第十四章地下水資源

第十四章地下水資源

資源是指天然存在并且可為人類所利用的一切物質(zhì)。地下水是水資源的一個組成部分，是一種寶貴的資源。最為資源，地下水具有一系列優(yōu)于地表水之處：（1）空間分布。地下水分布廣泛均勻。（2）時間調(diào)節(jié)性。地表水循環(huán)迅速，其流量和水位在時間上變化顯著。流動與巖土空隙中的地下水循環(huán)速度很慢，有利于儲存并具有天然調(diào)節(jié)功能。（3）水質(zhì)。地表水易污染，水溫變化大。地下水由于巖層的過濾，水質(zhì)比較潔凈，水溫恒定，不易污染。（4）可利用性。利用地下水的一次性投資低。

作為資源，地下水主要用于供水，而對供水水源的一個基本要求是：能夠持續(xù)而穩(wěn)定地供應某一數(shù)量的水。事實上，地下水是一種數(shù)量有限、值得珍貴的資源。第十三章地下水資源

第一節(jié)地下水資源的特征第二節(jié)地下水資源分類及其供水意義

第一節(jié)地下水資源特征

從供水的意義分析地下水資源特征，地下水資源具有系統(tǒng)性、可恢復性和復雜性，這些特性都對地下水資源評價發(fā)生重大影響。

一、系統(tǒng)性含水巖體按空隙類型的不同，可以分為孔隙、裂隙和巖溶三種。因為形成它們的地質(zhì)因素各不相同，空隙的形式各異，空隙連通的方式和程度差異更大。這些對水在其中聚集和運移起著決定性作用。從資源評價的角度考慮，它們也有共同的特點，最明顯的特點是它們都能構成一定的，系統(tǒng)(也可稱為單元)。它們在一個系統(tǒng)中成為一個整體，當這個系統(tǒng)的某些部位接受外界水的補給時，這是對整個系統(tǒng)水量的補充；當系統(tǒng)中任何一點向外排水或人為取水時，實際是整個系統(tǒng)水量的減少。所以，資源評價只有按系統(tǒng)進行，才能得到較為接近實際的結果。地表水的系統(tǒng)性比較容易認識，而地下水由于埋藏于地下，各個含水系統(tǒng)的界線難以直接觀察到，因而，地下水的系統(tǒng)性容易被人忽略。在地下水資源評價與開發(fā)管理中存在的某些混亂，正是由此引起的。凡是能夠提供相當水量而作為較大供水水源的地下水，一般都是補給較為豐富的地下含水系統(tǒng)。無論巖溶水、裂隙水和孔隙水都普遍具有這一特征。差別只在于表現(xiàn)程度不同罷了。巖溶水的系統(tǒng)性地下河或河系構成巖溶含水系統(tǒng)時，其出口一般都以大泉或泉群的形式出現(xiàn)，它們幾乎無例外地都位于地形急劇變化的部位。設想由泉口順水流溯源而上，可以是一條或幾條集中的地下通道，由此上溯，可能又分成次一級的分文一直達到地表。這種情況與地表水系十分相似，只不過地表水系水平廷伸，而巖溶系統(tǒng)則在垂直及水平方向上交替發(fā)育。含水系統(tǒng)的流域范圍，就是大泉或泉群的補給范圍。有時，地下通道和地表河流聯(lián)接，地表水流成為斷頭河潛入地下，河流的流域也就成為地下含水系統(tǒng)流域的一部分。巖溶水的這類地下含水系統(tǒng)，在國內(nèi)外都曾用各種方法，包括利用示蹤劑進行研究，加以確定。裂隙水的系統(tǒng)性

導水的裂隙系統(tǒng)構成裂隙含水系統(tǒng)，大體可分兩類。一類是局部構造形成斷層，沿斷層破碎帶發(fā)育的帶狀含水體，寬度可以很狹小，也可達幾十m或百m以上，長達幾km甚至更遠。它與周圍的區(qū)域性裂隙聯(lián)為一體。當?shù)匦螚l件有利時，斷層帶匯集周圍裂隙中的地下水，可以給出相當大的水量。在天然情況下，往往以泉的形式排泄。有時它與一個或若干個含水層發(fā)生聯(lián)系，可以給出更多更穩(wěn)定的水量。另一類是區(qū)域性裂隙構成的含水體。當某種巖性的地層發(fā)育了比較密集的構造裂隙或成巖裂隙，在構造和地形配合適當時，便可以形成此類含水系統(tǒng)。水在裂隙中運動比較通暢，若沒有有利的儲水構造，很難保證常年有水。因此，這類系統(tǒng)的給水能力在很大程度上取決于構造條件，通常多為向斜盆地、單斜斷塊盆地，或者被其他弱透水地層掩阻的自流斜地等。

