9地下水资源量的计算与评价教学课件

专门水文地质学专门水文地质学主讲教师：张卫民主讲教师：张卫民2019年年 学位课程第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 地下水资源评价包括地下水资源评价包括地下水水质评价和地下水地下水水质评价和地下水水量评价水量评价两个方面。前章已经讲了两个方面。前章已经讲了地下水水质评地下水水质评价价，本章主要介绍，本章主要介绍地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法 3 地下水资源评价地下水资源评价 第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类 一、地下水资源的特点一、地下水资源的特点 地地下下水水资资源源，既既不不同同于于固固体体矿矿产产资资源源，也也不不同同于于地地表表水水资资源源，有有它它自自己己的的特特点点。可可以以概概括括为为系系统统性性、流流动动性性、可可恢复性、可调节性恢复性、可调节性等四个方面的特点。等四个方面的特点。1、系统性、系统性 所谓系统性，是指由一定的地质结构组织而成的、具有所谓系统性，是指由一定的地质结构组织而成的、具有密切水力联系的统一整体。密切水力联系的统一整体。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点一、地下水资源的特点1、系统性、系统性人类对地下水资源的认识从人类对地下水资源的认识从水井水井(水源地水源地)评价发展到评价发展到含水层、含水岩组，直到含水系统整体评价含水层、含水岩组，直到含水系统整体评价。过去，人们把具有密切水力联系的统一整体，人为分过去，人们把具有密切水力联系的统一整体，人为分割为相互独立的割为相互独立的含水层或单元含水层或单元，分别进行水量、水质的评，分别进行水量、水质的评价，并用这种评价结果指导地下水资源的开发利用，结果价，并用这种评价结果指导地下水资源的开发利用，结果导致各地争水、水质恶化、环境质量日趋下降。导致各地争水、水质恶化、环境质量日趋下降。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点一、地下水资源的特点2、流动性、流动性 地下水资源是流体，在地下水资源是流体，在补给、径流、排泄补给、径流、排泄的过程中，的过程中，不断循环流动，因此地下水资源是不断循环流动，因此地下水资源是动态资源动态资源。地下水资源。地下水资源的数量和质量随外界条件变化而变化。的数量和质量随外界条件变化而变化。在任一地点获取的地下水量，都是以在任一地点获取的地下水量，都是以周围地段甚至整周围地段甚至整个系统的水量个系统的水量为代价的。为代价的。那种将流经本地区那种将流经本地区(段段)的地下水的地下水视为已有的资源观，显然违背了水资源流动性这一客观事视为已有的资源观，显然违背了水资源流动性这一客观事实。实。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点一、地下水资源的特点3、可恢复性、可恢复性 又又称称为为可可再再生生性性。地地下下水水始始终终处处于于流流动动状状态态，在在不不断断接接受受外外界界水水量量和和溶溶质质补补充充的的同同时时，也也将将系系统统内内部部水水量量连连同同水中所含的物质排泄出去。水中所含的物质排泄出去。在在天天然然条条件件下下，补补、排排水水量量在在多多年年间间可可以以大大体体平平衡衡，各各地地段段水水量量和和水水质质保保持持相相对对稳稳定定。在在地地下下水水开开发发利利用用过过程程中中，如如果果系系统统排排出出的的水水量量不不超超过过某某一一特特定定值值，则则大大部部分分水水量可以通过外界的补给得到补偿。量可以通过外界的补给得到补偿。地地下下水水资资源源的的可可恢恢复复性性是是地地下下水水资资源源可可持持续续利利用用的的保保证。证。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点一、地下水资源的特点4、可调节性、可调节性 调调节节性性主主要要是是针针对对水水量量而而言言，指指地地下下水水在在系系统统结结构构的的作作用用下下，使使不不连连续续的的降降水水和和水水量量输输入入变变为为相相对对连连续续、均均匀匀输输出出的这种自然特性。的这种自然特性。