地下水允许开采量的计算方法3
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(一)名词解释1、吸湿水吸湿水又称吸着水。
在土壤颗粒的分子引力作用下,土颗粒吸附空气中的水分子在其表面,成为吸湿水。
2、薄膜水薄膜水是指在水蒸汽凝结时形成的水或者是滴状液体水(重力水)离去后遗留在岩石中的水,在岩石微粒上围绕吸着水的薄膜形成较厚的薄膜水。
3、吸湿系数当空气的相对湿度接近100%时,土壤的吸湿量达最大值,称为吸湿水量或吸湿系数。
4、作物需水量作物全生长期的田间耗水量称为该种作物的需水量或总需水量5、灌溉制度按作物需水要求和不同灌水方法制定的灌水次数、每次灌水的灌水时间和灌水定额以及灌溉定额的总称。
6、灌水率(灌水模数)单位灌溉面积上的灌溉净流量,也称灌水模数。
(二)选择题1、土壤水分中与作物关系最密切的是(B )A. 膜状水B. 毛管水C. 重力水D. 吸湿水2、作物因缺水而产生凋萎,当作物产生永久性凋萎时的土壤含水率称(D)A. 吸湿系数B. 田间持水率C. 最大分子持水率D. 凋萎系数3、吸湿水最大时的土壤含水率称之为(A)A. 吸湿系数B. 田间持水率C. 毛管持水率D. 凋萎系数4、作物需水量指(D)A. 叶面蒸腾量B. 叶面蒸腾量+深层渗漏量C. 叶面蒸腾量+棵间蒸发量D. 叶面蒸腾量+棵间蒸发量+深层渗漏量5、以水面蒸发量为参数的需水系数法一般适用于(C)作物需水量的估算。
A. 小麦B. 玉米C. 水稻D. 棉花6、灌区的灌水率是指灌区(C)过程线A. 单位面积用水量B. 单位面积灌水定额C.单位面积上的净灌水流量D.净灌水流量(三)问答题1、土壤含水量的表示方法有哪几种?它们之间的换算关系怎样?主要有四种:质量百分数,以水分质量占干土质量的百分数表示;体积百分数,以土壤水分体积占土壤体积的百分数表示,或以土壤水分体积占土壤孔隙体积的百分数表示;相对含水率,以土壤实际含水率占田间持水率的百分数表示;水层厚度,将某一土层所含的水量折算成水层厚度,以mn计。
2、简述土壤水的有效性。
一、名词解释1. 水文地质物探:利用地球物理方法查明含水介质水文地质特征的勘探2.现场踏勘:通过踏勘应对调查区地质、水文地质条件及交通条件等有一个全面的了解,以便在编制设计书时能做到指导思想明确、重点突出、有的放矢,使工作布置和设计符合实际条件。
3. 抽水试验:通过钻孔或水井抽水,定量评价含水层富水性,测定含水层水文地质参数和判断某些水文地质条件4. 单孔抽水试验:仅在一个试验孔中抽水,用以确定涌水量与水位降深的关系,概略取得含水层渗透系数。
5.多孔抽水试验:在一个主孔内抽水,在其周围设置若干个观测孔观测地下水位。
6.群孔干扰抽水试验:在影响半径范围内,两个或两个以上钻孔同时进行的抽水试验。
7.试验性开采抽水试验:是模拟未来开采方案而进行的抽水试验。
8.过滤器:过滤器是指安装在钻孔中含水层(段)的一种带孔井管9.地下水动态:指表征地下水数量与质量的各种要素(如水位、泉流量、开采量、溶质成分与含量、温度及其它物理特征等)随时间而变化的规律。
10.地下水均衡:指在一定范围、一定时间内,地下水水量、溶质含量及热量等的补充(或流入)量与消耗(或流出)量之间的数量关系。
11.单因素曲线图:仅反映地下水的某一要素,如地下水位动态曲线图、泉水流量动态曲线图、水的矿化度或某种离子含量动态曲线图等,单因素曲线图便于分析变化的规律。
12.综合曲线图:将地下水的所有要素或几种要素以及影响因素绘制在一张图上,综合曲线图便于分析地下水要素与影响因素之间的关系。
