地下水资源计算与评价

地下水资源计算与评价目录1、地下水资源的特点及分类2、地下水水量的计算3、地下水水量评价4、地下水水质评价第一章地下水资源的特点及分类1.地下水资源地下水资源是指对人类具有使用价值，而且在当今科技水平和社会经济条件下，能够开发的地下水。具有社会属性和自然属性。2.地下水资源的特点①系统性；②流动性；③可恢复性；④可调节性3.地下水资源的分类①补给量；②存储量；③允许开采量第二章地下水水量的计算1.地下水补给量计算2.地下水储存量计算3.地下水允许开采量计算第二章地下水水量的计算§1地下水补给量的计算（1）地下水径流量进入含水层的地下水径流量，可按下列公式计算：Q=K·I·B·M式中：Q--地下水径流量（m3/d）；K--渗透系数（m/d）；I--天然状态或开采条件下的地下水水力坡度；B--计算断面的宽度（m）M—含水层厚度（m）。第二章地下水水量的计算§1地下水补给量的计算（2）降水入渗补给量降水入渗的补给量，可按下列公式计算：1）当采用降水入渗系数计算时Q=F·α·X/365式中：Q--日平均降水入渗补给量（m3/d）；F--降水入渗的面积（㎡）；α--年平均降水入渗系数；X--年降水量（m）。第二章地下水水量的计算§1地下水补给量的计算2）在地下水径流条件较差、以垂直补给为主的潜水分布区，计算降水渗入补给量时Q=μ·F·∑△h/365式中：∑△h/365--年内每次降水后，地下水水位升幅之和（m）。3）地下水径流条件良好的潜水分布区，可用数值法计算降水渗入补给量。第二章地下水水量的计算§1地下水补给量的计算（3）农田灌溉水和人工漫灌水入渗补给量根据灌入量、排放量减去蒸发量及其它消耗量进行计算。（4）河、渠入渗补给量根据勘察区上下游断面的流量差或河渠渗入的有关公式确定。第二章地下水水量的计算§2地下水存储量的计算（1）潜水含水层的储水量W=μ·V式中：W--地下水的储存量（m3）；μ--潜水含水层的给水度；V--潜水含水层的体积（m3）（2）承压水含水层的弹性储存量W=F·S·h式中：W--地下水的弹性储存量（m3）；F--含水层的面积（m2）；S--弹性释水系数；h--承压水含水层自顶板算起的压力水头高度（m）第二章地下水水量的计算§3地下水允许开采量的计算计算地下水的允许开采量是地下水资源评价的核心问题。（1）以渗流理论为基础的方法（包括解析法和数值法）Ⅰ.解析法即用地下水动力学中解析解的公式来计算求得允许开采量的方法。由于实际情况不能完全符合选用公式的假定条件，常常是用解析公式计算出开采量，再用水均衡法计算补给量来论证其保证程度。①选择公式，包括稳定流公式、非稳定流公式、承压井公式、潜水井公式等第二章地下水水量的计算§3地下水允许开采量的计算②计算步骤A.通过勘探试验或实验取得计算所需的各种参数，如渗透系数K、含水层厚度M、导水系数T、重力给水度μ和弹性给水度μ*、水头分布H等。B.拟定开采方案，确定计算公式。C.计算开采量，检查水位降深。D.进行评价，当未考虑补给条件时，应计算地下水的补给量，论证开采量的保证程度。③解析法的适用条件适用于含水层均质和各向同性、边界条件较简单、可概化为计算公式要求的模式。第二章地下水水量的计算§3地下水允许开采量的计算Ⅱ.数值法在地下水资源评价中常用的数值法有两种，即有限单元法和有限差分法。①计算步骤A.建立水文地质概念模型B.建立计算区的数学模型这里指的是用偏微分方程及其定解条件构成的数学模型，定解条件包括边界条件和初始条件。C.从空间和时间上离散计算域D.校正数学模型，用实际测得的水头值来校正模型方程、参数和边界条件。第二章地下水水量的计算§3地下水允许开采量的计算E.验证数学模型验证器可靠性，将计算值与实际观测值进行比较。F.模拟预报，进行水资源评价修改后的模型可以用来预报开采方案下的水位降深的时空分布、预报合理的开采量，间接计算出补给量等，根据计算成果，可以做出全面的地下水评价。