地下水资源量的计算与评价(1)
水文地质勘查：地下水资源量评价——地下水允许开采量分级、评价
孔抽水试验、地下水动态观测和 实验室测试等资料，计算水文地 质参数。选择均衡法、解析法、 数值法等一种及以上适当的方法， 结合开采方案，对水源地的允许 开采量及尚难利用的资源量进行 初步的计算。对泉源水源地，则 应根据它的补给、径流、排泄条 件，通过数理统计的方法，找出 降水量与泉水流量之间的关系， 初步确定泉水的允许开采量或尚 难利用的资源量。在水文地质条 件复杂或是需水量明显小于允许 开采量的情况下，考虑了补给资 源、储存资源和允许误差问题， 根据群井或单井抽水试验出水量 与降深关系曲线适当外推的出水
4.6地下水允许开采量的分级、 地下水资源量评价
前课回顾
上次课我们讲述了地下水允许开采量确定方法中的水均衡法，要 求大家重点掌握如何用水均衡法确定地下水的允许开采量。
课程引入
在学习了地下水允许开采量计算的相关知识后，本次课我们继续 学习地下水允许开采量的分级和地下水资源量的评价。
下面开始讲述：
三、地下水允许开采量的计算与分级
（二）地下水允许开采量的分级
为根据不同目的和具体水文地质条件选择适当的计算评价方法，以得到不同精 度的地下水允许开采量，便于地下水的开发利用，有必要对地下水允许开采量进行 分级。
地下水允许开采量相当于固体矿产的资源/储量，由全国矿产储量委员会统一审 批。
1.地下水允许开采量的分级方案 全国矿产储量委员会制定了《地下水资源分类分级》，并于1994年由国家技术 监督局颁布为国家标准（GB 15218-1994）。在该标准中，根据勘查研究程度的不同， 将地下水能利用资源即地下水的允许开采量划分为5级，分别用大写的英文“A、B、 C、D、E”5个字符代表；尚难利用的资源可分为3级，分别用英文字符“Cd、Dd、Ed” 代表。地下水资源分分级
专门水文地质学 08 地下水水量评价
地下水允许开采量的计算方法
概述
水量均衡法
开采试验法 补偿疏干法 回归分析法
水均衡法
水均衡法也称为水量平衡法，是全面研究某一地区 （均衡区）在一定时间段（均衡期）内的地下水的补给量、 储存量和消耗量之间的数量转化关系，通过平衡计算，评 价地下水的允许开采量。它是根据物质（质量）守恒定律 和物质转化原理分析地下水循环过程，计算地下水量。实 际上，它不仅是地下水资源计算与评价方法主要类型之一， 在某些情况下，它又是其他类型计算与评价方法的指导思 想与验证的依据。
补给量 天然补给量 开采补给量
排泄量 天然排泄量 允许开采量
储存量 容积储存量 弹性储存量
天然补给量
• 天然补给量：在开采扰动以前，在天然条件下存在的补给 量，包括：垂向补给和侧向补给两个方面。
入渗量 流入量
流入量
越流量
蒸发量
流出量 流出量
开采补给量
• 开采补给量：地下水在开采条件下夺取过来的额外补给量。
地下水资源量评价的原则
（2）以丰补欠，调节平衡的原则。含水层具有强大的调蓄功 能，合理调控地下水位可以减少甚至避免蒸发损失。在旱 季或旱年，可借用储存量来满足开采；到雨季或丰水年， 又可将借用的储存量补偿回来。这样开采，在旱年可能出 现水位持续下降的趋势，而到丰水年又可以回升，从而达 到多年平衡。利用这一原则，必须注意区域水资源综合平 衡，合理截取雨洪水，以达到充分利用水资源的目的。
D级：①初步查明含水层（带）的空间分布及水文地质特征； ②初步圈定可能富水地段；③概略评价地下水资源，估算地 下水允许开采量。提交的成果精度要求一般为1：20万或1： 5万的比例尺。
地下水资源计算与评价
第一节 地下水资源的特点及分类
一、地下水资源 地下水资源是指对人类具有使用价值，而且在
当今科技水平和社会经济条件下，能够开发的地下 水。具有社会属性和自然属性。 二、地下水资源的特点
第二节 地下水水量的计算
二、地下水储存量计算
