地下水资源量的计算与评价

如何进行地下水资源的量化与评价地下水资源是人类生存和发展的重要基础，对于合理利用和保护地下水资源，进行量化与评价是至关重要的。

本文将从不同的角度探讨如何进行地下水资源的量化与评价。

首先，地下水资源的量化是基于水文地质学的研究方法和技术手段的。

通过地下水位观测、地下水埋深、水文地质剖面等多种数据的收集与分析，可以了解地下水的分布、储量和变化情况。

通过对地下水流动和补给特征的研究，可以对地下水资源进行量化评估。

同时，利用地球物理探测技术如电阻率法、自然电磁法等对地下水进行探测和勘探，也可以提供地下水资源量化评价的依据。

其次，地下水资源的量化评价需要考虑诸多因素。

首先是地下水资源的可用性评价。

地下水的可开采量取决于地下水水位、地下水丰度、地下水补给能力等因素。

通过对地下水的水位变化、地下水井的抽水量等进行监测与分析，可以评价地下水资源的可用性。

其次是地下水的水质评价。

地下水水质的好坏直接关系到地下水的可利用性。

水质评价需要调查和监测地下水的化学成分、重金属含量、微生物污染等指标，以确定地下水的合理利用方式。

最后需要考虑地下水资源的综合评价。

将地下水资源量化和水质评价相结合，综合考虑水质、水量、可利用性等因素，对地下水资源进行综合评价。

此外，地下水资源的量化评价还需要考虑地下水与其他自然资源之间的相互关系。

地下水与地表水、大气降水、土壤等水文系统紧密相连，相互影响。

因此，在进行地下水资源的量化评价时，应考虑地下水与其他水资源之间的相互补偿和利用。

同时，还应考虑地下水与生态环境之间的关系，确保地下水资源的合理利用与生态环境的保护。

最后，地下水资源的量化评价需要结合政策与管理。

政府的政策与管理对地下水资源的合理开发和保护起到重要作用。

制定相关的法律法规和政策措施，加强地下水资源的管理和保护，对于实现地下水资源的可持续利用至关重要。

同时，加强地下水资源管理的信息化建设，提高地下水资源的监测和预警能力，也是地下水资源量化评价的重要手段。

地下水资源评价方法地下水资源评价的方法按其所依据的理论可分为：基于水量平衡原理的方法——水量平衡法。

基于数理统计原理的方法——相关分析法。

基于实际试验的方法——开采试验法。

基于地下水动力学原理的方法——解析法和数值法。

1．水量平衡法水量平衡法是根据水量平衡原理，建立水量平衡方程来进行地下水资源评价的方法。

评价水量的一切方法都离不开水量平衡原理，尤其是在较大范围之内进行区域性地下水资源评价时，往往因水文地质条件及其他影响因素的复杂性，当用其他方法评价都比较困难时，采用水量平衡法具有概念清楚、方法简单、适应性强等优点。

该方法是目前生产中应用最广泛的一种地下水资源评价方法。

1．1水平衡方程的建立对于一个平衡区（或水文地质单元）的含水层组来说，地下水在补给和消耗的动平衡发展过程中，任一时段补给量和消耗量之差，永远等于该时段(Qk-Qc)+(W-Qw)=±μFΔH/Δt式中：(Qk-Qc)——侧向补给量与排泄量之差，m/a(W-Qw)——垂向补给量与消耗量之差，m/aW=Pr+Qcf+Qe-Eg式中：Pr——降水人渗补给量，m/aQcf——渠系及田间灌溉入渗补给量，m/aQe ——越流补给量，m/aEg——潜水蒸发量，m/aQw——地下水开采量，m/aμFΔH/Δt ——单位时间2 33333333ΔH——时段ΔH =[(Qk-Qc)+(W-Qw)] t/μF计算的地下水位变幅ΔH为正，说明评价区的地下水储量增加，地下水位上升，称为正均衡；ΔH 为负，则地下水储量减少，地下水位下降，称为负均衡。

1．2地下水均衡计算地下水均衡计算是根据水量均衡原理，分析均衡区在一定时段内地下水的补、排量及地下水升降等要素，在此基础上评价地下水资源的盈亏。

1．2．1均衡区的划分由于均衡方程中的各项补给量和排泄量（均衡要素）是随区域水文地质条件不同而变化的，特别是当评价区面积较大时，其均衡要素差别更大，为了准确地计算均衡要素，应将评价区进行分区（划分均衡区）。

