地下水资源评价(全套教学课件)

1、Q补为计算期间内地下水系统各补给量总和（m3/d）；Q排为计算期间内地下水系统各排泄量总和（m3/d）；Q储为计算期间内地下水系统储存量的变化量（m3/d）。储排补QQQ储排补QQQ补排补QQnQnniinii1111iniQn补11iniQn排11（Qb+Qb）-（Qp-Qp）Qk= Qc 上式简化为：Qk=Qb+Qp+QcywaterclowwatersionprecipatatQQQQQQinf补s wateroutflowpumpyspringQQQQQQ排niiiihFQ1n水量均衡法的水量均衡法的用途用途n主要评价各种条件下的地下水补给资源量主要评价各种条件下的地下水补给资源量n初

2、步确定地下水可开采资源量，或为确定地下水可初步确定地下水可开采资源量，或为确定地下水可开采资源量提供依据。开采资源量提供依据。n适用条件适用条件n理论上，可适用于任何地下水系统的水资源评价理论上，可适用于任何地下水系统的水资源评价n区域地下水资源评价，水文地质条件复杂，其它方区域地下水资源评价，水文地质条件复杂，其它方法难以应用法难以应用n水量均衡评价的主要步骤：n建立水文地质概念模型确定均衡要素 n划分均衡计算区 n确定水文地质参数 n确定均衡期，分项计算各补给量和排泄量 n利用地下水动态资料，计算储存量的变化量 n利用储存量的变化值，检验计算年的地下水补给量 n确定和计算地下水补给资源量

3、n格尔木河冲洪积扇是柴达木盆地地下水富集地段之一，地下水流域与地表水流域分布范围一致，为一完整的地下水系统。n根据地下水系统水文地质特征、边界条件、水动力参数、水位、流量在地下水系统中的空间分布情况，可建立如下概念模型：n边界条件。南边界由于地表水开始大量渗入补给地下水，为补给边界；北边界是地下水溢出带所在，为排泄边界；东西两侧为冲洪积扇边缘，以地下水流线作为边界。n水动力参数（T、）。根据钻孔抽水试验资料求得并进行分区，无抽水试验地区按类比或参考经验参数给定。n根据地下水赋存条件、水理性质及地貌特征，将研究区划分为两个亚系统，即砾石平原双层型潜水承压水亚系统（）、细土平原多层型潜水承压水亚系

4、统（）。 图图 双层型及多层型地下水系统双层型及多层型地下水系统 表表31 地下水均衡计算表地下水均衡计算表 单位：104m3/a补补给给项项河水渗河水渗入量入量（Q1）渠系水渗渠系水渗入量（入量（Q2）库区渗库区渗漏量漏量（Q3）河谷孔隙河谷孔隙水入流量水入流量（Q4）基岩裂隙基岩裂隙水流入量水流入量（Q5）合计合计4.39340.10760.73290.43800.00185.673777.431.9012.927.720.03100.00排排泄泄项项泉水溢泉水溢出量出量（Q6）潜水蒸发潜水蒸发量量（Q7）人工开人工开采量采量（Q8）地下径流流出量（地下径流流出量（Q9）合计合计3.087

5、31.04020.17861.16055.466656.4819.033.2721.23100.00 补给项补给项-排泄项排泄项+0.2071基岩侧向孔隙水潜入河川径流总Q不同河岸水文地质结构的基流分割法FQMspring地表分水岭地表分水岭地下分地下分水岭水岭表表 3 3- -2 2 地苏地区地下暗河流量计算值与实测值对比表地苏地区地下暗河流量计算值与实测值对比表 测流位置 地下水类型 地下水径流模数 (m3/skm2) 补给面积 (km2) 计算流量 (m3/s) 实测流量(m3/s) 准确度 (%) 备 注 六也百加 地下河天窗 60 0.24 0.20 83 地苏南口 地下河天窗 65

6、 0.26 0.20 77 实测值是抽水试验所得到的最大涌水量 地苏拉棠 地下河天窗 18 0.072 0.08 90 地苏万良 地下河天窗 14 0.056 0.06 93 是牵层裂隙溶洞水 大化达悟 地下河出口 0.004 44 0.176 0.155 88 相邻水系 注：流量均为枯水期数据。据广西壮族自治区水文工程地质队，1978 年。 抽补QQ恢复曲线恢复曲线水位降深曲线水位降深曲线近似直线下降近似直线下降tSFQQ抽补SQQFt补抽-30-25-20-15-10-504月30日5月10日5月20日5月30日6月9日6月19日6月29日S(m)tSFQQ抽补表表 3 34 4 解解联联

