第四章(2)地下水资源

1、第三节 地下水资源的计算一、地下水资源的概念与分类赋存于地壳地表可供人类利用的，本身又具有不断更新、恢复能力的各种地下水量可称为地下水资源。（一）以水均衡为基础的分类法地下水资源量可分为：补给量，排泄量和储存量三类。bpVVV 第三节 地下水资源的计算补给量 补给量是指某时段内进入某一单元含水层或含水岩体的重力水体积，它又分为天然补给量、人工补给量和开采补给量。 天然补给量指天然状态下进入某一含水层的水量（平原区主要是降水入渗，地表水渗漏；山丘区主要是大气降水入渗）。 人工补给量指人工引水入渗补给给地下水的水量。 开采补给量是指开采条件下，除天然补给量之外，额外获得的补给量。第三节 地下水资源

2、的计算第三节 地下水资源的计算储存量 储存量是指储存在含水层内的重力水体积，该量可分为容积存储量和弹性储存量。容积储存量是指潜水含水层中所容纳的重力水体积： V容=V 弹性储存量是指将承压含水层的水头降至含水层顶板以上某一位置时，由于含水层的弹性压碎和水体积弹性膨胀所释放的水量： V弹= esF e承压含水层的弹性释水系数 s承压水位降低值第三节 地下水资源的计算（二）以分析补给资源为主的分类法l普洛特尼可夫分类法（1）静储量天然条件下储存于潜水最低水位以下含水层中的重力水体积。（2）动储量单位时间内通过垂直于地下水流向的含水层过水断面的地下水量。（3）调节储量天然条件下年最高与最低水位之间潜

3、水含水层中的重力水体积。（4）开采储量在不发生水量显著减少和水质恶化的条件下，用一定的取水设备从含水层汲取的水量第三节 地下水资源的计算二、平原区地下水资源量计算在平原区，通常以地下水的补给量作为地下水资源量。1、降雨入渗补给量（1）系数法 Pr=P（2）地下水位动态分析法 Pr=h（3）年降水入渗补给量的计算 Q降=10-5P年年F 年= h/P年（4）降水量水位上升相关法 在平原区，地下径流微弱，降水入渗后引起潜水位上升，建立降水量P与潜水位上升值h相关关系，推求补给量。第三节 地下水资源的计算2、河道渗漏补给量l当河水位高于两岸地下水位时，河水在重力作用下，以渗流形式补给地下水。这种现象

4、称河道渗漏补给。l常年出现这种现象的：一是河流出山后，在山前倾斜平原上的河段；二是某些大河的下游，由于河床淤积填高，从而产生河水补给地下水。l有些河道只在汛期才补给地下水，汛期后则排泄地下水。第三节 地下水资源的计算河道渗漏补给量的确定（1）断面测流法在河道上选择一定距离的上下两个测流断面，通过流量的测定计算河道渗漏补给量的方法。 Q河渗=(Q上-Q下)-E0LQ上、Q下河道上、下断面实测流量E0水面蒸发量； 水面宽； L实测流量段距离（2）单位长度渗漏量法 Q河渗=(Q上-Q下)(1-)L/LL测流段长度；L计算河段长度； 修正系数测流段长度不宜多短，不然误差较大，L不宜小于1km第三节 地

5、下水资源的计算年河道渗漏补给量的计算年河道渗漏补给量通常采用比率法计算。河道渗漏补给量与流量、测流段长度之比值，称为单位长度渗漏率对于某一特定的河道，与、Q的关系是一组以Q为参变量的曲线组。根据实测的地下水资料，由 Q关系曲线上查出相应的：12QQL Q1niiiVLQt第三节 地下水资源的计算3、灌溉水入渗补给量（渠系、田间）l渠系渗漏补给量渠系渗漏补给量是指干、支、斗、农、毛各级渠道在输水过程中对地下水的渗漏补给量。 Q渠系=mQ渠首引l渠灌田间入渗补给量渠灌田间入渗补给量指灌溉水进入田间后，渗漏补给给地下水的水量，包括田间渠道（斗渠以下）的渗漏。 Q渠灌=渠Q净Q净田间净灌水量，通常根据

6、渠首引水量乘以渠系有效利用系数，或用灌水定额与灌溉亩数的乘积求得。第三节 地下水资源的计算4、越流补给量 如果某一含水层的上覆或下伏岩石为弱透水层，并且该含水层的水头低于相邻含水层的水头，则相邻含水层中的地下水可能穿越弱透水层而补给给该含水层，这种现象称为越流补给。越流补给可按达西定律近似计算：在t时段内的越流总量W为：HQK FMHWK FtM第三节 地下水资源的计算5、山前侧向补给量山前侧向补给量是指山丘区的地下水通过侧向径流补给平原区地下水的水量。它在区域地下水资源量中占有较大比重。它的重要性仅次于降水入渗，具有长期的供水利用价值。第三节 地下水资源的计算山前侧向补给量的主要计算方法是沿

7、补给边界切剖面，分段按达西公式进行计算： Q侧补=KIBh式中，K渗透系数；I垂直于剖面方向上的水力坡度；B计算断面宽度；h含水层计算厚度第三节 地下水资源的计算潜流的过水断面在自然界常常是不规则的，可能呈某种曲线轮廓，因此在补给边界处布设钻孔，作为地下水位的观测孔，统测地下水位后绘制潜水等水位线图，然后沿某一等水位线垂直向下，切出过水断面。如果计算的过水断面宽度B值很大，而且岩性、含水层厚度都有变化，可分段计算第三节 地下水资源的计算（二）排泄量的计算平原地区地下水的排泄量主要有潜水蒸发量、河道排泄量、侧向流出量、越流排泄量以及人工开采量等。1、潜水蒸发量l潜水蒸发量是指潜水在毛细管引力作用

