调查研究地貌与地下水形成和分布的内在关系 3 地下水露头调查地下水露头直接反映了地下水的赋存情况 4 地表水调查研究地下水与地表水之间的水力联系 5 与地下水有关的环境地质问题调查对与地下水开采有关的现存或可能发生的环境地质问题进行观察和研究 2 水文地质物探 物探是地球物理勘探的简称 是应用物理方法来勘探地球表面的地质构造与寻找地下水的一门学科 它是根据不同含水量的岩石 或不同矿化度的水体之间存在着物性 导电性 导热性 温度 密度等 上的差异 借助各种测试仪器 测量出某一深度 某一方向或某一范围内岩石或水体的物理特征值的分布状况 从而结合地质 水文地质资料推断出地下一定深度范围内的岩性 构造和岩层含水性能的变化规律 为水文地质勘探提供依据 3 水文地质钻探 地质钻探和水文地质钻探能获得地球表层浅部的地质 水文地质资料 为进一步查清能源 矿产资源和地下水资源等的分布和储藏规律 合理开发利用地质资源提供科学依据 水文地质钻探同时也是开发地下水的必然手段 由于水文地质钻孔须具备进行抽水试验和开采地下水的功能 因此 与地质钻孔相比 它具有钻孔孔径大 施工技术复杂的特点 一 水文地质钻探的目的1 查明含水层的数量 埋藏深度 厚度和岩性 2 查明含水层在水平方向和垂直方向的变化规律 3 查明地下水位 水的物理性质和化学成分及其变化规律 4 查明含水层之间的水力联系以及地下水与地表水之间的水力联系 5 进行各种水文地质试验 以确定含水层的富水性和水文地质参数 二 水文地质钻探的任务1 按设计书要求进行钻进 采取岩芯 鉴别地层和岩性 并对岩芯进行测量和描述 2 测量水位 水温 孔深 孔斜和冲洗液消耗量 观测并记录钻孔涌沙 气体逸出等现象 3 进行分层抽水试验或简易抽水试验 4 在孔内安装井壁管 过滤管 在管外回填滤料和粘土止水 5 利用钻孔进行水文地质试验或地下水动态观测 6 利用钻孔进行地球物理测井 7 绘制钻孔综合水文地质柱状图 提交水文地质钻探成果表 4 水文地质试验 抽水试验是通过从钻孔或水井中抽水 来定量评价抽水含水层的富水性 测定水文地质参数和判断水文地质条件的一种野外试验工作 在水文地质调查中 抽水试验的目的主要是 1 测定含水层的富水性 评价抽水井 孔 的出水能力 2 确定含水层的水文地质参数 为进一步评价地下水资源量提供资料 3 计算抽水井的影响半径 研究抽水降落漏斗 5 地下水动态与均衡 一 地下水动态指表征地下水数量 质量的各要素 水位 流量 水温 水质及其它物理特征等 在自然因素 气候 水文 地质 生物 土壤等 和人为因素影响下随时间而变化的规律 这种变化规律可以是周期性的变化 也可以是趋势性的变化 二 地下水均衡指在一定的时间 均衡期 一定的范围 均衡区 内 地下水的数量 质量及热量的补充 流入 与消耗 流出 量之间的数量关系 二 在开采地区进行水文地质调查工作时 其工作手段应有所不同 对供水水文地质调查来说 其主要手段有 1 开采现状调查2 初始条件调查3 边界条件调查4 勘探与试验5 地下水污染调查6 与地下水开采有关的环境地质问题调查7 地下水动态与均衡观测 水文地质调查工作的主要手段b 水文地质调查工作的程序和调查工作设计书的编写要求 一 水文地质调查工作的一般程序1 接受工作任务2 编制调查工作设计书3 野外水文地质调查4 调查成果的内业整理1 样品的室内试验和分析2 标本的室内鉴定3 编写调查报告和绘制相关图件5 调查成果的验收和鉴定 二 调查工作设计书的主要内容1 调查工作的目的 任务 调查区的位置 交通条件 调查区的自然地理和社会经济概况 2 调查区已有地质 水文地质研究程度和存在的问题 3 调查区的地质 水文地质条件概述 4 计划使用的调查手段 调查工作的布置方案 调查工作所依据的技术规范 调查工作量及每项工作的技术要求 5 人员组织分工 经费预算 调查工作进度计划 6 预期的调查工作成果 二 地下水资源评价概述 地下水资源评价应包括水质评价和水量评价两方面的内容 只有水质符合要求的水量才是可供利用的地下水资源 水的物理性质 化学成分 细菌学指标及污染物存在状况等是水质评价的主要依据 通过野外取样和室内分析 