第六章地下水资源数量评价

1、1.1 地下水资源的概念l资源：资源：是自然界存在，可被人类利用的一切是自然界存在，可被人类利用的一切分可再生的和不可再生的，地下水为可再生资源分可再生的和不可再生的，地下水为可再生资源 l地下水是一种宝贵的、可再生的淡水资源地下水是一种宝贵的、可再生的淡水资源l地下水与地表水资源相比的优越之处有：地下水与地表水资源相比的优越之处有：空间分布：空间分布：广而均匀（地表水分布局限）广而均匀（地表水分布局限）时间调节性：时间调节性：地下含水系统是天然水库，动态稳定地下含水系统是天然水库，动态稳定水质：水质：水质优，洁净，水温恒定，不易受到污染，但水质优，洁净，水温恒定，不易受到污染，但污染后很难治

2、理。污染后很难治理。可利用性：可利用性：一次性利用投资小，运用费用高、管理难一次性利用投资小，运用费用高、管理难、易产生环境问题。、易产生环境问题。地下水资源概念的由来l1915年美国首次提出以含水层或盆地为单元的年美国首次提出以含水层或盆地为单元的安全抽水安全抽水量概念量概念：“所谓安全抽水量，是在不致引起含水层发生所谓安全抽水量，是在不致引起含水层发生危险的涸竭危险的涸竭的情况下，能正常而持续地抽水的的情况下，能正常而持续地抽水的界限水量界限水量”柴崎达雄，柴崎达雄，1982。l后来发现，开采地下水会引起诸如：地面沉降、海水入后来发现，开采地下水会引起诸如：地面沉降、海水入侵、咸水入侵等造

3、成巨大经济损失的环境损害。侵、咸水入侵等造成巨大经济损失的环境损害。l安全抽水量的定义修改：安全抽水量的定义修改：“能从某一地下水盆地中连续能从某一地下水盆地中连续地、不至于引起不良结果地抽取的地下水量地、不至于引起不良结果地抽取的地下水量”柴崎达柴崎达雄，雄，1982）。l允许利用的地下水资源量，不仅受到自然条件的制约，允许利用的地下水资源量，不仅受到自然条件的制约，还受到技术、经济、社会乃至法律条件的制约还受到技术、经济、社会乃至法律条件的制约。1.2 地下水资源的特征1.2.1 系统性系统性形形 成：成：地下水资源是按系统形成与分布的地下水资源是按系统形成与分布的系统内：系统内：地下水是

4、一个统一的整体（有水力联系的），系统地下水是一个统一的整体（有水力联系的），系统内部任何一部分的输入或输出（补给或抽水），都会影响（波内部任何一部分的输入或输出（补给或抽水），都会影响（波及）整个系统及）整个系统系统性看：系统性看：地下水地下水资源量资源量原则上等于含水系统的补给量原则上等于含水系统的补给量资源量按系统计算：资源量按系统计算：以系统为单元统筹规划利用，开发与管以系统为单元统筹规划利用，开发与管理理难点：难点：系统边界不易确定；边界有叠置，边界垮行政区域系统边界不易确定；边界有叠置，边界垮行政区域问题：问题：造成重复计算水量，人为夸大水量，开采过渡，难以管造成重复计算水量，人为夸

5、大水量，开采过渡，难以管理（不同行政区）理（不同行政区）1.2 地下水资源的特征l1.2.2 可恢复性可恢复性l天然可再生的资源均具有可恢复性天然可再生的资源均具有可恢复性l地下水资源是通过地下水资源是通过水文循环水文循环使使水量恢复水量恢复、水质更新的水质更新的，循，循环过程是通过补给与排泄两个环节完成的。环过程是通过补给与排泄两个环节完成的。l恢复能力的强弱与恢复能力的强弱与水文循环的交替速度有关：水文循环的交替速度有关：图示条件：比较哪个含水系统更优？图示条件：比较哪个含水系统更优？l一个恢复性很差的含水系统，其规模再大，储备水量再多一个恢复性很差的含水系统，其规模再大，储备水量再多，也

6、会被用完（枯竭），也会被用完（枯竭）而而“无以为继无以为继”。因此，可恢复性是供水水源的必需条件。因此，可恢复性是供水水源的必需条件。可恢复性1.2 地下水资源的特征l 1.2.3 可调节性可调节性l表现在地下含水系统本身就是一个地下水库表现在地下含水系统本身就是一个地下水库具具有水库的功能，有水库的功能，地下水库是天然形成的：地下水库是天然形成的：含水介质对水流起到阻滞作用含水介质对水流起到阻滞作用延长过水时间延长过水时间地质构造形成的地质构造形成的“蓄水池蓄水池”，向斜盆地，断块盆地，向斜盆地，断块盆地l 调节能力大小取决于：调节能力大小取决于：地质构造的规模（容积大小地质构造的规模（容积

