第六章-地下水资源数量评价

1.1地下水资源的概念,资源：是自然界存在，可被人类利用的一切分可再生的和不可再生的，地下水为可再生资源地下水是一种宝贵的、可再生的淡水资源地下水与地表水资源相比的优越之处有：空间分布：广而均匀（地表水分布局限）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，运用费用高、管理难、易产生环境问题。,地下水资源概念的由来,1915年美国首次提出以含水层或盆地为单元的安全抽水量概念：“所谓安全抽水量，是在不致引起含水层发生危险的涸竭的情况下，能正常而持续地抽水的界限水量”柴崎达雄，1982。后来发现，开采地下水会引起诸如：地面沉降、海水入侵、咸水入侵等造成巨大经济损失的环境损害。安全抽水量的定义修改：“能从某一地下水盆地中连续地、不至于引起不良结果地抽取的地下水量”柴崎达雄，1982）。允许利用的地下水资源量，不仅受到自然条件的制约，还受到技术、经济、社会乃至法律条件的制约。,1.2地下水资源的特征,1.2.1系统性形成：地下水资源是按系统形成与分布的系统内：地下水是一个统一的整体（有水力联系的），系统内部任何一部分的输入或输出（补给或抽水），都会影响（波及）整个系统系统性看：地下水资源量原则上等于含水系统的补给量资源量按系统计算：以系统为单元统筹规划利用，开发与管理难点：系统边界不易确定；边界有叠置，边界垮行政区域问题：造成重复计算水量，人为夸大水量，开采过渡，难以管理（不同行政区）,1.2地下水资源的特征,1.2.2可恢复性天然可再生的资源均具有可恢复性地下水资源是通过水文循环使水量恢复、水质更新的，循环过程是通过补给与排泄两个环节完成的。恢复能力的强弱与水文循环的交替速度有关：图示条件：比较哪个含水系统更优？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）而“无以为继”。因此，可恢复性是供水水源的必需条件。,可恢复性,1.2地下水资源的特征,1.2.3可调节性表现在地下含水系统本身就是一个地下水库具有水库的功能，地下水库是天然形成的：含水介质对水流起到阻滞作用延长过水时间地质构造形成的“蓄水池”，向斜盆地，断块盆地调节能力大小取决于：地质构造的规模（容积大小-B）；含水介质的储水能力给水度，含水层厚度m,1.3.1地下水资源补给资源,补给资源：可以恢复与再生的，是与外界系统经常发生交替的水量。影响因素：受气候等因素影响，年与季节的变化量纲：流量单位m3/a决定含水系统中地下水资源的可恢复性数值大小=含水系统的地下水多年平均年补给量,1.3.2地下水资源储存资源,储存资源：不可以恢复的，是历史形成的不参与水循环交替的，基本不变的水。影响因素：含水系统的空间形态（地质构造天然的地下水库库容）量纲：体积单位m3决定含水系统中地下水资源的可调节性数值大小=含水系统的地下水多年平均低水位的重力水体积，即水的空间体积（给水度）,1.4地下水资源的供水意义,供水水源的一般要求：长期持续性（永续发展的需要）多年性均衡稳定性（短期考虑）时时供水一个含水系统能够长期持续提供的水量是多少？补给资源补给资源的供水意义原则上：含水系统的多年平均补给资源=含水系统的多年平均补给量在某些特殊情况下可以大于补给量：1）大气降水入渗增加；2）河流入渗补给增加不同类型含水系统的补给条件不同，供水意义也不同,1.4.1补给资源的供水意义,注意：河流入渗增加的代价牺牲地表水资源从“水资源”角度出发，此量是不存在的承压水模拟演示实验中：抽取地下水承压水从外界获得的补给量增加了。这也是旁河取水的道理。,1.4.2储存资源的供水意义,储存资源的供水意义起着调节作用保证供水均衡稳定性当一个含水系统的补给资源很大，但动态很不稳定时，作为供水源地，储存资源就起到很大的调节作用旱季借用储存资源的水，腾空库容，雨季再补充偿还没有储存资源再丰富的补给资源也无法利用白白流走！补给与储存资源的关系：有借有还有借不还（超量使用）最终导致水资源消耗贻尽（枯竭）或产生不良结果,有借有还,本章思考题,第二节地下水动态与均衡的概念,地下水动态：在有关因素影响下，地下水的水位、水量、水化学成份、水温等随时间的变化状况。,含水层（含水系统）,Q补,Q排,年最大变幅（hmax)：一年中地下水位最高值与最低值的差。,地下水的水位、水质的变化实质上是由含水系统中地下水的补给量、排泄量、储存量变化的综合表现。,研究补给量与排泄量收支的数量关系就是地下水的均衡问题。,第二节地下水动态与均衡,水均衡概念：在某一时段内，某一区域（或地段内）分析研究地下水水量、水质或热量收支的数量关系就是地下水的均衡。,动态与均衡的研究意义：合理利用地下水及有效防范其危害；含水系统内部结构辩识地下水资源计算和管理,一、地下水动态的形成机制降水补给地下水系统水位上升动态变化激励脉冲式的降水响应波状信号的信息地下水水位对外界输入（降水）响应的特点：（1）滞后和延迟现象（2）有叠加现象因外界激励（或输入）而引起的系统响应（或输出）的变化幅度是含水系统内部结构作用的结果某要素（水位）随时间的变化程度用稳定性来恒量动态稳定变化幅度小动态不稳定变化幅度大,2.1地下水动态,二、地下水动态的影响因素,3、地质因素地质因素是间接且相对稳定的因素（相当于滤波器）气候与水文因素决定了一个地区地下水动态的总轮廓地质因素起修饰作用，滤波或削峰填谷的作用埋藏条件：承压水的变幅小于潜水；潜水埋深的大小,对滞后时，延迟时和变幅的影响包气带岩性：K起作用；饱水带岩性：K和均起作用地下水所处的空间部位：一般而言，补给区较排泄区更不稳定4、人为因素：开采、灌溉、排水、污水排放5、其它因素,2.1地下水动态,三、地下水动态类型,分天然型和人工开采型天然型动态按地下水的排泄方式及水交替程度划分：蒸发型：干旱半干旱地区地形平缓、切割微弱的平原或盆地；动态特点是年水位变幅小，各处变幅接近，水质季节性变化明显，地下水朝盐化方向发展。径流型：山区及山前；动态特点是年水位变幅大且不均匀（分水岭到排泄区，年水位变幅由大变小），水质季节变化不明显，朝淡化方向发展。弱径流型：气候湿润的平原和盆地；动态特点是水位变幅小，水质季节性变化不明显,2.1地下水动态,2.2地下水均衡质量守恒定律一、地下水均衡方程式,均衡：某一时间段内某一地段内，地下水水量（热量、盐量、能量）的收支状况，称为地下水均衡均衡区：均衡计算所选定的区域（三维的）；可以是地下水含水系统，也可以是一很小的均衡单元均衡期：均衡计算的时间段；可长可短均衡方程式：A-B=WA收入项(补给量）；B支出项（排泄量）；W均衡时段内，均衡区