ch9 地下水资源管理

1、供水水文地质供水水文地质第九章 地下水资源管理第九章 地下水资源管理 主要内容一、地下水资源管理的基本概念二、开采地下水产生的公害及防治三、地下水资源的人工补给四、地下水资源管理模型及管理方案的制定 9.1 地下水资源管理的基本概念u一、地下水资源管理的内容、任务和目的一、地下水资源管理的内容、任务和目的 内容：内容： 地下水资源保护、合理开发与最佳利用 任务：任务： 1、确定和控制地下水资源的容许开采量 2、制定区域各类供水水质标准 3、统筹安排区域地下水资源分配 4、监测和预报地下水动态，实施地下水水质局部防治措施 5、协调、监督和管理各部门之间的计划用水 6、建立地下水资源管理模型和管理

2、体系 目的目的 水量目的：合理开发利用地下水，防止地下水资源枯竭 水质目的：防止地下水污染 环境目的：控制地面沉降、阻止海水（盐水）入侵，预防土壤的盐渍化和沼泽化 经济、社会目的：发挥地下水资源的经济效益，实现地下水资源的可持续发展 在满足环境目的的前提下，使有限的水资源发挥最大的经济效益，实现地下水资源的可持续利用u二、地下水资源管理的必要性二、地下水资源管理的必要性 问题问题地下水水位持续下降，地下水资源枯竭地下水污染加剧不合理的地下水开发利用导致地面沉降、地面塌陷、海水入侵等环境地质问题 目的目的水量目的水质目的环境目的经济目的、社会目的地下水资源管理地下水资源管理 9.2 开采地下水产

3、生的公害及防治 1、区域性地下水水位大幅度下降 原因：过量开采、补给因素减少、规划过失 危害：生产井报废湖掉泵、单井出水量减少、含沙量增加、设备维修周期缩短耗电量增加 2、地面沉降 3、海水（盐水）入侵 4、地面下空气缺氧 5、地面塌陷 9.3 地下水资源的人工补给u一、地下水人工补给的目的一、地下水人工补给的目的 1、补充地下水源，增大含水层的储存量，进行季节性调节和多年性调整 2、控制地面沉降 3、防止或减少海水入侵含水层 4、改变地下水的水质 5、改变地下水水温 6、保持地热水、天然气和石油地层的压力u二、人工补给地下水的水源和水质要求二、人工补给地下水的水源和水质要求 水源：水源： 地

4、表水（江河、湖泊、水库、池塘） 工业用水和工业废水 城镇公共供水（自来水） 地下水 水质：水质： 回灌水源的水质要比原地下水的水质好，最好达到饮用水标准 工业用水和工业废水 城镇公共供水（自来水） 地下水u三、地下水人工补给的方法及适用的水文地质条件三、地下水人工补给的方法及适用的水文地质条件诱导补给法间接法坑井入渗补给法河流入渗补给法沟渠入渗补给法水盆地入渗补给法淹没或回灌入渗补给法井内灌注补给法地表水入渗补给法直接法补给的方法地下水人工 适用条件适用条件 （一）直接法 1.地表入渗补给：地表土层有较好的透水性 2、井内灌注补给法：含水层上部覆盖有弱透水层，地表入渗受到限制，有自流回灌、真空

5、回灌、压力回灌 （二）间接法-诱导补给法 在河流或其他地表水体的附近凿井，抽取地下水，使地下水水位降低，增大地表水与地下水之间的水头差。 适用于：渗透性比较好的含水层，如砂、卵石地层通过诱导补给能建立水量丰富、水质好的地下水水源 9.4 地下水资源管理模型及 管理方案的制定u一、地下水资源管理模型一、地下水资源管理模型 （一）概念（一）概念 在一定的约束条件下，通过对地下水系统中某些决策变量的控制，使系统按既定的目标达到最优。这个目标可以是地下水水位、流量、水质、环境效益、经济效益和社会效益。即为：为达到某既定目标，应用运筹学求解最优化的技术方法（或称优化技术）所建立的一组数学模型。 数学表达

6、式为： 目标函数 max (或 min) F(x) 约束条件 gi(x)bi，i1，2，m 其中：x为决策变量 建立模型考虑的因素建立模型考虑的因素 1、水力学因素：控制地下水系统的水动力条件，为建立模型的基本因素 2、经济因素：分析经济效益所需的因素，如价格、成本、利润、净效益等 3、自然环境因素：评价模型维持生态平衡，防止污染，有利于水土保持的指标 4、技术因素：包括选用设备、运行方案、技术条件等 5、政治因素：包括各种法律、制度、政策 （二）实例（二）实例非承压稳定二维流含水层、均质、各向同性，东、西侧边界为隔水边界，南北为定水头边界管理目标：（1）两个开挖场，开挖场要求地下水位等于或低

7、于520m，开挖场要求地下水位等于或低于510m；（2）位于西南角的三口井总抽水量不得小于0.3m3/s；（3）保证东侧污染的范围不扩散，可选择在污染范围内抽水或在范围外注水，并且总抽水量要求大于0.2m3/s，抽出的地下水经净化处理后用于回灌；（4）除西南角三口供水井外，其余所有抽水井抽出的水须全部回灌至含水层（5）全区总抽水量最小管理目标。550m540m550m污染源开挖场h=500mN开挖场抽水井 （二）实例（二）实例 管理模型的数学表达式为： 目标函数 min Zqi,j 约束条件 ： （1）地下水流状态方程； （2）hi，j520 hk，l510 （开挖场） （3）qi，j0.3

8、（西南抽水井） （4）hk，lhm，n qi，j0.2 （污染区k、l内，m、n 外） （5）qi，jwm，n （w为回灌水量） 优化管理决策方案：优化管理决策方案： 为保证开挖场的水位要求，需增设两处抽水井群，其抽水量分别为0.04m3/s及1.124m3/s； 为保证开挖场水位等于或低于510m，需布置两处抽水量分别为0.033m3/s及0.457m3/s的抽水井群； 对于西南角这三口供水井，只需保持中间一口抽水井，其抽水量为0.3m3/s； 为保持污染范围不扩散，在污染范围内设计两口抽水量分别为0.2m3/s及0.113m3/s的抽水井，同时在污染范围外布置两处注水量分别为0.309m3/s及1.658m3/s注水井群。 全区最优化的总抽水量为2.267m3/s。 u二、地下水系统模型二、地下水系统模型电网络模型砂槽模型物理模型趋势分析频谱分析分析模型边界元法有限单元法有限差分法数值法解析法分布参数模型地下水均衡模型人工神经网络模型灰色系统模型自回归模