一一般般来来说说，地地表表水水系系统统的的水水量量调调节节能能力力较较差差，水水量量、水水位位的的动动态态变变化化与与降降水水过过程程极极为为密密切切，滞滞后后、延延迟迟效效应应均均不不明显，获得的降水补给量可以快速地排出。明显，获得的降水补给量可以快速地排出。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点一、地下水资源的特点4、调节性、调节性 与与地地表表水水相相比比，地地下下水水更更具具有有调调节节性性。集集中中的的降降水水补补给给可可积积蓄蓄在在季季节节变变动动带带中中，然然后后缓缓慢慢释释放放，缓缓慢慢径径流流的的路路程程效应可平抑各处来水的波动，效应可平抑各处来水的波动，发挥削峰填谷发挥削峰填谷的作用。的作用。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点一、地下水资源的特点小结小结 1 1、系统性、系统性2 2、流动性、流动性3 3、可恢复性、可恢复性4 4、可调节性、可调节性 第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类二、地下水资源的分类 20世纪世纪70年代以前，我国采用前苏联的地下水储量分类，即年代以前，我国采用前苏联的地下水储量分类，即分为分为动储量、静储量、调节储量和开采储量动储量、静储量、调节储量和开采储量四类。四类。（1）动储量：）动储量：单位时间内流经含水层（带）横断面的地下水体单位时间内流经含水层（带）横断面的地下水体积，即地下水的天然径流量；积，即地下水的天然径流量；（2）静储量：）静储量：地下水位年变动带以下含水层（带）中储存的重地下水位年变动带以下含水层（带）中储存的重力水体积；力水体积；（3）调节储量：）调节储量：地下水位年变动带内重力水的体积；地下水位年变动带内重力水的体积；（4）开采储量：）开采储量：用技术经济合理的取水工程，能从含水层中用技术经济合理的取水工程，能从含水层中取出的水量，并要求开采期内不发生水量减少、水质恶化等不取出的水量，并要求开采期内不发生水量减少、水质恶化等不良后果。良后果。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类二、地下水资源的分类 2020世纪世纪7070年代后期，我国提出了自己的地下水资源分类，年代后期，我国提出了自己的地下水资源分类，中华人民共和国建设部于中华人民共和国建设部于20192019年颁布的国家标准供水水文年颁布的国家标准供水水文地质勘察规范地质勘察规范(GB50027-2019GB50027-2019)中仍执行该方案。中仍执行该方案。该方案将地下水资源划分为该方案将地下水资源划分为补给量、储存量和允许开采补给量、储存量和允许开采量量三类：三类：第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类二、地下水资源的分类 1、补给量、补给量指天然状态或开采条件下，单位时间内，通过各种途指天然状态或开采条件下，单位时间内，通过各种途径进入含水层（或含水系统）的水量。径进入含水层（或含水系统）的水量。一般包括一般包括地下水径流补给量、大气降水的入渗补给量、地下水径流补给量、大气降水的入渗补给量、地表水的入渗补给量、越流补给量和人工补给量地表水的入渗补给量、越流补给量和人工补给量等。等。2 2、储存量、储存量 指地下水在补给与排泄过程中，某一时间段内，在含指地下水在补给与排泄过程中，某一时间段内，在含水层水层（或含水系统）（或含水系统）中储存的重力水体积。中储存的重力水体积。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类二、地下水资源的分类 2 2、储存量、储存量 在在潜潜水水含含水水层层中中，储储存存量量的的变变化化主主要要反反映映为为水水体体积积的的改改变变，称为称为体（容）积储存量体（容）积储存量，可用下式计算：，可用下式计算：W=F h W=F h 式中：式中：W地下水的储存量地下水的储存量(m(m3 3)；含水层的给水度；含水层的给水度；F潜水含水层的面积潜水含水层的面积(m(m2 2)；h潜水含水层的厚度潜水含水层的厚度(m)(m)。