关于地下水允许开采量、可采量及超采的再讨论最新

导出了均衡通式（1）的推论表达式：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Q开 = ∆Q补 + ∆Q排 + μ∆hF/t
（2）
1
式中：∆Q补--开采状态下增加的补给量（L3⁄T）； ∆Q排--开采状态下减少的排泄量（L3⁄T）； μ∆hF/t--开采状态下潜水的疏干量或承压水的弹性释出量（L3⁄T）； 其余项标示内容同（1）式。
该均衡式实际上只适用于平原区开采初期的某一块段地下水资源计算评价，不适用整个 水文地质单元及其多年开采状态的水资源计算评价。下面对（2）式中开采量的组成要素进 行分析：
根据上述关于均衡项分析，在未能达到动态稳定的开采状态下，构成开采量的因素为减 少的排泄量和疏干量（或弹性释出量），而补给量是不变的。此时期，均衡式可写为：
Q开 = Q补 − Q排 − μ∆hF/t
（3）
式中：∆h—区域地下水位降低值（L），（∆h＜0）； 其余各项同（1）式内容。
经观察分析，知（3）式可由（1）式移项得到。 在开采达到，并不超越动态稳定水位时，地下水位处于动态稳定状态，多年处于一个平 均水平而上下波动，含水层不再发生疏干或不再有弹性释出量。此时期，均衡式仍可写为：
原区，任一计算快段的地下水都不会因开采降深而明显增大补给量。 b、山区及丘陵区：对于整个区域而言，地下水补给量几乎都来源于大气降水，因而，
不会因开采而增大补给量；对于山间河谷平原某一区段地下水来讲，如地下水位高于河水位， 比较接近，傍河开采地下水会增大补给量。这仅是特殊条件处在的地下水补给、排泄、开采 关系，不具有普遍性。
可行的：湖泊位于地下水排泄基准面地区，地下水开采只能减少排入湖泊量，如 果上游开采状态的区域水位低于排泄基准面则是超采，即使超采下去，地下水断 绝了对湖泊的补给，在干旱半干旱地区，湖水绝大部分也是消耗于蒸发，而且会 逐步趋于消失。由于湖泊底泥渗透系数远小于含水层渗透系数，反补给也是渗漏 方式，不会形成连续渗流，补给量是时限性的，而且不大。处于广泛开采状态的平
Q开 = Q补 − Q排 − μ∆hF/t
（4）
式中：∆h—区域地下水位降低值（L），（∆h=0）； 其余各项同（1）式内容。
可见，（1）式所描述的地下水均衡关系适用区域地下水流场的任何时期、任何状态，为 地下水均衡通用表达式。以下对区域地下水均衡关系的分析、讨论中，均已（1）式为依据。
一、开采状态下的补给量、排泄量及水位变化
6、开采状态下的地下水均衡：在开采状态下，区域地下水在多年周期条件下补给量等
于排泄量的平衡关系发生了变化，随着开采和开采量的增大，补给量和储存量各自都有一部 分要转化为开采量，在达到新的动态平衡之前，开采状态下的排泄量和储存量都会逐步减小。
在建国初期工农业初步发展时期，地下水规模开采处于初期阶段，资源计算评价工作大部分 针对平原区某一块段进行，在天然状态多年周期下区域地下水补给量等与排泄量的前提下，
Q开 = KIHL；
∆H t
=
0；
Q排 > 0
此时的均衡式可写为：
Q开 = Q补 − Q排
（6）
该开采状态下，地下水位仅随区域降水量的周期性变化而波动，无持续下降现象，处于多年 平均的动态稳定状态；补给量与开采量和排泄量也处于多年动态稳定状态；在开采量小于补 给量前提下，不同的开采量经一定的开采时间后，都会由初期的水位衰减性缓慢降低、排泄 量缓慢衰减性减小过程发展到相应水平的动态稳定状态，开采量越大，达到稳定状态时的区 域水位平均下降值越大，其稳定状态的排泄量越小，达到稳定状态所需要的时间越长。在这 个过程中，年际间减小的排泄量与减小的疏干量相等，所以，用稳定状态均衡式与非稳定状 态均衡式算出的允许开采量值是相等的(前者潜水含水层的厚度或承压含水层的水力坡度是开 采稳定状态值，后者是开采发展过程中的平均值---中值，这一点，通过对开采开始到稳定状态 的排泄量时间过程曲线和疏干量时间过程曲线进行积分学中值定理分析，可证明。如果没有稳定 状态，说明开采量大于或等于补给量）。
关于地下水资源允许开采量、可开采量及超采的再讨论