2.承压水含水层的弹性储存量
W=F·S·h 式中：
W--地下水的弹性储存量（m3）； F--含水层的面积（m2）； S--弹性释水系数； h--承压水含水层自顶板算起的压力水头高度（m）。
一、地下水补给量计算 二、地下水储存量计算 三、地下水允许开采量计算
第二节 地下水水量的计算
一、地下水补给量计算
1.降水入渗补给量
降水入渗的补给量，可按下列公式计算： 1）当采用降水入渗系数计算时
Q=F·α·X/365 式中：Q--日平均降水入渗补给量（m3/d）；
F--降水入渗的面积（㎡）； α--年平均降水入渗系数； X--年降水量（m）。
在任一地点获取的地下水量，都是以周围地段甚至整 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 。
第一节 地下水资源的特点及分类
二、地下水资源的特点
3.可恢复性 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
第一节 地下水资源的特点及分类
三、地下水资源的分类
3. 曹万金提出的地下水水资源分类
补给资源： 储存资源：指多年中不能动用的含水层中的重力水
第四章地下水资源评价
②确定单井涌水量(Qp)和影响范围(f)
经常遇到的情况有两种：
a.抽水达到稳定状态
当主孔和观测孔的水位达到稳定状态时，表明抽 水流量等于抽水时的补给量。此时的实际抽水量 就是Qp，影响范围可根据观测孔的观测数据用图 解法或外推法求出R后，由下式算出。
一、补给量
包括天然补给量和开采条件下补给增量。
1.天然补给量
降水入渗量：Q降水＝αPF 河流补给量：W河＝(Q下－Q上)( 1－λ)L/L‘ 侧向径流补给：Q侧入＝KIF 灌溉回渗量：Q渠＝β渠Q渠灌
Q井＝β井Q井灌 β＝μΔH/h灌
2.开采条件下补给增量
主要来自以下几个方面： ①侧向径流补给量增量，由于开采时分水岭外移引起。 ②河流入渗补给增量，由于开采时地下水位下降，水位差增 大引起。 ③越流补给增量，由于开采层水位下降，与相邻含水层水位 差加大引起。 各项补给增量的计算，到目前为止还没有好的解决办法。解 析法多用粗略估算的方法，数值解更合理一些。计算的关健 是正确地分析开采时的条件。
一般用于区域性地下水资源计算，尤其是在研究程度较差的 地区。
(1)适用条件
含水层分布较为均匀的地区,如松散含水层分布区,较为均匀 的裂隙水分布区。岩溶水分布区一般不适用。
(2)计算步骤
抽水试验；确定单井涌水量(Qp)和影响范围(f)；计算 全区允许开采量。
①抽水试验
可在有代表性的地点施工或选择一眼完整井,并在与 地下水流向成45º的方向上布置3眼观测孔。观测孔 距主孔的距离为：第一个可取2～20m，一般多为10 ～15m；第三个观测孔可结合影响半径的经验值来 确定。
计算均衡要素
地下水资源评价原则与方法
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）。
水文地质勘查：地下水资源量评价——补给量计算
4.4地下水资源量评价——各种地下水补给量的计算一、各项补给量的计算地下水补给量应计算由地表水入渗、降水入渗、地下水径流的流入、越流补给等途径进入含水层（带）的水量，并按自然条件和开采条件下两种情况计算。
（一）水稻田的灌溉入渗补给量T F W Q 水田水稻φ=1 （4-9）式中 Q １——水稻生长期内降水和灌溉水的入渗补给总量，m 3/a ；φ——水稻平均稳定入渗率；水田F ——计算区内水稻田面积，亩；T ——水稻生长期，d （包括泡田期，不计晒田期）；水稻W ——水稻的灌水定额，m 3/（亩•a ），其取值可参照表4-10确定。
表4-10 按灌溉作物的种类确定水稻W 值（据农田灌溉水质标准，GB 5084-1992，参考）了水稻需水量试验，求得一系列水稻淹灌期水田渗漏量。