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类二、地下水资源的分类 2 2、储存量、储存量 在在承承压压含含水水层层中中，压压力力水水头头的的变变化化主主要要反反映映弹弹性性水水的的释释放，称为放，称为弹性储存量弹性储存量，可按下式计算：，可按下式计算：W W弹弹*F h F h 式中：式中：W W弹弹承压水的弹性储存量承压水的弹性储存量(m(m3 3)；*贮水贮水(或释水或释水)系数；系数；F F 承压含水层的面积承压含水层的面积(m(m2 2)；h h 承压含水层自顶板算起的压力水头高度承压含水层自顶板算起的压力水头高度(m)(m)。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类二、地下水资源的分类 3 3、允许开采量、允许开采量 又又称称可可开开采采量量，指指通通过过技技术术经经济济合合理理的的取取水水构构筑筑物物，在在整整个个开开采采期期内内出出水水量量不不会会减减少少，动动水水位位不不超超过过设设计计要要求求，水水质质和和水水温温变变化化在在允允许许范范围围内内，不不影影响响已已建建水水源源地地正正常常开开采采，不不发发生生危危害害性性环环境境地地质质现现象象等等前前题题下下，单单位位时时间间内内从从含含水水系系统或取水地段中能够取得的水量。统或取水地段中能够取得的水量。简简言言之之，允允许许开开采采量量就就是是用用合合理理的的取取水水工工程程，能能从从含含水水系系统统或或取取水水地地段段中中取取得得出出来来，但但不不会会引引起起一一切切不不良良后后果果的的最大出水量。最大出水量。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类二、地下水资源的分类 4 4、允许开采量的组成、允许开采量的组成（1）允许开采量与开采量的关系）允许开采量与开采量的关系允允许许开开采采量量与与开开采采量量是是不不同同的的概概念念。开开采采量量是是指指目目前前正正在在开开采采的的水水量量或或预预计计开开采采量量，它它只只反反映映了了取取水水工工程程的的产产水水能能力力。开采量不应大于允许开采量；否则，会引起不良后果。开采量不应大于允许开采量；否则，会引起不良后果。允允许许开开采采量量的的大大小小取取决决于于地地下下水水的的补补给给量量和和储储存存量量的的大大小，同时还受技术经济条件的限制。小，同时还受技术经济条件的限制。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类二、地下水资源的分类 3 3、允许开采量的组成、允许开采量的组成（2 2）允许开采量的组成允许开采量的组成地地下下水水在在开开采采以以前前，雨雨季季补补给给量量大大于于消消耗耗量量，含含水水层层内内储储存存量量增增加加，水水位位抬抬高高，流流速速增增大大；雨雨季季过过后后，消消耗耗量量大大于于补给量，储存量减少，水位下降，流速减小。补给量，储存量减少，水位下降，流速减小。从从一一个个周周期期的的时时间间来来看看，这这段段时时间间的的总总补补给给量量和和总总消消耗耗量是接近相等的，量是接近相等的，即即Q Q补补Q Q排排。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类二、地下水资源的分类 3 3、允许开采量的组成、允许开采量的组成（2 2）允许开采量的组成允许开采量的组成在在人人工工开开采采地地下下水水时时，天天然然排排泄泄量量减减少少，补补给给量量增增加加。在在开开采状态下，可以用下面水均衡方程表示：采状态下，可以用下面水均衡方程表示：（Q Q补补+Q+Q补补）（）（Q Q排排QQ排排）Q Q开开 Fh/tFh/t式中：式中：Q Q补补开采前的天然补给量（开采前的天然补给量（m m3 3d d）；）；Q Q补补开采时的补给增量（开采时的补给增量（m m3 3d d）；）；Q Q排排开采前的天然排泄量开采前的天然排泄量(m(m3 3d)d)；QQ排排开采时天然排泄量减少值（开采时天然排泄量减少值（m m3 3d d）；）；Q Q开开人工开采量（人工开采量（m m3 3d d）；）；第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类二、地下水资源的分类 3 3、允许开采量的组成、允许开采量的组成（2 2）允许开采量的组成允许开采量的组成在开采状态下，可以用下面水均衡方程表示：在开采状态下，可以用下面水均衡方程表示：（Q Q补补+Q+Q补补）（Q Q排排QQ排排）Q Q开开 Fh/tFh/t式中：式中：含水层的给水度；含水层的给水度；F F开采时引起水位下降的面积（开采时引起水位下降的面积（m m2 2）；）；t t 开采时间（开采时间（d d）；）；h h在在tt时间段内开采影响范围内的平均水位降（时间段内开采影响范围内的平均水位降（m m）。）