9--地下水资源量的计算与评价.ppt

1、第九章 地下水资源量的计算与评价,地下水资源评价包括地下水水质评价和地下水水量评价两个方面。本章主要介绍地下水资源量的计算与评价 。,第九章 地下水资源量的计算与评价,1 地下水资源的特点及分类 2 地下水允许开采量的计算方法 3 地下水资源评价,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,一、地下水资源的特点 地下水资源，既不同于固体矿产资源，也不同于地表水资源，有它自己的特点。可以概括为系统性、流动性、可恢复性、可调节性等四个方面的特点。 1、系统性 所谓系统性，是指由一定的地质结构组织而成的、具有密切水力联系的统一整体。,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源

2、的特点及分类,一、地下水资源的特点 1、系统性 人类对地下水资源的认识从水井(水源地)评价发展到含水层、含水岩组，直到含水系统整体评价。 过去，人们把具有密切水力联系的统一整体，人为分割为相互独立的含水层或单元，分别进行水量、水质的评价，并用这种评价结果指导地下水资源的开发利用，结果导致各地争水、水质恶化、环境质量日趋下降。,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,一、地下水资源的特点 2、流动性 地下水资源是流体，在补给、径流、排泄的过程中，不断循环流动，因此地下水资源是动态资源。地下水资源的数量和质量随外界条件变化而变化。 在任一地点获取的地下水量，都是以周围地段甚至

3、整个系统的水量为代价的。那种将流经本地区(段)的地下水视为已有的资源观，显然违背了水资源流动性这一客观事实,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,一、地下水资源的特点 3、可恢复性 又称为可再生性。地下水始终处于流动状态，在不断接受外界水量和溶质补充的同时，也将系统内部水量连同水中所含的物质排泄出去。 在天然条件下，补、排水量在多年间可以大体平衡，各地段水量和水质保持相对稳定。在地下水开发利用过程中，如果系统排出的水量不超过某一特定值，则大部分水量可以通过外界的补给得到补偿。 地下水资源的可恢复性是地下水资源可持续利用的保证。,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下

4、水资源的特点及分类,一、地下水资源的特点 4、可调节性 调节性主要是针对水量而言，指地下水在系统结构的作用下，使不连续的降水和水量输入变为相对连续、均匀输出的这种自然特性。 一般来说，地表水系统的水量调节能力较差，水量、水位的动态变化与降水过程极为密切，滞后、延迟效应均不明显，获得的降水补给量可以快速地排出。,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,一、地下水资源的特点 4、调节性 与地表水相比，地下水更具有调节性。集中的降水补给可积蓄在季节变动带中，然后缓慢释放，缓慢径流的路程效应可平抑各处来水的波动，发挥削峰填谷的作用。,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资

5、源的特点及分类,二、地下水资源的分类 20世纪70年代以前，我国采用前苏联的地下水储量分类，即分为动储量、静储量、调节储量和开采储量四类。 动储量：单位时间内流经含水层（带）横断面的地下水体积，即地下水的天然径流量； 静储量：地下水位年变动带以下含水层（带）中储存的重力水体积； 调节储量：地下水位年变动带内重力水的体积； 开采储量：用技术经济合理的取水工程，能从含水层中取出的水量，并要求开采期内不发生水量减少、水质恶化等不良后果。,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,二、地下水资源的分类 20世纪70年代后期，我国提出了自己的地下水资源分类，该方案于于1989年由国家

6、计划委员会正式批准为国家标准(GBJ27-88)。 中华人民共和国建设部于2001年颁布的国家标准供水水文地质勘察规范(GB50027-2001)中仍执行该方案。 该方案将地下水资源划分为补给量、储存量和允许开采量三类：,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,二、地下水资源的分类 1、补给量 指天然状态或开采条件下，单位时间内，通过各种途径进入含水层（或含水系统）的水量。 一般包括地下水径流补给量、大气降水的入渗补给量、地表水的入渗补给量、越流补给量和人工补给量等。 2、储存量 指地下水在补给与排泄过程中，某一时间段内在含水层（或含水系统）中储存的重力水体积。,第九章