13.地下水水质:指水和其中所含的物质组分所共同表现的物理、化学和生物学的综合特征14.地下水水质指标:表示地下水中物质的种类、成分和数量,是衡量地下水水质的具体标准。
15细菌总数指标:指水样在相当于人体温度(37℃)下经24h培养后,每毫升水中所含各种细菌的总个数。
饮用水标准规定,此数不应超过100个。
16.总大肠杆菌数指标:若在水中发现很多大肠杆菌,则说明水已被污染。
第九章地下水允许开采量的计算方法计算地下水允许开采量是地下水资源评价的核心问题。
计算地下水允许开采量的方法,也称为地下水资源评价的方法。
地下水允许开采量的大小,主要取决于补给量。
局域地下水资源评价还与开采的经济技术条件及开采方案有关。
有时为了确定含水层系统的调节能力,还需计算储存量。
目前地下水允许开采量的计算方法有几十种,国内大部分学者尝试对众多计算方法进行分类,有些学者依据计算方法的主要理论基础、所需资料及适用条件,进行了如表9.1的分类,以供参考。
在实际工作中,可依据计算区的水文地质条件、已有资料的详细程度、计算结果的精度要求等,选择一种或几种方法进行计算,以相互验证及优选。
本章着重介绍几种主要的计算方法。
第一节水量均衡法水量均衡法是全面研究计算区(均衡区)在一定时间段(均衡期)内地下水补给量、储存量和排泄量之间数量转化关系的方法。
通过均衡计算,得到地下水允许开采量。
水量均衡法是水量计算中最常用、最基本的方法。
该方法还常用于验证其他计算方法计算的准确性。
一、基本原理一个均衡区内的含水层系统,在任一时间段(△t)内的补给量与排泄量之差恒等于含水层系统中水体积的变化量,即承压水潜水排补*=∆∆⋅⋅±=-μμ,,S th F S Q Q (9.1)式中:Q 补——含水层系统获得的各种补给量之和(m 3/a 或 m 3/d );Q 排——含水层系统通过各种途径的排泄量之和(m 3/a 或m 3/d );μ,μ*——重力给水度和弹性释水系数;△h ——△t 时段内均衡区平均水位(头)变化值(m );F ——均衡区含水层的分布面积(m 2)。
由式(1.5)对允许开采量的分析可知,若要保持均衡区内的地下水资源可持续开采,则地下水允许开采量为排补充Q Q Q ∆+∆=在实际工作中,应分析确定均衡区内的各个均衡项目,计算出均衡区内截取的各种排泄量和合理夺取的开采补给量,二者之和为该均衡区的地下水允许开采量。
1.论述题:供水水文地质勘察一般划分为几个阶段。
(1)地下水资源调查阶段:应粗略了解区域水文地质条件,推测地下水富水地段及其地下水允许开采量。
提出的允许开采量应满足地下水开采储量E级的精度要求,为国民经济远景规划提供依据。
(2)普查阶段(相当于厂址选择阶段):应概略评价区域或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。
对可能富水的地段,估算地下水允许开采量。
提出的允许开采量应满足D级的精度要求,为城镇的规划、建设项目的总体设计或厂址选择提供依据。
(3)详查阶段(相当于初步设计阶段):应在几个可能富水的地段基本查明水文地质条件,初步评价地下水资源,进行水源地的方案比较。
提出的地下水允许开采量应满足C级的精度要求,为水源地的初步设计提供依据。
(4)勘探阶段(相当于详细设计阶段):应查明拟建水源地范围内的水文地质条件,进一步评价地下水资源,提出合理开采方案。
提出的地下水允许开采量应满足B级的精度要求,为水源地的技术设计和施工设计提供依据。