根据试验结果，结合各地的情况确定了φ值，具体取用值见表4-11。
表4-11 江苏省平原区渗透率φ取值表（据陆小明，2004）计算：e 11I Q Q =雨 （4-10） )-(1e 11I Q Q =灌 （4-11） 式中 雨1Q ——降雨入渗补给量，m 3/a ；灌1Q ——灌溉入渗补给量，m 3/a ；e I ——水稻生长期内灌溉有效雨量利用系数；1Q 意义同式（4-9）。
（二）旱地降水入渗补给量旱地旱地F P Q α=2 （4-12）式中 2Q ——旱地降水入渗补给量，m 3/a ；旱地P ——旱地面积上的降水量，mm/a ；α——降水入渗补给系数；旱地F ——旱地的面积，km 2。
（三）水稻田旱作期降水入渗补给量南方水稻田无论是单季稻还是双季稻都有一旱作期，此时的降水入渗补给量按旱地的入渗补给系数α计算。
水田田旱F P Q α=3（4-13） 式中 3Q ——水稻田旱作期降水入渗补给量，m 3/a ；田旱P ——水稻田旱作期雨量，由年雨量扣除早、晚稻生长期雨量求得，mm/a ；水田F ——水田面积，km 2；（四）水稻田旱作期灌溉入渗补给量南方水田旱作期灌溉，即小春灌溉，一般水田旱作期以种绿肥为多，亦有种大麦、小麦或豆类作物，其灌溉次数不多。
地下水资源评价
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;。
地下水资源评价方法
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，永远等于该时段内单元含水层储存水量的变化量，这就是水量平衡原理。
若把地下水的开采量作为消耗量考虑，便可建立开采条件下的水平衡方程：(Q k-Q c)+(W-Q w)=±μFΔH/Δt式中：(Q k-Q c)——侧向补给量与排泄量之差，m3/a(W-Q w)——垂向补给量与消耗量之差，m3/aW=P r+Q cf+Q e-E g式中：P r——降水人渗补给量，m3/aQ cf——渠系及田间灌溉入渗补给量，m3/aQ e——越流补给量，m3/aE g——潜水蒸发量，m3/aQ w——地下水开采量，m3/aμFΔH/Δt ——单位时间内单元含水层（平衡区）中储存量的变化量，m3/aμ——含水层的给水度F——平衡区的面积，m2Δt——平衡时段，aΔH——时段内的水位变幅，m利用该水量平衡方程既可以根据已知的均衡要素计算开采量或水位变幅，也可以根据地下水动态观测资料反求水文地质参数。
若在均衡期确定了允许的地下水位变幅值后，均衡方程（8一1）便可写成预测开采量的公式（若在开采过程中，ΔH为负值）。
Q w = (Q k-Q c)+W ±μFΔH/Δt可见区域地下水开采量由3部分组成，一是侧向补给量(Q k-Q c);二是垂向补给量w；三是开采过程中动用的储存量。
地下水资源数量及可开采量评价
一、地下水资源量评价
5 平原区浅层地下水资源量计算的技术要求
(3)地下水蓄变量
平原区还要求计算1980～2000年期间的年均地下 水蓄变量
(4)水均衡分析 在平原区，要求进行总补给量、总排泄量与地下 水蓄变量之间的水量平衡分析，检查计算成果的 合理性
一、地下水资源量评价
6 山丘区浅层地下水资源量计算的技术要求
给量1980～2000年期间的年均值之和作为近期条件下的平
原区多年平均地下水总补给量，从总补给量中扣除相应的 井灌回归补给量即为平原区多年平均地下水资源量
一、地下水资源量评价 5 平原区浅层地下水资源量计算的技术要 求
(2)排泄量 • 排泄项包括浅层地下水实际开采量、潜水蒸 发量、河道排泄量、侧向流出量等 • 平原区要求计算1980～2000年期间各项排泄 量的年均值，并要求计算1956～2000年逐年 由当地降水入渗补给量形成的河道排泄量