7、地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,二、地下水资源的分类 2、储存量 在潜水含水层中，储存量的变化主要反映为水体积的改变，称为体（容）积储存量，可用下式计算： W = F h 式中：W地下水的储存量(m3)； 含水层的给水度； F潜水含水层的面积(m2)； h潜水含水层的厚度(m) 。,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,二、地下水资源的分类 2、储存量 在承压含水层中，压力水头的变化主要反映弹性水的释放，称为弹性储存量，可按下式计算： W弹*F h 式中：W弹承压水的弹性储存量(m3)； *贮水(或释水)系数； F 承压含水层的面积(m2)； h

8、承压含水层自顶板算起的压力水头高度(m)。,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,二、地下水资源的分类 3、允许开采量 又称可开采量，指通过技术经济合理的取水构筑物，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，不发生危害性环境地质现象等前题下，单位时间内从含水系统或取水地段中能够取得的水量。 简言之，允许开采量就是用合理的取水工程，能从含水系统或取水地段中取得出来，但不会引起一切不良后果的最大出水量。,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,二、地下水资源的分类 4、允许开采量的组成 （

9、1）允许开采量与开采量的关系 允许开采量与开采量是不同的概念。开采量是指目前正在开采的水量或预计开采量，它只反映了取水工程的产水能力。开采量不应大于允许开采量；否则，会引起不良后果。 允许开采量的大小取决于地下水的补给量和储存量的大小，同时还受技术经济条件的限制。,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,二、地下水资源的分类 4、允许开采量的组成 （2）允许开采量的组成 地下水在开采以前，雨季补给量大于消耗量，含水层内储存量增加，水位抬高，流速增大；雨季过后，消耗量大于补给量，储存量减少，水位下降，流速减小。 从一个周期的时间来看，这段时间的总补给量和总消耗量是接近相等的

10、，即Q补Q排。,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,二、地下水资源的分类 4、允许开采量的组成 （2）允许开采量的组成 在人工开采地下水时，天然排泄量减少，补给量增加，即为补给增量。在开采状态下，可以用下面水均衡方程表示： （Q补 + Q补）（Q排Q排）Q开 Fh/t 式中：Q补开采前的天然补给量（m3d）； Q补开采时的补给增量（m3d）； Q排开采前的天然排泄量(m3d)； Q排开采时天然排泄量减少值（m3d）； Q开人工开采量（m3d）；,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,二、地下水资源的分类 4、允许开采量的组成 （2）允许开采量的

11、组成 在开采状态下，可以用下面水均衡方程表示： （Q补 + Q补）（Q排Q排）Q开 Fh/t 式中：含水层的给水度； F开采时引起水位下降的面积（m2）； t 开采时间（d）； h在t时间段内开采影响范围内的平均水位降（m）。,第九章 地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类,二、地下水资源的分类 4、允许开采量的组成 （2）允许开采量的组成 由于天然补给量与天然排泄量近似相等，即Q补Q排，并且开采量在数值上已接近或等于允许开采量，所以： Q允开 Q补 +Q排 + Fh/t 这个方程表明，允许开采量实质上是由三部分组成的： 1）增加的补给量（Q补），可称为开采夺取量； 2）减少的天

12、然排泄量（Q排），可称为开采截取量； 3）可动用的储存量（Fh/t）。,第九章 地下水资源量的计算与评价,1 地下水资源的特点及分类 2 地下水允许开采量的计算方法 3 地下水资源评价,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,计算地下水的允许开采量是地下水资源评价的核心问题。计算允许开采量的方法，也称为地下水资源评价方法。 由于各地水文地质条件的差异，已有资料详细程度不同，以及对计算成果要求的精度不同，可以采用不同的计算方法。 目前应用较广泛的计算方法主要有水量均衡法、解析法、数值法、相关外推法、开采抽水法和“黑箱法”等。 为了保证计算结果的准确性，在实际工作中应根据

