3章-4节 地下水资源评价(40页)

1/37第四节地下水资源评价1.地下水资源特点及全社会用水特点2.地下水资源评价的任务3.地下水资源分析计算的内容4.区域地下水资源评价方法2/37第四节地下水资源评价开发利用水资源应遵循的原则宏观和全局；局部、流域、跨流域；地表水与地下水联合长远利益与近期利益结合可持续发展3/371.地下水资源特点及全社会用水特点全社会用水包括：工业用水、生活用水、农业用水地下水资源按埋藏条件分：上层滞水、承压水和潜水三种4/371.地下水资源特点及全社会用水特点全社会用水及特点农业：量大，面广，区域性，工业：量小，范围小，分散，局部性，农业用水工业或生活用水农业水占6~8成，工业生活水占4~2成5/371.地下水资源特点及全社会用水特点地下水资源特点上层滞水潜水承压水粘土隔水层上层滞水:一般情况下，上层滞水范围有限，水量少，并有季节性，只能做小型或暂时性供水水源6/371.地下水资源特点及全社会用水特点深层承压水埋藏深、补给远，不直接接受降雨或地表水体的补给，远离补给源，侧向补给少，地下水的补给主要来自相邻含水层和弱透水层的越流补给大面积开采时补给量一般都超过开采量；故不宜大面积开采开采成本高适宜于生活和企业用水（量小、分散）；或异常干旱年份的农业后备水源7/371.地下水资源特点及全社会用水特点浅层地下水（潜水或微承压水）特点：接受降雨和地表水体的常年补给，补给量丰富，埋藏浅，开采容易，开采费用较承压水低廉适应于农业用水量大，面广，区域性的特点，主要用于农业用水8/372.地下水资源评价的任务根据供水对水质的要求对地下水水质进行评价（依据农田灌溉水质标准，饮用水质标准等进行评价）根据水文地质条件（含水层特征、边界条件以及补给排泄状况）、开采要求（工、农、生活年内、多年要求），从长期的、运用的角度进行地下水资源数量的分析计算分析评价长期开发下的地下水环境问题并提出预防措施（地面沉降、海水入侵等）分析是否需要人工补给源以及相应的技术措施根据技术经济条件，选择国民经济发展规划选择最优开采方案9/373.地下水资源分析计算的内容深层承压水水资源分析计算的内容（略）浅层地下水资源分析计算的内容10/373.地下水资源分析计算的内容深层承压水水资源分析计算的内容已知Q，求降深S，并根据S确定抽水设备根据要求的的开采量Q，计算在规定期限内地下水压力水位的下降深度S，并根据这一深度选择抽水设备或较核现有（规划）的抽水设备是否满足要求；已知S，根据越层补给和抽水设备，求Q在一定期限内规定一个允许的水位下降深度，然后根据抽水设备的开采能力以及越层补给的情况，确定地区可以开采利用的地下水量11/373.地下水资源分析计算的内容浅层地下水资源分析计算的内容根据地下水与地面水的不同配合情况，以农田灌溉为目的的地下水资源分析包括：1）天然补给条件下纯井灌区的地下水资源评价（重点讲解）2）在人工补给条件下的井灌区地下水资源评价3）井渠结合条件下的地下水资源评价12/373.地下水资源分析计算的内容1）天然补给条件的下纯井灌区的地下水资源计算内容多年平均单位耕地面积上的可采水量及地区可采总量不同用水条件（灌溉保证率）连续干旱可能达到的最大降深，结果可用来确定选泵依据连续干旱年份动用的地下水储存量在丰水年份能否回补（是否可持续）不同开采量下地下水位的变动0510152025300510152025年地下水埋深（m）多年均衡要求的地下水埋深(30%)多年均衡要求的地下水埋深(45%)多年均衡要求的地下水埋深(50%)多年均衡要求的地下水埋深(55%)多年均衡要求的地下水埋深(80%)一个水文周期内，先枯后丰13/373.地下水资源分析计算的内容2）在人工补给条件下的地下水资源评价（多年平均用水多年平均补给量）在天然补给条件的基础上，拟订不同的回灌方案；计算不同回灌条件下的可开采利用的地下水的量；连续干旱时期地下水的最大降深和连续干旱年份动用的地下水能否在丰水年份得到回补14/373.