把分析结果同国家现行颁布的各种不同目的的供水水质标准进行对比来判别水质的优劣 并根据不同地区水质背景值的差异 水资源的赋存情况等进行综合评价 水质标准是国家或地区根据合理利用水资源 改善和保护水质 确保环境安全 维护生态平衡 保障 一 地下水水质评价 人类健康等原则制定的 是水质评价的依据和准则 不同的用水目的 就会有不同的水质要求 因而就有了不同的水质标准 水质标准是随着社会的进步 科技的发展 检测分析方法的改进和仪器精确度的提高 根据需要不定期的进行修改和补充 标准分为国家标准 行业标准 地方标准 企业标准和强制性标准 推荐性标准 因此 在进行水质评价时 应针对不同用水要求 以最新标准为依据 不仅要考虑水质的现状是否符合现行标准 还应考虑是否有改善的可能 同时 还要预测地下水开采后水质可能发生的变化 并提出水源地的卫生防护和管理的措施 生活饮用水水质评价 一 从安全饮水到健康饮水 保障饮水安全 维护生命健康 是第十八届 中国水周 2005年3月22 28日 的宣传主题 水是百病之源 人的疾病皆因水而起 一些代谢性疾病均与饮用水水质有关 水是百药之王 人体的健康和生活质量的提高也以水为先 安全饮水 自来水行业的崛起 通过多道工艺 消除或降低水中对人体有毒 有害物质的含量 安全饮水是针对水的污染而言 健康饮水 桶装水 管道分质供水行业的兴起 在 安全饮水的基础上 同时强调水中对人体健康有益的物质和含量 健康饮水是针对人体的生理需要和健康而言 不同学者在不同时期对 健康水 有不同的理解 中国医促会健康饮水专业委员会主任李复兴认为 健康水 应符合以下七条标准 1 不含对人体有毒 有害及有异味的物质 2 水的硬度适中 3 人体所需要的矿物质含量适中 4 水的ph值呈微碱性 5 水中溶解氧及二氧化碳含量适中 6 水分子团体积小 7 水的生理功能 渗透力 溶解力 代谢力 强 二 生活饮用水卫生相关标准1 生活饮用水卫生标准 gb5749 85 1985年8月16日发布 1986年10月10日起实施 该标准列出了35项生活饮用水水质标准 分为感官性状和一般化学指标 毒理学指标 细菌学指标 放射性指标四类 其中 1 感官性状和一般化学指标15项 主要是为了保证水的感官性状良好 2 毒理学指标和放射性指标17项 是为了保证水质对人体不会产生毒性和潜在危害 3 细菌学指标3项 是为了保证饮用水在流行病学上的安全 2 生活饮用水卫生规范 2001 由卫生部卫法监发 2001 161号文件 于2001年6月7日颁布 2001年9月1日起实行 针对我国饮用水源水质污染严重 化学物质数量增加这一现状 该规范的水质指标增加为96项 其中常规检验项目及限值34项 非常规检验项目及限值62项 3 地下水质量标准 gb t14848 93 1993年12月30日发布 1994年10月1日起实施 该标准依据我国地下水水质现状 人体健康基准值及地下水质量保护目标 并参照生活饮用水 工业 农业用水水质要求 将地下水质量划分为五类 类 主要反映地下水化学组分的天然低背景含量 适用于各种用途 类 主要反映地下水化学组分的天然背景含量 适用于各种用途 类 以人体健康基准值为依据 主要适用于集中式生活饮用水水源及工 农业用水 类 以农业和工业用水要求为依据 除适用于农业和部分工业用水外 适当处理后可作为生活饮用水 类 不宜饮用 其他用水可根据使用目的选用 该标准水源水质指标限值共39项 与gb5749 85相比较 类水质优于饮用水水源 类水质限值等同于gb5749 85对饮用水源的限值 类水质须经处理后方可作为饮用水 类水不宜作为饮用水水源 三 生活饮用水水质评价在井泉调查的基础上 充分收集整理水样分析测试资料 对照国家现行颁布的水质标准 进行生活饮用水水源的可行性评价 一 生活饮用卫生评价将井泉调查所取水样的分析测试资料 对照 生活饮用水卫生标准 gb5749 85 或 生活饮用水水质卫生规范 2001 的要求进行卫生评价 1 超标组分与超标率统计对照标准 将超标水样中的超标组分 超标个数 超标倍数和超标率进行列表逐项统计 2 综合水质指数评价法 1 计算水质指数i i ci coci 某组分的实测浓度 co 饮用水标准浓度 2 根据i值进行评分 