（2）主要以观测资料统计理论为基础的方法（回归分析法、系统理论法和开采抽水实验法）Ⅰ.回归分析法开采区开采量和降深的关系、开采量和降雨量第二章地下水水量的计算§3地下水允许开采量的计算的关系，开采量和地表水侧渗量或灌水回渗量的关系虽然相互依赖，但变量关系不确定，这种关系统称为相关关系。根据研究的变量数目和相关性质不同，可分为：1）一元线性相关分析；2）多元线性相关分析；3）多元非线性相关分析。Ⅱ.系统理论法（黑箱法）①系统理论法适用条件1）水文地质单元是稳定的第二章地下水水量的计算§3地下水允许开采量的计算2）单元区的主要补给源是大气降水，可视为单项输入3）地下水的排泄方式单一而集中，可视作单项输出其中表示tn以前降雨形成的径流，绝大部分已经排除含水层，尚有很小的径流量参与其中，所以很小。QWiPtQnkit)()(1tndWtPQ)()（Q②第二章地下水水量的计算§3地下水允许开采量的计算③评价方法应用数学模型评价地下水资源时，通常分两步工作：一是确定权函数，二是利用确定的权函数预报流量或开采量。流量预报在上式中，如果忽略很小量，则得：这时的Wi已在第一步确定，所以上式就是一般的预报方程。QinkiittWPQ第二章地下水水量的计算§3地下水允许开采量的计算Ⅲ.开采抽水实验法①开采实验法适用条件含水层分布面积不大，试验期的下降漏斗有可能扩展到所定边界；含水层厚度较大，在试验期或开采期有一定储存量可起调节作用；已知含水层的可能补给源，常年补给或季节补给，但具体补给条件很复杂。②开采实验和方法的确定主要取决于含水层的可能补给源•在常年补给为主地区，可做旱季变量开采试验，利用时段均衡关系解出补给量做为评价依据。•在季节补给为主地区，宜做跨季定量抽水试验，利用补偿疏干原理求出补给量评价开采量。第二章地下水水量的计算§3地下水允许开采量的计算（3）以水均衡理论为基础的方法（水量均衡法）①基本原理在天然条件下无人类活动干扰开采条件下②计算步骤A.划分均衡区thF)(Q－Q*排补储排补QQQQ第二章地下水水量的计算§3地下水允许开采量的计算B.确定均衡期C.确定均衡要素均衡要素是指均衡方程中各种补给量和排泄量。D.确定水文地质参数F.均衡计算,可开采资源量的评价)QQQQQ(）QQQQQ（开蒸溢’凝'表降越径越径储排补采QQQQ第三章地下水资源评价1、评价原则2、地下水资源评价分类3、地下水开采量的分级第三章地下水资源评价（1）评价原则为了客观、准确地评价地下水资源的数量，在实际工作中必须遵循以下原则：1、按流域或地下水系统进行评价2、根据“四水转化”的规律进行评价3、根据“以丰补欠，调节平衡”的原则进行评价4、可持续发展原则5、根据动态和发展的原则进行评价第三章地下水资源评价（2）按照评价面积的大小分为区域地下水资源评价一般是指面积较大的范围内进行的评价，具体的说就是指一个地下水系统，其主要任务是定量评价地下水的补给资源量，估计地下水的可开采资源量。局部水源地地下水量评价针对某一供水水源进行评价，其主要任务是确定在开采地段内通过取水构筑物，能保证长期开采条件下的开采量，并预测未来的水位、水质以及采取相应的保护措施。第三章地下水资源评价（3）地下水开采量的分级《地下水资源分类分级标准》根据工作区水文地质条件的研究程度和地下水资源的研究程度，对所提交的允许开采量划分为五个级别，分别用大写的英文字母A、B、C、D、E表示。A级：①具有为解决开采水源地具体课题所进行的专门研究和试验成果；②根据开采的动态资料进一步完善地下水数学模型，并逐步建立地下水管理模型；③掌握三年以上水源地连续地开采动态资料，并对地下水允许开采量进行系统的多年的均衡计算和评价；④提出水源地改造、扩建及保护地下水资源以及环境的具体措施。