。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类二、地下水资源的分类 3 3、允许开采量的组成、允许开采量的组成（2 2）允许开采量的组成允许开采量的组成由由于于天天然然补补给给量量与与天天然然排排泄泄量量近近似似相相等等，即即Q Q补补QQ排排，并且开采量在数值上已接近或等于允许开采量，所以：并且开采量在数值上已接近或等于允许开采量，所以：Q Q允允开开 Q Q补补+Q+Q排排 Fh/tFh/t 这个方程表明，这个方程表明，允许开采量允许开采量实质上是由三部分组成的：实质上是由三部分组成的：1 1）增加的补给量（）增加的补给量（QQ补补），），可称为开采夺取量；可称为开采夺取量；2）减少的天然排泄量（）减少的天然排泄量（Q排），排），可称为开采截取量；可称为开采截取量；3）储存量的变化量（）储存量的变化量（Fh/t）。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类二、地下水资源的分类二、地下水资源的分类 小结小结1 1、补给量、补给量2 2、储存量、储存量3 3、允许开采量、允许开采量 4 4、允许开采量的组成、允许开采量的组成第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法 3 地下水资源评价地下水资源评价 第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法 计计算算地地下下水水的的允允许许开开采采量量是是地地下下水水资资源源评评价价的的核核心心问问题题。计计算算允允许许开开采量的方法，也称为地下水资源评价方法。采量的方法，也称为地下水资源评价方法。由于各地水文地质条件的差异，已有资料详细程度不同，以及对计算由于各地水文地质条件的差异，已有资料详细程度不同，以及对计算成果要求的精度不同，可以采用不同的计算方法。成果要求的精度不同，可以采用不同的计算方法。目前应用较广泛的计算方法主要有目前应用较广泛的计算方法主要有水量均衡法、解析法、数值法、相水量均衡法、解析法、数值法、相关外推法、开采抽水法、补偿疏干法和关外推法、开采抽水法、补偿疏干法和“黑箱法黑箱法”等。等。为了保证计算结果的准确性，在实际工作中应根据为了保证计算结果的准确性，在实际工作中应根据资料情况、评价的资料情况、评价的目的和计算方法的适用范围目的和计算方法的适用范围选用多种方法计算，以便进行比较、验证。选用多种方法计算，以便进行比较、验证。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法一、水量均衡法 1 1、基本原理、基本原理 水水量量均均衡衡法法是是水水量量计计算算中中最最常常用用、最最基基本本的的方方法法。一一个个均均衡衡区区内内的的含含水水层层系系统统，在在任任一一时时段段t内内补补给给量量与与排排泄泄量量之之差差，恒恒等等于于此此含含水水层层系系统统中中水水体体积积的的变变化化量量。据据此此可可以以建建立水均衡方程式：立水均衡方程式：Q补补Q流入流入Q越入越入Q河渗河渗Q雨渗雨渗Q人补人补（m3/d）；）；Q排排Q流出流出Q越出越出Q溢出溢出Q蒸发蒸发Q实开实开（m3/d）第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法一、水量均衡法1 1、基本原理、基本原理 由由前前述述对对允允许许开开采采量量的的分分析析可可知知，如如果果是是稳稳定定型型开开采采动动态态，则则允允许许开采量为：开采量为：如果是合理的消耗型开采动态，则为：如果是合理的消耗型开采动态，则为：式式中中，Q Q排排减减少少的的排排泄泄量量；Q Q补补为为开开采采时时增增加加的的补补给给量量；S Smaxmax为为最最大允许降深；大允许降深；T T为开采年限，一般取为开采年限，一般取5050100a100a。在在实实际际工工作作中中，应应分分析析确确定定均均衡衡区区的的的的各各个个均均衡衡项项目目，计计算算出出均均衡衡区内截取的各种排泄量和合理夺取的开采补给量。区内截取的各种排泄量和合理夺取的开采补给量。