孔隙水的系統(tǒng)性孔隙水的含水系統(tǒng)表現(xiàn)得很不明顯，因為它缺乏集中的排泄點，而且含水系統(tǒng)的邊界也不容易確定?？紫端饕嬖谟谒缮⒍逊e物中，而后者按成因類型的不同而有各自的分布范圍，有時這也就是系統(tǒng)的范圍。但是常常需要考慮具體的補給、徑流和排泄條件來確定其范圍。某一成因類型的松散沉積物，不但在剖面上只占一定層位，而且在水平方向上也有一定的展布范圍。這個范圍有時構成一個單獨的含水系統(tǒng)；但更常見的則是不同成因類型沉積物互相銜接。由同—個搬運——地積過程(如水流或冰流等)所形成的沉積物，由于沉積環(huán)境的改變，沉積類型也發(fā)生變化。大致可以認為，凡具有共同補給來源，而且此共同補給來源的補給水量，在總補給量中占有較大比例時，則作為同一個地下含水系統(tǒng)來對待，不然，則應作為不同的系統(tǒng)來考慮。降水稀少的干旱地區(qū)，如我國新疆和河西走廊等地，地下水主要靠高山冰雪融化形成的地表徑流在山前地帶潛入地下而獲得補給。降水量很小，不能成為地下水的主要補給源。在山前地帶進入地下的水，不但成為當?shù)貪撍难a給源，而且也成為向盆地中部伸展的各種類型沉積物中地下水的主要補給來源。因此，盡管從山前到盆地小部沉積物的類型有變化，其中水的補給來源卻只有一個，可以說是孔隙水表現(xiàn)系統(tǒng)性最明顯的例子。在降水較多的大平原中部，遠離山前的部位地形坡度平緩，含水層的顆粒細小，地下徑流處于滯緩或基本停滯狀態(tài)，盡管山前的粗大沉積物可以吸收大量降水及地表水流，但是，以地下徑流方式所能輸送的水量，只能在一定范圍內(nèi)起主要補給作用。超出這個范圍，其數(shù)量則逐漸減少，最后可以達到微不足道的程度。這種情況下，必須根據(jù)具體情況來判別地下水系統(tǒng)的范圍，這是系統(tǒng)性表現(xiàn)最不明顯的例子。

明確地下水資源按含水系統(tǒng)形成與分布是很有意義的，可以澄清地下水資源評價及開發(fā)管理中的某些含混的或錯誤的概念，使工作更為合理和有效。對一個含水系統(tǒng)必須統(tǒng)一管理，上、下游的開發(fā)應有一個整體規(guī)劃。缺乏統(tǒng)一管觀往往造成各個供水水源地相互干擾，或開發(fā)過量引起開采條件惡化以及其它不良后果。對地下水系統(tǒng)性認識不足，正是造成地下水資源評價和開發(fā)管理中的混亂的重要原因之一。二、可恢復性

資源可分為兩大類，一類是一次利用的資源，用過之后即不復存在，如各種礦產(chǎn)均屬之。另一類是再生資源，用過之后能再生長出來，如森林、農(nóng)產(chǎn)品等均是。一般地說，地下水它不屬于一次利用的資源，而是可以再生的，在降水補給之下，可以恢復其水量。故它具有可恢復性。此外，它的水量恢復的程度，隨條件而不同，有些情況下，可以完全恢復，有時只能部分恢復，有時甚至幾乎不能恢復。無論哪一種類型的地下水系統(tǒng)，凡可作為永久性供水水源時，必須具備兩個條件，第一是要有足夠的補給來源，第二是含水系統(tǒng)要有和取水量適應的儲水能力。二者缺一，必然造成持續(xù)供水構困難。