(5)开采阶段:应查明水源地扩大开采的可能性,或研究水量减少、水质恶化和不良工程地质现象等发生的原因;在开采动态和专门试验研究的基础上,重新评价的允许开采量应满足A级的精度要求,为合理开采和保护地下水资源提供依据(各级别精度见下表)。
填空:9.水文地质勘探包括钻探、物探和坑槽探,其中最主要的是钻探,其次是物探。
10.水文地质野外试验包括抽水试验、注水或渗水试验、连通试验、弥散试验、流速、流向测定试验等。
11.地下水动态长期观测的项目一般包括水位、水量、水质、水温等。
12.区域性水文地质调查(水文地质普查)使用的调查手段(工作种类):以水文地质测绘为主,配合少量的勘探和试验工作。
13.水文地质初步勘探阶段使用的调查手段(工作种类)为:水文地质测绘、水文地质勘探、水文地质试验、地下水长期观测。
14.水文地质详细勘探阶段使用的调查手段(工作种类)以勘探和试验为主,以及地下水动态观测和室内分析、实验。
地下水利用题(考题)地下水利用题一、名词解释1、潜水含水层:降落漏斗在含水层内部扩展,即随着漏斗的扩展,其渗流过水断面也在不断地发生变化。
2、承压含水层:承压水井的水位下降不低于含水层层顶板,其降落漏斗不在含水层内部发展,即不会产生含水层被疏干,只能形成承压水头的下降区,就是说承压含水层随着漏斗的扩展,只发生水压的变化,其渗流过水断面则是不变的。
3、降落漏斗:是水井中水位下降较大,离井越远水位下降越小,形成漏斗状的下降区,称为降落漏斗。
4、土壤的盐渍化:——是指各种易溶性盐类在土壤表层逐渐积累的过程。
5、土壤的碱化——是指土壤胶体上交换性钠离子的饱和度逐渐增高的过程。
二、填空1、地下水按其埋藏条件可分为潜水含水层和承压含水层。
2、由于水井凿入含水层的深度不同,可分为完整井和非完整井。
3、水文地质参数是表征含水层水理特性的定量指标。
4、在地下水开发利用中,常用的水文地质参数有渗透系数K、导水系数T、给水度μ、贮水系数μ*、压力(水位)传导系数a、隔水系数B等。
5、水文地质参数的确定方法主要有野外抽水试验、开采资料和动态观测资料、室内试验。
6、以水均衡法为基础,地下水资源可分为补给量、排泄量、储存量。
7、储存量是储存在含水层内的重力水体积,该量可分为容积储存量和弹性储存量。
8、以分析补给资源为主,一般把地下水资源分为补给资源和开采资源。
9、H.A普洛特尼可夫将地下水储量分为:静储量、动储量、调节储量和开采储量四种。
10、地下水资源评价主要任务是水质评价和水量评价。
11、总矿化度的表示方法有电导率、g/L、ppm。
12、地下水资源水质评价参数主要有SAR(钠吸附比)、pHc、SAR*(准确的钠吸附比)、K (综合危害系数)、Ka(灌溉系数)、RSC(残余碳酸钠)、SSP(钠化率)。
13、国内外常用的地下水资源水质评价的主要方法有碱度、盐度、矿化度法,综合危害系数法,灌溉系数法,水土综合评价法,判别公式法。
地下水资源允许开采量计算方法地下水可是个宝呢,很多地方都靠它供水呢。
那怎么算出它允许开采多少量呀?这可有不少有趣的办法哦。
有一种叫水均衡法。
简单说呀,就像看一个存钱罐,收入和支出得平衡。
对于地下水,它有补给,像降水渗进来呀,河流湖泊的水渗下去之类的,这就是收入。
然后它也有支出,像人们抽水用,还有自己往低处流走变成泉水啥的。
把这些补给量都加起来,再减去支出量,剩下的大概就是能允许开采的量啦。
不过这里面每个数据都得好好算呢,降水渗多少,和土壤的类型、植被覆盖都有关系,就像不同的存钱罐口子大小不一样,进水速度不同。
还有数值模拟法。
这个听起来有点高大上,其实就像玩模拟游戏一样。
