第九章地下水资源量的计算与

1、第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价不可再生矿产资源与储量术语解释不可再生矿产资源与储量术语解释地质储量：在地层中，某种矿产的总量。地质储量按开采价值划分为表内储量和表外储量。 表内储量表内储量是指在现有技术经济条件下，有开采价值并能获得社会经济效益的地质储量。 表外储量表外储量是指在现有技术经济条件下，开采不能获得社会经济效益的地质储量，但当矿产价格提高或工艺技术改进后，某些表外储量可以转变为表内储量可采储量：是指在现代工艺技术和经济条件下，能从储油层中采出的那一部分油量。可再生资源水资源概念可再生资源水资源概念(与不可再生资源对比)水资源水资源广义水资源（英国大百

2、科全书）：水资源是自然界任何形态的水，包括气态水、液态水和固态水。只是对地球水分的简单描述有用吗？只是对地球水分的简单描述有用吗？狭义水资源：参与陆地水循环参与陆地水循环的液态水（一个水文年），在现有技术经济条件下可直接被利用、水质满足行业标准要求的水量。地表水资源地表水资源（目前使用的定义，属于狭义定义）河流径流量，是一种年复一年不断更新的水资源（陆地水循环量）地下水资源地下水资源(地下水补给量) (天然条件下，多年均地下水补给量地下水补给量地下水排泄量)在一个水文年内，地下水所获得的补给量（地下水循环量）水资源水资源地表水资源地下水资源重复量一、水资源评价的内容一、水资源评价的内容 水资源

3、评价主要是指对水资源数量、质量时空分布特征和开发利用条件的分析论证。 评价的重点对象一般是在现实经济技术条件下便于开发利用的淡水资源，特别是能迅速恢复补充的地表水和地下水。水资源的使用价值取决于水的质量和数量两个方面。 水资源评价包括水质评价和水量评价，水质评价是水量评价的前提，水量评价则是评价工作的核心。 通常所讲的水资源评价往往是就水量评价而言的，又称水资源数量评价。 地下水的使用价值包括水质和水量两个方面。它是否能成为有使用价值的资源，首先由水质决定的。在水质符合利用要求的前提下。看其可资利用的数量有多少。 因此，地下水资源评价，应同时进行水质和水量的评价。地下水量的计算和评价比水质评价

4、复杂得多；一般所说的进行地下水资源评价，都是在水质符合要求的前提下，着重对水量进行评价。 水资源数量评价的内容包括：评价区各种天然水数量的时空分布规律的研究；各种水量的计算及其资源归属的分析；可利用量的估算；各类水利用现状的调查及其开发前景的预测；论证解决供需矛盾的可能途径、控制调配水资源应采取的工程措施及对策建议等等。 供水水文地质勘察的主要任务之一就是要查明地下水的水质和水量，进行地下水资源评价。地下水量是处在地下水补给与排泄的动平衡中。是随着自然和人为因素的改变而变化的。特别是在大量开采地下水后，会引起地下水补给、排泄条件的改变，绐地下水量的准确计算带来不少困难。 地下水资源是按一定的地

5、下水系统分布埋藏的，不论是孔隙水、裂隙水还是岩溶水，系统内部的水是一个有机整体，具有密切的水动力联系和水化学组分迁移聚集的完整性。 正确认识地下水系统的结构以及系统与外界的联系，是评价地下水资源的基础。特别是在区域地下水水量评价时，更要注意与外围地区的水量联系，避免出现水量固化在计算区和水量重复计算的问题。 地下水资源量应按完整的地下水系统来进行。若指定的评价区仅为地下水系统的某个部分，水量计算时，计算区应适当扩大，使之覆盖一个完整的系统。如果评价区包容若干个地下水系统，则应按地下水圈划的结果，逐一评价。二、根据二、根据“三水转化三水转化”的规律进行评价的规律进行评价 在水文循环过程中，大气降

6、水、地表水、地下水是相互联系、相互转化的统一体。一方面，地表水、地下水接受降水的补给并通过蒸散作用将水分释放到大气中；另一方面，地表水与地下水也不断进行着水量交换。 就某种意义上说，地表水资源和地下水资源都是“三水转化”的中间产物。 自然条件下，大时空尺度三水转化的数量和运动规律往往具有宏观的稳定性，大气水、地表水、地下水之间保持一定的水量转化比例，各地区水资源的数量及各种水的更新周期也大体固定。 根据降水集中程度不同 在时间上可有雨季、旱季，丰水年、平水年、枯水年之分， 在地域上有干旱区、半干旱区、湿润区之别。 与之相对应，地表水量、地下水量也存在季节性的变化和多年周期的波动现象。不同季节或

7、不同年份其补给量可以相差很大。 所以，要注意资源量评价与水量评价在时间概念上的差别，避免以枯水年或丰水年份的补给量作为开采条件下水量补给保证程度的论证依据。 水量转化的问题不仅存在于地表水系统和地下水系统之间，即使在同一系统相邻子系统之间也是存在的，试图规定统一标准，严格界定转化量的归属，往往是不切合实际的，在实际工作中，因为考虑到地表水系统和地下水系统在结构形态、水动力特征等各方面的明显差别，地表水资源量评价和地下水资源量评价往往是分开进行的，某些水量的重复计算总是难免的。 根据三水转化的规律，对各系统间的水量耦合关系进行分析，在大体确定地表水资源量和地下水资源量的同时，通常考虑两者的重复计