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法一、水量均衡法1 1、基本原理、基本原理 补补给给量量Q Q补补和和排排泄泄量量Q Q排排的的组组成成项项目目很很多多，要要准准确确地地测测得得这这些些参参数数往往往往很很困困难难，但但对对一一个个具具体体的的地地区区来来说说，常常常常不不包包含全部项目，有的甚至非常简单。含全部项目，有的甚至非常简单。例例如如，我我国国南南方方的的岩岩溶溶水水地地区区，主主要要补补给给来来源源是是Q Q雨雨渗渗和和Q Q河河渗渗，其其次次是是侧侧向向流流入入Q Q流流入入，排排泄泄项项中中主主要要是是Q Q溢溢出出，其其次次是是Q Q流出流出及及Q Q蒸发蒸发。只只要要采采用用恰恰当当的的开开采采方方式式，可可以以充充分分截截取取补补给给，减减少少排排泄，则计算允许开采量的公式可简化为：泄，则计算允许开采量的公式可简化为：Q Q允开允开Q Q雨渗雨渗十十Q Q河渗河渗 用补给量作为用补给量作为允许开采量允许开采量第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法一、水量均衡法2 2、计算步骤、计算步骤 步骤步骤1 1：划分均衡区：划分均衡区 （1）在）在区域地下水资源量区域地下水资源量计算中，以地下水系统边界圈计算中，以地下水系统边界圈定的范围为均衡区；定的范围为均衡区；（2）局域地下水水量局域地下水水量计算中，均衡区需要人为划分，均计算中，均衡区需要人为划分，均衡区的边界尽量选择天然边界或地下水交换量容易确定的衡区的边界尽量选择天然边界或地下水交换量容易确定的边界；边界；（3）如果均衡区面积大，水文地质条件复杂，均衡要素）如果均衡区面积大，水文地质条件复杂，均衡要素差别大，还可以根据差别大，还可以根据含水介质成因类型和地下水类型的组含水介质成因类型和地下水类型的组合作为子一级分区合作为子一级分区依据。例如在基岩山区平原地区，可依据。例如在基岩山区平原地区，可分为基岩山区裂隙水、平原区松散孔隙水等分为基岩山区裂隙水、平原区松散孔隙水等一级子区一级子区；第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法一、水量均衡法2 2、计算步骤、计算步骤 步骤步骤1 1：划分均衡区：划分均衡区 （4）如果）如果同一子区内同一子区内，水文地质条件还有较大差异，可，水文地质条件还有较大差异，可以按不同的定量指标划分为以按不同的定量指标划分为若干段若干段。分段指标通常是。分段指标通常是含水层含水层导水系数、给水度、水位埋深、动态变幅及包气带岩性导水系数、给水度、水位埋深、动态变幅及包气带岩性等，等，以便于测定均衡要素。以便于测定均衡要素。步骤步骤2：确定均衡期：确定均衡期 均衡期一般以均衡期一般以年年为单位，也可将为单位，也可将旱季、雨季旱季、雨季分开来计算，分开来计算，这样可以简化均衡方程中的项目。这样可以简化均衡方程中的项目。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法一、水量均衡法 步骤步骤3：确定均衡要素，建立均衡方程：确定均衡要素，建立均衡方程 均衡要素均衡要素指通过均衡区的边界指通过均衡区的边界流入和流出水量项流入和流出水量项的总称。的总称。进入的水量项称为补给项，流出的水量项称为排泄项。进入的水量项称为补给项，流出的水量项称为排泄项。（1）分析各个均衡区有）分析各个均衡区有哪些均衡要素；哪些均衡要素；（2）确定天然条件下）确定天然条件下补给量和排泄量；补给量和排泄量；（3）确定开采条件下的）确定开采条件下的补给增量补给增量和和可能减少的排泄量；可能减少的排泄量；（4）建立均衡方程。）建立均衡方程。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法一、水量均衡法 步骤步骤3：确定均衡要素，建立均衡方程：确定均衡要素，建立均衡方程 为了取得较准确的计算资料，最好在每个均衡区选择一为了取得较准确的计算资料，最好在每个均衡区选择一个个有代表性的地段有代表性的地段做小范围的均衡试验，实际测定各项均衡做小范围的均衡试验，实际测定各项均衡要素的数值，取得计算所需的参数，然后用以计算整个均衡要素的数值，取得计算所需的参数，然后用以计算整个均衡区的各种补给量和排泄量。区的各种补给量和排泄量。