第四章地下水资源评价

③计算全区可布井数n和允许开采量Q允 n F f Q允 n Qp
说明：上述方法一般是选择在枯季进行抽水试验。 因此，单井允许开采量可能偏小。如有必要，可用 此方法再求出雨季的单井允许开采量，然后二者取 平均值(时间加权)。
2.开采系数法
在研究程度和开发程度较高的地区，可用开采系数法确定 允许开采量。计算公式为：
虽然其原理都是以均衡开采为依据，但每一种方法都有一定 的适用条件，必须因地制宜的灵活运用。
由于水文地质条件的复杂性，在任何地区都不宜采用单一方 法，应当使用综合方法，以便比较验证。 允许开采量计算中常用的解析法包括:单井抽水试验法(平均 布井法)、开采系数法、水均衡法、开采试验法、相关分析 法等。
1.单井抽水试验法
典型年一般分为枯水年、中等枯水年、平水年和丰水年等， 分别相当于保证率为95％、75％、50％、20％的年份。为了 供证供水安全，常取保证率为75％的中等枯水年和平水年做 为典型年。通常按河流流量或降雨量确定。
计算步骤：
a.计算各均衡要素(补给量、排泄量或叫消耗量 和储存量的变化量) b.开采条件分析及预测，找出补给量、消耗量 中可能会发生变化的量和变化规律，确定允许 的水位降深。 c.计算允许开采量。
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。
在满足允许水位降深的前提下，采用枯水期“借”丰 水期“补”，以丰补欠多年调节平衡的方法，可扩大 地下水的允许开采量。
3.考虑人类括动，化害为利的原则
在地下水资源评价中,或多或少会遇到人类活动的影响,如水 库、运河、灌渠等地表水利工程，它既可对地下水起人工补 给作用,也可起截流阻渗的作用。 矿山等疏干工程，则与地下水水源地“争水”，其中矿井的 疏干水位远低于可供水的允许水位降深值，影响极大。化害 为利的宗旨：一方面通过优化地下水开采的布局及其允许水 位降深，更多地截取流向矿井的地下水，另一方面重视矿井 水回收与利用。
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。
例如：
我国干旱半干旱地区的一些第四系沉积盆地，作为大、中型 地下水水源地,其地质环境较脆弱，长期集中开采地下水，难 免会出现地面沉降等负面影响。而地表水径流量又极不稳定, 在一年中有一定时期的断流，如能通过统一评价实施联台开 发，即在分质供水的前提下,雨季尽可能的使用地表水，旱季 集中开采地下水,过渡期实行地下水与地表水的联合调度，既 可避免环境地质问题，又可确保稳定供水，取得地下水与地 表水的优势互补的效果。
(2)非稳定动态
按等于或大于需水量抽水时,动水位降到设计降深仍不停止, 持续下降。如果减少抽水量，也有水位回升,但停抽后的动水 位迟迟不能恢复到原始水位。这说明抽水量已经超过开采条
件下的可能补给量,按需水量开采没有保证。
出现这种动态时，可按时段均衡法分离补给量做为开采量。
f R2 或 f 4R2
b.抽水未达到稳定状态
如果经过长时间抽水后，水位仍不能达到稳定，说 明抽水量无保证。在这种情况下，可计算抽水时的 补给量做为允许开采量。计算方法如下： 进行两次不同流量降深的抽水试验，联立其均衡方
程式求出补给量Qc和f。以Qc代替Qp。
Q1 Qc fs1
Q2
Qc
fs2
计算均衡要素
评价区各项补给量和消耗量，习惯上称均衡要素。 这些均衡要素计算的是否符合实际，直接影响调节分析的精 度。可采用前边介绍的方法进行计算。
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均衡调节分析
均衡分析常用典型年法和多年调节法。前者是利用典型年的 补给量计算评价允许开采量；后者利用多年平均补给量计算 评价允许开采量。
鉴于各年的补给量相差较大，要使开采量有补给保证就不能 单纯以勘察年为依据。必须选择有一定保证率的典型的进行 均衡分析，所以称典型年法。
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。
3.可恢复性
这是同其它资源最大的区别，开发利用后可得到恢复，但是有 限度。 由此可见地下水资源评价要以补给量为核心。
三、地下水资源分类
一般是单指水量，直接用地下水的各种量来表示。目前，我国 采用的分类标准(供水水文地质勘察规范(GB 50027-2001)中将 地下水划分为补给量、储存量和允许开采量。
二、排泄量
1.天然排泄量
潜水蒸发量：E＝CE0F
侧向径流流出量：同流入量计算 河流排泄量、泉水流出量：采用实际观测资料 人工开采量：实际调查结果
2.开采条件下排泄减少量
①侧向径流流出减少量，由于开采时上游水位下降引起。 ②潜水蒸发减少量，由开采时地下水位下降引起。 ③地表水流出减少量，由于地下水位下降，河流和泉水流出 量减少。
4.开采试验法