把地下的情况,像土壤的层次结构、岩石的透水性这些都当成游戏里的场景设定。
然后根据一些已知的情况,像已经测量到的水位变化,来推测在不同开采量的情况下,地下水会怎么变化。
这个方法需要很多数据,就像游戏里要收集各种装备一样,数据越全,模拟出来的结果就越准,算出来的允许开采量也就越靠谱。
开采试验法也很常用呢。
就像做个小实验,先试着开采一段时间,看看地下水的水位下降情况。
如果水位下降得很慢,而且没有出现什么不好的情况,像周围的井没干涸、地面也没塌陷,那就说明这个开采量可能是在允许范围内的。
但是这个方法也有点小风险,要是开采太多了,可能就会对地下水造成损害,就像小朋友吃糖,吃多了牙齿会坏一样。
另外还有根据一些经验公式来计算的方法。
这些公式是前辈们根据很多的实际情况总结出来的。
不过用这个方法的时候得小心,因为每个地方的地质情况都不太一样,就像每个人的性格不同,不能完全照搬。
得根据当地的实际情况,对公式进行一些调整,这样算出来的允许开采量才符合当地的地下水情况。
不管用哪种方法,目的都是为了合理地利用地下水这个宝贝资源,既让大家有水用,又不会把地下水给搞坏啦。
作业一(一)名词解释1、吸湿水吸湿水又称吸着水。
在土壤颗粒的分子引力作用下,土颗粒吸附空气中的水分子在其表面,成为吸湿水。
2、薄膜水薄膜水是指在水蒸汽凝结时形成的水或者是滴状液体水(重力水)离去后遗留在岩石中的水,在岩石微粒上围绕吸着水的薄膜形成较厚的薄膜水。
3、吸湿系数当空气的相对湿度接近100%时,土壤的吸湿量达最大值,称为吸湿水量或吸湿系数。
4、作物需水量作物全生长期的田间耗水量称为该种作物的需水量或总需水量。
5、灌溉制度按作物需水要求和不同灌水方法制定的灌水次数、每次灌水的灌水时间和灌水定额以及灌溉定额的总称。
6、灌水率(灌水模数)单位灌溉面积上的灌溉净流量,也称灌水模数。
(二)选择题1、土壤水分中与作物关系最密切的是(B )A.膜状水B.毛管水C.重力水D.吸湿水2、作物因缺水而产生凋萎,当作物产生永久性凋萎时的土壤含水率称(D)A.吸湿系数B.田间持水率C.最大分子持水率D.凋萎系数3、吸湿水最大时的土壤含水率称之为(A)A.吸湿系数B.田间持水率C.毛管持水率D.凋萎系数4、作物需水量指(D)A.叶面蒸腾量B. 叶面蒸腾量+深层渗漏量C. 叶面蒸腾量+棵间蒸发量D. 叶面蒸腾量+棵间蒸发量+深层渗漏量5、以水面蒸发量为参数的需水系数法一般适用于(C)作物需水量的估算。
A.小麦B.玉米C.水稻D.棉花6、灌区的灌水率是指灌区(C)过程线。
A.单位面积用水量B.单位面积灌水定额C.单位面积上的净灌水流量D.净灌水流量(三)问答题1、土壤含水量的表示方法有哪几种?它们之间的换算关系怎样?主要有四种:质量百分数,以水分质量占干土质量的百分数表示;体积百分数,以土壤水分体积占土壤体积的百分数表示,或以土壤水分体积占土壤孔隙体积的百分数表示;相对含水率,以土壤实际含水率占田间持水率的百分数表示;水层厚度,将某一土层所含的水量折算成水层厚度,以mm计。
2、简述土壤水的有效性。
水分能被植物吸收利用的难易程度和数垦多少的性质。
地下水开发利用复习资料及试题一.填空题1.地下水按其埋藏条件可分为(潜水)和(承压水)。
2.由于水井凿入含水层的深度不同,可分为(完整井)和(非完整井)。
3.水文地质参数是(表征含水层水理特征)的定量指标。
4.在地下水开发利用中,常用的水文地质参数有(渗透系数),(导水系数),(给水度)、(储水系数)、(压力(或水位)传导系数)。