8、算量决定取舍，以保证整体水资源量上的整合。至于水资源的开发利用条件的分析，则应综合考虑地表水、地下水取用条件的经济技术合理性及环境效应，按地表水、地下水联合调度的思路进行，不应再将两者分开。三、根据发展变化的观点进行评价三、根据发展变化的观点进行评价 随着科学技术水平的提高，人类控制、开发水资源的能力也会越来越强，一些现代方法利用、开发的水都有可能成为今后水资源评价的新对象，如海水淡化，陆地劣质水的资源化，土壤水的调控，冰川水、深层地下水的开发，生态用水的评价与保护等等。 1 1地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点一、地下水资源的特点 地下水资源，既不同于矿产资源也

9、不同于地表水资源，有它自己的特点。v可恢复性可恢复性a处于全球水循环体系之中b在水资源的评价中要以补给量为核心 v活动性及与周围环境的密切联系性活动性及与周围环境的密切联系性v调节性调节性( (或储存量的可变性或储存量的可变性) ) 取决于含水层的规模和含水介质特点取决于含水层的规模和含水介质特点v可恢复性可恢复性 当人工开采地下水时，在多数情况下，只要开采量不超过一定限度，虽然井附近的地下水位要降低，使地下水的储存量暂时减少，但只要停止开采，水位又可逐渐恢复原位，即地下水的储存量又得到了补充；这就是地下水的可恢复性。 固体矿产，开一点就少一点。没有恢复补偿性质，石油等液体矿产也是如此。地下水

10、虽然可以不断得到补给和更新，开采后可以补充恢复，但也不是取之不尽、用之不竭的。如果大量超采，也会造成地下水资源的消耗甚至枯竭。v活动性及与周围环境的密切联系性活动性及与周围环境的密切联系性 由于地下水与周围环境（气候，水文条件及地质条件等）有密切的联系，所以大都具有流动或活动性，特别是与地表水联系得更加密切，常常可以互相转化。这种联系反映在含水层的平面和剖面边界条件上。包括地下水的补给和排泄条件。 考虑到地下水的流动性，可用地下水的流量表示地下水的数量。由于人工开采地下水后，其边界条件可能发生变化。使地下水的流动状态改变，所以地下水的天然流量也不能完全反映地下水可被开采利用的数量。v调节性调节

11、性( (或储存量的可变性或储存量的可变性) ) 地下水在含水层中始终处在不断地补给和消耗的新旧交替过程中。补给和消耗量在不同年份或季节是不同的，特别是补给量随时间变化较大。 当补给丰富、大于消耗时，含水层就把多余的水蓄集起来使地下水的储存量增加；当补给较少或暂时停止时，又可用储存的地下水维持消耗，使储存量减少。储存量的这种可变性，在地下水的补给、径流、排泄及开采过程中均起着调节作用。这种性质是其它矿产资源所不具备的。 二、地下水资源量的分类二、地下水资源量的分类 50一60年代国内曾广泛采用HA普洛特尼科夫的地下水储量分类。他将储量分为如下四类。 动储量： 静储量： 调节储量： 开采储量： 该

12、分类在一定程度上反映了地下水量在天然状态下的客观规律，对我国当时地下水资源评价工作起过一定的作用。但它存在一些需要改进的缺点。 这种四大储量分类方法认为，将动储量加上调节储量作为开采储量。这种认识与实际相差甚远。因为没有考虑到开采条件下地下水流场的变化，而是建立在天然流场的情况下进行计算，所以不准确。 目前，我国较多的人主张将地下水资源量分为补给量、储存量和允许开采量(或可开采量)三类，既不用储量也不用资源，直接叫作地下水的各种量。 补给量：补给量：是指天然状态或开采条件下，单位时间从各种途径进入该单元含水层(带)的水量。补给来源：补给来源：有降水渗入、地表水渗入、地下水侧向流入和垂向越流，以

13、及各种人工补给。 注意：计算补给量时，应按自然状态和开采条件下两种情况进行。 实际上，许多地区的地下水都已有不同程度的开采，很少有保持天然状态的情况。因此，首先是计算现实状态下地下水的补给量，然后再计算扩大开采后可能增加的补给量。这后一种称为补给增量补给增量(或称诱发补给量、激发补给量、开采袭夺量、开采补充量等)。 来自地表水的补给增量：来自地表水的补给增量： 当取水工程靠近地表水时，由于开采地下水使水位下降漏斗扩展到地表水体。可使原来补给地下水的地表水补给量增大，或使原来不补给地下水，甚至排泄地下水的地表水体变为补给地下水。这就是开采时地表水对地下水的补给增量。来自降水入渗的补给增量：来自降

14、水入渗的补给增量： 由于开采地下水形成降落漏斗，除漏斗疏干体积增加部分降水渗入外，还使漏斗范围内原来不能接受降水渗入补给的地区(例如沼泽、湿地等)，腾出可以接受补给的储水空间，因而增加了降水渗入补给量。 此外，由于地下水分水岭向外扩展，增加了降水渗入补给面积。使原来属于相邻均衡地段(或水文地质单元)的一部分降水渗入补给量，变为本漏斗区的补给量。降水入渗的补给量，可按下列公式计算：按降水入渗系数计算时：式中：Q日平均降水入渗补给量（m3/d）； F降水入渗的面积（m2）； 年平均降水入渗系数； X年降水量（mm）。在地下水径流条件较差，以垂直补给为主的潜水分布区：计算降水入渗补给量时：式中： 一

15、年内每次降水后，地下水水位升幅之和； 潜水含水层的给水度。h来自相邻含水层越流的补给增量：自相邻含水层越流的补给增量： 由于开采含水层的水位降低，与相邻含水层的水位差增大。可使越流量增加或使相邻含水层原来从开采含水层获得越流补给，变为补给开采层。来自相邻地段含水层增加的侧向流入补给来自相邻地段含水层增加的侧向流入补给量：量： 由于降落漏斗的扩展，可夺取属于另一均衡地段(或含水系统)地下水的侧向流入补给量。或某些侧向排泄量因漏斗水位降低，而转为补给增量。来自各种人工增加的补给量：来自各种人工增加的补给量： 包括开采地下水后各种人工用水的回渗量增加而多获得的补给量。 补给增量的大小，不仅与水源地所