作者：内蒙古自治区地质环境监测院 高生 王鑫 畅利毛 王兰云 李永林 内容提要：依据地下水均衡原理，分析开采引起的区域地下水流场变化阶段和相应状态， 得知多年开采条件下，在不同的开采量与补给量比例关系下，存在不同的开采状态：⑴开采 量小于补给量的水位动态稳定状态；⑵开采量等于补给量的水位衰减性持续下降状态；⑶开 采量大于补给量的水位近匀速持续下降状态。论述了地下水允许开采量、可开采量的概念、 确定原则和方法；分析了地下水超采的发展阶段和状态特征，提出不同超采状态允许开采量 的确定方法。得出了地下水允许开采量是环境、资源、水质安全的可持续利用资源量和可开 采量是期限性环境、资源、水质安全的不可持续利用的资源量结论；对地下水超采的不同阶 段提出了治理方向。 基本假定与原理 1、补给量假定：区域多年系列年平均降水量在未来开采期与以往同年数系列年的平均 降水量相同或变化微弱；多年平均补给量基本可看为定值。 2、开采状态和开采量假定：区域含水层有足够的储水空间，可实现地下水规模开采的 以丰补歉方案；且在补给量较小的连续干旱年份，含水层仍能提供稳定的开采量保证；地下 水在整个开采期都处于非枯竭状态。要确定的允许开采量或可采量在整个开采期是定值。 3、计算区域假定：计算区域为一完整水文地质单元，或为一计算块段时外围的地下水 流场动态条件为已知。 4、排泄量假定：计区内地下水排泄量在整个开采期恒不为零，在整个计算时段内为一 定值。其中，潜水水位埋深小于极限蒸发深度时，地下水蒸发量随开采状态下水位埋深的增 大而减小，逐步趋于零；潜水侧向排出量随开采状态下含水层厚的变薄而减小，但不能小于 等于零；承压水时，含水层系统压力水头（压力水位高出含水层顶板底界高度）大于等于零， 其最小排泄量为压力水头等于零时的排泄量。（封闭盆地及下游地区无用水需求的半封闭盆 地除外） 5、地下水均衡原理：对于任何一个完整的水文地质单元或外围地下水流场动态条件已 知的资源计算区段，其地下水量的补给、开采、排泄、储存变化在任意时段都是严格遵循地 下水均衡原理的。其均衡通式为：
（2）关于开采状态下减少的排泄量：在开采状态下，补给量的一部分转化为开采量， 使排泄量减少。另一方面，随着开采（在未能达到开采动态稳定之前），潜水含水层会逐渐 变薄，排泄量会减少；潜水水位降低会使蒸发量减少；承压水位逐渐降低，与排泄基准水位
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的差值逐渐减小，排泄量会减少。这些减少的排泄量均转化为开采量。但是，这种描述仅对
μ∆hF/t = Q补 − Q开 − Q排
（1）
式中：∆h—区域含水层厚度变化量（L）； μ—区域含水层给水度或释水系数； F—区域含水层面积（L2）； t—均衡期（T）； Q补--地下水总补给量（L3⁄T）； Q开--地下水开采量（L3⁄T）； Q排--地下水排泄量（L3⁄T），包括侧向流出量和垂向蒸发量。
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弹储存性量。此期开采量组成可用以下数学式表达：
Q开 = KIHL + ∆HμF/t
（5）
式中：Q开—区域（开采区）地下水开采量（L3/T）； K—区域含水层渗透系数（L/T）； I—开采漏斗区边缘过水断面处水力坡度； H--开采漏斗区边缘过水断面处含水层厚度（L）； L--开采漏斗区边缘过水断面长度（L）； ∆H—开采期地下水位降低值（L）； μ—潜水含水层给水度或承压含水层释水系数； F—开采漏斗区面积（L2）； t—开采期（T）。
(1)关于开采状态下增加的补给量 a、平原区：由于平原区、高平原区的外围补给区为山区及丘陵区，常与平原区以断裂 相隔，两侧含水介质水文地质特性差异较大；平原区地下水位较山区及丘陵区落差较大，两 侧地下水常不为统一水体；发生在平原区的水位变化对来自山区及丘陵区的补给量大小无影 响。所以，山区及丘陵区补给平原区的地下水量不会因平原区地下水开采引起的水位变化态 而变化。因此，来自水文地质单元外补给区的补给量不会因平原区地下水的开采而增加。 近年来，绝大部分平原区都处于开采状态，平原区局部计算快段的地下水补给量也基本 不会增加，不会因开采降深的增加对邻区地下水造成较明显的袭夺，而且统一水文地质单元 内的地下水资源会因计入对临区袭夺量产生资源重复计算、超量利用现象，因为所谓加大降 深袭夺临区地下水增加了补给量，实际上是因开采量增加扩大了开采影响范围，降落漏斗扩 展到了临区，对同一个水文地质单元而言，补给量并未增加。