地下水资源评价地下水水量评价：是对地下水源地或某一地区、某个含水层的补给量、储存量,允许开采量进行计算的基础上,对所用计算方法的适宜性、水文地质参数的可靠性、资源计算结果精度、开采资源保证程度所做出的全面评价;水资源调查评价工作,就是要回答一个地区或流域有多少水量包括地表水、地下水的地区分布、时间变化、质量标准、可靠程度;同时还要研究社会经济发展需要多少水量各种用水的现状,近期和远景预测,以及供需平衡存在的问题;地下水资源评价方法：用于确定地下水资源数量的方法很多,这里主要介绍一下4种评价方法：开采—试验法、补给疏干法、水文分析法、开采强度法;1、开采—试验法在地下水的非补给期或枯水期按接近取水工程设计的开采条件进行较长时间的抽水试验,然后根据抽水量、水位降深动态或开采条件下的水量均衡方程求解出水源地枯季补给量,并以此量作为水源地的允许开采量;1、1适用条件在水文地质条件复杂地区,如果一时很难查清补给条件而又急需做出评价是,则可打勘探开采孔,并按开采条件开采降深和开采量进行抽水试验,根据试验结果可以直接评价开采量,这种评价方法,对潜水或承压水,对新水源地或旧水源地扩建都能适用;对于含水性不均匀的岩溶地区最为常用;主要适用于中小型水源地;该方法的缺点是不能做区域性的水资源评价;1、2计算方法完全按开采条件抽水,最好从旱季开始,延续一至数月,从抽水到恢复水位进行全面贯彻,结果可能出现两种情形：1稳定状态：在长期抽水过程中,如果水位达到设计降深并趋于稳定状态,抽水量大于或等于需水量；抽停后,水位又能较快恢复到原始水位;则说明抽水量小于开采条件下的补给量,按需水量开采是有补给保证的,这时,实际的抽水量就是要求的开采量;2非稳定状态:如果水位达到设计降深并不稳定,继续下降；停抽后,虽然水位有所恢复,但始终达不到原始水位,测说明抽水量已经超过开采条件下的补给量,按需水量开采是没有保证的,这时,可按下列方法评价开采量：在水位持续下降过程中,只有大部分漏斗开始等幅下降,降速大小同抽水量成比例,则任意时段的水量均衡应满足下式：μF?S=（Q抽−Q补）tμF—单位储存量,m3S—t时段的水位降,mQ抽—平均抽水量m3d⁄Q补—开采条件下的补给量m3d⁄由此得出：Q 抽=Q补+μFSt其中抽水量有两部分组成：一是开采条件下的补给量；二是含水层中消耗的储存量;在抽水过程中,如果抽水量小于补给量,则水位应发生等幅回升,这时St应取负号,故,Q 补=Q抽+μFSt其中μF取已求的平均值；St为等幅回升速度;停抽时,Q抽=0,由此得Q 补=μFSt根据以上所求的Q补,结合水文地质条件和需水量即可评价开采量,但由此求得的Q补评价是偏保守的,因为,旱季抽水只能确定一年中最小的补给量,所以Q补用年平均补给量或多年平均补给量进行评价;1、3 实例某水源地位于基岩裂隙水的富水地段,在面积内打了12个钻孔,最大孔距不超过300m;在其中的三个孔中进行了四个多月的开采抽水试验,观测数据见表1—1;表1—1这些数据表明,在水位急速下降阶段结束后,开始等幅持续下降,停抽或暂时中断抽水以及抽水量减少时,都发现水位有等幅回升现象;这说明抽水量大于补给量;利用表1中的资料可列出五个方程式：①3169=Q+μF补+μF②2773=Q补+μF③3262=Q补+μF④3071=Q补+μF⑤2804=Q补和μF值,结果见表1—2;为了全面考虑,把五个方程搭配联解,求出Q补表1—2从计算结果看,由不同时段组合所求出的补给量相差不大,但μF值变化较大,可能是由于裂隙发育不均,降落漏斗扩展速度不匀所致;,数据及计算结果见表1—3;再利用水位恢复资料进行复核Q补表1—3从以上计算结果看,该水源地旱季的补给量在~m3/d之间,以此作为开采量是完全有保证的;若不能满足需水量的要求,还可以利用年内暂时储存量,适当增大允许开采量;但还应考虑总的降深大小及评价开采后对环境的影响;2、补给疏干法根据水均衡的原理和以丰补欠的原则,把丰水期多余的地下水补给量即大于开采量的那一部分补给量平均分配到枯水期进行开采的资源评价方法;2、1适用条件补偿疏干法适用于蓄水范围不大,仅有季节性补给,且有一定储存量,能够其