8、下向上运动所造成的蒸发量，包括棵间蒸发量和植被叶面蒸腾量。潜水蒸发是浅层地下水消耗的主要途径。l潜水蒸发强度是指潜水在单位时间内从单位面积上蒸发的水量体积。第三节 地下水资源的计算影响潜水蒸发的因素（1）土质因素（沙土、黏土、壤土）（2）潜水因素（蒸发极限深度）（3）气象因素（气温、空气相对湿度、风速）（4）植被因素（有无作物生长）l潜水蒸发量的确定 E=10-50CF式中，0水面蒸发量 C潜水蒸发系数 F计算面积第三节 地下水资源的计算评价区多年平均潜水蒸发量的计算方法步骤如下：（1）将评价区按包气带岩性分成若干区（2）在每个计算区内选择一个具有代表性的地下水动态观测井，绘制地下水埋深历时曲

9、线，按月份划分，求出各时段的平均地下水埋深（3）根据均衡计划区岩性和各时段的平均地下水埋深，从C关系曲线上查的相应的C值。（4）计算各时段潜水蒸发量（5）将各均衡计算区年潜水蒸发量进行汇总iEE第三节 地下水资源的计算2、河道排泄量l平原地区地下水排入河道的水量称河道排泄量，当河流水位低于两岸地下水位时，河道排泄地下水。目前我国水力部门大多采用地下水动力学方法计算河道排泄量。l按地下水流水力要素的变化情况，分成稳定流和非稳定流两类。第三节 地下水资源的计算稳定流公式法该法适用于河水位变化稳定的情况，例如，河水位自正常水位下降h后，不再波动，即处于稳定状态Q地下水侧向渗流量；K含水层渗透系数；B

10、地下水水平排泄带长度；b补给边界到排泄基准点的水平距离；H分水岭处含水层渗透有效带厚度；h排泄基准点处渗透有效带厚度，一般为平均河水位至渗流有效带底线的垂直距离222HhQK Bb第三节 地下水资源的计算非稳定流公式法当河道水位骤然下降，处于非稳定流状态时：给水度；v0t时段河沟水位下降值；v0河沟水位下降速度；t河沟水位从开始下降经历的时间；T导水系数01.128v tqTt三、山丘区地下水资源量计算 山丘区水文、地质条件复杂，研究程度相对较低，资料短缺，直接计算地下水的补给量往往是有困难的。但在山区 ，大气降水入渗补给形成径流后，通过散泉很快溢出地面，排入河流。所以山区的地下水资源量可以用

11、各项排泄量之和来计算。第三节 地下水资源的计算目前，对于一般山丘区浅层地下水（裂隙水）的计算，常用水文分析法（水文图分割法），对于喀斯特水常用流量衰减分析法。（一）水文分析法 山丘区排泄量中具有决定意义的是河川基流量，最常用的方法是选择合适的水文站，从该站实测的河川径流量过程线图上把它分割出来，即基流分割法。l水文站所控制的流域是闭合的l水文站应具有足够的代表性l水文站控制面积在200km2以上l水文站应具有较长实测流量资料第三节 地下水资源的计算第三节 地下水资源的计算起涨点的确定：通常是从上一年流量过程线的退水拐点处顺势下延，与本年第一次洪峰起涨段的相交点作为起涨点。退水点的确定：寻找拐点

12、第三节 地下水资源的计算3、单站多年平均河川计流量与基流模数l单站河川基流模数：式中，Moi单站河川基流模数 fi单站河川集水面积第三节 地下水资源的计算gigRRngoiiRMf4、评价区河川基流量的计算 为了正确计算和评价地下水资源，可根据植被、地貌、地质等条件的不同，将评价区划分成若干个均衡计算区。每个均衡计算区内应包括一个或几个以及分割基流的水文站。评价区河川计流量等于各均衡计算区的河川计流量之和第三节 地下水资源的计算oioiiMfMf()goiiRRMF5、评价区基流量合理性检查（二）流量衰减分析法对于主要接受降雨补给，仅一个总出口或集中几个出口排泄的，能自成一个独立封闭体系的喀斯

13、特和裂隙含水岩体中的地下水资源，可用流量衰减分析法进行评价。在一次降雨或一年的雨季之后，泉水流量出现峰值，随后是流量的衰减，一直延续到下次降雨或下年度雨季来临为止，这时流量出现最小值。衰减时期总排泄量用下式近似计算：第三节 地下水资源的计算0ttQQ e0QV地下水资源评价，就是要求摸清在当地（评价区）水文地质条件下，地下水的开采和补给条件及其之间的相互关系，分析其变化情况，从而据之以制定地下水开发利用的规划。（一）水均衡法基本原理潜水/承压水：式中，Q补各种补给的总量，m3/a；Q消各种消耗的总量；给水度/弹性释水系数；F均衡区面积；h均衡期t内的水位变化，m； t均衡期，a。第四节 地下水

14、资源评价h-=QQFt补消人工开采等于增加了一个地下水消耗项，它改变了地下水的天然补给和消耗条件，使地下水运动发生变化，即在天然流场上叠加了一个人工流场。人工开采形成降落漏斗，使天然流场发生变化，令天然消耗量减小而天然补给量增大。开采状态下的水均衡方程式为：式中，Q补开采前天然补给总量，m3/a；Q补开采时的补给总增量， m3/a；Q消开采前的天然消耗总量， m3/a； Q消开采时天然消耗量的减少量总值， m3/a；Q开人工开采量；第四节 地下水资源评价h(+-(Q - Q-Q =- FtQQ补补消消开）由于开采前的天然补给总量与消耗总量在一个周期内是接近相等的，即Q补Q消，所以上式可以简化为：开采量由下列三