同样地，承压水通过补给带潜 水对承压水上部潜水补给量的袭夺而增加补给量，也存在上述补给量重复计入和超量开采问 题，除非上部潜水不具开发利用条件或开采价值，仅是消耗于无意义的蒸发排泄。为了处理 好承压水与其上不潜水因侧向补给同源而不宜计算允许开采量问题，可采用潜水与承压水 “统一规划、联合均衡”的方法计算。关于地下水开采过程袭夺河水增加补给量问题，较多 的生产实践及研究成果证明：①在山前倾斜平原和一些地下水排泄条件较好的山间盆地区， 季节性及常年河流的床底往往高于地下水位，河水对地下水的补给为垂向渗漏式补给，非侧 向渗流。②在中下游冲击平原区，河流底床砂砾石及砂层粘土或泥质含量较下部含水层多， 渗透性相对较差，且由于垂向水力坡度较大，恒等于 1，又由于地下水被较长时期的开采， 水位已低于河流床底，河流及渠系地表水补给下部地下水方式为不连续的垂向渗漏补给，并 非连续的渗流补给，一般情况下，地下水位的降低不会增大河流、渠系对地下水的补给量。 ③在地下水位与河水位十分接近的冲积平原区，开采早期因地下水位下降使河流水位与地下 水位的水力坡降增大，可以增加一定量的地下水补给量，但这个增量也不会大于河流下方已 为包气带的河水全部垂向渗漏量。关于湖波反补给地下水问题，至少在干旱半干旱地区是不
由上式（1）和上式（5）可知，多年连续开采条件下有以下三种水量均衡状态： （1）开采量小于补给量的水位动态稳定状态 随着开采的进一步延续，开采漏斗逐渐扩大，侧向流入量不断增加，漏斗加深速度逐步
趋缓，当侧向流入开采漏斗区水量达到与开采量相同程度时，补给量与开采量和排泄量及地
下水位便处于动态稳定状态：
Q开 < Q补；
此期，地下水均衡式（1）中的各项均不为零。 2、多年开采状态
区域地下水在多年连续开采状态下，随着开采漏斗的不断扩大，越来越多的地下水补给
量以地下水侧向径流方式流入开采漏斗区转化为开采量，由于开采量是一定的，开采漏斗区
的单位时间降深疏干量逐步减小，区域含水层水位降低速度逐渐趋缓，同一水文地质条件下，
区域水位降深幅度及水位降低速度、排泄量及排泄量减小速度取决于补给量和开采量的关系。
天然状态或在开采早期是合适的，而在超采状态或区域地下水开采已有较长时期， 或已处于近于稳定状态地区是不合适的，因在后集中条件下是不允许再减少排泄 量的，否则，潜水含水层就会进一步变薄，而出现环境地质问题或资源枯竭问题； 承压水就会出现疏干含水层问题。
（3）关于疏干量：在开采状态下，随着开采（在未能达到开采动态稳定之前），潜水含 水层厚度逐步变薄，含水层疏干水量部分地转化为开采量；承压水压力水头逐渐降低，弹性 释出量转化为开采量。
1、从天然状态到开采状态 在天然条件下，如选取足够长而且多年降水量分布较合理的系列年地下水补给与动态资 料进行分析观察，会发现区域地下水多年总补给量与总排泄量基本相同。由于气候的周期性 变化影响和区域地下水补给、径流和储存、排泄条件的控制作用，在较长历史时期的天然条 件下，区域地下水水量、水位总是随着年际气候的变化而变化，而且补给量总是在多年平均 补给量基础上发生着大小变动，地下水位总是多年平均水位基准上上下波动。 当地下水从天状态件进入开采初步阶段，由于地下水被人为抽取，体现出如下总体趋势： 区域潜水含水层厚度逐渐变薄，或区域承压水压力水头逐渐减低，排泄量逐渐减小；尽管这 些变化常体现为波动方式，但水位逐渐减低、排泄量逐渐减小的总趋势是不变的。由于在开 采初期开采量往往是逐年增大的，潜水含水层厚度逐渐变薄或承压水压力水头逐渐减低，排 泄量逐渐减小现象较为明显。 现在按多年平均条件分析开采初期地下水的补给量、开采量与储存量、排泄量、水位变 化间的关系和变化特征。 所为开采初期，就是区域地下水在开采状态下还未达到水量、水位的动态稳定，水位随 着开采的延续逐渐下降，并由于开采时间相对较短还未造成资源枯竭现象。在开采初期，无 论开采量是否大于补给量，地下水位都会发生连续下降，随着开采井开采漏斗的逐渐扩大， 下降速度会逐渐减小。此期，由于未达到动态稳定状态，水井的出水量由潜水的疏干漏斗范 围含水层疏干或承压水弹性释放量和侧向流入漏斗区径流量组成。随着大范围开采进行及其 时间上的延续，开采漏斗区逐渐扩大，且漏斗区降深逐渐加深，开采的地下水量除连续流动 的径流补给量不断补充外，还同时会在水位降低区逐步疏干部分潜水含水层或释放承压水的