13、资料情况、评价的目的和计算方法的适用范围选用多种方法计算，以便进行比较、验证。,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,一、水量均衡法 1、基本原理 水量均衡法是水量计算中最常用、最基本的方法。一个均衡区内的含水层系统，在任一时段t内补给量与排泄量之差，恒等于此含水层系统中水体积的变化量。据此可以建立水均衡方程式： Q补Q流入Q越入Q河渗Q雨渗Q人补（m3/d）； Q排Q流出Q越出Q溢出Q蒸发Q实开（m3/d）,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,一、水量均衡法 1、基本原理 由前述对允许开采量的分析可知，如果是稳定型开采动态，则允许开采

14、量为： 如果是合理的消耗型开采动态，则为： 式中，Q排减少的排泄量 ；Q补为开采时增加的补给量；Smax为最大允许降深；T为开采年限，一般取50100a。,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,一、水量均衡法 1、基本原理 补给量Q补和排泄量Q排的组成项目很多，要根据具体条件来确定它们的组成，从而建立水均衡方程。 例如，我国南方的岩溶水地区，主要补给来源是Q雨渗和Q河渗，其次是侧向流入Q流入，排泄项中主要是Q溢出，其次是Q流出及Q蒸发。 只要采用恰当的开采方式，可以充分截取补给，减少排泄，则计算允许开采量的公式可简化为： Q允开Q雨渗十Q河渗 用补给量作为允许开采量

15、,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,一、水量均衡法 2、计算步骤 步骤1：划分均衡区 （1）在区域地下水资源量计算中，以地下水系统边界圈定的范围为均衡区； （2）局域地下水水量计算中，均衡区需要人为划分，均衡区的边界尽量选择天然边界或地下水交换量容易确定的边界； （3）如果均衡区面积大，水文地质条件复杂，均衡要素差别大，还可以根据含水介质成因类型和地下水类型的组合作为分区依据。例如在基岩山区平原地区，可分为基岩山区裂隙水、平原区松散孔隙水等一级子区；,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,一、水量均衡法 2、计算步骤 步骤1：划分均衡

16、区 （4）如果同一区内的水文地质条件还有较大差异，可以按不同的定量指标划分为若干段。分段指标通常是含水层导水系数、给水度、水位埋深、动态变幅及包气带岩性等，以便于测定均衡要素为原则。 步骤2：确定均衡期 均衡期一般以年为单位，也可将旱季、雨季分开来计算，这样可以简化均衡方程中的项目。,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,一、水量均衡法 步骤3：确定均衡要素，建立均衡方程 均衡要素指通过均衡区的边界流入和流出水量项的总称。进入的水量项称为补给项，流出的水量项称为排泄项。 （1）分析各个均衡区有哪些均衡要素； （2）确定天然条件下补给量和排泄量； （3）确定开采条件下

17、的补给增量和可能减少的消耗量； （4）建立均衡方程。,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,一、水量均衡法 步骤3：确定均衡要素，建立均衡方程 为了取得较准确的计算资料，最好在每个均衡区选择一个有代表性的地段做小范围的均衡试验，实际测定各项均衡要素的数值，取得计算所需的参数，然后用以计算整个均衡区的各种补给量和排泄量。,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,一、水量均衡法 2、计算步骤 步骤4：计算和评价 （1）计算：将各项均衡要素值代入均衡式中，计算出补给量与排泄量的差值，看地下水储存量的变化是否与之相符，如果不符，审查各均衡要素的计算

18、是否准确，作适当修改，使方程平衡为止。 （2）评价：一般以可能减少的排泄量加上实际已开采量作为总的允许开采量，或以总补给量作为允许开采量的极限。 （3）如果储存量很大，可以动用时，应确定最大允许降深值Smax，将此范围内的储存量逐年分配到开采量中，开采期限一般取50-100a。,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,一、水量均衡法 2、计算步骤 步骤4：计算和评价 （4）在实际计算中，常常是根据多年的动态观测资料分析，计算不同保证率典型年的水均衡，可评价允许开采量的保证程度。某水源地的水均衡计算结果见表9-1。 从表9-1中可见，枯水年是负均衡，即每年计划增开318