调节作用的季节性的调节水源地;在半干旱地区,降雨季节性分布极不均匀,雨季时间短、降雨集中,地下水开采在旱季以来于消耗含水层的储存量而在雨季以回填被疏干的地下库容的形式进行补给;开采量多少取决于允许降深范围如何最大限度地利用储存量的调节库容;采用这种评价方法时,它要求具备以下两个条件：一是可借用的储存量必须满足旱季的连续稳定开采；二是雨季补给必须在平衡当时开采的同时,保证能全部补偿借用的储存量而非部分补偿;2、2计算方法用补偿疏干法评价,要进行抽水试验,要求有两点：抽水量大小,必须造成动水位等幅下降,以便观测代表整个漏斗的下降值；抽水时间,应包括观测到整个漏斗的等幅上升值;在旱季漏斗斗幅下降过程中,任意时间段内储存量的变化值,应该等于该时段抽出的水体积,即：μFS=QtS—时段t内漏斗的等幅下降值；Q—为抽水量m3/dμF—单位储存量；μ—给水度；F—漏斗面积；当漏斗扩展全区时,μF值接近常量,则：μF=Q1ts=Q1（t1−t0）s1−s0Q1—旱季的定量抽水量；s0—水位急速下降结束时刻t0的水位降；s1—旱季末时刻的水位降；见下图—抽水试验过程图根据求出的μF值,分两步对开采量进行评价;1计算开采量,旱季可能借用的储存量,必须保证整个旱季连续开采,所以旱季末期形成的最大水位降深不得超过设计的允许降深;设允许降深为S max,s=S max−S0；旱季开采时间设为t开,则t=t开−t0;由此可以得出开采量：Q开=μF S max−S0t开−t0≈μF S max−S0t开因为t开t0,略去t0更安全些;用上式求出的Q开,可保证旱季连续开采,不会中断,但不一定有补给保证;2计算补给量和评价,等幅回升时的单位补偿量和水位下降时的单位储存量相等;设雨季抽水过程中测得水位回升值为S,经过时间为t,则单位时间内补偿的水体积为μF st ;如用t补表示雨季的总补给时间,则雨季补给的水体积为（μF st+Q2）t补;把这个体积分配为全年开采时：即得年平均补给量：Q 补=t补365（μFst+Q2）Q2—雨季开采量,为了供水安全,考虑到可能出现旱年系列时,应从多年气象周期出发,采用安全系数r=~;这时t补=rT补,T补为勘察年的时间补给时间;2、3实例某新建水源地,据勘探查明：含水层为厚层灰岩,呈条带状分布,面积约10km2;灰岩分布区有间歇性河,故岩溶水的补给来源主要是季节性河水渗漏和降水渗入;为了评价开采量,在整个旱季做了长期抽水试验,试验资料归纳如图1所示,勘察年的旱季时间t开=253天,两季补给时间为T补=112天,允许降深规定为S max=23m;解：按旱季抽水资料求出μF值,μF=Q1（t1−t0）s1−s0=1761.7（150−10）14.53−5=25880m3d⁄把允许降深作为旱季末期的最大降深,令t开=253天,则Q 开=μFS max−S0t开=2588023−5253=1841.2m3d⁄取安全系数r=,t补=rT补=0.7×112=88.6天，得出Q 补=t补365（μFst+Q2）=88.6365（25880×11.549+1900）=1963.32m3d⁄由此可得,Q补>Q开,故Q开=1841m3d⁄,是有补给保证又能取出来的开采量;3、水文分析法在查明水文地质条件的基础上,充分利用水文测流资料和测流控制区的含水层面积,直接求出地下径流模数,,即单位时间点位面积含水层的补给量或地下径流量;3、1 适用条件在水文地质勘察的基础上,需查明地下水的天然补给量,作为有保证的区域地下水资源,评价区域地下水资源的方法较多,但目前国内采用研究地表径流的水文分析发比较成功;尤其在水文地质条件复杂、研究程度又相对较低的岩溶水或裂隙水分布区,用这种方法评价比较简单有效;3、2 