7、大小-B-B）；）；含水介质的储水能力含水介质的储水能力 给水度给水度，含水层厚度，含水层厚度m mB1.3.1 地下水资源补给资源 补给资源：补给资源：可以恢复与再生的，是与外界系统经常发生可以恢复与再生的，是与外界系统经常发生交替的水量。交替的水量。 影响因素：受气候等因素影响，年与季节的变化影响因素：受气候等因素影响，年与季节的变化 量纲：量纲： 流量单位流量单位m3/a 决定含水系统中地下水资源的可恢复性决定含水系统中地下水资源的可恢复性 数值大小数值大小 = 含水系统的地下水多年平均年补给量含水系统的地下水多年平均年补给量BA1.3.2 地下水资源储存资源 储存资源：储存资源：不可以

8、恢复的，是历史形成的不参与水循环交不可以恢复的，是历史形成的不参与水循环交替的，基本不变的水。替的，基本不变的水。影响因素：含水系统的空间形态（地质构造影响因素：含水系统的空间形态（地质构造天然的地天然的地下水库库容）下水库库容）量纲：量纲： 体积单位体积单位 m3决定含水系统中地下水资源的可调节性决定含水系统中地下水资源的可调节性数值大小数值大小 =含水系统的地下水多年平均低水位的重力水含水系统的地下水多年平均低水位的重力水体积，即水的空间体积体积，即水的空间体积（给水度（给水度）BA1.4 地下水资源的供水意义供水水源的一般要求：供水水源的一般要求：长期持续性（永续发展的需要）长期持续性（

9、永续发展的需要）多年性多年性均衡稳定性（短期考虑）均衡稳定性（短期考虑）时时供水时时供水一个含水系统能够一个含水系统能够长期持续长期持续提供的水量是多少？提供的水量是多少？补给资源补给资源 补给资源的供水意义补给资源的供水意义原则上：原则上：含水系统的多年平均补给资源含水系统的多年平均补给资源 =含水系统的含水系统的多年平均补给量多年平均补给量在某些特殊情况下在某些特殊情况下可以大于补给量：可以大于补给量： 1）大气降水入渗增加；）大气降水入渗增加；2）河流入渗补给增加）河流入渗补给增加不同类型含水系统的补给条件不同，供水意义也不同不同类型含水系统的补给条件不同，供水意义也不同1.4.1 补给

10、资源的供水意义l注意：注意：河流入渗增加的代价河流入渗增加的代价牺牲地表水资源牺牲地表水资源从从“水资源水资源”角度出发，此量是不存在的角度出发，此量是不存在的l承压水模拟演示实验中：承压水模拟演示实验中：抽取地下水抽取地下水承压水从外界获得的补给量增加了。承压水从外界获得的补给量增加了。这也是旁河取水的道理。这也是旁河取水的道理。1.4.2 储存资源的供水意义l储存资源的供水意义储存资源的供水意义起着调节作用起着调节作用保证供水保证供水均衡稳定性均衡稳定性当一个含水系统的补给资源很大，但动态很不稳定时当一个含水系统的补给资源很大，但动态很不稳定时，作为供水源地，储存资源就起到很大的调节作用，

11、作为供水源地，储存资源就起到很大的调节作用旱季借用储存资源的水，腾空库容，雨季再补充偿还旱季借用储存资源的水，腾空库容，雨季再补充偿还没有储存资源再丰富的补给资源也无法利用没有储存资源再丰富的补给资源也无法利用白白流白白流走！走！l 补给与储存资源的关系：补给与储存资源的关系：有借有还有借有还有借不还（超量使用）有借不还（超量使用） 最终导致水资源消耗贻尽（枯竭）最终导致水资源消耗贻尽（枯竭） 或产生不良结果或产生不良结果有借有还有借有还本章思考题本章思考题第二节第二节 地下水动态与均衡的概念地下水动态与均衡的概念地下水动态：地下水动态：在有关因素影响下，地下水的在有关因素影响下，地下水的水位

12、、水位、水量、水化学成份、水温水量、水化学成份、水温等随时间的变化状况。等随时间的变化状况。 含水层（含水系统含水层（含水系统） Q Q补补Q Q排排年最大变幅（年最大变幅（h hmax)max)：一年中地下水位最高值与：一年中地下水位最高值与最低值的差。最低值的差。地下水的水位、水质的变化实质上是由含水系统地下水的水位、水质的变化实质上是由含水系统中地下水的补给量、排泄量、储存量变化的综合中地下水的补给量、排泄量、储存量变化的综合表现表现。研究补给量与排泄量收支的数量关系就是地下水的均衡问题。研究补给量与排泄量收支的数量关系就是地下水的均衡问题。第二节第二节 地下水动态与均衡地下水动态与均衡