7、方方程程计计算算表表 联立方程 和 和 和 和 平均值 Q补 3679 2813 2688 2659 2710 F 1042 473 611 763 723 从计算结果来看，不同时段组合所求出的 Q补相差不大，但F值变化较大，可能是由于裂隙发育不均匀和降落漏斗扩展速度不均所致。 用水位恢复资料也可计算 Q补，其原始数据和计算结果列于表 35。 可以做出这样的评价：本区的补给量有限，如果开采量超过 2700m3/d，则会引起水位大幅度下降。因此，有保证的地下水可开采资源量应控制在 26002700 m3/d 之内。 表表 3 35 5 水水位位恢恢复复计计算算表表 从计算结果来看，不同时段组合所

8、求出的 Q补相差不大，但F值变化较大，可能是由于裂隙发育不均匀和降落漏斗扩展速度不均所致。 用水位恢复资料也可计算 Q补，其原始数据和计算结果列于表 35。 可以做出这样的评价：本区的补给量有限，如果开采量超过 2700m3/d，则会引起水位大幅度下降。因此，有保证的地下水可开采资源量应控制在 26002700 m3/d 之内。 表表 3 35 5 水水位位恢恢复复计计算算表表 时段（月日） 水位恢复值（m） )/(dmts 平均抽水量 （m3/d） 采用公式 补给量（m3/d） 7.27.6 19.36 3.87 0 tsFQ补 2798 7.217.26 19.96 3.33 107 ts

9、FQQ抽补 2517 平均值 2658 SQQFt补抽野外常见的QS曲线 类 型 表达式 说 明 直线型 qsQ q为单位涌水量（m3dm） 抛物线型 2BQAQs 在QQs/ 坐标系中为直线。A、B为待定系数。 幂函数型 BAsQ 在1gQ1gs坐标系内为直线。 对数型 sBAQlg 在Qlgs坐标系中为直线。 旱季旱季雨季雨季下降迅速下降迅速等速下降等速下降开采量大于旱季开采量大于旱季补给能力补给能力tsFQ抽stQF抽旱开TSSFQ0max抽补QtsFQts365)(雨抽补TQtsFQmmssttQF/325880553.14)10150(7 .1761)(0101dmtSSFQ/2 .

10、18412535232588030max开开日补补6 .881127 . 0 rTtdmTQtsFQ/332.19633656 .88)1900)150199(7 .1125880365)(（雨抽补2.4 解析法：评价方法和步骤图图32 试验场和开采井位置图试验场和开采井位置图1.开采井及编号；2.观测孔及编号；3.河道（据寒昌彬，1982）211()2niiiQSHHnW uK图图33 平行边界影射井示意图平行边界影射井示意图表 37 试验场参数及井的抽水量 含水层 第一段 第二段 第三段 井数 宽度(m) 长度(m) 厚度 (m) 9 500 8051 17 T=226.88(m2/d)

11、K=16.18 (m/d) =0.08 T=490.56 (m2/d) K=29.73 (m/d) =0.098 T=372.24 (m2/d) K=22.15 (m/d) =0.068 开采 总量(m3/d) 疏干 时间 (d) 井号 1 3 9 11 10 12 5 7 9 抽水量(m3/d) 400 300 600 800 800 573 672 449 386 4980 275 Sttyxse),(22*12*21*11*,41SSSSS。，atylatylatxlatxlyyxx22222121),(2,2)(*StatLatLSttSeyxeSttyxse),(22*12*21*1

12、1*,41SSSSS ),(2,2)(*StatLatLSttSeyxe2362. 0222105 . 7220002,372. 0222105 . 725500244atlyatlxamFt/1033.196442220002. 034680002. 0,272. 000258. 02227 . 66868 0 , 0)(0 , ),(0 , 0 0 , ),(0 , 0 , 321000222321tzyx nhKhhtzyxtyxqnhKtzyxnhtzyxhtzyxhtzyxppKzhzhKyhKxhKthtzyxzhKzyhKyxhKxthSnrntzzyxzyx3.2 2单元模型

13、设有一矩形潜水含水层（见图a, b），其三面围隔水边界，另一边为河流通过的补给边界。已知含水层的几何尺寸（2L, W），河流水位标高为0。由于含水层的厚度很大，认为含水层的导水系数（T）为常数，降水入渗强度为（N）。 可将含水层从平面上划分为两个相同的矩形单元，并设P1、P2分别为两个单元的抽水量。求两个单元的抽水量分别为P1和P2时，该含水层的稳定水位。并评价地下水的补给资源量和可开采资源量。 2111122()(0)02()0hhhW TW TN L WPLLhhW TN L WPL 112212 344PhhTPhhT实际工作中，可以将网格剖分的足够小，以满足对精度的要求。二维矩形网格剖