5.水文地质参数的确定方法主要有( 抽水试验),(动态数据),(室内试验)。
6.以水均衡法为基础,地下水资源可分为(补给水),(排泄量和储存量)。
7.储存量是指储存在含水层内的重力水体积、该量可分为 (容积储存量)和(弹性储存量)。
8.以分析补给资源为主,一般把地下水资源分为 (补给资源)和(开采资源)。
9.地下水资源最基本的三个特点是 (可恢复性)、(调蓄性)、(转化性)。
10.地下水资源评价主要任务是 (水质评价)和(水量平价)。
11总矿化的表示方法有电导率,g/L和PPM三种。
12地下水资源水质评价参数主要有SAR,PHC SAR* ,K ,K0 ,RSC, SSP.13国内外常用的地下水资源水质的评价,主要方法有盐度、碱度、矿化度法,综合危害系数法,灌溉系数法,水土综合评价法,判别公式法五种。
14地下水资源的数量计算与评价,包括补给量计算,排泄量计算和允许开采量三个方面。
其中允许开采量计算最为重要。
15地下水资源允许开采量的计算方法主要为单井抽水试验法,开采试验法,水均衡法及相关分析法。
16地下水流计算常用的数值方法有有限差分法(FDM),有限单元法(FEM),边界有限差分法(FDM),有限单元法(元法(BEM),配置法(COM)和特征线法(CHM)等。
17用以集取地下水的工程建筑物的型式,综合归纳可概括为垂直系统,水平系统,联合系统和引泉工程。
18坎儿井的供水系统一般由坚井,廊道,明渠及涝坝四大部分组成。
19管井的结构形式可分为井头,井身,进水系统和沉砂管四部分。
水资源利用与保护复习资料我国水资源的特点:水资源总量较为丰富、人均占有量低;水资源地区分布极不均匀;水资源时间分配不均匀,年内、年际变化;水资源与耕地、人口分布不匹配。
我国水资源面临主要问题:(1)水资源开发过度,生态破坏严重(2)水资源短缺,供需矛盾尖锐(3)地下水过量开采,环境地质问题突出(4)水资源污染严重、水环境日益恶化(5)水资源开发缺乏统筹规划和有效管理水资源问题的解决方案:1、合理开发使用水资源加强水资源管理2、加强技术开发,改进用水方式,提高用水效率,3、确定合理的用水价格4、淡化海水和回收废水、雨洪水利用5、加强制度建设和执行力度。
水资源评价定义:对一个国家或者地区的水资源数量、质量、时空分布特征和开发利用状况所做出的分析和评估。
水资源评价的意义:•水资源评价是保证水资源科学规划、合理开发利用、以及保护和管理的基础;•水资源评价是国民经济和社会发展提供决策的依据,是保证水资源持续可持续发展的前提。
★评价的原则1地表水与地下水统一评价2水量水质并重3全面评价与重点区域评价相结合4水资源可持续利用与社会经济发展和生态环境保护相协调的原则。
水质:水和水中物质所共同表现的物理,化学生物性质。
水质评价:根据评价目标,选择相应的水质,采用水质标准和计算方法,评价水质利用价值和水处理要求。
水质指标标识水中物质的种类成分和数量是判断水质的具体衡量标准。
物理性指标:感官性状:温度、色、臭和味、透明度其他:总固体、总浮固体、可沉淀固体、电导率化学性指标:一般指标:矿化度、ph、常规离子 (KNa/Ca/Mg/CI)有毒指标:重金属(铅、汞、铬、砷、镉》氧平衡:溶解氧、化学需氧量、生物化学需氧量生物学指标细菌总数、总大肠菌数、各种病原细菌、病毒等。
常见供水水质评价生活饮用水:《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》工业用水(锅炉用水):成垢作用定义:水沸腾时,水中的一些离子和化合物相互作用形成沉淀,附着在锅炉壁上。