16、处的自然环境有关：同时还与采水建筑物的种类、结构和布局，即开采方案和开采强度有关。当自然条件有利、开采方案合理、开采强度较大时，夺取的补给增量可以远远超过天然补给量。例如 在傍河地段取水沿岸布井开采时，可获得大量地表水的入渗补给增量，并远大于原来的天然补给量成为可开采量的主要组成部分。但是，开采时的补给增量也不是无限制的。从上述补给增量的来源可以看出，它无非是夺取了本计算含水层或含水系统以外的水量。 从整个地下水资源的观点来看，邻区、邻层的地下水资源也要开发利用。这里补给量增加了那里就减少了。 从“三水”转化的总水资源的观点考虑，如果河水已被规划开发利用，这里再加大开采强度，大量夺取河水的补给

17、增量，则会减少了地表水资源。因此，在计算补给增量时，应全面考虑合理的袭夺而不能盲目无限制地扩大补给增量。 计算补给量时，应以天然补给量为主，同时考虑合理的补给增量。地下水的补给量是使地下水运动、排泄、水交替的主导因素，它维持着水源地的连续长期开采。允许开采量主要取决于补给量。因此，计算补给量是地下水资源评价的核心内容。储存量：是指储存在单元含水层中的重力水体积。 潜水含水层的储存量，也称为容积储存量，可用下式计算：W地下水储存量（m3）； 含水岩石的给水度(小数或百分数)：V潜水单元含水层的体积（m3）。VW承压含水层除了容积储存量外，还有弹性储存量，可按下式计算： 承压水的弹性储存量(m3)

18、； 贮水(或释水)系数(无因次)；F单元承压含水层的面积(m2)；h承压含水层自顶板算起的压力水头高度(m)。hF弹W弹W 由于地下水的水位常常是随时间而变化的。地下水储存量也随时而异。这是由于地下水的补给与排泄不均衡而引起的。地下水的储存量在地下水的运动交替和地下水开采过程中起着调节作用。 在天然条件下，地下水的储存量呈同期性的变化，主要有年周期，还有不同长短的多年周期。一般应当计算一年内最大储存量和最小储存量。在开采条件下，如果开采量不大于补给量，储存量仍呈周期性变化，在开采量超过补给量时，就由储存量来补偿这部分超过的开采量，使储存量出现逐年减少的趋势性变化。 有人将一定期限内的最小储存量

19、称为永久储存量或静储量永久储存量或静储量；它是在一定周期内不变的储存量。最大与最小储存量之差称为为暂时储存量暂时储存量，相当于调节储量。 在地下水径流微弱的地区。暂时储存量的数量可以很大，几乎接近补给量，可以将它作为允许开采量。在一般情况下，计算允许开采量时不能考虑永久储存量。如果动用了它，就会出现区域地下水位逐年持续下降的趋势，导致地下水源枯竭。 如果永久储存量很大(如含水层厚度大、分布又广的大型贮水构造)，每年适当动用一部分永久储存量，使在100年或50年内总的水位降不超过取水设备的最大允许降深也是可以的。例如，美国得克萨斯州高平原地下水源地，主要是消耗静储量来维持开采，据计算，可持续开采

20、40一50年。 允许开采量允许开采量( (或可开采量或可开采量) )： 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水量。 允许开采量的计算和确定，应符合下列要允许开采量的计算和确定，应符合下列要求：求：取水方案在技术上可行，经济上合理。在整个开采期内动水位不超过设计值，出水量不会减少。水质、水温的变化不超过允许范围。不发生危害性的环境地质现象和影响已建水源地的正常生产。 其常用的流量单位为m3/d或m3/h

21、或m3a等。简言之，允许开采量就是用合理的取水工程能从含水层中取得出来，还不会引起一切不良后果的最大出水量。 允许开采量与开采量是不同的概念。开采量是指目前正在开采的水量或预计开采量，它只反映了取水工程的产水能力。开采量不应大于允许开采量；否则，会引起不良后果。允许开采量的大小，是由地下水的补给量和储存量的大小决定的；同时，还受技术经济条件的限制。 地下水在开采以前，由于天然的补给、排泄，形成了一个不稳定的天然流场。雨季补给量大于消耗量，含水层内储存量增加，水位抬高，流速增大；雨季过后，消耗量大于补给量，储存量减少水位下降，流速减小。补给与消耗总是这样不平衡的发展着，形成一个不稳定的天然流场。

22、 这种不平衡的发展过程，具有年和多年的周期性。从一个周期的时间来看，这段时间的总补给量和总消耗量是接近相等的；如果不相等。则含水层中的水就会逐渐被疏干，或者水会储满含水层而溢出地表。 在人工开采地下水时，增加了一个经常定量的地下水排泄点，改变了地下水的天然排泄条件。即在天然流场上又叠加了一个人工流场。这既破坏了补给、消耗之间的天然动平衡，又力图建立新的、开采状态下的动平衡。 在开采最初阶段，由于增加了一个人工开采量，必须减少地下水的储存量，使开采地段水位下降形成一个降落漏斗。随漏斗扩大，流场发生了变化，使天然排泄量减少，促使补给量增加，即为补给增量。 在开采状态下，可以用下面水均衡方程表示：t