一、地下水资源量评价
8 简化问题 • 塔克拉玛干、古尔班通古特、腾格里、巴丹吉 林和浑善达克等面积较大的沙漠区，本次可不
做地下水资源量评价，仅要求标划出各沙漠区
的地域分布范围
一、地下水资源量评价
9 深层承压水资源量计算 • 深层承压水资源量不纳入水资源总量 • 深层承压水资源量的评价技术要求和方法待有
一、地下水资源量评价
5 平原区浅层地下水资源量计算的技术要求
• 各项补给量之和为总补给量，总补给量扣除井灌回归补给
量为地下水资源量
• 平原区要求计算1956～2000年的降水入渗补给量系列，其 他补给只要求计算1980～2000年期间（即近期或近期条件） 的年均值 • 以降水入渗补给量系列中1980～2000年的年均值与其它补
地下水资源评价
地下水资源评价必须综合考虑技术、经济、环境三个方面的 利弊，要求确定的开采量和开采方案，既有良好的技术经济 效益，又使开采带来的负面影响降到最低限度，具有合理的 环境效益。
§4－2 地下水水量计算
主要内容：
?补给量计算 ?排泄量计算 ?储存量计算 ?允许(可)开采量计算
4.不同目的和不同水文地质条件区别对待的原则
不同供水目的对水量、水质和水温的要求各异，评价时应按 不同标准区别对待。不同水文地质条件下，其评价的方法与 要求也不尽相同。
例如：
?补给充足、水交替积极的开放系统 ,可用稳定流方法评价； 而水交替滞缓的封闭系统，适宜非稳定流方法。 ?地下水盆地,可利用储存量的调节作用以丰补欠评价开采资 源。而山区,则可利用夺取地表水的转化量评价开采资源。 ?地质环境稳定的基岩地区 ,可根据水均衡条件 ,评价最大允 许开采量；而地质环境脆弱的第四系平原地区，必须考虑“ 环境容量”，限制水位降深与开采量。
第四章 地下水资源评价
§4－1 概述 §4－2 地下水水量计算 §4－3 地下水质量评价
§4－1 概述
一、地下水资源的概念
地下水资源是指有使用价值的各种地下水的总称，其内涵包 括质量和数量两方面。
二、地下水资源的特点
具有三个显著特点。
1.系统性
补给、径流和排泄组成一个完整的地下水系统。
2.复杂性
地下水的影响因素很多，有气候、水文、地质、地形地貌、 构造和人为因素等。
四、地下水资源评价的内容
分为水量评价、水质评价和开采后对环境的影响三个方面。 具体内容如下：
1.水量评价
计算地下水的补给量、排泄量、允许开采量、水位降深等。
2.水质评价
地下水资源的特点及分类计算地下水允许开采量的主要方-精选
但是，开采时的补给增量也不是无限制的。从上述补给增量的来源可 以看出，它无非是夺取了本计算含水层或含水系统以外的水量。从整 个地下水资源的观点来看，邻区、邻层的地下水资源也要开发利用。 这里补给量增加了，那里就减少了。再从“三水”转化的总水资源的 观点考虑，如果河水已被规划开发利用，这里再加大开采强度，大量 夺取河水的补给增量，则会减少了地表水资源。因此，在计算补给增 量时，应全面考虑合理的袭夺，而不能盲目无限制地扩大补给增量。
2019/11/18
§1 地下水资源的特点及分类
水文地质勘察
来自降水入渗的补给增量：由于开采地下水形成降落漏斗，除漏斗疏 干体积增加部分降水渗入外，还使漏斗范围内原来不能接受降水渗入 补给的地区（例如沼泽、湿地等），腾出可以接受补给的储水空间， 因而增加了降水渗入补给量。此外，由于地下水分水岭向外扩展，增 加了降水渗入补给面积，使原来属于相邻均獾囟危或水文地质单元） 的一部分降水渗入补给量，变为本漏斗区的补给量。
2019/11/18
§1 地下水资源的特点及分类
水文地质勘察
一、地下水资源的特点
