第四章(2)地下水資源

1、第三節(jié) 地下水資源的計算一、地下水資源的概念與分類賦存于地殼地表可供人類利用的，本身又具有不斷更新、恢復(fù)能力的各種地下水量可稱為地下水資源。（一）以水均衡為基礎(chǔ)的分類法地下水資源量可分為：補給量，排泄量和儲存量三類。bpVVV 第三節(jié) 地下水資源的計算補給量 補給量是指某時段內(nèi)進(jìn)入某一單元含水層或含水巖體的重力水體積，它又分為天然補給量、人工補給量和開采補給量。 天然補給量指天然狀態(tài)下進(jìn)入某一含水層的水量（平原區(qū)主要是降水入滲，地表水滲漏；山丘區(qū)主要是大氣降水入滲）。 人工補給量指人工引水入滲補給給地下水的水量。 開采補給量是指開采條件下，除天然補給量之外，額外獲得的補給量。第三節(jié) 地下水資源

2、的計算第三節(jié) 地下水資源的計算儲存量 儲存量是指儲存在含水層內(nèi)的重力水體積，該量可分為容積存儲量和彈性儲存量。容積儲存量是指潛水含水層中所容納的重力水體積： V容=V 彈性儲存量是指將承壓含水層的水頭降至含水層頂板以上某一位置時，由于含水層的彈性壓碎和水體積彈性膨脹所釋放的水量： V彈= esF e承壓含水層的彈性釋水系數(shù) s承壓水位降低值第三節(jié) 地下水資源的計算（二）以分析補給資源為主的分類法l普洛特尼可夫分類法（1）靜儲量天然條件下儲存于潛水最低水位以下含水層中的重力水體積。（2）動儲量單位時間內(nèi)通過垂直于地下水流向的含水層過水?dāng)嗝娴牡叵滤俊＃?）調(diào)節(jié)儲量天然條件下年最高與最低水位之間潛

3、水含水層中的重力水體積。（4）開采儲量在不發(fā)生水量顯著減少和水質(zhì)惡化的條件下，用一定的取水設(shè)備從含水層汲取的水量第三節(jié) 地下水資源的計算二、平原區(qū)地下水資源量計算在平原區(qū)，通常以地下水的補給量作為地下水資源量。1、降雨入滲補給量（1）系數(shù)法 Pr=P（2）地下水位動態(tài)分析法 Pr=h（3）年降水入滲補給量的計算 Q降=10-5P年年F 年= h/P年（4）降水量水位上升相關(guān)法 在平原區(qū)，地下徑流微弱，降水入滲后引起潛水位上升，建立降水量P與潛水位上升值h相關(guān)關(guān)系，推求補給量。第三節(jié) 地下水資源的計算2、河道滲漏補給量l當(dāng)河水位高于兩岸地下水位時，河水在重力作用下，以滲流形式補給地下水。這種現(xiàn)象

4、稱河道滲漏補給。l常年出現(xiàn)這種現(xiàn)象的：一是河流出山后，在山前傾斜平原上的河段；二是某些大河的下游，由于河床淤積填高，從而產(chǎn)生河水補給地下水。l有些河道只在汛期才補給地下水，汛期后則排泄地下水。第三節(jié) 地下水資源的計算河道滲漏補給量的確定（1）斷面測流法在河道上選擇一定距離的上下兩個測流斷面，通過流量的測定計算河道滲漏補給量的方法。 Q河滲=(Q上-Q下)-E0LQ上、Q下河道上、下斷面實測流量E0水面蒸發(fā)量； 水面寬； L實測流量段距離（2）單位長度滲漏量法 Q河滲=(Q上-Q下)(1-)L/LL測流段長度；L計算河段長度； 修正系數(shù)測流段長度不宜多短，不然誤差較大，L不宜小于1km第三節(jié) 地

5、下水資源的計算年河道滲漏補給量的計算年河道滲漏補給量通常采用比率法計算。河道滲漏補給量與流量、測流段長度之比值，稱為單位長度滲漏率對于某一特定的河道，與、Q的關(guān)系是一組以Q為參變量的曲線組。根據(jù)實測的地下水資料，由 Q關(guān)系曲線上查出相應(yīng)的：12QQL Q1niiiVLQt第三節(jié) 地下水資源的計算3、灌溉水入滲補給量（渠系、田間）l渠系滲漏補給量渠系滲漏補給量是指干、支、斗、農(nóng)、毛各級渠道在輸水過程中對地下水的滲漏補給量。 Q渠系=mQ渠首引l渠灌田間入滲補給量渠灌田間入滲補給量指灌溉水進(jìn)入田間后，滲漏補給給地下水的水量，包括田間渠道（斗渠以下）的滲漏。 Q渠灌=渠Q凈Q凈田間凈灌水量，通常根據(jù)