地下水允许开采量的计算方法计算地下水允许开采量是地下水资源评价的核心问题。
计算地下水允许开采量的方法,也称为地下水资源评价的方法。
地下水允许开采量的大小,主要取决于补给量。
局域地下水资源评价还与开采的经济技术条件及开采方案有关。
有时为了确定含水层系统的调节能力,还需计算储存量。
目前地下水允许开采量的计算方法有几十种,国内大部分学者尝试对众多计算方法进行分类,有些学者依据计算方法的主要理论基础、所需资料及适用条件,进行了如表9.1的分类,以供参考。
在实际工作中,可依据计算区的水文地质条件、已有资料的详细程度、计算结果的精度要求等,选择一种或几种方法进行计算,以相互验证及优选。
本章着重介绍几种主要的计算方法。
第一节水量均衡法水量均衡法是全面研究计算区(均衡区)在一定时间段(均衡期)内地下水补给量、储存量和排泄量之间数量转化关系的方法。
通过均衡计算,得到地下水允许开采量。
水量均衡法是水量计算中最常用、最基本的方法。
该方法还常用于验证其他计算方法计算的准确性。
一、基本原理一个均衡区内的含水层系统,在任一时间段(△t)内的补给量与排泄量之差恒等于含水层系统中水体积的变化量,即承压水潜水排补*=∆∆⋅⋅±=-μμ,,S th F S Q Q (9.1)式中:Q 补——含水层系统获得的各种补给量之和(m 3/a 或 m 3/d );Q 排——含水层系统通过各种途径的排泄量之和(m 3/a 或m 3/d );μ,μ*——重力给水度和弹性释水系数;△h ——△t 时段内均衡区平均水位(头)变化值(m );F ——均衡区含水层的分布面积(m 2)。
由式(1.5)对允许开采量的分析可知,若要保持均衡区内的地下水资源可持续开采,则地下水允许开采量为排补充Q Q Q ∆+∆=在实际工作中,应分析确定均衡区内的各个均衡项目,计算出均衡区内截取的各种排泄量和合理夺取的开采补给量,二者之和为该均衡区的地下水允许开采量。
补给量(Q 补)和排泄量(Q 排)的组成项目很多,要准确地测得这些数据往往也很困难。
但对某一个具体的地区来说,常常不包含全部均衡项目,有的甚至非常简单。
例如,在我国西北干旱气候条件下的山前冲洪积扇地区,年降水量很少而蒸发强烈,降水渗入补给量(Q 雨渗)几乎可以忽略不计。
如果山前基岩裂隙也不发育,则侧向流入补给量(Q 流入)也可忽略。
当含水层为一个较单一的砂卵砾石层,无越流补给,也没有各种人工补给时,则地下水的补给量主要是从山区流出的河水渗入补给量(Q 河渗),开采后,由于地下水水位降低,可以使排泄项中的蒸发量(Q 蒸发)、溢出量(Q 溢出)都变为零。
在这种条件下,水均衡方程可简化为th F Q Q Q ∆∆=--μ实开流出河渗 最大允许开采量可用下式确定:河渗允开Q Q ≈因此,准确测定河流渗入补给量是用水均衡法评价地下水资源的关键。
又如,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 流出和Q 蒸发。
只要采取恰当的开采方式,可以充分截取补给,减少排泄,则计算地下水允许开采量的公式可简化为河渗雨渗允开Q Q Q +≈因此,在各种情况下,都应按实际条件建立具体的水均衡方程式。
二、计算步骤(一)划分均衡区均衡区的划分依据地下水资源评价的目的和要求而定,在区域地下水资源评价中,应以天然地下水系统边界圈定的范围作为均衡区。
区域地下水水量计算的均衡区需人为划分,划分时均衡区的边界应尽量选择天然边界或地下水的交换量容易确定的边界。