23、hFQQQQ开排排补补）（）（Q式中： Q补开采前的天然补给量(m3/d)；Q补开采时的补给增量(m3/d)；Q排开采前的天然排泄量(m3/d)；Q排开采时天然排泄量减少值(m3/d)；Q开人工开采量(m3/d)； 含水层的给水度；F开采时引起水位下降的面积（m2）；t开采时间(d)；h在t时间段内开采影响范围内的平均水位降(m)。 由于开采前的天然补给量与天然排泄量在一个周期内是近似相等的，即排补QQ上式可简化为： thFQQQ排补开 这个方程表明，开采量实质上是由三部分组成的。即：(1)增加的补给量(Q补)，也就是开采时夺取的额外补给量，可称为开采夺取量； (2)减少的天然排泄量（Q排），

24、如开采后潜水蒸发消耗量的减少、泉流量减少甚至消失、侧向流出量的减少等。这部分水量实质上就是由取水构筑物截获的天然补给量，可称为开采截取量。它的最大极限等于天然排泄量，接近于天然补给量； (3)可动用的储存量( ),是含水层中永久储存量所提供的一部分。 明确了开采量的组成，就可以按各个组成部分来确定允许开采量。允许开采量中补给增量部分，只能合理地夺取。不能影响已建水源地的开采和已经开采含水层的水量；地表水的补给增量。也应从总的水资源考虑，统一合理调度。thF 允许开采量中减少的天然排泄量，应尽可能地截取，但也应考虑已经被利用的天然排泄量。 例如，有的大泉是风景名胜地。由于增加开采后泉的流量可能减

25、小，甚至枯竭，破坏了旅游景观。这也是不允许的。 截取天然补给量的多少与取水建筑物的种类、布置地点、布置方案及开采强度有关。 如果开采方案不佳，则只能截取部分天然补给量。只有选择最佳开采方案及开采强度，才能最大限度地截取天然补给量。 因此，在计算允许开采量时，只要天然排泄量尚未加以利用，就可以用天然补给量或天然排泄量作为开采截取量。 允许开采量中可动用的储存量，应慎重确定。首先要看永久储存量是否足够大，再看现时的技术设备最大允许降深是多少，然后算出从天然低水位至区域允许最大降深动水位这段含水层中的储存量，按l00年或50年平均分配到每年的开采量中，作为允许开采量的一部分。 三、地下水量之间的关系

26、三、地下水量之间的关系 地下水各种量之间是相互联系的,并且是不断转化、交替的。 永久储存量或叫静储量是指储存水的那部分空间体积始终在含水，并不是说那部分水是永久储存不变的。它仍然会转化为排泄的水流走，再由补给来的水补充，同样参加水循环。 只有极少数在特殊条件下形成的地下水，如处在封闭构造中的沉积水，才没有补给、排泄量，而只有静储量。 大多数自然条件下的地下水都是由补给量转化为储存量。储存量又转化为排泄量，处在不断的水交替过程中。在开采条件下所取出来的水，都是由储存量中转化来的。由于储存量的减少，可以夺取更多的补给量来补充；同时，又截取了部分天然补给量，则使天然排泄量减少。 各种量的数量关系为：

27、Q天补-Q天排=Q储若在均衡周期内，则Q储0，上式变为：在开采状态下：Q实开Q补十 Q排+Q储Q允开Q补十 Q排+Q储或Q允开Q补十 Q天补+Q储式中：Q天补一天然补给量； Q天排一天然排泄量；Q储一储存变化量： Q实开实际开采量；Q允开允许开采量；Q补补给增量； Q排减少的排泄量；Q补一合理的开采夺取量；Q储一可动用的储存量； Q天补截取的天然补给量。进行地下水的水量评价，应具备下列资进行地下水的水量评价，应具备下列资料料勘察区含水层的岩性、结构、厚度、分布规律、水力性质、富水性以及有关参数。含水层的边界条件、地下水的补给、径流和排泄条件。水文、气象资料和地下水动态观测资料。初步拟定的取水构

28、筑物类型和布置方案。地下水的开采现状和今后的开采规划。进行地下水的水量评价时，宜按下列步骤进行进行地下水的水量评价时，宜按下列步骤进行根据初步估算的地下水水量和拟定的开采方案，计算取水构筑物的开采能力和区域动水位。确定开采条件下能够取得的补给量，包括补给量的增量、蒸发与溢出的减量。根据需水量和水源地类型（常年的、季节性或非稳定型的）论证在整个开采期内的开采和补给的平衡。确定允许开采量。计算和评价地下水水量时，计算时段的选择应符合下列规定：补给量充足，水文地质单元具有多年调蓄能力时，可采用多年平均，作为计算时段。补给量不充足，水文地质单元调蓄能力不大时，可采用需水保证率年份作为计算时段。介于上述

29、两者之间，可采用连续枯水年组或设计枯水年组作为计算时段。2 2计算地下水允许开采量计算地下水允许开采量的主要方法的主要方法 计算地下水的允许开采量是地下水资源评价的核心问题。 计算允许开采量的方法，也称为地下水资源评价方法。允许开采量的大小，主要取决于补给量，还与开采的经济技术条件及开采方案有关。 目前。已有计算方法约二三十种。依据不同原则，学者们对众多计算方法作了多种分类。教材根据计算方法的主要理论基础、所需资料及适用条件。选用了表9.1的分类，在实际勘查中。可据具体条件，选择一种或几种方法进行计算与评价，以相互比较论证与择优。当能够确定勘察区地下水在开采条件下的各项均衡要素时，宜采用水均衡

30、法计算和确定允许开采量。在地下水的补给以地下水径流为主，含水层的厚度不大、储存量很少且下游又允许疏干的情况下，可采用地下水断面径流量法确定允许开采量，其值不宜大于最小的地下水径流量。水源地具有长期开采的动态资料，证明地下水有充足的补给，且能形成较稳定的水位下降漏斗时，可根据总出水量与区域漏斗中心处的水位下降的相关关系，计算单位下降系数，并应结合相应的补给量确定扩大开采时的允许开采量。含水层埋藏较浅，开采期间地表水能充分补给时，可根据取水构筑物的型式和布局，采用有关岸边渗入公式确定允许开采量。需水量不大，且地下水有充足补给时，可只计算取水构筑物的总出水量作为允许开采量。当地下水属周期性补给，且有