19、5104m3时，尚需借用储存量2398104m3，使区域水位降深增加2.68m，但在平水年可节余5198104m3，是可以将枯水年借用量补偿回来的。,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,一、水量均衡法 2、计算步骤 表9-1 某水源地水均衡计算结果（单位：104m3）,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,一、水量均衡法 3、适用条件 水量均衡法原则上可以适用于任何水文地质条件和开采条件： （1） 可做区域资源评价，也可用于局部资源评价； （2） 适用于山区基岩裂隙水，更适合于平原区的孔隙水； （3）可用于潜水区，也可用于承压水区。 但

20、因均衡要素不易测准，所以目前主要用于平原潜水区。,完成下列限制开采深度多年调节计算表，其中=0.048,限制埋深为7.0m，起调埋深为3.0m. P198,0.48*1000*0.048,165-(90-23.04)/(1000*0.048),5.60-2.04,3.56+2.01,(96.4-63.8)/(1000*0.048),4.24+3.29,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,四、补偿疏干法 1、概述 补偿疏干法适用于含水层分布范围有限，但有较大储存量可充分调节，地下水补给在时间上分配不均的北方地区。 如季节性河的河谷地区、构造断块岩溶发育地区等。这些地

21、区由于地下水常年补给不足且分配不均，按一般天然补给量进行评价时，容易得出可开采量较贫乏的结论。 进行地下水评价时，应利用雨季补给充足的特点，充分利用储存量的调节作用维持开采，在旱季腾出储水空间，等雨季或丰水年得到全部补偿，这样可以大大增加地下水补给量，因而扩大了地下水的开采价值。这种方法称为补偿疏干法。,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,四、补偿疏干法 2、使用条件 用这种方法评价时必须符合两个条件： 一是可借用的储存量必须满足旱季开采； 二是雨季的补给量除了满足当时开采外，多余的补给量能把旱季借用的储存量全部补偿回来。,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地

22、下水允许开采量的计算方法,四、补偿疏干法 3、评价的步骤 （1）计算旱季的开采量 在旱季进行开采抽水试验，因为补给量极小，基本上靠疏干含水层来维持抽水，所以抽水过程中水量均衡式为： 式中：F单位储存量(m3d) ；Q旱抽旱季抽水量(m3d)； t、S抽水过程中水位急速下降后开始平稳等速下降的延续时间(d)和相应的水位下降值(m)。 t0、s0开采抽水开始等幅下降时间(d)及相应的水位下降值(m) t1、s1抽水的延续时间(d)和相应的水位下降值(m),第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,四、补偿疏干法 3、评价的步骤 （1）计算旱季的开采量,t0,S0,第九章 地

23、下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,四、补偿疏干法 3、评价的步骤 （1）计算旱季的开采量 求出单位储存量后，再根据含水层的厚度和最大设计降深Smax，查明整个旱季时间T，则可以计算旱季的每天最大开采量(Q旱开)，即： 式中：S0抽水开始等幅下降时井中的水位降深(m)。,第九章 地下水资源量的计算与评价 2 地下水允许开采量的计算方法,四、补偿疏干法 3、评价的步骤 （2）计算雨季补给量 地下水雨季补给量除了保证雨季的开采外，多余部分会补偿借用的储存量，引起水位等幅回升。因此雨季补给量等于抽水量与补偿量之和，即： 式中 F-水位回升时的单位补偿量，与水位下降时的单位储存量近似相等； S/t-雨季水位回升速率（md），根据旱季至雨季的抽水试验资料求得； Q雨抽-雨季抽水试验的抽水量（m3d）,第九章 地下水资源量的