评分标准如下 i 1f 0 11 i 2f 12 i 4f 10i 4f 1003 计算综合水质指数pipi fi4 根据pi值进行水质分级 分级标准如下 0 1 pi 1 级 合格水 各项组分均未超标 1 pi 10 级 不合格水 至少有一项组分超过标准的1倍以上 10 pi 100 级 很不合格水 至少有一项组分超过标准的2倍以上 pi 100 级 极不合格水 至少有一项组分超过标准的4倍以上 5 水质现状评价根据水质分级情况 对所有水样的水质级别进行分类统计 计算出各级别水样所占的比例 并对水质的现状进行分析和解释 二 生活饮用质量评价地下水生活饮用质量评价以 地下水质量标准 gb t14848 93 为依据 以水质调查分析资料为基础 分为单项组分评价和综合评价两种进行 1 单项组分评价按地下水质量分类指标 划分为五类 当不同类别标准值相同时 则从优不从劣 例如 挥发酚类 类标准值均为0 001mg l 若水质分析结果为0 001mg l 则应定为 类水 而不定为 类水 2 质量综合评价1 进行各单项组分评价 划分各单项组分所属 质量类别 2 对各类别分别按下表确定各单项组分的评价分值fi 3 计算综合评价分值f 式中 各单项组分评价分值fi的平均值 fmax 各单项组分评价分值fi中的最大值 n 项数 4 根据f值 按下表划分地下水质量级别 工业用水水质评价 水在工业生产中的用途很广 各行各业都离不开水 不同的生产用途 对水质的要求也不尽相同 因此 就有了不同的水质标准和评价方法 一 锅炉用水水质评价蒸汽锅炉 高温 高压状态下工作 水与锅炉会发生化学反应 成垢作用 起泡作用 腐蚀作用 在进行锅炉用水的水质评价时 应同时考虑以上三个作用对锅炉的影响 二 地下水的侵蚀性评价当建筑物长期处于地下水位以下时 则应考虑地下水对混凝土和铁质材料的侵蚀破坏作用 1 地下水对混凝土的侵蚀作用及其评价2 地下水对铁质材料的侵蚀及其评价 三 其他工业用水对水质的要求不同的工业部门 因其生产的产品不同 因而对水质也就有了不同的要求 一般来说 1 硬度过高的水 对于制皂 染料及酸 碱生产的工业不太适宜 因为硬水会妨碍纺织品着色 会使纤维变脆 皮革不坚固 糖类不结晶等 2 亚硝酸盐含量过高的水 会使糖制品减产 3 当水中含有过量的铁 锰离子时 能使纸张 淀粉 及糖类出现色斑 影响产品的外观 当然 对于食品工业用水 其水质首先必须符合饮用水卫生标准 由于工业企业种类繁多 生产形式各异 因而 各项生产用水不可能使用同一个水质标准 具体评价时须查阅相应行业的要求 农田灌溉用水水质评价 评价依据 农田灌溉水质标准 gb5084 92 一 农田灌溉用水对水质的要求1 温度 灌溉用水的温度对农作物的生产有很大的关系 一般适宜灌溉的水温为 北方10 15 南方15 25 2 矿化度 灌溉用水的矿化度一般不应超过1 7g l 若使用矿化度大于1 7g l的水灌溉 则应视农作物的种类和土壤的的性质而定 3 盐类成分 水中所含盐类成分的不同 对农作物有不同的影响 二 农田灌溉水质评价方法1 钠吸附比值法2 利用盐度 碱度和矿化度的评价方法 由河南省水文地质队在豫东地区经过多年试验后提出的 它把灌溉水质对农作物和土壤的危害分为盐害 碱害 盐碱害和综合危害四种类型 矿泉水水质评价 评价依据 1 天然矿泉水地质勘探规范 gb t13727 922 饮用天然矿泉水 gb8537 1995矿泉水是一种宝贵而又特殊的天然资源 它是在特定的地质条件下 极为复杂的地球化学环境中 经过漫长岁月的物理化学作用而逐渐形成的 由于它含有一定量的矿物组分和某些对人体健康有益的微量元素或气体成分 对人体具有医用价值和保健作用 而受到人们的普遍欢迎 矿泉水按其用途可分为饮用矿泉水和医疗矿泉水 水质和水量是矿泉水评价中相互依存的两个主要方面 由于矿泉水是直接引入体内或与人体直接接触 因而对水质的要求极为严格 是正确评价的关键 而水量则是确立建厂规模和生产能力的根本依据 一 饮用天然矿泉水水质评价饮用天然矿泉水是指可以作为瓶 桶 装饮用的矿泉水 与一般的生活饮用水相比 因其所含的特殊化学成分而对人体具有一定的保健作用 但它的盐类组分浓度 