31、足够的储存量，采用枯水期疏干储存量的方法计算允许开采量时，宜符合下列要求： 能够取得的部分储存量，应满足枯水期的连续开采，且抽水孔中动水位的下降不超过设计要求。 应保证被疏干的部分储存量能在补给期间得到补偿。 利用泉作为供水水源时，根据泉的动态观测资料，结合地区的水文、气象资料，评价泉的允许开采量时，宜分别符合下列规定： 需水量显著小于泉的枯水流量时，可根据泉的调查和枯水期的实测资料直接进行评价。 需水量接近泉的枯水流量时，可根据泉流量的动态曲线和流量频率曲线进行评价，也可建立泉流量的消耗方程式进行评价。 需水量大于泉的枯水流量时，如有条件，宜在枯水期进行降低水位的试验，确定有无扩大泉水流量的

32、可能性。在此基础上进行评价。利用暗河作为供水水源时，可根据枯水期暗河出口处的实测流量评价允许开采量。如有长期观测资料，也可结合地区的水文、气象资料，根据暗河的流量频率曲线进行评价。在暗河分布地区，某个地段的允许开采量可采用地下径流模数法概略评价，也可选择合适的断面，通过天然落水洞、竖井或抽水孔进行抽水，计算过水断面上的总径流量进行评价。勘察区与某一开采区的水文地质条件基本相似，且开采区已具有多年的实际开采资料时，根据两地区的典型比拟指标，可采用比拟法评价勘察区的允许开采量。布置群井开采地下水时，允许开采量可根据群孔抽水试验的总出水能力和开采条件下的相应补给量，并结合设计要求的动水位，反复试算和

33、调整后确定。水文地质条件复杂，补给条件难以查明时，可采用开采性抽水试验的实测资料直接（或适当推算）确定允许开采量。注：当实测的总出水量大于或等于需水量，动水位能较快达到稳定且不超过设计要求，停抽后动水位又能较快恢复时，抽水试验的时间不宜太长，否则应符合本规范第.条的要求。当采用数值法计算允许开采量时，应符合下列要求：水文地质条件的概化。）宜以完整的水文地质单元作为计算区。）按含水层的岩性结构、水力性质、导水特征等，可分区概化为：潜水或承压水，均质或非均质，各向同性或各向异性，单层、双层或多层。）地下水流状态，可根据其特征分别概化为稳定流或非稳定流，一维流、二维平面流或剖面流，准三维流或三维流。

34、）计算区边界可概化为给定地下水水位（水头）的一类边界，或给定侧向径流量的二类边界；或给定地下水侧向流量与水位关系的三类边界。 数值模型的建立。）计算区网格剖分的疏密，应与相应勘察阶段的资料相适合，布局合理。）按含水层特征分区，给出水文地质参数的初始估算值。如需在模型识别过程中调整分区，应与其水文地质特征相符合。）宜采用拟合校正方法反求水文地质参数，识别和检验数值模型；数值模型的识别和检验，必须利用相互独立的不同时段的资料分别进行。）利用非稳定流试验资料识别模型，应使地下水位的实际观测值与模拟计算值的变化曲线，趋势一致，并采用使得水位拟合均方差等目标函数达到最小，作为判断标准。）利用稳定流试验资

35、料识别模型，模拟的流场应与实测流场的形态一致，且地下水流向应相同。地下水预报。）对计算区的大气降水和河川径流进行水文分析，评价平、枯、丰不同年份的降水量和径流量，作为地下水预报的基础。）根据预测分时段给出预报的外部条件，包括预报期间的边界的流量、水位、垂向交换的水量等。必要时，可建立相应的统计模型或计算区外围的区域大模型进行计算。）对给定的方案或各种可行的开采方案进行预报，应论证其是否满足给定的技术、经济和环境的约束条件。）预报成果的精度，可采用地下水预报模型进行地下水均衡计算的结果，进行分析和评定。在确定允许开采量的过程中，如需计算各抽水孔内或邻近孔内的水位下降值时，应考虑由于三维流、紊流、

36、孔损等因素的影响而产生的水位附加下降值。1 1 非开采井降深非开采井降深：地层降深(各种公式计算值、数值模型计算值)2 2 开采井内降深开采井内降深：地层降深(公式计算值、数值模型计算值)井损与三维流的影响产生的附加下降值当含水层参数求出以后，可用以下方法近似计算附加降深值1 已知T、S(或)2 用泰斯公式，计算井壁管rw处的地层水头损失sw3 井损与三维流等附加降深 实际观测井内抽水降深值 sw多数情况下，详查阶段的水文地质勘查，用下列方法确定允许开采量： 1 用带观测孔的单孔抽水试验资料确定含水层水文地质参数，初步确定拟建水源地的产水能力。 2 预测拟建水源地开采后水环境的变化，可用解析解

37、公式，若解析解公式难以满足要求，也可用数值方法计算开采后的水环境变化。 3 利用预测的水位、降深等变化程度，以及地下水补给量与开采量的相对大小关系(整个水文地质单元或明显影响区)，评价允许开采量。 多数情况下，勘探阶段的水文地质勘察，用下列方法确定允许开采量 1 用群孔抽水试验资料计算含水层参数，确定水源地的产水能力；2 水源地运行后的水环境变化，用数值模型预测；3 利用预测的水位、降深、潜水流量、潜水蒸发等变化程度，以及地下水补给量与开采量的相对大小关系(整个水文地质单元或明显影响区)，评价允许开采量。 一、 以渗流理论为基础的方法一）如何选择公式 地下水动力学中介绍了许多井流公式，选用时应