（1）可恢复性：当人工开采地下水时，在多数情况下，只要开采量不超 过一定限度，虽然井附近的地下水位要降低，使地下水的储存量暂时减少， 但只要停止开采，水位又可逐渐恢复原位，即地下水的储存量又得到了补充。 这就是地下水的可恢复性，是与一般矿产资源的重要区别。固体矿产，开一 点就少一点，没有恢复补偿性质，石油等液体矿产也是如此。地下水虽然可 以不断得到补给和更新，开采后可以补充恢复，但也不是取之不尽、用之不 竭的。如果大量超采，也会造成地下水资源的消耗甚至枯竭。
水文地质勘查技术：水均衡法
——地下水资源量计算 水均衡法
水均衡法
一、基本原理 二、特点及适用条件 三、计算步骤 四、计算与评价
水均衡法：也称水量平衡法，它主要是研究某一地区（均衡区）在一定时间段（均衡期内） 地下水的补给量、储存量和消耗量之间的数量转化关系，通过平衡计算，评价地下水的允许开 采量。
一、基本原理
二、特点及适用条件
水均衡法的原理明确，计算公式简单，其成果要求可粗可精，所以 适应性强。在地下水补排条件简单，水均衡要素容易确定，开采后变 化不大的地区，用该法评价地下水资源的效果较好。
通常用水均衡法或其他方法来论证用解析公式计算的开采量。
三、计步骤
1、划分均衡区，确定均衡期，建立均衡方程 首先按边界划分均衡区，再按均衡要素大体一致的情况进一步分区，分别计算后，再加总。 （1）一级分区：通常以含水介质成因类型和地下水类型的组合作为一级分区依据，如在山前 冲洪扇地带，可分扇顶至中部的潜水区、扇中至扇缘的浅部潜水区及承压水区。 （2）二级分区：如果同一区内的水文地质条件还有较大差异，可以根据不同的定量指标划分 为若干区，分区指标通常是含水层导水系数、给水度、水位埋深、动态变同及包气带岩性等。 均衡期一般以年为单位，也可将旱季、雨季分开计算。 确定各分区的在均衡期内的均衡要素，建立均衡方程。 2、确定每个区的各项均衡要素值 （1）测定天然流场下各项补给量和消耗量，计算天然状态下是否均衡。 （2）再考虑开采条件下的补给增量和可能减少的消耗量，以此作为地下水的允许开采量。 Q允开 ≈ΔQ补+ΔQ消≈Q补+ΔQ补 = Q开补≈ Q补 3、计算与评价
四、计算与评价
将各项均衡要素值代入均衡式中，计算出补给与消耗的差值，检查地下 水储存量的变化量是否与之相符。
地下水数量评价总结
E潜 E 0 1 0
n
二、平原区地下水资源量计算
1. 以补给量的地下水资源估算 （2）回归分析法确定降水入渗补给系数 根据降水量和地下水的排泄量系列资料，可用逐步回归分析 法估算降水入渗补给量，从而确定降水入渗补给系数。
二、平原区地下水资源量计算
1. 以补给量的地下水资源估算 （3）水文分割法确定降水入渗补给系数 该方法适用于无地下水动态资料，而有河流水文站流量资料 的山丘区。
• 按区域植被、岩性及地质构造等分布特征，将区域划分为若 干均衡区；
• 每个均衡计算区选择一个或几个分割基流的代表站。
三、山丘区地下水资源量计算 1.河川基流量的计算
（5）区域河川基流量的计算 • 计算区域内各代表站的多年平均河川基流模数。
W基 M基 = f
式中：M基为代表站多年平均河川基流模数；W基为代表站多年 平均河川基流量；f为代表站流域面积。
二、平原区地下水资源量计算
1. 以补给量的地下水资源估算 （一）降水入渗补给量 降水入渗补给量是指降水入渗到包气带后在重力作用下渗透 补给潜水的水量，它是浅层地下水重要的补给来源。其计算公 式为：
U p = PF
α降水入渗补给系数，与地下水埋深，包气带石性、降水量有关。 α可采用地下水动态资料计算。在地下水侧向径流较弱、地下水埋深较
二、平原区地下水资源量计算
1. 以补给量的地下水资源估算 （六）山前侧向流入补给量 指山丘区山前地下径流补给平原区浅层地下水的水量，估算方 法见山丘区山前侧向流出量的计算。 （七）越流补给量 深层地下水水头高于浅层地下水不头的情况下，深层地下水通过 弱透水层对浅层地下水的补给。 （八）人工回灌补给量 指通过井孔、河渠、坑塘或田面，人为地将地表水灌入地下，补 给浅层地下水的水量。
