地下水超采区允许开采量确定

地下水超采区允许开采量确定

（以潜水均衡法为例）

作者：内蒙古自治区地质环境监测院王兰云高生邓燕

内容摘要：区域地下水在多年开采条件下，如果开采量大于等于多年平均补给量或大于允许开采量，会形成不同程度的超采状态。认为不同超采状态对环境地质问题的引发程度不同；对不同的超采状态推出了相应的允许开采量均衡计算式。

一、地下水资源超采的基本概念

区域地下水资源超采是指在长期开采过程中，开采量逐步增大，超出或等于区域地下水多年平均补给量，或超出了允许开采量，致使地下水位持续下降而不能稳定到安全水位线以上，最终造成资源枯竭、环境恶化、水质恶化或不良水体侵入、植被环境波坏甚至土地荒漠化、地面沉降等不良环境地质问题。所谓“安全水位”就是指地下水开采状态下的区域平均水位总是不超越该水位深度时，就不会因地下水开采而引发环境地质问题和资源枯竭问题，并地下水资源可以在此水位以上持续开采。

二、地下水超采状态

近年来，由于农业、工业及城镇用水对地下水开发利用量的不断增加，在大部分城镇所在地区和农业发达地区存在不同程度的地下水资源超采现象，根据超采概念和超采发展阶段及造成的环境地质问题分析，一般认为超采存在以下三种状态：

1、未超越安全水位超采状态

开采量大于或等于多年平均补给量，区域水位持续下降，但未达到安全水位深度，可能有局部超采漏斗形成并扩大，但未造成任何不良环境地质问题。此种状态处于超量开采地下水早期，区域地下水为虽未超越安全水位线，但由于开采量大于等于补给量，水位仍会近匀速持续下降，一定时期后便超越安全水位，引起环境地质问题。

2、接近或位于安全水位超采状态

开采量大于或等于多年平均补给量，区域水位持续下降，接近或等于安全水位，区内可能有多个超采漏斗形成并扩大，基本未造成任何不良环境地质问题。此种状态处于超量开采地下水中期，区域地下水为虽在安全水位线附近，但由于开采量大于等于补给量，水位仍会近匀速持续下降，一定时期后便超越安全水位，引起环境地质问题。

3、超越安全水位超采状态

开采量大于或等于多年平均补给量，水位持续下降，已超越安全水位深度，大范围超采漏斗形成并扩大，或多个较大降落漏斗形成并扩大，已造成明显不良环境地质问题。此种状态处于超量开采地下水后期，水位已超越安全水位线，水位仍会近匀速持续下降，一定时期后便造成水位枯竭及其它境地质问题。

所有超采状态太的地下水均衡式为：

Q 开=Q

补

−Q

排

+μF∆h/t（1）

（Q

开≥Q

补

，Q

排

>0，∆h/t>0）

式中：Q

开

--现状开采量（L3/T）；

Q

补

--多年平均补给量（L3/T）；

Q

排

--排泄量（为侧向径流排泄量和蒸发量）（L3/T）；

μ—含水层给水度；

F—资源评价区面积（L2）；

∆h—区域现状平均水位到设计开采期平均水位将（L）；

t—设计开采期（T）。

三、超采状态下地下水允许开采量确定

1、未超越安全水位的超采状态允许开采量确定

需调整减小开采量。由于未达到安全水位线，无需调整后的开采量减少到能使水位恢复的程度，则是需要确定一个能使水位下降一定时间后，相对稳定到安全开水位附近或安全水位线上的开采量---允许开采量。

当在现状开采流场条件下调整开采量后，以允许开采量开采时，地下水位仍会下降，但下降速度会逐渐变小。随着降深增大，含水层逐渐变薄，侧向排出量和蒸发量亦会逐渐变小，水位逐渐下降到安全水位，并处于动态稳定状态，即补给量与开采量和排泄量及区域平均水位都处于动态稳定状态。从式（1）可知，在这个从非稳定趋于稳定的开采过程中，由于地下水位下降而减少的侧向排泄量和蒸发量等于整个过程衰减的疏干量，这是由于补给量和开采量是定值，单位时间内（一般以年计），排泄量减少了多少量，疏干量就相应减小多少量，到稳定状态时，排泄量减小到了稳定值，年内疏干量减小到了零，区域地下水位除受大气降水周期性影响而上下波动外，不再有持续下降现象，∆h/t=0。达到稳定状态后，如区域内仍有地下水浅埋区，蒸发量仍然会在局部存在，但由于水位处于动态稳定状态，蒸发量的多年平均值为定植，Q

蒸发量

=C。稳定状态动态均衡式为：

Q

允许开=Q

补

−KILh

安全

−C（2）

（Q

允许开

补

，h

安全

>0，∆h/t=0，C>0）

式中：Q

允许开

--要确定的区域地下水允许开采量（L3/T）；

h

安全

--根据区域环境条件、开采条件确定的区域地下水安全水位下的含水层平均厚度（L）；

I--区域地下水排泄边界处稳定状态水力坡度；用两侧流场预测确定；

K—区域地下水排泄边界处含水层渗透系数（L/T）；

C—区域安全水位下地下水蒸发量（L3/T），为定值。

2、接近或位于安全水位的超采状态允许开采量确定

需要降低开采量到允许开采量范围。由于该开采状态区域平均水位深度条件下，还未引起环境地质问题和资源枯竭现象，此时的排泄量（包括侧向流出量和蒸发量）即为最小安全排泄量；此时的含水层厚度即为安全厚度，开采动水位平均下降值应为零，疏干量为零。其均衡式为：

Q

允许开=Q

补

−Q

侧向流出

−C（3）

（Q

允许开

补

，Q

安全排泄

>0，∆h/t=0，C>0）

式中：Q

允许开

--要确定的区域地下水允许开采量（L3/T）；

Q

侧向流出

—现状侧向流出量（L3/T）；

C--地下水现状蒸发量（L3/T），为定值。

3、超越安全水位的超采状态允许开采量确定

需要减小开采量到允许开采量或更小一些的开采量，以便使水位缓慢恢复或以稍快的速度恢复。当在现状开采流场条件下调整开采量后，以允许开采量开采时，地下水位会逐渐回升，但回升速度也会逐渐变小。随着含水层逐渐增厚，侧向排出量和蒸发量亦会逐渐增大，水位逐渐回升到安全水位，并处于动态稳定状态，即补给量与开采量和排泄量及区域平均水位都处于动态稳定状态。在这个从非稳定趋于稳定的开采过程中，由于地下水位回升而增加的侧向排泄量和蒸发量等于整个过程增加的储存量，这是由于补给量和开采量是定值，单位时间内（一般以年计），排泄量增加了多少量，储存量就相应增加多少量，到稳定状态时，排泄量增加到了稳定值，年内储存增量减小到了零，区域地下水位除受大气降水周期性变化影响而上下波动外，不再有持续上升现象，∆h/t=0。整个恢复过程的均衡式为：

Q 开=Q

补

−Q

排

−μF∆h/t（4）

（Q

开≥Q

补

，Q

排

>0，∆h/t>0）