地下水资源评价 (1)
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地下水资源评价(groundwater resource eveluation)通过供水水文地质勘察,评定地下水中可供生产和生活开发利用的水量和水质的方法。
水量的评价要按照符合地下水的补给、径流、排泄条件的合理的地下水资源分类法进行。
水质的评价根据水的用途按不同的用水标准确定。
地下水资源分类法地下水资源分类有一分法(开采量)、二分法(天然资源和开采资源)、三分法(储存量、补给量和开采量)和四分法(静储量、动储量、调节储量和开采储量)等。
在中国,普遍使用的是储存量、补给量和开采量的三分法。
储存量储存在含水层中的重力水的总量(以体积计)。
储存量按埋藏条件分为潜水储存量和承压水储存量。
潜水储存量是给水度与含水层体积的乘积;承压水储存量是释水系数、含水层面积与水头降低值的乘积。
滞留于含水层中的重力水不是静止的,随着补给量的周期变化,储存量也相应地呈周期变化,但其变化在有些地区是十分迟缓的。
储存量的大小还与地下水的排泄量和地区的排泄基准面有关,在排泄基准面以下的储存量,在天然状态下即使没有补给也能长期保存。
对这一部分储存量,有人称之为永久储存量。
当含水层的补给大于排泄时,储存量增加,直至溢出地表使土地沼泽化;当含水层的补给小于排泄时,储存量减少,直至滞留或枯竭。
只有当含水层的补给和排泄保持动态平衡时,储存量才能保持常量。
对补给和排泄而言,储存量在含水层中起库容的调节作用。
补给量通过不同途径进入含水层的水量(以单位时间体积计)。
补给量按补给性质分为天然补给量和开采补给量,按补给方向分有垂直补给量和水平补给量。
对含水层的补给,常见的途径有:地下水径流的流入、降水的渗入、地表水的渗入、相邻含水层的补给和人工补给等。
可见补给量与气象、水文和人类活动的关系十分密切。
补给途径可以是天然条件下发生的,亦可以是在开采条件下诱发的。
天然补给量与开采补给量的主要区别在于后者是依靠人类的生产活动夺取的新的补给量。
补给量进入含水层后,一部分转化为储存量,滞留在含水层中;另一部分成为排泄量排出。
地下水资源评价原则与方法一、评价原则。
1. 可持续性原则。
这可持续性可重要啦!就像我们过日子,不能今天把钱都花光,明天就没饭吃了一样。
对于地下水资源,我们得想着以后呢。
不能一下子把地下水抽得太多,要保证它能一直为我们服务。
比如说,在干旱地区,如果过度开采地下水,以后可能就没水可用啦,那可就惨咯。
所以在评价的时候,得看看开采量是不是在地下水可以持续供应的范围内,要给地下水留条“活路”呀。
2. 系统性原则。
地下水可不是孤立存在的哦。
它就像一个大家庭里的一员,和地表水、土壤水还有大气降水都有着千丝万缕的联系呢。
就好比一家人,互相影响、互相帮忙。
所以在评价地下水资源的时候,不能只盯着地下水本身,得把它周围的这些“亲戚”都考虑进去。
比如说,地表水的多少可能会影响到地下水的补给,如果只看地下水,就可能得出错误的结论。
3. 科学性原则。
这科学性就像是我们做事得讲道理一样。
评价地下水资源得用科学的方法,不能瞎猜。
要通过实地调查、测量数据这些靠谱的方式来了解地下水的情况。
比如说,要知道地下水的储量,就得用专业的仪器去测量它的水位、水量,然后根据科学的公式去计算。
可不能像小孩子过家家,随便说个数就当是地下水资源量啦。
4. 实用性原则。
这个原则就是要让我们的评价有用处呀。
我们评价地下水资源不是为了好玩儿,而是为了能够在实际中对地下水进行合理的开发利用和保护。
如果评价出来的结果对实际的水资源管理没有帮助,那可就是白费劲啦。
就像我们做一件衣服,得能穿出去才行,不能做个只能看不能用的东西。
二、评价方法。
1. 水量均衡法。
这就像是算收支账一样。
把地下水的收入(比如降水入渗补给、地表水补给等)和支出(像人工开采、蒸发排泄等)都算清楚。
如果收入比支出多,那地下水可能就比较充足;要是支出太多,那可能就有问题啦。
就像我们每个月的工资和花销一样,得算明白才能知道自己的经济状况呢。
不过这个方法也有点麻烦,要把所有的收支项目都找全可不容易。
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,m3?S—?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+μF?S?t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?S?t应取负号,故,Q 补=Q抽+μF?S?t其中μF取已求的平均值;?S?t为等幅回升速度。
停抽时,Q抽=0,由此得Q 补=μF?S?t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补+μF②2773=Q补+μF③3262=Q补+μF④3071=Q补+μF⑤2804=Q补+μF为了全面考虑,把五个方程搭配联解,求出Q补和μF值,结果见表1—2。
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:μF?S=Q?t?S—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=Q1?t=Q1(t1−t0)s10Q1—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?s?t 。
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?s?t+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(μF?s?t+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=μF S 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(μF?s?t+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,m 3s ⁄M—地下径流模数,m 3s?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,m 3s?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,m 3s ⁄;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。