38、考虑以下几方面: （一）根据地下水开采动态类型或从水文地质条件分析，判定是采用稳定流公式还是非稳定流公式。 自然界大都是非稳定流，但在就地补给条件较好的地区，有似稳定流出现时，选用稳定流公式计算，既简便，又可得到较好的成果。例如在有地表水补给的河谷地区，或在降水丰富、补给条件又好的地区均可用稳定流公式计算。 （二）考虑地下水类型、含水介质性质和边界条件。选择承压水井还是潜水井的公式；依据均质还是非均质，无限边界还是有限边界，有无渗入补给和越流补给等，分别选用不同的公式。 （三）根据拟定的开采方案选用相应的公式。考虑取水构筑物的类型、结构、布局、井距等，一般尽量采用完整井互相干扰的稳定流或非稳定

39、流公式计算。也可以采用开采强度法。即概化为单位面积的开采量。一、简易评价法一、简易评价法 已经开发多年的旧水源地，为了扩大开采，需要判明水源地的开采潜力，要求进行水源地地下水允许开采量评价。这时，可根据开采过程中的多年动态资料，计算地下水允许开采量。（一）根据已有开采量和水位变幅求允（一）根据已有开采量和水位变幅求允许开采量许开采量 收集多年的开采动态资料，以年水位变幅h（通常取水文年的起点或终点的水位差）为纵轴，以对应年的开采量为横轴，在直角坐标纸上做散点图。如果历年的补给量基本稳定，则散点分布的趋势将接近直线。在直线上或其延长线上，取变幅h0的开采量，就是要求的允许开采量。 这种方法符合均

40、衡开采的原理。在多年开采过程中，如果开采量补给量，则有正均衡h0；如果开采量补给量，则有负均衡h0。现取h0时的开采量补给量，显然这是保持均衡开采条件下的最大开采量，故为允许开采量。 这种方法适用于历年开采量都有变化的潜水或承压水的水源地。但是对那些随开采量增加而开采补给量也不断增大的水源地。可能偏离直线相关，因而方法失效。（二）根据补给量和水位变幅求允许开采量 在缺少开采量记录，但有历年水位动态资料的水源地，可用历年的补给量代替允许开采量，按类似的图解法求出允许开采量。这时，仍以年水位变幅为纵轴，以历年的补给量（通常用地表水的均衡法计算）为横轴，在直角坐标纸上做出散点图，如果历年的补给量相对

41、稳定，则散点的分布趋势仍呈直线关系。在直线或其延长线上，取h0的补给量就相当允许开采量。 该方法的原理仍是均衡开采。同前段不同的地方，是从地表水均衡计算中求出历年的地下水补给量，再把h0时的补给量做为允许开采量。 这种方法，主要适用于同地表水有密切水力联系的潜水或承压水的水源地，以便借助地表水的均衡关系，找出历年的地下水补给量，但是对那些在开采过程中不断有补给量加入的水源地，散点图可能偏离直线相关，方法失效。（三）根据水位变幅为零的年份求允许开（三）根据水位变幅为零的年份求允许开采量采量 在水源地的历年动态资料中，如果能够选出一个年初和年终的水位接近一致的水文年。这一年恰好满足均衡开采的要求，

42、则从该年的均衡计算中可以直接求出允许开采量。 这种方法，主要适用于潜水水资源，对于没有越流补给的承压水，年初年终的水位不可能趋向一致，显然是无效的。 即使在越流补给的承压含水层中有可能形成年初和年终的均衡状态时，由于越流补给量很难求准，应用这种方法也比较困难。（四）根据达西定律求允许开采量（四）根据达西定律求允许开采量 在潜水或承压水的水源地中，根据勘探试验资料定出过水断面A和渗透系数K，再从长期开采的水位观测中求出平均水力坡度J，按达西定律求得补给量： QAKJ 这个补给量可做为允许开采量的上限。 这种方法，没有考虑垂向补给量。所以只能适用于没有渗入补给或越流补给的水平衡；忽略了水力坡度随开

43、采量增减的变化。故对开采量逐年增多的水源地不太适用。（五）根据流网估算允许开采量（五）根据流网估算允许开采量 在有多年开采量和水位记录的旧水源地中，按水位记录划出流网可计算侧向补给量Q侧。再把水源地的均衡区看做一个集中参数系统。从下列均衡式：Q侧Q垂F+Q开 中心计算垂向补给量Q垂。最后把补给量Q补Q侧Q垂做为水头h的函数。便可求出预定开采水平时的允开采量。式中：F是均衡区面积，是平均储水系数。是均衡区水头的平均变化量，Q是开采量。具体做法如下： 先求Q侧，根据均衡区的水头实测资料，划出历年或一个水文年不同季节的等水头线，据此再划出流网。 在各向同性含水层中，每一网格都接近曲线正边形，hb，所

44、以每一网格的流量Q可按达西定律计算： QTbTh设均衡区的总流带数为Nf，水头下降带数为Nd，Q侧为侧补量，h为均衡区的水头下降值，则有：Q侧NfQ，或QHNdh，或h把Q和h代入式，即得整个均衡区的侧补量计算式：Q侧T h f侧NQdNhdfNN 再求Q垂。按实测的动态资料。先求F，再用式计算对应的Q侧，并统计各自的开采量Q开，最后按 Q侧Q垂F+Q开 式计算垂向补给量：Q垂FQ开Q侧 由上式可以推出定开采水平时的补给量，做为允开采量的上限，实际资料证明，地面沉降往往和垂向补给量有相关关系，所以从Q补中分离出来的Q垂又为预测地面降速提供了很好依据。 此外，还有以稳定流为基础的下降漏斗法、补给