适用于含水层分布面积不大但补给条件复杂，一时很难查清 的区域。
在这类地区拟建中小型水源地时，如按一般方法进行复杂而 精度不高的勘察和计算，还不如打勘探开采井或利用已有的 生产井进行开采试验，直接评价开采量更可靠些。
开采试验的时间和方法主要取决于含水层的可能补给源：在 常年补给为主地区,可做旱季变流量开采试验,利用时段均衡 关系解出补给量做为评价依据；在季节补给为主地区，宜做 跨季节定流量抽水试验，利用补偿疏干原理求出补给量评价 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。
三、储存量
1.潜水 计算容积储存量，公式为：
Q容 F H
计算内容包括全厚度容积储存量、可动用储存量和调节储存 量。 2.承压水 计算弹性储存量,公式为：
Q弹 S F H
四、允许开采量
目前，评价地下水允许开采量的方法很多，一般可分为解析 法、数值法、模拟法三类。
三种方法各有优点，也均有其局限性。
5.技术、经济、环境综合考虑的原则
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
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
按不同用户对水质的要求，对地下水的物理性质、 化学成分与卫生条件进行综台评价。一般分为饮用 水、工业用水、农业用水和建筑业用水等。
开采条件下,地下水将获得更多的地表水和降水的补给,并减少 向地表水和大气的排泄和蒸发,甚至出现地表水的反补给。 “三水”统一考虑的宗旨是：充分利用含水层中的水量，合 理夺取外部水的转化。后者是指不干扰国家的水资源规划， 不使地表水的用户受到经济损失。
对地下水与地表水的统一评价,既可避免长期存在的水资源重 复计算问题,也有利于水资源的合理开发。
2.利用储存量“以丰补欠”的调节平衡原则
在补给量极不稳定的地区，维持地下水的持续稳定开 采，储存量调节作用是不可忽视的。
我国降水的时空分布差异极大，造成地下水的补给量 有季节和多年气象周期变化，不同季节和水文年的补 给量相差悬殊，尤其那些以降水补给为主，或有季节 性地表水补给的地区更是如此。这时，充分发掘储存 量的调节作用。
Q开＝ρQ补 (ρ为开采系数，取0.6～0.95) ρ的取值可根据当地不同区域实际开采量与补给量的关系来 确定。
3.水均衡法
水均衡法是把赋存地下水的均衡区看做地下水库，利用库 容的调节作用进行均衡分析(也称调节分析)以便确定可以取 出又有补给保证的开采量。
原则上水均衡法可适用于任何水文地质条件和开采条件。可 做区域地下水资源评价,也可用于局部资源评价；既适用于山 区基岩裂隙水,也适合于平原区的孔隙水；可用于潜水区，也 可用于承压水区等。但因均衡要素不易测准，所以目前主要 用于平原潜水区。
1.补给量
天然或开采条件下,单位时间内以各种形式进入含水层的量。
2.储存量
赋存于含水层中的重力水体积。分弹性储存量和容积储存量。
3.允许开采量
也叫可开采量，是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提下，单位时间内从该水文地质单 元或取水地段开采含水层中可以取得的数量。
3.环境影响评价
评价地下水开采对地区生态、环境的影响，分析是 否会引发地面沉降、地裂、塌陷等环境地质问题， 以及海水或污水入侵，泉水干枯，水源地相互影响 等不良后果，提出并论证相应的技术措施。
五、地下水资源评价的原则 1.“三水”转化，统一考虑与评价的原则
在天然水循环中，地下水与地表水、降水(简称“三水”)是互 相转化的。
具体方法是：根据实际需水量，施工相应数量的水 井进行抽水试验，实际验证保证程度。一般是在枯 季进行抽水试验。
抽水结果可能会有两种：稳定或不稳定。
(1)达到稳定动态
按等于或大于需水量进行抽水期间，动水位降到设 计降深以前便相对稳定下来。停抽后的动水位又能 恢复到原始水位。这说明，在一定开采水平上可以 形成均衡开采。按需水量开采显然是有补给保证的, 这时的实际抽水量就等于允许开采量。
抽水季节可选在枯水期，抽水时间可灵活掌握，以 达到目的为原则。可能的话时间要尽量长一些。
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。
在均衡区内，任一时间段内的补给量和消耗之差，恒等于储 存量的变化量。如把设计的开采量也纳入消耗量中，则得开 采条件下的均衡方程为：
μF dh dt
(Q补
Q补 )－(Q消
Q消 )
Q开
在天然条件下，可近似认为 Q补 Q消
则均衡方程式可简化为：
Q开＝ΔQ补＋ΔQ排＋μFΔH/Δt
可用于计算允许开采量。 上述公式看似很简单，但补、排增量很难准确地计算。因此 一般是近似计算，多做为其它计算方法的验证。 具体评价过程可分两步：计算均衡要素；均衡调节分析, 确定允许开采量。