地下水资源的计算与评价水文与水资源学.pptx
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1、 地下水有利用价值包括水质和水量两个方面。地下水能够成为资源,首先是由有利用价值来决定的,而资源量多少是由量来体现的。本章着重论述地下水资源的数量评价。所谓地下水资源评价主要指在对水质评价的前提下对水量的评价。其最终日的是要查清可供开采的,并符合水质标准的地下水量。本章着重论述地1:水资源的数量评价。9.1.1 地下水资源的特性地下水资源的特性1.1.可恢复性可恢复性n n地下水资源受到各种自然因素地下水资源受到各种自然因素(地质、地貌、土壤、地质、地貌、土壤、植被、水文地质、水文及气象等植被、水文地质、水文及气象等)和人为因素和人为因素(兴修兴修水利设施、开挖灌排渠系、灌溉及开采地下水等水利
2、设施、开挖灌排渠系、灌溉及开采地下水等)的影响,其水质、水量都在随时随地发生变化,的影响,其水质、水量都在随时随地发生变化,其补给与消耗形成动平衡状态。其补给与消耗形成动平衡状态。n n地下水资源获得这种周期性的补充,恢复其原有地下水资源获得这种周期性的补充,恢复其原有水量的特征称为可恢复性。水量的特征称为可恢复性。n n只要合理地开采地下水,不会造成资源枯竭。但只要合理地开采地下水,不会造成资源枯竭。但是开采过量,又得不到相应的补倦那是势必要出是开采过量,又得不到相应的补倦那是势必要出现亏空的。所以,保持地下水资源的现亏空的。所以,保持地下水资源的“支出支出”和和“收入收入”的相对平衡是合理
3、开发利用地下水资源的相对平衡是合理开发利用地下水资源所必须道循的基本原则。所必须道循的基本原则。2.循环转化性循环转化性 大气水、地表水和地下水大气水、地表水和地下水(包括土壤水包括土壤水),处在不断,处在不断的循环转化之中。加大气降水、河流、人工渠道的循环转化之中。加大气降水、河流、人工渠道水流可以通过入渗作用补给土壤水和地下水,使水流可以通过入渗作用补给土壤水和地下水,使土壤水分增加,地下水位升高;潜水又可以通过土壤水分增加,地下水位升高;潜水又可以通过蒸发作用变成大气水,使地下水位降低。蒸发作用变成大气水,使地下水位降低。地下水与地表水在一定条件下可以互相转化,这地下水与地表水在一定条件
4、下可以互相转化,这是水资源区别于其它自然资源的又一个重要特点。是水资源区别于其它自然资源的又一个重要特点。3.调蓄性调蓄性n n地下含水层对地下水有一定的调节作用,即在丰水年地下含水层对地下水有一定的调节作用,即在丰水年份或丰水季节可以把多余的水储存在含水层中,而在份或丰水季节可以把多余的水储存在含水层中,而在枯水年份或枯水季节动用储存量。地下水资源具有一枯水年份或枯水季节动用储存量。地下水资源具有一定的调蓄性。定的调蓄性。n n人类正是利用地下水具有的调蓄性这一特点,在枯水人类正是利用地下水具有的调蓄性这一特点,在枯水季节或年份当地表水缺乏时,适当加大地下水的开采,季节或年份当地表水缺乏时,
5、适当加大地下水的开采,以满足用水要求,到丰水季节和年份,把多余的水量以满足用水要求,到丰水季节和年份,把多余的水量予以回补。这就通常所说的予以回补。这就通常所说的“以丰补欠以丰补欠”,充分发挥,充分发挥水资源的效益。水资源的效益。9.1.2地下水资源的分类地下水资源的分类n n 地下水资源评价是在明确研究对象的革础上,通过定量计算予以评价的。因此,必须对地下水资源进行分类,或者对地下水资源进行划分。1.1.普涪特尼柯夫分类普涪特尼柯夫分类(四分法四分法)n n静储量静储量、动储量动储量、调节储量调节储量、开采储量开采储量。此种分类法还存在不少问题:此种分类法还存在不少问题:n n首先,普氏分类