特征化学元素的界限值一般又低于医疗矿泉水 因而饮用矿泉水是一种无须遵循医嘱 无须限制饮量的饮料 1 水质评价标准 略 2 水质评价原则1 必须以 饮用天然矿泉水 gb8537 1995 为依据 参照 生活饮用水卫生标准 gb5749 85 进行评价 2 必须结合饮用矿泉水产地的地质 水文地质条件和动态观测资料进行论证 以能为人们接受为原则 3 应针对水质特点 对矿泉水的处理和饮用提出建议 如灰岩水加热后的饮水机结垢问题 孔隙水的绿藻生长问题 二 医疗矿泉水水质评价1 医疗矿泉水指从地下自然涌出或经人工开采而取得的 含有一定量的可溶性固体成分 特殊气体成分和微量元素 具有34度以上的温度 对人体医疗和保健具有良好作用的地下水 医疗矿泉水的开发要远早于饮用矿泉水 人们对矿泉水的认识和利用就是从它能治疗疾病开始的 早在秦汉以前 先人们就利用温泉治疗疾病 至今仍有许多名泉在造福于人民 如北京小汤山温泉 广东从化温泉 南京汤山温泉 西安骊山温泉 2 医疗矿泉水水质标准 1981年全国疗养学术会议修订 3 医疗矿泉水水质评价以矿泉水中的宏量和微量元素为依据 对照标准或规范的要求进行评价 1 确定矿泉水中的一项或多项化学组分达到规定的界限值 2 针对不同的医疗用途 对各限量元素和组分进行重点评价 当作为饮疗水源开发时 对水中的污染物 微生物指标应比作为浴疗水源开发有更为严格的要求 3 要考查矿泉水的界限指标值在年度内含量的相对稳定性 4 要与国内外同类型的知名矿泉水进行对比 借以提高其利用价值和知名度 二 地下水资源量的计算与评价 地下水资源勘查工作的主要目的 就是要求查明工作地区地下水的赋存与分布规律 并对其的质和量进行计算与评价 地下水能否成为有使用价值的资源 是由其质和量共同来决定的 在水质符合利用要求的前提下 还要看其可资利用的数量有多少 能否满足人们日益增长的需求 质有量少的地下水称之为水量型地下水资源紧缺 量有质差的地下水称之为水质型地下水资源紧缺 地下水允许开采量的计算 供水水文地质勘察规范 gb50027 2001 中把地下水资源量分为补给量 储存量和允许开采量 或可开采量 三类 地下水允许开采量的计算是地下水资源评价的核心问题 允许开采量的大小 主要取决于补给量 同时还与地下水开采的经济技术条件及开采方案有关 由于水文地质条件的差异及不同勘察阶段所取得的水文地质资料丰富程度不一 以及对成果要求的精度不同 可采用不同的计算方法 允许开采量的计算方法有很多种 既有简单易于计算的解析方法 又有相对复杂的数值方法等等 下面主要介绍以渗流理论 统计理论和水均衡理论为基础的计算方法 一 以渗流理论为基础的计算方法 一 解析法解析法是根据计算区的水文地质条件和水源地的布井方案 选用地下水动力学中解析解的公式来求得允许开采量的方法 解析法在理论推导上十分严密 但由于在实际应用中完全符合公式中假定条件的情况比较少 所以用解析法求得的解实际上是近似解 1 计算公式在具体应用中 应该如何针对实际情况选择计算公式 提高计算精度 一般来说 应着重考虑 1 根据地下水开采动态类型或计算区水文地质条件分析 确定是采用稳定流公式还是非稳定流公式 为简化计算 在有地表水补给的河谷地区 或降水丰富 补给条件良好的地区 尽量考虑采用稳定流公式 2 根据含水层类型 确定是采用承压水井还是潜水井计算公式 3 根据含水介质性质和计算区的边界条件 确定含水层是均质的或非均质的 是各向同性的或各向异性的 计算区是无限边界或有限边界 4 根据水源地拟定的开采方案 确定是采用相互干扰的完整井稳定流公式或非稳定流公式 2 计算步骤1 根据水文地质勘探和试验资料 求出计算所必须的水文地质参数 2 拟定地下水开采方案 选择相应计算公式进行试算 3 根据设计降深计算在干扰条件下的总开采量 讨论是否满足需水量的要求 或在给定总开采量的前提下 计算水源地中心区的水位下降情况 检查水位降深是否满足设计要求 经过反复调整计算参数 直至选出最佳开采方案 4 综合评价 论证开采量的保证程度 评价开采后是否会引起环境地质等问题 4 解析法的适用条件1 使用解析法能取得较满意结果的情况 1 当实际水文地质条件与解析解推导的前提基本一致时 2 