计算方法根据地下径流模数,可以间接推算区域地下水的天然补给量或地下径流量：Q=M?FQ—地下径流量,m3s⁄M—地下径流模数,m3s?km2⁄F—含水层面积,km2由此可知,地下径流模数是评价区域地下水资源的重要指标,它受区域地下水的补给、径流、排泄条件所控制;因此结合不同的水文地质特征采用不同的方法进行评价：1、地下河系发育的岩溶区根据这种水文地质特征,可选择有控制性的暗河出口或泉群,测定其枯水期流量,同时圈定对应的地下流域面积,取流量和地下流域面积之比,就是要求的地下径流模数;2、地表河系发育的非岩溶区对于裂隙水或岩溶裂隙水和积极交替带的孔隙水,补给量形成地下径流后,直接排入河谷变成河水流量的组成部分,故可充分利用水文站现成的河流水文图来确定地下径流模数;河水通常是由大气降水和地下水补给,在枯水期,河水流量几乎全由地下水维持,而洪水期河水流量的大部分为降水补给,地下水补给量相对减少,甚至河水倒流补给地下水,因此,利用河流水文图时,必须从实际水文地质条件出发,将地下径流量分割出来;目前,分割界限常由经验确定;①对岩性单一,集水面积较小的水文站,在流量过程图上涨部分的起涨点至退水部分的退水转折点之间连线,把该线以下部分作为基流量；②对岩性非均一,集水面积大的水文站,以枯水期平均流量代表基流量；③在没有水文站时,也可沿河流上下游断面布置简易测流法,由上下游断面的流量差可求的控制区的地下径流量和相应的地下径流模数;④当一个含水层和另一个模数已知的含水层一起被河流排泄时,可按下式计算未知含水层的模数,M2=Q−M1F1F2M2—未知含水层的径流模数,m3s?km2⁄；F2—对应M2的含水层面积,km2；Q—含水综合体排泄地段上的基流量,m3s⁄；M1和F1—已知的含水层面积和径流模数；3、3实例我国广西水文地质队,在地苏、大化等岩溶地区采用水文分析评价地下水资源,同时用实测流量进行了检验;结果,平均准确度达86%;具体见表3—1;表3—14、开采强度法：在大范围的平原开采区,可将井位分布较均匀、水井流量相差不大的区域概化成一个或几个规则形状的开采区,将分散井群的总流量概化为开采强度;然后按非稳定流的面积井公式去推算设计水位降深条件下的开采量或给定开采量条件下某一时刻开采区中心的水位降深;这种方法即为开采强度法; 4、1 适用条件在井数很多,井位分散、开采面积很大的地区这是农业供水的特点,采用开采强度法计算开采量比较方便; 4、2 计算方法以无界承压含水层中的矩形开采区为例,在矩形开采区内,以ξη点为中心,取一微面积dF=d ξd η,并把它看成开采量为dQ 的一个井点,在此点井作用下,开采区内外将形成水位降深的非稳定场,对任一点Ax 、y 引起的水位降ds,用点函数表示：ds =dQ 4πT ∫e τ−r 24aτt 0dτT —导水系数； A —导压系数； t —时间；r —点井到A 点的距离； A 点的总水位降：S （x,y,t ）=ε4μ∗a ∫(∫e −(x−ξ)24aτ√πτl xl x∮e −(y−π)24aτ√πτl x−l y)t0dτ开采强度公式：S （x ，y ，t ）=εt 4μ∗[S ∗(α1,β1)+S x (α1,β2)+S x (α2,β1)+S x (α2,β2)] α1=x 2√at , α2=x 2√at , β1=2√at ,β2=2√atS x(α,β)=∫φ(√τ̅)φ(√τ̅)1dτ̅,φ(z)=√xe z2dzz——几分概率S∗(α,β )的数值查表;在资源评价中,人们最关心的地方时开采区的中心降深最大的部位,这里最易超过允许降深引起掉泵停产,故令x=y=0,=S x(α,β),则S（t）=εtμ∗S x(α,β)其中α=x2√at,β=y2√at,如果浅水层厚度H过大,而水位将S相对较小,即SH<时,则可以直接近似用于无界含水层,计算结果不会过分歪曲实际;如果<SH <时,要用12h c(H2−h2)代替S,用给水度μ代替μ∗,结果得：H2−h2=εt2μh c[S x(α1,β1)+S x(α1,β3)+S x(α2,β1)+S x(α2,β2)]H2−h02=εt2μh c S x(α,β)其中的h c=12(H−h),表示开采漏斗内浅水层的平均厚度；h表示任一点的动水位；h代表开采区中心的动水位;4、3 