地下水的恢復能力除與外部的影響條件如降水量和強度、地形坡度的大小、植被生長的情況

等有關外，更主要的是取決于含水系統(tǒng)能容納水的能力和水進入系統(tǒng)得通道的順暢程度。

含水系統(tǒng)儲水能力是指在可以獲得補給的期間，系統(tǒng)中能容納補給水量空間的大小。有時，盡管補給的水量很大，但是，含水系統(tǒng)中卻由于容納水的空間不足而不能獲得補充。

水進入系統(tǒng)的通道是指水從地表進入地下的途徑。地下水類型不同，空隙的形式各異，水在其中運移的順暢程度不同；即使類型相同，當所處的條件不同時，通道的順楊程度也可以有較大的差異。三、復雜性

地下水資源遠較地表水資源為復雜，很重要的原因是，其資源形成過程與分布情況無法直接從地面觀察。這就給分析與評價資源帶來兩方面的困難。其一是地下水本身的變化不能直接觀察，例如補給水進入含水層的情況，含水層中水的運移情況，以及取水后地下水的變化等等，都必依靠長期觀測的資料加以分析判斷。其二是增加了勘查工作的復雜性，例如為了確定含水系統(tǒng)或含水層的邊界范圍和性質(zhì)。確定系統(tǒng)內(nèi)各種有關參數(shù)，必須投入一定的勘探試驗工作量。第十三章地下水資源第一節(jié)地下水資源的特征第二節(jié)地下水資源分類及其供水意義

第二節(jié)地下水資源分類及其供水意義一、地下水的分類進行地下水資源分類，既要考慮地下水本身的特性，又要考慮供水的要求。含水系統(tǒng)與外界經(jīng)常進行著水量交換，每年接受一定數(shù)量的補給，并給出一定的排泄量，在天然狀態(tài)下，多年中保持平衡，即其補給量與排泄量相等，并在含水系統(tǒng)中經(jīng)常保持一定的水量。經(jīng)常與外界發(fā)生交換的那部分水量，是可恢復的水量，從多年平均的角度看，就是含水系統(tǒng)每年獲得的補充的水量。這部分水量就稱為補給資源。含水系統(tǒng)中不經(jīng)常參與交換的那一部分水量，是在歷史時期，有時甚至是地質(zhì)歷史時期中累積鐘形成，一旦排出系統(tǒng)之外，需要長時期才能恢復，這部分水就稱為儲存資源。地下水資源可以區(qū)分為補給資源和儲存資源。下面探討不同類型含水系統(tǒng)中補給資源和儲存資源的狀況