45、带宽度法、开采系数比拟法水文地质条件比拟法等。它们不需要多年的动态资料。只要一次统调的开采量和水位资料就可计算。计算结果比较粗略。但方法简单。正确运用也有一定使用价值。这里从略。 综合上述所有评价方法，都是在一定水质条件下以均衡开采的补给量做为允许开采量。如果有些水源地尽管满足均衡开采，但补给的是咸水或劣质水。则计算的允许开采量毫无意义。这时可根据抽水条件的允许降深确定开采量。如采用咸淡水均衡法、淡水漏斗法等。二、开采试验法二、开采试验法 含水层分布面积不大，试验期的下降漏斗有可能扩展到所有边界；含水层厚度较大，在试验期或开采期有一定储存量可起调节作用；已知含水层的可能补给源，常年补给或季节补

46、给，但具体补给条件很复杂。一时很难查清。 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采用已有的生产进行开采试验，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，宜做跨季定量抽水试验，利用补偿疏干原理求出补给量评价开采量。具体方法如下：（一）常年补给为主地区（一）常年补给为主地区 这类地区虽有常年补给源，但水文地质条件复杂，一般很难查清补给边界和补给量。如果需水量不大，而又急需做出评价时，最好按下列条件进行开采试验：

47、试验时间安排在旱季后期，延续一至数月，抽水量必须等于或大于需水量。 满足未来的需水量要求，抽水期间宜由小到大调节抽水量，形成若干落程：从抽水到恢复进行全面观测，随时划出开采动态历时曲线。结果可能出现两种开采动态。 （1）稳定动态：在按等于或大于需水量的抽水期间，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。这就说明，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是要求的开采量。开采动态历时曲线如图10-13。 （2）非稳定动态：按等于或大于需水量抽水后，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

48、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。按需求量开采没有保证。开采动态的历时曲线如图10-14。 出现这种动态时，可按时段均衡法分离补给量做为开采量。因为，当下降漏斗已经扩展到含水层边界后，动水位便开始等幅下降。降速大小同抽水量成比例。所以任一时段的水量均衡都应满足下式：FS（Q抽Q补）t F是漏斗范围内动水位下降一米时提供的储存量（m2）简称单位储存量。可视为定值；S为t时段水位的等幅下降值（米）；Q抽是时段的平均抽水量（米3/日）；Q补为开采条件下的补给量（米3/日）。由上式得解出Q抽得 Q抽Q补F 结果说明，抽水量由两部分组成 ，一是开采条件下的补给量

49、；二是含水层消耗的储存量。我们的任务就是把包括在抽水量中的两部分水量设法分解出来。以便用补给量评价开采量。ts方法之一：求出给水度和降落漏斗面积，根据抽水水位降速 算出 ，即储存消耗量。即：tSFtstSFQ抽补Q方法二，用不同抽水流量的水位降速解联立方程求出F值，再求补给量。也可以利用抽水量相对稳定，动水位接近等幅下降的若干时段资料。如图10-14中的 Q1抽， Q2抽等，分别代入上式组成代数方程组，再用消元法解出Q补和F值。 11ts22ts联立求解222111tSFQQtSFQ补抽补抽Q112212tStSQ抽抽QF121122122tStStSQQQ抽抽抽补Q为了核对所求Q补的可靠性。

50、可用水位恢复资料进行检查。停抽后，有水位回升，漏斗收缩。停抽时，Q抽0，由此又得简单式：这里F应取消元法解出的平均值； 表示水位的等幅回升速度。 33tsFQ补33ts 根据以上所求的Q补做为开采量，无疑是有补给保证的，但没有考虑雨季可能引起的补给增量，可用长观资料求出来。设雨季的水位变幅为h，则补给增量为Fh，把它分配为全年使用加入开采量中，即得：365hQFQ补开实例：实例：某水源地，位于基岩裂隙水的富水地段。在0.2平方公里面积内打了12个钻孔，最大孔距不超过300米。在其中三孔中进行了四个多月的抽水试验，观测数据列入表10-1中。表表10-1时段（月、日）5.1-5.255.26-6.

51、26.7-6.106.11-6.196.20-6.30平均抽水量（米3/日）31692773326230712804平均降速（米/日）0.470.090.940.540.14 在抽水过程中，水位急剧下降结束，开始等幅持续下降；抽水量减少和暂时中断抽水或停抽后都发现有水位等幅回升现象。这说明抽水量已经大于补给量，可以按式 计算Q补和F值。将表10-1中的数据代入上式得：365hQFQ补开3169Q补0.47F2773Q补0.09F3262Q补0.94F3071Q补0.54F2804Q补0.14F考虑到数据的合理性的，把五个方程搭配联解求出Q补和F值，结果列入表10-2中。 表表(10-2)联立方

52、程编号和和和和平均值Q补26792813268826592710F1042473611763723 数据证明，各时段的补给量比较稳定，但F值变化较大，这可能是裂隙发育不均和漏斗展速不均的反映。 用水位恢复资料核对Q补时，原始数据和计算结果列入表10-3中表(10-3)日）（米/ts时段（月、日）水位恢复值（米）平均抽水量（米3/日）公式补给量（米3/日）7.27.619.363.870式27987.217.2619.963.83107式2517平均值 2658 综合以上的计算结果，可以做出这样的评价结论：本区补给量有限，如果开采量超过2700米3/日，则会破坏均衡开采，引起水位持续下降：有保证