当水文地质资料有限 只要求用解析法计算的结果用于指导下一步的勘察工作或作为参数初值时 2 使用解析法难以取得满意结果的情况 1 含水层的边界形状极不规则时 2 含水层的非均质性和各向异性 3 承压区和无压区同时存在时 4 含水层的边界水头或流量随时间和空间变化时 二 数值法数值法是随着电子计算机的出现而迅速发展起来的一种计算方法 目前在地下水资源评价中常用的数值法主要有有限差分法和有限单元法 与解析法不同 数值法是把描述地下水运动的数学模型以不同的方式进行离散化 使复杂数学模型的求解问题简化为简单的线性代数方程组的求解 对非稳定地下水流来说 这种离散过程不仅是空间的离散 还应包括时间的离散 从理论上看 数值法只是求渗流问题偏微分方程的近似解 但当其近似程度能满足实际工作精度要求时 这种近似解完全可以解决许多复杂条件下的地下水资源评价问题 更何况数值法能使所考虑的数学模型更接近实际水文地质条件 1 运用数值法进行地下水资源评价的基本步骤1 建立水文地质概念模型 1 计算区范围和边界条件的概化 明确计算层位 潜水含水层或承压含水层 圈定计算区的范围 独立的天然地下水系统 具有自然或人为边界 确定边界性质 给出边界水位 第一类边界 或流量 第二类边界 判断计算层的上下边界有无越流 入渗 蒸发等现象发生 并确定其数值 2 含水层条件的概化 确定含水层类型及含水层在空间的分布形状 查明含水层的储水性 导水性及主渗透方向的 变化规律 并进行水文地质参数分区 查明计算含水层与相邻含水层或隔水层的接触关系 圈出导水断裂带或隔水层缺失区的位置 3 含水层水力特征的概化 层流或紊流问题 达西定律或非达西定律 二维流或三维流问题 多数情况下 将三维流问题按二维流处理 基本能满足计算精度的要求 2 建立计算区的数学模型根据概化后的水文地质模型 可建立相应的数学模型 数学模型就是刻画实际地下水流在数量 空间和时间上的一组数学关系式 它具有复制和再现实际地下水流运动状态的能力 数学模型由描述地下水运动的偏微分方程和定解 条件构成 其中 定解条件又包括边界条件和初始条件 非稳定流 3 计算域的时 空离散 剖分 1 空间的离散 把计算区域离散为m个单元 n个节点 节点分为已知节点 已知抽水井 观测孔水头 和未知节点 由线性插值求未知节点水头值 连接各节点形成单元 三角形 正方形 矩形等 2 时间的离散 根据水头变化规律 确定适当的时间步长 t 4 模型识别 逆问题 水位拟合 对所建立的数学模型是否能真实反映实际流场的特点 还须进行识别或校正 1 模型识别 试算法 选定某一时间为初始时刻 将勘探试验所取得的参数和边界条件作为初值输入计算程序 按正演模拟地下水开采过程 把计算水头值与实测水头值进行对比 反复修改参数或边界条件直至两者的拟合误差小于某个给定值为止 2 参数调整 人工调参 为了加快计算过程 需要根据对计算区水文地质条件的认识 正确调整水文地质参数或调整参数分区 一般是先调整参数 再识别边界条件和数学模型 5 模型验证用计算区的历史水位对模型的可靠性进行验证 1 反映水头梯度场变化情况的等水位线图 把某一相同时刻的计算水头值与实测水头值以等值线形 式分别绘在同一张图上 对比其拟合程度 2 反映流速场变化情况的水位过程线图 选择代表性剖面的观测孔 分别绘制某一时段计算的和实测的水位动态曲线 观测两曲线的拟合是否小于允许误差值 6 模型预报 解正问题 1 预报在一定的开采方案下水位降深随时间和空间的变化规律 2 预报在未来的开采期内 在允许降深条件下 地下水的合理开采量 3 对水源地开采进行多方案比较 选择最佳开采方案 4 地表水和地下水统一调度 综合利用研究 2 地下水资源评价中常用的数值法1 有限差分法有限差分法通常用两组相互正交的直线把计算区域剖分为有限个小区域 单元 同时 把该区域内水头所满足的微分方程转化为差分方程 前 后差 把对微分方程的求解转化为对代数方程组的求解 由此求出各节点的水头值 2 有限单元法有限单元法是把一个连续分布的含水层剖分成有限个单元体 然后按单元对各节点水头进行线性插值 分别建立各节点水头的代数方程 就构成了研究区的代数方程组 这个代数方程组的解就是含水层的解 二 