13、水均衡概念：水均衡概念：在在某一时段某一时段内，内，某一区域某一区域（或地段内）分析研究（或地段内）分析研究地下水水量、水质或热量收支的数量关系就是地下水的均衡。地下水水量、水质或热量收支的数量关系就是地下水的均衡。动态与均衡的研究意义动态与均衡的研究意义：合理利用地下水及有效防范其危害；合理利用地下水及有效防范其危害；含水系统内部结构辩识含水系统内部结构辩识地下水资源计算和管理地下水资源计算和管理一、地下水动态的形成机制一、地下水动态的形成机制 降水降水补给地下水系统补给地下水系统水位上升水位上升动态变化动态变化 激励激励脉冲式的降水脉冲式的降水 响应响应波状信号的信息波状信号的信息l地下水

14、水位对外界输入（降水）响应的地下水水位对外界输入（降水）响应的特点特点：（1 1）滞后和延迟滞后和延迟现象现象（2 2）有）有叠加叠加现象现象l因外界激励（或输入）而引起的系统响应（或输出）的因外界激励（或输入）而引起的系统响应（或输出）的变化变化幅度幅度是含水系统内部结构作用的结果是含水系统内部结构作用的结果某要素（水位）随时间的变化程度用某要素（水位）随时间的变化程度用稳定性稳定性来恒量来恒量 动态稳定动态稳定 变化幅度小变化幅度小 动态不稳定动态不稳定 变化幅度大变化幅度大2.1 2.1 地下水动态地下水动态3 3、地质因素、地质因素l地质因素是间接且相对稳定的因素（相当于滤波器）地质因

15、素是间接且相对稳定的因素（相当于滤波器）l气候与水文因素决定了一个地区地下水动态的气候与水文因素决定了一个地区地下水动态的总轮廓总轮廓l地质因素起修饰作用，滤波或地质因素起修饰作用，滤波或削峰填谷削峰填谷的作用的作用v埋藏条件：埋藏条件：承压水的变幅小于潜水；潜水埋深的大小承压水的变幅小于潜水；潜水埋深的大小, ,对滞后时，延迟时和变幅的影响对滞后时，延迟时和变幅的影响v包气带岩性包气带岩性：K K起作用；起作用；饱水带岩性饱水带岩性：K K和和均起作用均起作用v地下水所处的地下水所处的空间部位空间部位：一般而言，补给区较排泄区：一般而言，补给区较排泄区更不稳定更不稳定4 4、人为因素：、人为

16、因素：开采、灌溉、排水、污水排放开采、灌溉、排水、污水排放5 5、其它因素、其它因素2.1 2.1 地下水动态地下水动态三、三、 地下水动态类型地下水动态类型分天然型和人工开采型分天然型和人工开采型天然型动态按地下水的排泄方式及水交替程度划分：天然型动态按地下水的排泄方式及水交替程度划分：蒸发型：蒸发型：干旱半干旱地区地形平缓、切割微弱的平原或盆干旱半干旱地区地形平缓、切割微弱的平原或盆地；动态特点是年水位变幅小，各处变幅接近，水质季节地；动态特点是年水位变幅小，各处变幅接近，水质季节性变化明显，地下水朝盐化方向发展。性变化明显，地下水朝盐化方向发展。径流型：径流型：山区及山前；动态特点是年水

17、位变幅大且不均匀山区及山前；动态特点是年水位变幅大且不均匀（分水岭到排泄区，年水位变幅由大变小），水质季节变（分水岭到排泄区，年水位变幅由大变小），水质季节变化不明显，朝淡化方向发展。化不明显，朝淡化方向发展。弱径流型：弱径流型：气候湿润的平原和盆地；动态特点是水位变幅气候湿润的平原和盆地；动态特点是水位变幅小，水质季节性变化不明显小，水质季节性变化不明显2.1 2.1 地下水动态地下水动态均衡：均衡：某一某一时间段时间段内某一内某一地段内，地段内，地下水水量（热量、盐量、地下水水量（热量、盐量、能量）的能量）的收支状况，收支状况，称为地下水均衡称为地下水均衡l均衡区均衡区：均衡计算所选定的区域（三维的）；可以是地下水：均衡计算所选定的区域（三维的）；可以是地下水含水系统，也可以是一很小的均衡单元含水系统，也可以是一很小的均衡单元l均衡期均衡期：均衡计算的时间段；可长可短：均衡计算的时间段；可长可短 均衡方程式均衡方程式：A - B = WA - B = W A A收入项收入项( (补给量）；补给量）；B B支出项（排泄量）；支出项（排泄量）； WW均衡时段内，均衡区的储存量的变化量均衡时段内，均衡区的储存量的变化量 对于一个地区，多年中气候处于平均状态，故对于一个地区，多年中气候处于平均状态，故 Q Q补补= =Q Q排排 人为活动影响下：正均