6、法不能确切地反映地下水资源的形成规律。首先,普氏分类法不能确切地反映地下水资源的形成规律。普氏把描述固体矿产的储量概念移用到地下水来,但地下普氏把描述固体矿产的储量概念移用到地下水来,但地下水能得到补给,这是其它任何矿产资源包括石油矿产都是水能得到补给,这是其它任何矿产资源包括石油矿产都是没有的,普氏分类法没有能反映这一特点。没有的,普氏分类法没有能反映这一特点。n n其次,普氏分类法没有能够以其次,普氏分类法没有能够以“三水三水”(大气降水、地表大气降水、地表水和地下水水和地下水)互相转化的观点分析评价地下水资源,没有互相转化的观点分析评价地下水资源,没有考虑开采后地下水的补给量与排泄量会发
7、生怎样的变化。考虑开采后地下水的补给量与排泄量会发生怎样的变化。9.1.29.1.2地下水资源的分类地下水资源的分类地下水资源的分类地下水资源的分类2.2.以水均衡为基础的分类法以水均衡为基础的分类法(三分法三分法)n n一个地下水均衡单元一个地下水均衡单元(例如,某一地下水流域,或某一地下例如,某一地下水流域,或某一地下水蓄水构造,或某水蓄水构造,或某含水层的开采地段等含水层的开采地段等)在某均衡时在某均衡时段内,地下水的循环总是表现为补给段内,地下水的循环总是表现为补给排泄排泄储存量变化储存量变化三种形式,它们三者之间,在数量上的均衡关系总可以表三种形式,它们三者之间,在数量上的均衡关系总
8、可以表达为:达为:n n补给量补给量(Q(Q补补)、排泄量、排泄量(Q(Q排排)和储存量变化和储存量变化(Q)Q)三者无论是三者无论是天然状态还是人工开采条件下,尽管各自的数量会有变化,天然状态还是人工开采条件下,尽管各自的数量会有变化,而上述总关系是不变的。而上述总关系是不变的。n n 由上述分析可知,地下水资源可分为由上述分析可知,地下水资源可分为补给量补给量、排泄量排泄量(消耗量)(消耗量)和和储存量储存量三大类。三大类。9.1.29.1.2地下水资源的分类地下水资源的分类地下水资源的分类地下水资源的分类9.1.3 地下水资源评价的任务和原则地下水资源评价的任务和原则1.任务n n地下水
9、水质评价n n地下水水量评价n n2.2.地下水资源评价的原则地下水资源评价的原则n n三水综合考虑的原则:重视大气降水、地表水和三水综合考虑的原则:重视大气降水、地表水和地下水(土壤水)之间的循环转化关系。地下水(土壤水)之间的循环转化关系。n n以丰补欠、调节均衡的原则:选择恰当的补给量以丰补欠、调节均衡的原则:选择恰当的补给量来评价可开采量,选用年或多年平均补给量作为来评价可开采量,选用年或多年平均补给量作为评价标准。评价标准。n n水质、水量统一的原则:水质、水量须同时考虑。水质、水量统一的原则:水质、水量须同时考虑。9.2 水量均衡法水量均衡法n n 水量均衡法是根据水量均衡原理建立
10、水量均衡方水量均衡法是根据水量均衡原理建立水量均衡方程来进行地下水资源评价的方法。程来进行地下水资源评价的方法。n n评价水量的评价水量的切方法都离不开水量均衡原理,尤切方法都离不开水量均衡原理,尤其是在较大范围之内进行区域性地下水资源评价其是在较大范围之内进行区域性地下水资源评价时,采用水量均衡法具有概念清楚、方法简单、时,采用水量均衡法具有概念清楚、方法简单、适应性强等优点。适应性强等优点。n n该方法是目前生产中应用最广泛的一种地下水资该方法是目前生产中应用最广泛的一种地下水资源评价方法。源评价方法。9.2.1 水量均衡的原理水量均衡的原理n n对于一个均衡区对于一个均衡区(或水文地质单