以统计理论为基础的计算方法 一 相关外推法1 相关外推法根据历年的地下水开采资料 用数理统计方法找出抽水井流量与水位降深或抽水井流量与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 或外推增大开采量后的水位降深 2 基本概念1 变量之间的关系函数关系 完全相关 没有关系 零相关 相关关系 或统计关系 一种介于完全相关和零相关之间的关系 2 相关关系可分为 1 按自变量的个数一个自变量 一元相关 或简相关 两个以上自变量 多元相关 或复相关 两个以上自变量 但只研究其中一个自变量对因变量的影响 而把其他自变量看作常量时 偏相关 2 按自变量的次式自变量为一次式 线性相关 自变量为高次式 非线性相关 3 相关分析和回归分析相关分析 研究变量之间关系的密切程度 回归分析 研究变量之间的联系形式 在实际应用中 两者密切联系 一般不加区别 二 开采抽水试验法1 基本原理 利用探采结合井 完全按照未来开采条件或接近未来开采条件 在旱季进行较长时间的抽水试验确定允许开采量的方法 2 适用条件 水文地质条件复杂 地下水补给条件一时难以查清 但又急于对地下水资源作出评价时 3 开采抽水试验法可分为稳定开采状态和非稳定开采状态两种 1 稳定开采状态按设计抽水量进行长时间开采抽水时 抽水井和观测孔中的水位在允许降深范围内 并能保持稳定 停止抽水后 水位能较快恢复至原来的位置 此时表明 实际开采量 开采时的补给量实际开采量 允许开采量由于所得允许开采量偏保守 在补给条件好的地区 可适当外推扩大允许开采量 2 非稳定开采状态按设计抽水量进行长时间开采抽水时 水位不稳定 并有持续下降趋势 停抽后 水位虽有所恢复 但难以达到原始水位 此时表明 实际开采量 开采条件下的补给量实际开采量 允许开采量通过分析抽水试验时的水位历时曲线来确定允许开采量 三 以水均衡理论为基础的方法水均衡法是物质守恒定律和物质转化原理在地下水水量计算与评价中的运用 水均衡法通过研究某一地区 均衡区 在一定的时间段 均衡期 内地下水的补给量 储存量和消耗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 1 基本原理对一个均衡区的含水层来说 在任一时段 t内 补给量和消耗量之差恒等于此含水层中水体积的变化量 即有水均衡方程式 q补 q消 f h t 潜水 q补 q消 f h t 承压水 式中 q补 q流入 q越入 q河渗 q雨渗 q人补 q消 q流出 q越出 q泉溢 q蒸发 q开采 根据前面的分析来确定最大允许开采量 1 稳定型开采动态q允开 q补 q消 q补 q补2 消耗型开采动态q允开 q补 q消 f smax 365t 2 水均衡方程化简对某一具体地区来说 常常不包含水均衡方程中的全部内容 此时 可在标准方程式的基础上进行化简 3 计算步骤1 划分均衡区 确定均衡期 建立均衡方程一级分区 以含水介质成因类型和地下水类型的组合作为划分依据 二级分段 以含水层参数 水位变幅 包气带岩性特征等的差异为依据 均衡期 以一个水文年为单位 将旱季 雨季分开计算 分析各个区段的均衡要素 建立均衡方程 2 确定各区段的各项均衡要素值测定天然流场下的各项补给量和消耗量 考察其是否均衡 计算在开采条件下可能增加的补给量和减少的消 耗量 以此作为地下水的允许开采量 3 计算和评价将所确定的各项均衡要素值代入均衡方程 计算补给与消耗的差值 以可能减少的消耗量和实际开采量之和作为允许开采量 分析多年动态观测资料 计算不同保证率典型年的水均衡 评价允许开采量的保证程度 5 水均衡法的特点及适用条件水均衡法原理明确 计算公式简单 适应性较强 在地下水排泄条件简单 均衡要素容易确定 开采后水位变化不大的地区 用水均衡法计算地下水量能取得较好的结果 由于均衡要素项目较多且有些要素一时难以准确测定 因此 对计算精度会有一定影响 地下水资源评价 一 地下水资源评价概述1 地下水资源和地下水资源评价1 地下水资源 指有利用价值的 本身又具有不断更新能力的各种地下水量的总称 它属于整个地球水资源的一部分 地下水能够构成资源 首先是因为它有利用价值 这是由质来决定的 