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法一、水量均衡法2、计算步骤、计算步骤 步骤步骤4：计算和评价：计算和评价 （1）计算：）计算：将各项均衡要素值代入均衡式中，计算出将各项均衡要素值代入均衡式中，计算出补给补给量与排泄量的差值量与排泄量的差值，看，看地下水储存量的变化是否与之相符地下水储存量的变化是否与之相符，如果不符，审查各均衡要素的计算是否准确，作适当修改，如果不符，审查各均衡要素的计算是否准确，作适当修改，使方程平衡为止。使方程平衡为止。（2）评价：）评价：一般以一般以可能减少的排泄量可能减少的排泄量加上加上实际已开采量作实际已开采量作为总的允许开采量为总的允许开采量，或以，或以总补给量总补给量作为作为允许开采量允许开采量的极限。的极限。（3）如果储存量很大）如果储存量很大，可以动用时，应确定最大允许降深，可以动用时，应确定最大允许降深值值Smax，将此范围内的储存量逐年分配到开采量中，开采期，将此范围内的储存量逐年分配到开采量中，开采期限一般取限一般取50-100a。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法一、水量均衡法2 2、计算步骤、计算步骤 步骤步骤4 4：计算和评价：计算和评价 （4）在实际计算中，常常是根据多年的动态观测资料分析，）在实际计算中，常常是根据多年的动态观测资料分析，计算计算不同保证率典型年的水均衡不同保证率典型年的水均衡，可评价允许开采量的保证，可评价允许开采量的保证程度。某水源地的水均衡计算结果见表程度。某水源地的水均衡计算结果见表9-1。从表从表9-1中可见，枯水年是中可见，枯水年是负均衡负均衡，即每年计划增开，即每年计划增开3185104m3时，尚需借用储存量时，尚需借用储存量2398104m3，使区域水位，使区域水位降深增加降深增加2.68m，但在平水年可节余，但在平水年可节余5198104m3，是可以将，是可以将枯水年借用量补偿回来的。枯水年借用量补偿回来的。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法一、水量均衡法2 2、计算步骤、计算步骤 表表9-1 某水源地水均衡计算结果（单位：某水源地水均衡计算结果（单位：104m3）典型年份典型年份Q雨渗雨渗Q流入流入Q河渗河渗Q补QQ补-Q排排S（m）枯水年（保枯水年（保证率率p97）42780419903266-2398 5198-2.68+3.02平水年（保平水年（保证率率p50）83680470068646典型年份典型年份Q计开开Q农开开Q工开工开Q排排枯水年（保枯水年（保证率率p97）318522162635664平水年（保平水年（保证率率p50）318502633448第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法一、水量均衡法3、适用条件、适用条件 水量均衡法原则上可以适用于任何水文地质条件和开采条水量均衡法原则上可以适用于任何水文地质条件和开采条件：件：（1）可做可做区域地下水资源评价区域地下水资源评价，也可用于，也可用于局部地下水水量局部地下水水量评价评价；（2）适用于山区基岩裂隙水，适用于山区基岩裂隙水，更适合于更适合于平原区的孔隙水；平原区的孔隙水；（3）可用于潜水区，也可用于承压水区。）可用于潜水区，也可用于承压水区。但因均衡要素不易测准，所以目前主要用于但因均衡要素不易测准，所以目前主要用于平原潜水区。平原潜水区。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法一、水量均衡法一、水量均衡法小结小结 1、基本原理、基本原理 2、计算步骤、计算步骤 3、适用条件、适用条件第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法（回归分析法）二、相关外推法（回归分析法）相相关关外外推推法法是是根根据据开开采采地地下下水水的的历历史史资资料料或或不不同同流流量量不不同同降降深深的的抽抽水水试试验验资资料料，用用数数理理统统计计方方法法找找出出流流量量与与降降深深或或其其他他变变量量之之间间的的相相关关关关系系，并并建建立立回回归归方方程程，外外推推未未来来开采时的开采量，或外推增大开采量以后的水位降深开采时的开采量，或外推增大开采量以后的水位降深。