53、的开采量宜在26002700米3/日之间。在短期内，允许超过这个数值，暂时借用储存量，但应保证丰水季节补偿回来。本区尚缺乏长观资料。无法计算雨季的补给增量。应立即着手长期观测工作。（二）季节补给为主地区（二）季节补给为主地区 这类地区的常年补给量很少或没有，不可能满足需水要求，虽然在雨季有补给源，但时间短、又集中，如果不及时利用就要自然消耗掉。所以，在勘察中容易得出不适开采或没有补给保证的评价结论。然而，季节补给为主地区有可改造的水量均衡关系，只要因势利导使水量均衡向有利于开采的方向发展。就可增加补给量，扩大开采量。 在天然条件下，旱季补给不足时消耗储存量，水位下降；到雨季补给充足时补偿储存量

54、，水位回升。 在开采条件下这种天然分配过程。可向有利开采的方向发展。旱季补给不足时，可以暂借储存量，保证连续开采；雨季补给时，借助于疏干的含水层空间和增大水位差的作用，增大补给量，除保证开采外，多余的可以补偿储存量，留下一个旱季再借用。枯水年和丰水年之间也有类似的分配关系。 充分利用这种补偿疏干原理，即旱季或枯水年暂借储存量。雨季或丰水年补偿储存量，即能增加补给量，又可扩大开采量。这就叫以丰补欠的评价方法。 采用这种评价方法时，水文地质条件应满足两个要求：一是雨季允许借用的储存量必须满足旱季连续开采的要求，而不能中断开采；二是雨季补给时除了用于当时的开采外，多余的补给量必须把借用的储存量全部补

55、偿回来，而不是部分补回。三、要注意计算区流域内水资源总量的合理优化配置。 因此，可按下列条件进行开采试验，第一，试验时间应当跨季抽水，宜从旱季末期开始，雨季补期停止，以便观测到下降漏斗内动水位的等幅下降和等幅回升过程；第二，抽水量可以小于、等于或大于需水量，由现场的设备条件决定。但必须使漏斗扩展到含水层所有边界；第三，定量抽水。 在旱季，漏斗等幅下降过程中，说明漏斗已经波及全区，并形成全区的疏干过程，所以，从急速下降结束时间T0开始，任何时段抽出的水体积应等于含水层储存量的变化量， F是单位储存量，可视为定值，S是动水位在t时段的等幅下降值，Q是定量抽水量。tQSF如把旱季抽水资料代入式，可求

56、得： Q1是旱季的平均抽水量，S1是旱季末刻t1的水位降，S0是急速下降结束t0时的水位降。 有了F值，可分别计算开采量、补给量，并做出评价。o1011SS)t(tQF（1）计算开采量 旱季借用的储存量，必须保证整个旱季连续开采，所以旱季末期形成的最大水位降不得超过设计的允许降深。设允许降深SS允S0；一年的旱季时间用t旱表示，tt旱t0把这些代入（4）式，并令QQ开，得 （10-7）旱允旱允开tttQ000SSFSSF 因t旱t0，故在计算中允许略去t0，这样计算的Q开，只能保证整个旱季连续开采，不会中断，但不一定有补给保证。（2）计算补给量 在雨季，无论补给方式（垂向补给、侧向补给或二者兼

57、有）如何，进入含水层的补给量除了平衡雨季开采量外，多余部分就要补偿旱季借出的储存量，引起水位回升，这时可以近似认为，等幅回升时的单位补偿量和等幅下降时的单位储存量相等。 设雨季初期测得的水位回升S2。经过时段t2，则单位时间内补偿的水体积为 ，如用t补表示雨季的总补给时间，则雨季补给的总体积可近似认为：t补 式中Q2为雨季开采量，把这个体积分配为全年开采时，即得平均补给量： （10-8）)QtS F(222）（补222补SF365QQtt22tSF 为了供水安全，考虑到可能出现旱年系列时段应从多年气象周期出发，采用安全系数a=0.5-1。这时的t补aT补，T补为勘察年的实际补给时间。 综合以上

58、两步计算结果，如果Q补Q开，则证明Q开是可以取出来又能补给保证的开采量，否则，应取Q补做为开采量。 实例，某新建水源地，据勘探查明：含水层为厚层灰岩，呈条带状分布，面积约5平方公里；灰岩分布区有季节性河流，所以岩溶水的补给源主要是季节性河水渗漏和降雨入渗补给。为了评价开采量，做了跨季开采试验，勘察年的旱季时间t旱253天，雨季补给时间T补112天，允许降深规定为S允23米，S0=5米，S1=14.53米；t1=150天，t0=10天。雨季初的水位回升S=11.7米，回升时间t=49天，雨季开采量Q=1900米3/天。首先，按旱季抽水资料计算25880553.14)10150( 7 .1761S

59、S)t(tQF01011其次，求开采量，把有关数据代入（10-7）式得2 .184125352325880SSFQ0旱允开t 最后，求补给量。分析当地多年水文气象资料后，取安全系数a0.7，故t补aT补0.711288.6日，代入（10-8）式得：日。米）（补补/32.1963)1900497 .1125880(3656 .88QtSF365tQ32 综合上述结果，Q补Q开，故Q开1841米3/日是即可取出又能补给保证的开采量。这就是以丰补欠的评价方法。 此外，还有稳定流的水力削减法，非稳定流的水力削减法等。都是根据两开采试验资料，预报井群开采量的方法，在水文地质条件简地区，正确使用这些方法，

60、也能得出比较可靠的评价结果。三、三、水量均衡法水量均衡法 （一）基本原理和方程式 水量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。水量均衡法的基本原理水量均衡法的基本原理：任一时间段的补给量和消耗量之差，等于地下水系统中水体积的变化量。天然条件下的地下水均衡方程式天然条件下水量均衡方程式： 或式中：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天然多年均衡方程式 天然条件下，多年