（开采阶段）第三章地下水资源评价B级：①查明拟建水源地的水文地质条件与供水有关的环境水文地质问题，提出开采地下水必需的有关含水层的资料和数据；②根据一个水文年以上的地下水动态资料和互阻抽水试验或试验性开采抽水试验所计算出的水文地质参数，论证水文地质条件，掌握含水层的补给条件及供水能力；③建立或完善数学模型，结合具体的开采方案，计算和评价补给量，确定允许开采量；④预测开采条件下地下水的水位、水量、水质和环境地质各方面可能发生的变化；⑤提出保护和改善地下水水量和水质的措施。（勘探阶段）C级：①基本查明含水层（带）的空间分布及水文地第三章地下水资源评价质特征；②初步掌握地下水补径排条件及其动态规律；③有据有观测孔的抽水试验或枯水期的地下水动态资料所确定的有代表性的水文地质参数；④结合开采方案初步计算允许开采量，提出合理的采用值；⑤初步论证补给量，提出拟建水源地的可靠性评价。（详查阶段）D级：①初步查明含水层（带）的空间分布及水文地质特征；②初步圈定可能富水地段；③概略评价地下水资源，估算地下水允许开采量。（普查阶段）E级：①据现有地下水资料，结合路线踏勘，概略了解区域水文地质条件；②推测圈定的可能富水地段；③粗略评价地下水资源，估算允许开采量。第四章地下水水质评价§1概论（1）评价因子的选择–常规组分：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4、Cl-、NO-2、NO-3、NH4+、pH、溶解性总固体、总硬度、DO、COD等–常见有毒金属和非金属物质：Hg、Cr、Cd、Pb、As、F、CN-等–有机有害物质：酚类、苯类、有机氯、有机磷、硝基、氨基化合物及其他工业排放的有机有害物质。–细菌、病毒等。（2）地下水质量的分类标准–Ⅰ类：主要反映地下水化学组分的天然低背景含量。第四章地下水水质评价§1概论–Ⅱ类：主要反映地下水化学组分的天然背景含量。–Ⅲ类：以人体健康基准值为依据。主要是适用于集中式生活饮用水水源及工业、农业用水。–Ⅳ类：以工业和农业用水要求为依据。除适用于农业用水和工业用水外，适当处理后，可作为生活饮用水。–Ⅴ类：不宜饮用，其他用水可根据用水目的选用。第四章地下水水质评价§2工业用水水质评价（1）锅炉用水的水质评价蒸汽锅炉中的水处在高温高压条件下，水在锅炉中可以发生成垢作用、腐蚀作用和起泡作用等各种不良的化学反应，对锅炉的正常使用造成严重影响。①成垢作用Ⅰ.根据水质分析资料计算锅垢的总重量：H0＝S+C+36γFe2++17γAl3++20γMg2++59γCa2+式中：H0—锅垢的总重量(mg／L)；S—悬浮物重量(mg／L)C—胶体重量(SiO2+A12O3+Fe2O3+…)((mg／L)；γFe2+，γAl3+…—各离子的含量(meq／L)。第四章地下水水质评价§2工业用水水质评价按锅垢总量对成垢作用进行评价时，水可分为：H0125mg／L为锅垢很少的水；Ho=125~250mg／L为锅垢较少的水；Ho=250~500mg／L为锅垢较多的水；Ho500mg／L为锅垢很多的水Ⅱ.硬垢数量常用下式计算：Hh＝SiO2+20γMg2++68（γCl-+γSO42--γNa+-γK+）式中：Hh—硬垢总量(mg／L)；SiO2—二氧化硅重量(mg／L)。γMg2+,γCl-，γSO42-，γNa+，γK+—各离子的含量(meq／L)。第四章地下水水质评价§2工业用水水质评价对锅垢的性质进行评价时，可采用硬垢系数(Kn)，即Kn＝Hh/H0。当Kn0.25时，为软垢水；Kn＝0.25-0.5时，为软硬垢水；Kn0.5时，为硬垢水。②气泡作用起泡作用可用起泡系数（F）评价。起泡系数据钠、钾的含量计算：F=62γNa++78γK+当F60时，为不起泡的水；当F＝60—200时，为半起泡的水；当F200时，为起泡的水。第四章地下水水质评价§2工业用水水质评价③腐蚀作用水的腐蚀性可以按腐蚀系数(Kk)进行评价。对酸性水：Kk＝1.008（γH++γAl3++γFe2++γMg2+-γCO32--γHCO3-）对碱性水：Kk＝1.008（γMg2+-γHCO3-）按腐蚀系数(Kk)将水分为：当