6、渠首引水量乘以渠系有效利用系數(shù)，或用灌水定額與灌溉畝數(shù)的乘積求得。第三節(jié) 地下水資源的計算4、越流補給量 如果某一含水層的上覆或下伏巖石為弱透水層，并且該含水層的水頭低于相鄰含水層的水頭，則相鄰含水層中的地下水可能穿越弱透水層而補給給該含水層，這種現(xiàn)象稱為越流補給。越流補給可按達(dá)西定律近似計算：在t時段內(nèi)的越流總量W為：HQK FMHWK FtM第三節(jié) 地下水資源的計算5、山前側(cè)向補給量山前側(cè)向補給量是指山丘區(qū)的地下水通過側(cè)向徑流補給平原區(qū)地下水的水量。它在區(qū)域地下水資源量中占有較大比重。它的重要性僅次于降水入滲，具有長期的供水利用價值。第三節(jié) 地下水資源的計算山前側(cè)向補給量的主要計算方法是沿

7、補給邊界切剖面，分段按達(dá)西公式進(jìn)行計算： Q側(cè)補=KIBh式中，K滲透系數(shù)；I垂直于剖面方向上的水力坡度；B計算斷面寬度；h含水層計算厚度第三節(jié) 地下水資源的計算潛流的過水?dāng)嗝嬖谧匀唤绯３Ｊ遣灰?guī)則的，可能呈某種曲線輪廓，因此在補給邊界處布設(shè)鉆孔，作為地下水位的觀測孔，統(tǒng)測地下水位后繪制潛水等水位線圖，然后沿某一等水位線垂直向下，切出過水?dāng)嗝?。如果計算的過水?dāng)嗝鎸挾菳值很大，而且?guī)r性、含水層厚度都有變化，可分段計算第三節(jié) 地下水資源的計算（二）排泄量的計算平原地區(qū)地下水的排泄量主要有潛水蒸發(fā)量、河道排泄量、側(cè)向流出量、越流排泄量以及人工開采量等。1、潛水蒸發(fā)量l潛水蒸發(fā)量是指潛水在毛細(xì)管引力作用

8、下向上運動所造成的蒸發(fā)量，包括棵間蒸發(fā)量和植被葉面蒸騰量。潛水蒸發(fā)是淺層地下水消耗的主要途徑。l潛水蒸發(fā)強度是指潛水在單位時間內(nèi)從單位面積上蒸發(fā)的水量體積。第三節(jié) 地下水資源的計算影響潛水蒸發(fā)的因素（1）土質(zhì)因素（沙土、黏土、壤土）（2）潛水因素（蒸發(fā)極限深度）（3）氣象因素（氣溫、空氣相對濕度、風(fēng)速）（4）植被因素（有無作物生長）l潛水蒸發(fā)量的確定 E=10-50CF式中，0水面蒸發(fā)量 C潛水蒸發(fā)系數(shù) F計算面積第三節(jié) 地下水資源的計算評價區(qū)多年平均潛水蒸發(fā)量的計算方法步驟如下：（1）將評價區(qū)按包氣帶巖性分成若干區(qū)（2）在每個計算區(qū)內(nèi)選擇一個具有代表性的地下水動態(tài)觀測井，繪制地下水埋深歷時曲

9、線，按月份劃分，求出各時段的平均地下水埋深（3）根據(jù)均衡計劃區(qū)巖性和各時段的平均地下水埋深，從C關(guān)系曲線上查的相應(yīng)的C值。（4）計算各時段潛水蒸發(fā)量（5）將各均衡計算區(qū)年潛水蒸發(fā)量進(jìn)行匯總iEE第三節(jié) 地下水資源的計算2、河道排泄量l平原地區(qū)地下水排入河道的水量稱河道排泄量，當(dāng)河流水位低于兩岸地下水位時，河道排泄地下水。目前我國水力部門大多采用地下水動力學(xué)方法計算河道排泄量。l按地下水流水力要素的變化情況，分成穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流兩類。第三節(jié) 地下水資源的計算穩(wěn)定流公式法該法適用于河水位變化穩(wěn)定的情況，例如，河水位自正常水位下降h后，不再波動，即處于穩(wěn)定狀態(tài)Q地下水側(cè)向滲流量；K含水層滲透系數(shù)；B