地下水资源分析计算的内容3）井渠结合条件下的地下水资源评价（以井灌为主，渠灌为补充的地区；以渠灌为主，井灌作为调整地下水埋深的地区）全面分析地面水和地下水的资源的情况地表水量不足时，拟定不同的供水方案，确定地面水和地下水联合运用的面积比例或二者的运行次数及水量比例在地面水源有保证，但为了控制地下水位在一定埋深。需要适当发展井灌，拟订井渠结合方案和满足最小埋深的井灌面积及次数15/374.区域地下水资源评价方法区域大面积地下水资源评价的方法有：4.1区域地下水均衡法（重点）4.2非稳定流计算法（解析法和数值分析法；略）4.3统计分析法（即相关分析法；略）16/374.1区域地下水均衡法（重点）1)区域地下水均衡方程2)多年均衡法的概念3)划分均衡区4)均衡要素的确定5)用水量的确定6)天然补给条件的下纯井灌区的地下水资源评价4.区域地下水资源评价方法17/371)区域地下水均衡方程将一定的区域作为一个整体进行水量均衡分析vAwAqqAtHi0VAWAQQHAi0（３－１０１）单位时间内，通过均衡区的平均流量地下水侧向入流量地下水侧向出流量内部补给强度平均开采强度（３－１０２）时间△t内，均衡区水量的增加量18/371)区域地下水均衡方程rrryrrryWPRMWEPRMWE降雨入渗补给大型河流和渠道对地下水的补给量灌溉补给量越层补给量蒸发量以潜水含水层为均衡区的地下水均衡方程为：（３－１０４）19/372)多年均衡法的概念2.多年均衡法的概念多年均衡法的基本思想：将地下含水层作为作为一个多年调节的地下水库，在多年运用（一个水文周期）的过程中，地下水含水层相当于一个地下水库，枯水年库水位下降，丰水年库水位升高该水库的范围与开采范围基本相同，坝高（库容）决定于提水机械的扬程经过多年的调节计算，分析满足一定用水条件下，多年内达到的最大降深（选泵依据）以及在干旱年份动用的地下水储存量（兴利库容）在丰水年能否得到回补。当多年用水量多年补给量时，肯定可以得到回补，这时依据多年内达到的最大降深选泵的扬程；当多年用水量多年补给量时，肯定得不到回补，这时需要确定一定的回灌方案或减小用水量；或采用井渠结合方案；20/372)多年均衡法的概念最高洪水位正常高水位死水位最高渍水位正常高水位最低静水位库容库容均衡计算的起算埋深正常高水位（起算埋深）以上的水作为弃水，一般消耗于排水系统或潜水蒸发；起算埋深的具体确定：一方面要考虑有利于防渍、防涝和防止土壤盐碱化，保证作物根系有一个良好的通气环境，得以正常生长，因此地下水应有必要的正常埋深；另一方面要尽量减少弃水，最大限度地使地下水资源得到利用。一般为3m21/37不同水利化程度下地下水位的变动0510152025300510152025年地下水埋深（m）多年均衡要求的地下水埋深(30%)多年均衡要求的地下水埋深(45%)多年均衡要求的地下水埋深(50%)多年均衡要求的地下水埋深(55%)多年均衡要求的地下水埋深(80%)多年均衡要求的地下水埋深(100%)2)多年均衡法的概念多年平均用水〈多年平均补给多年平均用水〉多年平均补给22/373)划分均衡区目的：使得均衡内各要素可以代表区域情况由于区域均衡法是以某一特定的区域作为一个整体进行分析，计算中采用的水文参数（降雨补给和蒸发消耗）和水文地质参数（给水度等）必须能够反映这一区域的平均情况，而计算求得的时段末地下水位也是计算区的平均值。