14、分ii-1i+1jj-1j+1hi,j以二维矩形剖分为例，运用质量守恒原理和达西定律，可以推导出每一个矩形单元的均衡方程。设矩形为正方形，边长x=y=常数，承压含水层导水系数为T，储水系数S，各单元的补排强度为，时间步长为t111111111,1,1,1,1,kkkkkkkkiji jiji ji ji ji ji jkkki ji jhhhhhhhhT yT yT xT xx ytS hhx yxxyy 11111,1,2211111,1,1,22()() ()()kkkkiji jiji jkkkkkki ji ji ji ji ji jkhhhhTTxxhhhhhhTTSyyt假设共有m

15、*n各网格，则可列出m*n个方程，刚好有m*n个未知水位，联立求解可得到t时段模拟各网格平均水位值。Step by step含水层（体）的三维剖分数值法解地下水模型流程图n水文地质条件分析 n地下水系统结构（空间分布）及其参数n地下水运动状态（D，T，C/P）n边界条件和边界值，最好以自然边界作为基模型边界，即以完整的水文地质单元作为模拟区n建立水文地质概念模型和数学模型 n水文地质条件概化原则n所概化的水文地质概念模型应反映地下水系统的主要功能和特征 n概念模型应尽量简单明了 n概念模型应尽量简单明了0200040006000800010000120001400002000400060008

16、000100001200014000系统几何形状系统状态系统参数系统输入基于网格的地下水数值模型12345678IIIIII面源（汇）分区点井分布钻孔分布（各层标高、水位标高）参数分区底图边界及地表水体（基于GIS的地下水模型）基于概念模型的地下水模型Conceptual models overlay with meshes to transform the properties of conceptual modelsFEFLOW SHELLASCIIGENERATE(ARC/INFO)FEMDATABASEDXF(AutoCad)SHAPE(ArcView)HPGLTIFFINTERFAC

17、EMANAGERMESHEDITORGENERATORPROBLEMAttributeEDITORSIMULATORKERNELPOST-PROCESSORDATAOPTIONSThe backward tracking option in MODPATH can be used to delineate capture zones for wells for a given time periodMT3DMS is a modular three-dimensional transport model for the simulation of advection, dispersion,

18、and chemical reactions of dissolved constituents in groundwater systems. MT3DMS uses a modular structure similar to the structure utilized by MODFLOW. MT3DMS is used in conjunction with MODFLOW in a two-step flow and transport simulation. Heads and cell by cell flux terms are computed by MODFLOW dur

19、ing the flow simulation and are written to a specially formatted output file. This file is then read by MT3DMS and utilized as the flow field for the transport portion of the simulation.RT3D is a modified version of MT3DMS that utilizes alternate chemical reaction packages. Numerous pre-defined reac

20、tions are available including instantaneous aerobic degradation, BTEX degradation with multiple electron acceptors, sequential anaerobic degradation of PCE/TCE, and combined aerobic/anaerobic degradation of PCE/TCE. For special cases, an option is provided for creating user-defined reactions. SEAM3D

21、 is a reactive transport model used to simulate complex biodegradation problems involving multiple substrates and multiple electron acceptors. It is based on the MT3DMS code. In addition to the regular MT3DMS packages, SEAM3D includes a Biodegradation package and NAPL Dissolution package.FEMWATER is

22、 a three-dimensional finite element ground water model. It can be used to simulate flow and transport in both the saturated and unsaturated zone. Furthermore, the flow and transport simulation can be coupled to simulate density dependent problems such as salinity intrusion.NUFT is a 3D multi-phase n

23、on-isothermal flow and transport model. It is ideally suited for vadose zone problems. It can be used to simulate a wide variety of remediation strategies including stream injection, vapor extraction, and air sparging.UTCHEM is a multi-phase flow and transport model. UTCHEM is ideally suited for the

24、 simulation of surfactant-enhanced aquifer remediation (SEAR), and DNAPL transport. UTCHEM is a mature model that has been widely used. The UTCHEM solver is efficient and robust. Future versions of the GMS/UTCHEM interface will include the simulation of biodegradation. 动画演示SEEP2D is a 2D finite elem

25、ent groundwater model. SEEP2D is designed to be used on profile models (XZ models) such as cross-sections of earthen dams or levees. The output from SEEP2D can be used to plot complete flow nets.出山口地表水出山口地表水水平径流带和水平径流带和溢出带含水层溢出带含水层平原水库平原水库垂向交替带含水层垂向交替带含水层人人工工渠渠系系地地表表水水灌灌溉溉蒸发蒸发人工开采人工开采蒸发蒸发人工开采人工开采向下游泻洪向下游泻洪渗漏渗漏自流井自流井泉排泄泉排泄渗漏渗漏图4 -1 现 状水资源条件下地下水、地表水转化模式及转化量示意图图4 -1 现 状水资源条件下地下水、地表水转化模式及转化量示意图921.51921.5112713.2212713.2217837.0917837.092912.162912.164344.304344.3012023.7212023.728557.298557.295309.205309.203271