1、巖溶含水系統(tǒng)主要可分為兩種形式第一種是暗河式。即在巖溶地塊中主要發(fā)育類似地表河流的寬大水流通道系統(tǒng)。水的運動通暢無阻，流速很大。補給停止后，地下暗河也很快干涸。它與地表的間歇河很相似，不過一個是在地上，一個是在地下罷了。這類巖溶含水系統(tǒng)，盡管補給來源充沛，但是缺乏儲存水的能力。泉的流量動態(tài)變化很大，很難加以利用。這類巖溶含水系統(tǒng)有比較豐沛的補給資源，但很少甚至缺乏儲存資源，必須采取人為措施加以調(diào)節(jié)，增大其儲存資源，才好利用。第二種是水庫式，又分為兩種情況一種是巖溶含水系統(tǒng)中存在著能夠儲容大量水的溶洞，它通向排泄點的通道至少有一部分并不十分通暢，在補給停止期間，溶洞中儲存的水不斷流內(nèi)排泄點，使泉可以保持一定購流量。另—種是巖溶系統(tǒng)中存在著不同規(guī)模的溶洞和溶蝕裂隙，當補給區(qū)的范圍較大時。補給停止后，存在于主要通道中的水雖然很快流走，但在細小溶洞和裂隙中的水，仍不斷緩慢地排入主要通道，起了類似水庫蓄水逐漸泄出的作用。這樣，由于儲存于不同大小空隙中的水，以不同的速度，遞次排泄，使排泄點的水在旱季仍保持—定的水量。上述兩種情況，只是儲水形式不同而已，實質(zhì)并無差別，都能儲存一定的水量。當連續(xù)干旱年份出現(xiàn)時，仍能供給一定的水量。其供水量的大小和持續(xù)時間的長短取決于儲存資源的數(shù)量。總之，水庫式的巖溶含水系統(tǒng)，不但有補給資源，而且有相當數(shù)量的儲存資源，具有較好的天然調(diào)節(jié)能力，使水量在時間上分配較均勻，故對用水比較有利?？菟竟?jié)泉的流量愈大，不穩(wěn)定系數(shù)愈小，則說明巖溶含水系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力愈強，儲存資源的數(shù)量越大。2、裂隙含水系統(tǒng)有兩類凡具有供水意義者，都兼有補給資源和儲存資源。一般寬大裂隙既是輸水通道，也可以儲存水量。細小裂隙在接受補給以后，主要是儲存水量。當巖石中仍保留有原生的孔隙時，也可以起儲水的作用?？傊?，構成裂隙含水系統(tǒng)的前提是大小裂隙相互連通。開張程度不同的小裂隙中的水，部分構成儲存資源；獲得補給之后，寬大裂隙中的水未排泄到一定程度之前，小裂隙中的水較難運移，一般其開始排泄的時間，一方面隨其與大裂隙連通的程度而不同，另一方面隨裂隙本身的寬度不同而異。正是這些小裂隙，有時也有部分孔隙中的水，構成一個裂隙含水系統(tǒng)干旱季節(jié)的供水量。在連續(xù)干旱年份出現(xiàn)時，也就是補給量持續(xù)少于多年平均的補給量時，供水的來源有相當數(shù)量要依靠儲存資源的供給。所以，只有范圍較廣闊而且大小裂隙相互連通的系統(tǒng)，才可能有較好的供水能力，這也正是裂隙含水系統(tǒng)很少作為大型供水水源的原因之一。3、潛水和承壓水平原淺部沉積物中的潛水和淺層承壓水，分布區(qū)就是補給區(qū)，主要接受降水和地表水補給通過蒸發(fā)排泄。由于水流梯度很小，顆粒較細，故地下徑流微弱，補給和排泄表現(xiàn)為潛水位的升降。當含水系統(tǒng)中的含水層厚度較大時，儲存資源有一定的數(shù)量，在干旱年份保障供水的能力較強。山前地區(qū)的潛水和淺部承壓水接受山區(qū)降水或融雪水的側向補給，這是補給資源的主要來源，當?shù)亟邓难a給，一般只有次要作用。在干旱地區(qū)，前者可能是補給資源的唯一來源。深部承壓水在天然條件下，僅在山前的補給區(qū)接受補給，一般補給資源相當有限，主要取決于分布區(qū)與補給區(qū)的距離，水位差和巖性。當含水系統(tǒng)厚度大時，儲存資源最大。在開采條件下，深層孔隙承壓含水系統(tǒng)補給資源和儲存資源的組成與轉化比較復雜。

開采松散沉積物小的深層承壓水時，采出的水量中可能包含五種不同來源的水。第一種是來自山前補給區(qū)的側向徑流，它來自含水系統(tǒng)以外的降水或地表水，應屬于補給資源。第二種是因采水引起含水層下降漏斗水壓力降低，水的體積會發(fā)生相應的膨脹，據(jù)估算每減少一個大氣壓，水的體積約膨脹l／21000，這時含水層中水量的增大，應屬儲存資源。第三種是含水層受到壓力后孔隙度降低所排出的水。第四種是與采水層相鄰的半透水的粘性上隔水層中釋放的水。第五種是位于取水含水層之上和下的其它含水層中的水，通過粘性土層向取水含水層越流的水量。從以上的分析可知，無論是孔隙水、裂隙水和巖溶水，在具體條件下，盡管它們的埋藏、分布、補給和排泄情況有很大的差別。但是，從水資源的角度來看，任何類型的地下水都可以區(qū)分為兩類資源：第一，名為補給資源，從多年平均的角度考慮，即每年可以得到補充和恢復的水量；第二，名為儲存資源，即由于不斷積累，儲蓄在含水系統(tǒng)之中的水。其中最古老的可以是某些地質(zhì)時期保留在含水系統(tǒng)之中。也可以是或長或短歷史時期逐漸積累在含水系統(tǒng)之中的水。補給和儲存兩種資源在性質(zhì)上是不同的。在一般情況下，含水