当均衡区面积比较大且水文地质条件复杂时,均衡要素可能差别较大,还可根据含水层介质成因类型和地下水类型进行分区。
如果按上述划分仍有困难,可以按不同的定量指标(如含水层介质的导水系数、给水度、水位埋深和动态变幅等)进行二级划分或更细的划分。
(二)确定均衡期地下水资源具有四维性质,不但随空间坐标变化,而且还随时间变化,因此,水量均衡计算还需要确定出计算时间段。
时间段的长短可以根据水量评价的目的、要求和资料情况决定。
一般以一个水文年为单位,也可以将一个大水文周期作为均衡期,但计算过程中仍以水文年为单位逐年计算,然后再进行均衡期内总水量平衡计算。
此外,也可以将一个旱季或雨季作为均衡期。
(三)确定均衡要素,建立均衡方程均衡要素是指通过均衡区水平周边边界及垂向边界流入或流出的水量项。
进入均衡区的水量项称为补给项或收入项;流出的水量项统称排泄项或支出项。
不同的均衡区均衡要素的组成不同,应根据均衡区的水文地质条件确定补给项或排泄项。
首先确定天然条件下补给项和排泄项,然后再分析计算开采条件下可能增加开采的补给量和截取的排泄量,以此建立地下水均衡方程。
(四)计算与评价将均衡要素各项值代入水均衡方程中,计算补给量与排泄量的差值,检查其与地下水储存量的变化是否相符。
若不符合,检查均衡要素各项的计算是否准确,作适当修改后,再进行水均衡计算,直至方程平衡为止。
作地下水资源评价时,可根据含水层厚度和最大允许降深,将地下水允许开采量作为排泄项纳入均衡方程中,经多年水均衡调节计算,检查地下水位下降能否超过最大允许降深,若超过,则应调整地下水允许开采量,直到地下水水位下降不超过并且接近最大允许降深为止。
也可以将总补给量作为地下水允许开采量。
进行水量均衡计算,应密切结合均衡区的水文地质条件,根据均衡计算的目的和要求,确定最佳计算时段,同时要获得各类计算所需的可靠参数,保证各个水均衡要素计算的精度,才能较准确地计算出地下水允许开采量。
【实例】河南某地农业灌溉用水的多年水均衡调节计算,见表9.2。
根据1955~1975年的动态观测资料,计算出各年的补给量(表中左数第2栏)和计划用水量(第3栏)。
农业用水是枯水年多用,丰水年反而少用。
调节的顺序可不按原时间序列,一般以枯水年的地下水水位为起调水位。
本例选1964~1965年作为起调年,1975年后再接1955~1956年。
据来水、用水差值,计算出水位变化值。
由于用水常在早季,所以年内借用地下水储存量而产生一个水位变化值。
因此,表9.2中第10栏等于第8栏加第9栏。
从多年调节计算结果可以看出,在已有的观测水文周期内,多数年份地下水补给量不足,用水量大于补给量,地下水位有所下降,最大地下水位埋深达9.3m。
仅丰水年价水位又可逐渐回升至埋深3m左右,这表明按多年水均衡调节,用水量是有保证的(图9.1)。
第二节数值法数值法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种近似计算方法。
地下水运移数学模型比较复杂,计算区的形状一般是不规则的,含水介质往往是多层的、非均质的和各向异性的,不易求得解析解,常用数值方法求得近似解。
虽然数值法只能求出计算域内有限个点某时刻的近似解,但这些解完全能满足精度要求,因此,数值法已成为地下水资源评价的常用方法。
用于地下水资源评价的数值法有3种,即有限差分法、有限单元法和边界元法。
有限单元法和有限差分法两者在解题过程中有很多相似之处,都将计算域剖分成若干网格(有限差分法常剖分成矩形、正方形、三角形;有限单元法常剖分成三角形),都将偏微分方程离散成线性代数方程组,用计算机联立求解线性方程组,所不同的是网格剖分及线性化方法。
