地下水资源与评价课程论文

2015-2016 学年第 2 学期课程名称： 地下水资源评价与管理 专 业： 地质工程 年 级： 13级 任课教师： 郭巧娜 卢小慧 学 号： 1309020333 姓 名： 张 亚 地球科学与工程学院目录一、地下水资源评价的含义31、地下水资源评价的内容32、地下水资源评价的原则33、地下水资源评价的任务4二、地下水资源评价的方法41、地下水稳定流法42、非稳定流计算法53、水量均衡法54、数值模拟法55、相关分析法5三、地下水资源评价实例6参考文献8摘要：受特殊地理位置的制约，我国水资源地区分布极不均匀。水资源分布与土地资源和生产力布局不相匹配，加之气候变化和人类活动对下垫面条件的影响，近年我国水资源情势发生了显著变化，大部分地区水资源量明显减少 同时受到现有工程调蓄能力、供水保障程度的限制，水资源供需矛盾日益严重。因此对地下水进行相关的评价，合理开采地下水显得尤为重要。地下水的使用价值包括水质和水量两个方面。地下水资源评价，应同时进行水质和水量的评价。地下水量的计算和评价比水质评价复杂得多。一般所说的进行地下水资源评价，都是在水质符合要求的前提下，着重对水量进行评价。想要做到合理开采和使用地下水，因此在进行地下水资源评价时计算地下水的开采量是重中之重。关键词：地下水 水资源评价 一、 地下水资源评价的含义地下水资源评价是指在一定的天然和人工条件下，对地下水资源的质和量在使用价值和经济效益等方面进行综合分析、计算和论证。地下水资源评价主要包括两部分内容： 地下水补给资源量评价和地下水可开采资源量评价。1、地下水资源评价的内容（1）地下水补给资源量评价地下水补给资源量是地下水系统在天然条件下或开采状态下所接受的各种补给量的总和， 它是地下水系统长期而稳定提供的最大开采量， 是评价一个地区可开采资源量的基础。因此， 补给资源的评价是区域地下水资源评价的核心。从天然均衡角度， 补给项之和应等于排泄项之和， 因此， 当某些补给量不易求得时， 可用计算排泄量的方法代替。由于不同季节、不同年份补给量或排泄量是变化的， 因此， 应根据降水量变化和地下水动态变化， 推求多年平均值作为地下水的补给资源量。（2）地下水可开采资源量评价地下水可开采资源量的确定是水资源评价最主要的目的， 对水资源的开发利用具有重要的指导意义，但准确确定地下水可开采资源量是非常困难的。第一，由水循环和水均衡原理可知， 地下水的开采量来自于地下水开采条件下补给量的增量和排泄量的减少量，这不仅仅与水文地质条件有关， 而且与具体的开采方案， 如开采井的布局、开采量、取水构筑物的结构等有关； 第二， 经济技术条件是随时间而变化的， 并因不同的目的而有不同的标准； 第三， 地下水的开采必然改变地下水的流动状态， 进而改变水文地质条件，并对水环境产生一定的影响。对于不同的地区、不同的地下水系统和不同的供水目的， 对水环境的限定条件有着较大的差异。实际上， 地下水可开采量的确定，就是在确定开采地下水获得的利益和环境损失之间寻找平衡点。2、地下水资源评价的原则水资源属于可再生资源， 有别于其他资源， 基本评价原则如下。（1） 按流域或地下水系统进行评价。水资源是按流域或地下水系统而分布和流动的， 人为划分边界将造成流入、流出量的误差及重复量的出现， 因此为降低人为误差， 水资源评价以流域或地下水系统进行。（2） 根据“四水转化” 的规律进行评价。在水循环过程中， 大气降水、地表水、土壤水和地下水是相互联系、相互转化的统一体。在水资源评价中注意到这种转化关系和转化量， 不仅可避免水资源量的重复计算， 而且可利用转化关系， 提高水资源的利用率。（3） “以丰补歉” 的原则评价。无论是地下水还是地表水资源量， 都是随着时空变化的， 若希望最大限度地利用水资源量， 则首先要评价水资源的储存量和调节能力， 并充分利用其调节能力， 调节丰、枯季节和年份的地下水资源量， 提高水资源可利用量和供水的保证程度。（4） 可持续发展的原则。应从水资源的可持续利用、水资源的开发利用与社会、经济、环境协调发展的角度评价水资源量， 即寻求水资源开发所带来的经济、社会发展与生态环境协调的平衡点， 要求在水资源评价中， 注重环境影响的评价和环境对水资源开发的约束。（5） 动态和发展的原则。随着科学技术水平的提高， 人类控制、开发水资源的能力也会越来越强， 一些现在无法利用、开发的水都有可能成为今后水资源评价的新对象， 如海水淡化， 陆地劣质水的资源化，土壤水的调控， 冰川水、深层地下水的开发， 生态用水的评价与保护等。这就要求评价工作不断跟上水资源理论的发展。即使是常规的地表水、地下水的资源评价， 也会因理论的发展不断修正原有的概念和思维方式， 涌现出新的评价方法和手段。3、地下水资源评价的任务（1）以确定“四大储量”作为地下水资源评价的主要任务 由于四大储量自身存在的问题，所以以四大储量作为地下水资源评价的依据和内容是满足不了生产要求的，往往是为计算而计算，算了以后也心中无数。如果以此作为开采的依据，往往是盲目地开采。 （2）以确定“可以开发利用的地下水量”为主要任务 可以开发利用的地下水量是指在开发利用条件下，区域内可以得到的地下水量，它既取决于开采条件（如取水方式，开采强度、取水建筑物的结构和布局、提水设备的能力等），也取决于开采区内的水文地质条件、区域内的垂直补给和边界以外的侧向补给、含水层的输水能力、越流补给及弹性释水等（3）以确定地下水允许开采量为主要任务 地下水允许开采量的概念极不统一，如果把它理解为开采以后总能补回来的水量，认为在无损失条件下，它是可能最大补给量，如果有损失则应是可利用量。 (4)以确定地下水资源最优可持续开采量为主要任务二、 地下水资源评价的方法由于地下水资源评价方法很多，而且适应性差别极大，仅对几种常见的评价方法进行讨论。 1、地下水稳定流法 2、非稳定流计算法 3、水量均衡法 4、数值模拟法 5、相关分析法1、 地下水稳定流法稳定流理论是在一定条件下，地下水的运动经过很长时间所达到的一种平衡状态或称为相对平衡状态，即不随时间发生变化稳定流理论有局限性，只能在某些特定条件下应用。地下水非稳定流理论则考虑了时间这个变量，反映了客观实际，因此，它比稳定流理论有较大的适应性。适用条件： 补给条件好，开采时间不长的地段； 当地下水开采量与地下水的天然补给量相差很小的地段； 地下水收入和支出基本处于平衡状态，即地下水的运动处于稳定或相对稳定状态。2、 非稳定流计算法非稳定流计算法利用地下水非稳定流的基本微分方程式，在不同边界条件下的解析解和数值解，研究开采量与其水位降之间关系的方法，一般用于孔隙水较好。可以评价潜水或承压含水层的开采量，预测含水层中任意一点的水位降随时间变化趋势。适用条件： 含水层几何形状简单 水文地质条件单一 含水层是均质各向同性的情况3、 水量均衡法基本原理：任一时间段的补给量和消耗量之差，等于地下水系统中水体积的变化量。天然条件下水量均衡方程式：适用条件理论上，可适用于任何地下水系统的水资源评价区域地下水资源评价，水文地质条件复杂，其它方法难以应用缺点：(1)某些均衡要素和求取均衡要素的水文地质参数难以确定或不准确，造成计算误差较大；(2)是一种集中参数方法，难以精确给出地下水各要素随空间的变化；(3)不能准确确定地下水的可开采资源量；(4)很难给出具体地下水开发利用方案。4、 数值模拟法数值法是随着电子计算机的出现而发展起来的，应用十分广泛。从理论上看，把研究区域剖分成若干网格（有限差分法分为方形、矩形、三角形；有限元法常用三角形），将建立的偏微分方程离散成线性代数方程组，用电子计算机联立求解线性方程组。优缺点：尽管它是对渗流偏微分方程的一种近似解，但实际应用中完全可以满足精度要求。它可以解决许多复杂条件下的地下水资源评价问题，应用广泛，是一种较好的方法。是一种万能用法。5、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，或外推增大开采量以后的水位降深。适用条件：这种方法适用于稳定型或调节型开采动态，或补给有余的旧水源地扩大开采时的地下水资源评价。如果已经是消耗型水源地，要用人工调蓄、节制开采来保护水源地。这时，也可以用相关分析法分析开采量、回灌量与水位的关系，求得合理的开采量和人工回灌量。上海市在控制地面沉降时曾作过这样的分析。三、 地下水资源评价实例用解析法评价某地区地下水实例实例：据冶金部西安勘察公司韩昌彬等资料，勘察区位于内蒙古高原的低山丘陵河谷地带，气候干燥，平均年降水量为222mm，集中在7、8、9三个月内。河谷宽约500m。除雨季外，河床常年干枯。河谷内第四系砂砾石含水层平均厚17m，地下水埋深2m，主要由降水和地表水补给。两侧和底部均为岩浆岩。勘探孔和试验孔的布置如图10一1所示。开采方案是沿河谷中心布置9口井，井距约1km。其布局和映射见图10一2。据勘探试验资料算出井群的总出水量约为5000m3d。在这样的开采条件下，在整个旱季（无降水和河水补给），中心区水位下降多少。步骤1：水文地质条件概化。根据勘探试验取得的各种参数，对水文地质条件进行如下概化。介质条件：由于含水层沿河方向的不均匀性，可分为三个场段，采用不同的参数。表10一2所示。边界条件：把河谷两岸概化为直线平行不透水边界。疏干时间：由于区内每年7、8、9三个月为雨季，有降水和河水补给，故确定疏干时间为365一90275d。步骤2：确定计算公式，计算降深值。根据概化后的水文地质条件，可选用潜水完整井井群干扰非稳定流理论公式来计算：式中：S观测井的水位下降值（m）；H含水层平均厚度（m）；Qi各井抽水量（m3d）；K渗透系数（md）；W(ui)井函数；井函数自变量；ri抽水井（实、虚）至观测井距离（rn）；含水层延迟释水系数；T导水系数（m2d）；t抽水延续时间（d）。将所取得数据代入公式，计算降深值。由于平行边界相距较近，映射次数较多，所以采用表格形式进行计算较方便。例如先计算中心区10号井的降深值。首先，从图上查出各实井和虚井与该井的距离ri，算出ri2，分别乘各场段的，求出ui值；然后，从井函数表查得W(ui)值，再乘以，加起来便可求得，用A表示。最后，计算10号井得降深：计算表的形式如表103所示。计算时取了五次映射，分别对中心区的11号、10号、12号及5号井进行了计算。其降深依次为684、777、680、68