11、元或水文地质单元)的含水层组来说,的含水层组来说,地下水在补给和消耗的动平衡发展过程中,任一地下水在补给和消耗的动平衡发展过程中,任一时段补给量和消耗量之差,永远等于该时段内单时段补给量和消耗量之差,永远等于该时段内单元含水层储存水量的变化量,这就是水量均衡原元含水层储存水量的变化量,这就是水量均衡原理。理。n n具体公式详见教材具体公式详见教材206207206207页。页。9.2.2 地下水均衡计算地下水均衡计算1.1.均衡区的划分均衡区的划分n n应将评价区进行分区。均衡区一般可分为一级区、应将评价区进行分区。均衡区一般可分为一级区、二级区或更次一级的若干分区。二级区或更次一级的若干分区
12、。n n一级区以地下水类型、含水层成因类型的组合作一级区以地下水类型、含水层成因类型的组合作为分区根据。为分区根据。n n二级分区是在一级分区内,以水文地址条件作为二级分区是在一级分区内,以水文地址条件作为分区依据,即:含水层岩性结构、导水性、给水分区依据,即:含水层岩性结构、导水性、给水性、地下水位埋深等作为指标。性、地下水位埋深等作为指标。2.2.均衡时段选择均衡时段选择n n均衡时段最短应选一个水文年,力争选用包括丰均衡时段最短应选一个水文年,力争选用包括丰水年、平水年、枯水年在内的一个多年均衡期。水年、平水年、枯水年在内的一个多年均衡期。3.3.均衡要素分析与计算的方法均衡要素分析与计
13、算的方法n n具有一定数量的水文与水文地质资料是前提。具有一定数量的水文与水文地质资料是前提。n n常采用分享计算法,具体方法可查阅常采用分享计算法,具体方法可查阅水文地质水文地质手册手册。9.2.3 地下水资源评价地下水资源评价n n最后,将计算要素代入式最后,将计算要素代入式 进行计算,即可分析评价地下水资源对用水的保进行计算,即可分析评价地下水资源对用水的保证程度。证程度。n n9.3 相关分析法n n9.4开采试验法n n9.5 开采强度法n n9.6 数值法第十章第十章 水资源总量计算水资源总量计算n n目的:分析评价在当前自然条件霞可用水资源量目的:分析评价在当前自然条件霞可用水资
14、源量的最大潜力,为水资源的合理开发利用提供依据。的最大潜力,为水资源的合理开发利用提供依据。n n定义:主要指与人类社会生产、生活用水密切有定义:主要指与人类社会生产、生活用水密切有关而又能不断更新的淡水,包括地表水、土壤水关而又能不断更新的淡水,包括地表水、土壤水和地下水。和地下水。10.1 水资源总量的概念水资源总量的概念10.2 水资源总量计算水资源总量计算n n由于地表水和地下水相互联系和转化,故不能将由于地表水和地下水相互联系和转化,故不能将地表水资源和地下水资源量直接相加作为水资源地表水资源和地下水资源量直接相加作为水资源总量,而应扣除相互转化的重复水量,即:总量,而应扣除相互转化
15、的重复水量,即:W=R+Q-D W=R+Q-D (10-810-8)式中:式中:WW水资源总量,水资源总量,mm3 3;R R地表水资源量,地表水资源量,mm3 3;QQ地下水资源量,地下水资源量,mm3 3;DD地表水和地下水相互转化的重复水地表水和地下水相互转化的重复水 量,量,mm3 3 。10.2.1 单一的山丘区单一的山丘区n n这种类型的地区一般包括一般山丘区、岩溶山区、这种类型的地区一般包括一般山丘区、岩溶山区、黄土高原丘陵沟壑区。地表水资源量为当地河川径黄土高原丘陵沟壑区。地表水资源量为当地河川径流量,地下水资源量按排泄量计算,相当于当地降流量,地下水资源量按排泄量计算,相当于
16、当地降水入渗补给量,地表水和地下水相互转化的重复水水入渗补给量,地表水和地下水相互转化的重复水量为河川基流量。分区水资源总量量为河川基流量。分区水资源总量(W)(W)为为10.2.2 单一的平原区单一的平原区n n这种类型区包括北方一般平原区、沙漠区、内陆这种类型区包括北方一般平原区、沙漠区、内陆闭合盆地平原区、山问盆地平原区、山间河谷平闭合盆地平原区、山问盆地平原区、山间河谷平原区、黄土高原台源阶地区。原区、黄土高原台源阶地区。n n地表水资源量为当地平原河川径流量。地下水除地表水资源量为当地平原河川径流量。地下水除由当地降水入渗补给外,一般还有外区来水的补由当地降水入渗补给外,一般还有外区