水文地质勘查：地下水水质评价
三、地下水水质评
价的内容
5.地下水水源地水质评价 对区域内重要水源地，特 别是大型及特大型地下水水源 地逐一进行水质评价。未形成 超采区的，以生产井布井区为 评价区；已形成超采区的，以 相应超采区为评价区。评价内 容包括地下水水质现状、变化 趋势和地下水污染分析，选用 监测井应适当加密，并要求充 分收集“三致”物质的检出情 况，必要时进行补充监测。
溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、 总需氧量（TOD）等
细菌总数、总大肠杆菌数、各种病原菌及病毒等
（二）地下水水质的分类
依据我国地下水水质现状、人体健康基准值及地 下水质量保护目标，并参照了生活饮用水、工业、农 业用水水质最高要求，将地下水质量划分为五类—— Ⅰ类 主要反映地下水化学组分的天然低背景含量。 适用于各种用途。 Ⅱ类 主要反映地下水化学组分的天然背景含量。 适用于各种用途。 Ⅲ类 以人体健康基准值为依据。主要适用于集中 式生活饮用水水源及工、农业用水。 Ⅳ类 以农业和工业用水要求为依据。除适用于农 业和部分工业用水外，适当处理后可作生活饮用水。 Ⅴ类 不宜饮用，其他用水可根据使用目的选用。
地下水水质评价的依据（准则）——地下水水质标准。如： ➢《地下水质量标准》（GB/T 14848-1993）； ➢《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）； ➢《饮用天然矿泉水标准》（GB 8537-2008）； ➢《农田灌溉水质标准》（GB 5084-2005）等。
只有水质符合用水标准，即能够达到用水标准的地下水，才能列入地下水资源 的范畴。
1.基础资料收集 基础资料包括历年地下水水质监测资料以及历史 评价成果。若在地方病区，还应收集特征水质参数及 对人体健康的影响、发病率等。深入调查主要污染物 及其对地下水质的影响程度等。在此基础上确定地下 水化学类型。
水文地质勘查：地下水资源量评价——地下水资源量的分类
小结
本次课程讲述了《供水水文地质勘察规范》（GB 50027-2001 ）中 的分类——“三量” 分类法，要求大家正确理解并重点掌握补给量、储 存量、允许开采量的含义及组成。
课后作业
1.什么是补给量、储存量、允许开采量？ 2.补给量及其组成？说明补给增量的来源？储存量及其组成和计算？ 3.写出开采量的水量均衡方程，说明开采量由哪三部分组成？，讨 论如何按这三部分量来确定允许开采量？
夺取量；
（2）减少的天然排泄量（ Q排 ），如开采后潜水蒸发消耗量的减少、泉流量
减少甚至消失、侧向流出量的减少等。这部分水量实质上就是由取水构筑物截获的天
然补给量，可称为开采截取量。它的最大极限等于天然排泄量，接近于天然补给量；
（3）可动用的储存量（ F h ），是含水层中永久储存量所提供的一部分
（枯水期抽水）。
间的总补给量和总消耗量是接近相等的，即 Q补 Q排 ；如果不相等，则含水层
中的水就会逐渐被疏干或者水会储满含水层而溢出地表。
在人工开采地下水时，增加了一个经常定量的地下水排泄点，改变了地下水的天然 排泄条件，即在天然流场上又叠加了一个人工流场。这既破坏了补给、消耗之间的天 然动平衡，又力图建立新的、开采状态下的动平衡。 在开采最初阶段，由于增加了一个人工开采量，必须减少地下水的储存量，使开采 地段水位下降形成一个降落漏斗。随着漏斗扩大，流场发生了变化，使天然排泄量减 少，促使补给量增加，即为补给增量。 在开采状态下，地下水动态可以用下面水均衡方程表示：
W F h V
式中： W——潜水的储存量，m3；
——含水层的给水度（小数或百分数）；
F——潜水含水层的面积，m2；
h——潜水含水层的厚度，m；
V——潜水含水层的体积，m3。