边界元法也称边界积分方程法,该方法不需要对整个计算区域剖分,只需剖分区域边界。
在求出边界上的物理量后,计算域内部的任一点未知量可通过边界上的已知量求出。
因此,所需准备的输入数据比有限差分法和有限单元法少。
边界元法处理无限边界比较容易,用于求解均质区域的稳定流问题(拉普拉斯方程)比较快速、有效。
但是,边界元法也有不足,当用于非均质区,尤其是非均质区域的非稳定流问题时,计算相当复杂,优越性不明显。
目前常用的地下水资源评价的数值法是有限差分法和有限单元法。
在线性化的数学推导过程中,有限差分法简单易懂,物理定义明确;而有限元法较复杂,涉及的数学知识较深。
关于这两种方法具体的推导过程和详细的解题方法等,在《地下水流数值模拟》等相关文献中有详细论述,这里仅介绍运用数值法进行地下水资源评价的一般步骤:1.建立水文地质概念模型在充分了解和研究计算区的地质和水文地质条件的基础上,结合评价的任务、取水工程的类型、布局等,对实际的水文地质条件进行概化,抽象出能用文字、数据或图形等简洁方式表达并反映地下水运动规律的水文地质概念模型。
所建立的水文地质概念模型应符合下列要求:①根据目的和要求,所建立的水文地质概念模型应反映计算区地下水系统的主要功能和特征;②水文地质概念模型应尽量简单明了;③水文地质概念模型应能用于定量描述,便于建立描述符合计算区地下水运动规律的数学模型。
对水文地质条件概化的主要内容如下:(1)计算范围和边界条件的概化首先,应明确计算层位,然后依据评价要求确定计算区的范围。
计算区应该是一个独立的天然地下水系统,具有自然边界,便于较准确地利用其真实的边界条件,以避免人为边界在提供资料上的困难和误差。
但在实际工作中,因勘察范围有限,常常不能完全利用自然边界。
此时,需利用调查、勘探和长期观测资料建立人为边界。
计算区范围确定后,可将边界概化为由折线组成的多边形边界。
边界位置确定后,应进一步判明边界的性质,给出定量的数值。
当地表水体直接与含水层接触时,可以认为是一类边界,但不能说凡是地表水体都一定是水头补给边界。
只有当地表水与含水层有密切的水力联系,经动态观测证明有统一的水位,地表水对含水层有无限的补给能力,降落漏斗不可能超越此边界线时,才可以确定为水头补给边界。
因为水头补给边界对计算成果的影响很大,所以确定时应慎重。
如果只是季节性的河流,只能在有水期间判定为水头补给边界。
若只有某段河水与地下水有密切水力联系,则只将这段确定为水头补给边界。
如果河水与地下水没有水力联系,或河床渗透阻力较大,仅仅是垂直入渗补给地下水,则应作为二类定流量补给边界。
断层接触边界可以是隔水边界或透水边界,一般情况下处理为流量边界,在特殊条件下,也可能成为水头补给边界。
如果断层本身是不透水的,或断层的另一盘是隔水的,则构成隔水边界;如果断裂带本身是导水的,计算区内为强含水层,区外为弱含水层,这种透水边界可形成流量边界;如果断裂带本身是导水的,计算区内为导水性较弱的含水层,而区外为强导水的含水层时(这种情况,供水中少有,多出现在矿床疏干时),则可以判定为水头补给边界。
岩体或岩层接触边界,一般属隔水边界,这类边界多处理为流量边界。
地下水的天然分水岭,可以作为隔水边界,但应考虑地下水开采后分水岭是否会移动位置。
含水层分布面积很大或在某一方向延伸很远成为无限边界时,若使用数值法求解,不可能将整个含水层分布范围作为计算区,在这种情况下,可用设置缓冲带的方法,在勘探区外围确定一适当宽度(一般为2~3层计算单元)作为水位边界。