17、来水的补给,用总补给量减去井灌回归补给量后作为地下给,用总补给量减去井灌回归补给量后作为地下水资源量。地表水和地下水相互转化的重复水量水资源量。地表水和地下水相互转化的重复水量有地表水体渗漏补给量,平原区河川基流量和侧有地表水体渗漏补给量,平原区河川基流量和侧渗流入补给量。渗流入补给量。n n分区水资源总量(W)为10.2.2 单一的平原区单一的平原区10.2.3 多种地貌类型的地区多种地貌类型的地区n n在多数水资源分区内,往往存在两种以上的地貌在多数水资源分区内,往往存在两种以上的地貌类型区。如上游为山丘区类型区。如上游为山丘区(或按排泄项计算地下水或按排泄项计算地下水资源量的其他类型区资
18、源量的其他类型区),下游为平原区,下游为平原区(或按补给项或按补给项计算地下水资源量的其他类型区计算地下水资源量的其他类型区),在计算全区地,在计算全区地下水资源量时,应先扣除山丘区地下水和平原区下水资源量时,应先扣除山丘区地下水和平原区地下水之间的重复量。地下水之间的重复量。n n这个重复量由两部分组成,一是山前侧渗量;二这个重复量由两部分组成,一是山前侧渗量;二是山丘区河川基流对平原区地下水的补给量。后是山丘区河川基流对平原区地下水的补给量。后者与河者与河JI JI径流的开发利用情况有关,较难准确定径流的开发利用情况有关,较难准确定量,一般用平原区地下水的地表水体渗漏补给量量,一般用平原区
19、地下水的地表水体渗漏补给量乘以山丘区基流量与河径流量之比乘以山丘区基流量与河径流量之比(k=R(k=Rgmgm/R/Rmm)估估算。算。n n全区水资源量(W)按下式计算:10.3 水量平衡分析水量平衡分析n n目的:研究不同地区水文要素的数量及其相互的对比关系,利用水文、气象以及其它自然因素的地带性规律,检查水资源计算成果的合理性。n n在一个流域片内,如果忽略地下水进出该片的潜流量,则在一个流域片内,如果忽略地下水进出该片的潜流量,则在多年平均的情况下可以建立水量平衡方程,即:在多年平均的情况下可以建立水量平衡方程,即:P=R+EP=R+E R=Rs+Rg R=Rs+Rg E=Es+Rg
20、E=Es+Rg W=R+Eg W=R+Eg式中:式中:P P、R R、E E符号同前;符号同前;WW水资源总量,水资源总量,mm3 3 ;RgRg河川基流量,河川基流量,mm3 3 ;RsRs地表径流量,地表径流量,mm3 3 ;EgEg平原淡水区潜水蒸发量,平原淡水区潜水蒸发量,mm3 3 ;EsEs地表蒸散发量,地表蒸散发量,mm3 3;n n根据上述水量平衡方程,可对各流域片的水文要根据上述水量平衡方程,可对各流域片的水文要素进行分析,并求得相应的素进行分析,并求得相应的R/PR/P、W/PW/P、Rg/RRg/R、Eg/EEg/E、(Rg+Eg)/W(Rg+Eg)/W等比值,进而进行水
21、量平衡对等比值,进而进行水量平衡对比分析,可了解各流域片的水量平衡要素之间的比分析,可了解各流域片的水量平衡要素之间的关系,水量多少、以及地下含水层的调蓄能力等关系,水量多少、以及地下含水层的调蓄能力等情况。情况。第十一章第十一章 水质与水质评价(略讲)水质与水质评价(略讲)第十二章第十二章 水资源开发利用水资源开发利用12.1水资源开发利用状况水资源开发利用状况1.1.水资源开发利用状况水资源开发利用状况水资源开发利用状况水资源开发利用状况n n 水资源是人类社会赖以存在和发展的物质基础。水资源是人类社会赖以存在和发展的物质基础。随着人口的增长和经济的发展,全世界对水的需随着人口的增长和经济
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