10、地下水水平排泄帶長度；b補給邊界到排泄基準(zhǔn)點的水平距離；H分水嶺處含水層滲透有效帶厚度；h排泄基準(zhǔn)點處滲透有效帶厚度，一般為平均河水位至滲流有效帶底線的垂直距離222HhQK Bb第三節(jié) 地下水資源的計算非穩(wěn)定流公式法當(dāng)河道水位驟然下降，處于非穩(wěn)定流狀態(tài)時：給水度；v0t時段河溝水位下降值；v0河溝水位下降速度；t河溝水位從開始下降經(jīng)歷的時間；T導(dǎo)水系數(shù)01.128v tqTt三、山丘區(qū)地下水資源量計算 山丘區(qū)水文、地質(zhì)條件復(fù)雜，研究程度相對較低，資料短缺，直接計算地下水的補給量往往是有困難的。但在山區(qū) ，大氣降水入滲補給形成徑流后，通過散泉很快溢出地面，排入河流。所以山區(qū)的地下水資源量可以用

11、各項排泄量之和來計算。第三節(jié) 地下水資源的計算目前，對于一般山丘區(qū)淺層地下水（裂隙水）的計算，常用水文分析法（水文圖分割法），對于喀斯特水常用流量衰減分析法。（一）水文分析法 山丘區(qū)排泄量中具有決定意義的是河川基流量，最常用的方法是選擇合適的水文站，從該站實測的河川徑流量過程線圖上把它分割出來，即基流分割法。l水文站所控制的流域是閉合的l水文站應(yīng)具有足夠的代表性l水文站控制面積在200km2以上l水文站應(yīng)具有較長實測流量資料第三節(jié) 地下水資源的計算第三節(jié) 地下水資源的計算起漲點的確定：通常是從上一年流量過程線的退水拐點處順勢下延，與本年第一次洪峰起漲段的相交點作為起漲點。退水點的確定：尋找拐點

12、第三節(jié) 地下水資源的計算3、單站多年平均河川計流量與基流模數(shù)l單站河川基流模數(shù)：式中，Moi單站河川基流模數(shù) fi單站河川集水面積第三節(jié) 地下水資源的計算gigRRngoiiRMf4、評價區(qū)河川基流量的計算 為了正確計算和評價地下水資源，可根據(jù)植被、地貌、地質(zhì)等條件的不同，將評價區(qū)劃分成若干個均衡計算區(qū)。每個均衡計算區(qū)內(nèi)應(yīng)包括一個或幾個以及分割基流的水文站。評價區(qū)河川計流量等于各均衡計算區(qū)的河川計流量之和第三節(jié) 地下水資源的計算oioiiMfMf()goiiRRMF5、評價區(qū)基流量合理性檢查（二）流量衰減分析法對于主要接受降雨補給，僅一個總出口或集中幾個出口排泄的，能自成一個獨立封閉體系的喀斯

13、特和裂隙含水巖體中的地下水資源，可用流量衰減分析法進(jìn)行評價。在一次降雨或一年的雨季之后，泉水流量出現(xiàn)峰值，隨后是流量的衰減，一直延續(xù)到下次降雨或下年度雨季來臨為止，這時流量出現(xiàn)最小值。衰減時期總排泄量用下式近似計算：第三節(jié) 地下水資源的計算0ttQQ e0QV地下水資源評價，就是要求摸清在當(dāng)?shù)兀ㄔu價區(qū)）水文地質(zhì)條件下，地下水的開采和補給條件及其之間的相互關(guān)系，分析其變化情況，從而據(jù)之以制定地下水開發(fā)利用的規(guī)劃。（一）水均衡法基本原理潛水/承壓水：式中，Q補各種補給的總量，m3/a；Q消各種消耗的總量；給水度/彈性釋水系數(shù)；F均衡區(qū)面積；h均衡期t內(nèi)的水位變化，m； t均衡期，a。第四節(jié) 地下水

14、資源評價h-=QQFt補消人工開采等于增加了一個地下水消耗項，它改變了地下水的天然補給和消耗條件，使地下水運動發(fā)生變化，即在天然流場上疊加了一個人工流場。人工開采形成降落漏斗，使天然流場發(fā)生變化，令天然消耗量減小而天然補給量增大。開采狀態(tài)下的水均衡方程式為：式中，Q補開采前天然補給總量，m3/a；Q補開采時的補給總增量， m3/a；Q消開采前的天然消耗總量， m3/a； Q消開采時天然消耗量的減少量總值， m3/a；Q開人工開采量；第四節(jié) 地下水資源評價h(+-(Q - Q-Q =- FtQQ補補消消開）由于開采前的天然補給總量與消耗總量在一個周期內(nèi)是接近相等的，即Q補Q消，所以上式可以簡化為：開采量由下列三