实例河北省冀县、枣强、衡水地区,位于河北平原中部,有巨厚的第四纪沉积层,形成良好的储水条件;其中有两个承压水含水组,是目前工农业供水的主要开采层;上部含水组在地表下150—250m,下部含水组在250—350m之间;二含水组均为中细砂组成;随着工农业的发展,开采量逐年扩大,已经形成以衡水为中心的巨大开采漏斗;实践证明,由于距补给区很远,主要消耗弹性储存量,所以形成非稳定开采动态：历年水位下降大于水位回升,每年平均下降,开采量已经失去补给保证;同时,下部含水组的水位下降快而回升慢,水位高于上部含水组,两组的开采漏斗也不重合;所以,两个含水组之间的水力联系并不明显,而有一定的独立性;为了满足农田水利化20—30%的规划要求,应对两个含水组中的地下水资源作出评价;为了简单起见,本例仅摘录上部含水组的计算结果,说明计算和评价方法;上部含水组的历年开采资料统计在表4—1中;表4—1在边界条件没有完全查清以前,现有开采面积虽已超过1000km2以上,但同河北平原面积相比还是很小的一部分,而且离补给区很远,含水层可视为无限大;所以,仍属局部开采区,采用开采强度法计算比较合适;1确定水文地质参数;把表4—1中第一和第二两行中的数据带入公式得： 6.7=0.000212×222μ∗S x2×√a×2222×√×2227.05=0.000212×505μ∗S x(2×√a×5052×√×505)+(0.000132−0.000212)×283μ∗S2×√a×2832×√×283可得上部含水组的参数：α=7.5×104m2d⁄,μ∗=2,计算1986—1973年的开采量,验证所求参数的可靠性;分两种情况计算：①开采区有同一开采强度的1986—1970年;开采面积为44km2;见表4—1中的图示1;1968年,t=222日,a=×104m2d,lx=5500m,ly=2000m;求得公式中的α=2√αt =2×√7.5×222×104=0.372β=l2√at=0.2362查的S x(α，β)=0.272由此可得6.7=ε68×2220.00258×0.272ε68=0.0002该年总开采量为ε68×t×F=0.0002×222×44=196.33万m2y⁄;当年的统计开采量为×a;二者相比,计算的比实际的偏小%;同理,可求得1969年和1970年的开采量,列入表4—2中;②开采区有不同开采强度的1971—1973年;开采面积为1316km2,见表4—1中2所示;这时开采强度不但历年不同,不同地段也不一样;所以对1971年来说,虚线地段的中心水位降,按迭加原理为：S71=ε68t1194μ∗S x(x′2×√atl′2×√at+(ε69−ε68)(t1194−t222)μ∗S x(x′2×√atl′2×√at)+(ε70−ε69)(t1194−t505)μ∗S x(x′2×√atl′2×√at)+(ε71−ε70)(t1194−t890)2μ∗[S x(x′2×√a(t1194−t890)l′−y2×√a(t1194−t890))+S x(x′2×√a(t−t)l′+y2×√a(t−t))]由此式可求出εη1;同理也可求出εη2和εη3;换成年总开采量后,结果也列入表4—2中;表中数字比较证明,计算结果和统计结果资料很相近,最大误差均在10%以内;可见,所求参数和采用的公式基本上符合本区的实际情况;3,按规划的需水量预测漏斗中心水位降深,根据规划要求,水利化程度为20%,灌溉标准为200-300m3/y 亩时,需水量和预测的水位降深,列入表4—3中;表4—3目前采用的取水工具,主要是吸程60m 的深井泵,去掉平均埋深后,允许降深以50m 左右为宜;从表中数字可见,从1977年开始以后的水位降深均以超过允许降深,部分井将发生抽空吊泵,除非更换设备,否则不可能保持正常开采;4,按控制降深50m 计算开采量和回灌量;为了保持正常开采,要用人工补给法控制水位降深;按规划要求,在1980年前,漏斗中心水位应当控制在50m 以内;因此,每年平均允许下降约3m;计算结果列入表4—4中;表4—4从历年规划的需水量中减去上表中的开采量,即得历年缺少的水量,这就是应当进行的回灌量;计算结果列入表4—5中;表4—5结果表明,1980年前必需的回灌量占需水量的31—64%;按这个比例进行回灌,才能保证规划的需水量;否则,就要中断开采;但是,按这个比例回灌能否成功,还有待实践研究;。