因此均衡区的水文地质条件、补给和开采条件不应该有显著差异具体计算时：可以将计算区域划分为若干个均衡区，在均衡区内根据条件的差异和计算要求再分为若干均衡段划分均衡区考虑的因素一般包括：地质、水文地质条件、地下水埋藏及运动情况、地貌地形情况、河流切割情况、土壤、作物、灌排渠系、开采条件等23/373)划分均衡区山区裂隙潜水-承压水区河流冲积扇中、下部潜水--承压水区河流冲积扇顶部潜水根据水文地质单元划分为三个均衡区，各均衡区又划分为均衡段24/374)均衡要素的确定均衡要素：均衡方程中的各项（降雨补给、蒸发消耗、灌水补给、地面水补给、区外侧向补给等）可利用第三章的知识进行计算根据区域均衡确定要素选择均衡要素比较单一的时段：如降雨时，确定降雨入渗；无降雨时，确定蒸发根据地下水位观测资料确定均衡要素P+Pa~△hs~pr;E0~h~E25/374)均衡要素的确定验证均衡方程各参数：先选取2~3年，将到的参数代入均衡方程，可以得到地下水位的变化，与地下水位动态观测资料对比，如与实际资料接近则可以用于多年均衡的计算，否则调整参数26/375)用水量的确定工业和生活用水：实际情况与近期与远景发展规划结合农业用水：与当年的气象、作物种类、面积，灌水次数和每次灌水量27/376)天然补给条件的下纯井灌区的地下水资源评价各年地下水补给和用水量表3-6050100150200250300556065707580年来水量mm灌溉需水量mm多年平均补给量为80.18mm，多年平均用水量为83.8mm，扣除10%的灌溉回水渗漏，得到多年净灌溉用水为78.42mm，证明地下水资源能满足灌溉用水的要求。属于多年平均补给多年平均灌溉的情况28/376)天然补给条件的下纯井灌区的地下水资源评价（多年平均用水＜多年平均补给量）年调节下的灌溉用水保证率年调节：将地下水库看作一个年调节水库，当年只能用当年的水，即只能在年内调节见表3-7，将每一年的来水与用水比较，其中实际净灌溉用水是灌溉水量扣除10%的回归水得到来水用水，可以保证；来水用水，破坏年保证率=可以保证的年份/(总年份+1)本例p=7/21+1=31.8%可见，年调节下的灌溉水的保证率是很低的29/376)天然补给条件的下纯井灌区的地下水资源评价（多年平均用水＜多年平均补给量）多年均衡（多年调节）调节下的灌溉用水保证率•多年调节计算的降雨资料系列：选定多年系列，一般选一个水文周期。该水文周期中应该包括丰、平、枯年份。系列越长，成果可靠性越高，一般不宜少于11年。目前我国北方地下水开发利用研究程度高的地区有20年以上的资料•多年资料的调整：将系列中出现的连旱年份的第一年作为均衡计算的起始年份，将该年以前的各年排在实际系列的终了年份，形成一个以枯、平、丰依次出现的一个系列水文周期实际系列0501001502002503005560657075年年补给量均衡计算系列0501001502002503006469747984年年补给量30/37年份来水量mm用水量mm来用水量差值mm地下水水位变化值m多年均衡要求的年内埋深m年用水要求的地下水位变幅m多年调节和年调节要求的地下水埋深m序号保证率年最大地下水埋深出现的频率+-+-(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)31.614.612.015.010.184.791.76.310.114.91.66.39(6)=(4)/μ/1000;(7)=(5)/μ/1000;(8)=(8)年初埋深+(7)或-(6)(10)=(8)年初埋深+(9);是年内最大埋深,假定无复蓄即一年只集中蓄一次水,其他时间用水(9)=(3))/μ/1000(11):埋深由小到大排序;(12):求(11)的经验频率n/(21+1)对应意义为泵的扬程等于埋深时的灌溉用水保证率;(13):求埋深由大到小的经验频率n/(21+1);注意:第(8)栏的数字表中均衡计算的起算埋深为3m.因此表中最小值为3,小于3m埋深的水作为弃水,其埋深以3m计算,见表中最后一个数字31/3701234567891005101520年地下水埋深m多年均衡要求的地下水埋深多年调节和年调节要求的地下水埋深以表3-8第(8)栏数字作图,为各年的年末埋深;结论:3m起3m终以表3-8第(10)栏数字作图,为各年的年内最大埋深;结论:多年最大埋深作为选泵的扬程依