而其来源多少则是由量来体现 2 地下水资源评价 指对地下水资源的数量 质量 时空分布特征和开发利用条件作出科学的 全面的分析和估计 2 地下水资源评价的内容 1 地下水水质评价 根据不同用户的要求 进行水质评价 其中包括水质现状评价及开采后水质是否会产生严重恶化等的预测 2 地下水量评价 根据水文地质条件和拟定的开采方案 计算允许开采量 论证开采量的保证程度 并预测区域地下水位下降趋势 3 开采技术条件评价 论证在整个开采期内地下水位的下降值是否会超过技术允许的范围 地下水对取水建筑物是否会产生腐蚀作用及取水建筑物的使用年限等 4 地下水开采可能引起的环境问题评价 分析开采地下水后可能对邻近取水建筑物 水利工程的影响 预测可能产生的地面沉降 水质污染及海水入侵等环境水文地质问题的发生 3 地下水资源评价的类型1 局部地段 水源地 地下水资源评价 评价地下水资源的目的 是为了更好地开采利用地下水 所以更重要的是开采资源的评价 局部地段地下水资源评价主要就是对城市供水 工业用水或农田灌溉用水进行的地下水开采资源的评价 2 区域地下水资源评价 通常只评价地下水的天然资源 评价区常为一大的河流流域 要求地下水资源评价和地表水资源评价同时进行 成果精度一般都较低 主要为国民经济规划中合理开发利用地下水或综合利用水资源提供决策依据 在地下水具有开发前景的地区 当具备有足够的资料时 也可同时粗略评价地下水的开采资源 二 地下水资源评价的原则1 四水 联系 互相转化 统一评价的原则在自然界的水循环中 地下水 土壤水 地表水和大气降水处在相互联系 互相转化的统一体中 长期的这种作用使它们形成了某种相对平衡的状态 开采地下水时 已有的这种平衡被破坏 促使相互转化作用更为明显和加强 例如在傍河水源地开采地下水时 其为保证稳定开采的补给增量主要由河水转化而来 而河流的基流量又主要是由地下水转化而来的 为避免重复计算水资源量 在评价地下水资源时 应注意评价在含水层开采条件下 地表径流的变化值 最好是将该地区的地下水与地表水统一评价 统一规划 合理使用 2 充分利用储存量 以丰补欠 调节平衡的原则地下水的补给量在水文年内有季节性的变化 在年际间又有丰 平 枯水年的变化 在以降水入渗补给为主或季节性地表水补给为主的地区 不同季节 不同年份的补给量可以相差悬殊 以前为保险起见 常取旱季 枯水年的补给量作为地下水资源评价的依据 实际上 只要含水层中有一定的储存量 就可以充分利用储存量的调节作用 取多年平均补给量作为允许开采量 在旱季或枯水年 借用储存量来满足开采需求的不足 到雨季或丰水年 被借用的储存量很快得到补充和偿还 利用储存量的这种调节作用可使地下水资源得到较为合理的利用 3 按独立水文地质单元评价的原则对于以接受侧向补给为主的深部承压水来说 在进行地下水资源评价时 要按相对独立的水文地质单元进行 切忌将独立的水文地质单元人为地划分为多个水源地进行评价 然后把各水源地的开采资源相加作为该水文地质单元的资源总量 由于地下水具有流动性 当各水源地同时开采时 必然会相互影响 而使实际开采量小于评价的地下水资源量 4 合理环境效益评价的原则为更加有效地开发利用地下水和保护地下水资源 防止由于开采地下水而引起不良现象的发生 在评价地下水资源时 必须考虑既要使地下水的开采效益达到最大 又要使不良环境地质问题降低到最低限度 同时 对可能发生的环境地质问题应作出预测并提出防治措施 三 地下水资源评价方法选择虽然有许多方法可用于计算地下水的允许开采量 但每一种方法都有其一定的优缺点和适用条件 因此 在进行地下水资源评价时 只有按具体的水文地质条件和取得的相应资料及勘查阶段的要求来选择合适的评价方法 才能获得较好的效果 在选择评价方法时 对水文地质条件方面应着重考虑 1 水文地质单元的基本规律 2 含水层 隔水层的性质及埋藏条件 3 水文地质参数在平面和剖面上的变化规律 4 地下水类型及地下水的主要补给来源 5 地表水体的分布情况及对地下水开采的影响 6 地下水开发利用情况及对评价精度的要求 四 局部地段的地下水资源评价1 两种评价方法1 已知水位求允许开采量已知开采期间抽水井允许的最大降深或每一时期的降深值 根据不同的开采方案 计算出抽水井周围的水位降深分布 进而计算流入抽水井的水量 并考察其水量能否满足供水的需求 2 由已知开采量进行水位预报根据规划或需水单位的要求 拟定开采量 并初步拟定一个开采方案 计算在开采期间不同时段抽水 井及其周围的水位分布 分析水位降深是否在允许的范围内 分析地下水开采后引起的水位降深是否会造成地面沉降 水质恶化 海水入侵等不良后果 通过对几种不同取水方案的计算和对比 选取最佳取水方案 2 计算允许开采量的方法1 解析法 当含水介质和边界条件相对简单时 1 稳定流公式 当有良好的就地补给条件时 如干扰井群法 水位削减法等 2 非稳定流公式 对远离补给区的承压水或补给条件较差的潜水 如干扰井群叠加法 开采强度法等 2 数值法 当含水介质和边界条件相对复杂时 3 水均衡法 当水源地位于相对独立的蓄水构造中时 4 相关分析法下降漏斗法 水源地扩建时 利用多年的开采动态资料计算可扩大的开采量 并用多年调节水均衡法论证开采量的保证程度 5 开采抽水试验法 在水文地质条件复杂地区 一时难以查清水文地质结构和边界条件 而又急需作出评价时 6 水文分析法 在岩溶地下河系发育地区 五 区域地下水资源评价1 两种开采量1 最大允许开采量 指区域水位降深不超过允许水位降深时 能从含水层中取出的全部补给量及允许降深范围内的储存量 这个量只反映了区域地下水潜在的保证性 一般的取水布局是难以将它们全部开采出来的 2 可开采量 指取水建筑物系统在拟定的开采方案下的区域开采量 它相当于水源地地下水资源评价中的允许开采量 在一定区域内 地下水的最大允许开采量是不变的 而可开采量则随具体的开采方案而异 在一般情况下 可开采量小于最大允许开采量 2 区域地下水资源评价方法平原地区 解析法 水均衡法 数值法 基岩山区 水文学法 水文地质比拟法 3 不同水文地质单元的地下水资源评价1 层状自流盆地按资源形成条件进行水文地质分区 评价各含水层的地下水资源分布情况及承压水与潜水 地表水的相互联系 用水均衡法 平均布井法计算最大允许开采量和可开采量 2 冲洪积扇地区计算天然补给量 考虑人类活动对地下水补给的影响 可用多种方法计算地下水的可开采量 3 河谷地带 当河流常年流量大于取水建筑物的可能取水量时 可用线性开采模数法评价 当平水期河流的流量有限 而含水层的调蓄能力较强时 应充分考虑含水层的调节性 以丰补欠 加大平水期的可开采量 应考虑地下水 地表水的统一规划 统一评价和统一开发 4 山间盆地应作为一个完整的水文地质单元 用水均衡法或数值法计算 要统一考虑地下水与地表水的联系程度 5 沉降平原区沉降平原区具有沉积厚度大 含水层分布多 地下水储存量丰富 水质复杂的特点 应将浅层水和深层水分开评价 并注意开发淡水时咸水的变化 可用平均布井法 开采模数法计算可开采量 用水均衡法计算最大允许开采量 有条件时也可用数值法进行大面积的区域评价 6 基岩山区可用泉水总和法来近似计算最大允许开采量 区内适于开发利用的泉水流量总和乘以保证率 便可作为可开采量 7 褶皱构造区每个封闭构造都是一个独立的 具有补给和排泄条件的均衡单元 对于由强裂隙带或岩溶岩层组成 周围被弱透水或不透水岩层圈闭的含水层 在进行区域地下水资源评价时 则应先确定每个封闭构造的可 开采量 总和后即为区域可开采量 可用水均衡法和水文地质比拟法计算可开采量 8 古老结晶岩地区富水性分布较不均一 在弱富水岩石中可以发育有局部的富水地段 因此 构成地下水开采量的面积要远大于富水地段的面积 区域地下水资源评价的主要任务是正确划分出富水地段 可用水均衡法和水文地质比拟法计算每个富水地段的可开采量 总和后即为区域可开采量 六 地下水资源量的分级分级依据 地下水资源分类分级标准 gb15218 94勘查评价得出的地下水允许开采量 是人们对自然界客观存在的地下水资源不同程度的认识 由于勘查手段和评价方法的不同 必然会存在一定的允许误差 随着勘查程度的提高 对地下水资源的认识逐渐深入 评价的结果更加准确 与实际地下水资源量之间的误差会减少 1 地下水资源量分级根据勘查研究程度的不同 将勘查得出的地下水资源量分为a b c d e五个级别 其中 a b c 探明资