变量之间的关系，一般有三种，变量之间的关系，一般有三种，即函数关系即函数关系（完全相关）、（完全相关）、无关系无关系（零相关）和（零相关）和相关关系相关关系（统计关系）（统计关系）。根据研究的变量数目和相关性质不同，可分为根据研究的变量数目和相关性质不同，可分为一元线性一元线性相关分析，一元非线性相关分析相关分析，一元非线性相关分析,多元线性相关分析（复相关）多元线性相关分析（复相关），多元非线性相关分析，多元非线性相关分析。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法1 1、一元线性相关、一元线性相关 在在地地下下水水资资源源量量计计算算中中，常常需需要要确确定定地地下下水水开开采采量量Q与与水水位位降降深深S之之间间的的关关系系。若若实实际际观观测测值值在在Q-S坐坐标标散散点点图图上上有有直直线线的的趋趋势势，则则建建立立一一元元线线性性回回归归方方程程。一一元元线线性性回回归归方方程程的的般形式为：般形式为：S=S=A A+B BQ Q用用最最小小二二乘乘法法的的原原理理求求出出待待定定系系数数A A和和B B后后，便便可可得得到到一一条最佳的配合直线。条最佳的配合直线。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法 1 1、一元线性相关、一元线性相关 （1 1）一元线性相关）一元线性相关 （2 2）一元非线性相关）一元非线性相关 第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法1 1、一元线性相关、一元线性相关 这这就就是是一一般般常常用用的的一一元元线线性性回回归归方方程程。B B是是直直线线的的斜斜率率，称为回归系数称为回归系数 第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法 1 1、一元线性相关、一元线性相关 回回归归方方程程的的实实用用价价值值，可可用用相相关关系系数数来来衡衡量量。相相关关系系数数（）反反映映了了两两个个变变量量之之间间联联系系的的密密切切程程度度。其其值值介介于于0到到1之间，之间，相关系数相关系数可用下式求得：可用下式求得：第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法 1 1、一元线性相关、一元线性相关 回归系数回归系数B也可以用相关系数和根方差求得：也可以用相关系数和根方差求得：在在实实际际应应用用中中，相相关关系系数数多多大大时时所所建建立立的的回回归归方方程程才才有有价价值值？这这主主要要取取决决于于抽抽样样的的多多少少和和要要求求的的精精度度，可可查查相相关关系系数显著性检验表数显著性检验表（p154p154表表9.119.11）。）。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法 1 1、一元线性相关、一元线性相关 根根据据样样数数N-2N-2，显显著著性性水水平平 查查出出相相关关系系数数达达到到显显著著时时的的最最小小值值。如如果果计计算算的的相相关关系系数数大大于于显显著著时时的的最最小小值值，说说明明所所建建立立的的回回归归方方程程有有价价值值。例例如如抽抽样样1212个个，N-2N-21010，查查表表 0.050.05和和0.010.01水水平平，0.5760.576和和0.7080.708，计计算算 0.6120.612。这这说说明明在在95的的可可信信度度下下，回回归归方方程程有有价价值值，而而在在在在99的可信度下，回归方程没有价值。的可信度下，回归方程没有价值。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法1 1、一元线性相关、一元线性相关 预预报报精精度度，实实际际观观测测值值与与回回归归方方程程计计算算值值的的误误差差，即即剩剩余标准差余标准差ss ：S=A S=ABQBQss s愈小，预报精度愈高。愈小，预报精度愈高。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法1 1、一元线性相关、一元线性相关 上上述述以以地地下下水水水水位位降降深深S与与地地下下水水开开采采量量Q之之间间的的关关系系为为例例，讨讨论论了了一一元元线线性性回回归归方方程程的的建建立立、显显著著性性检检验验及及预预报报精精度度，同同样样可可以以分分析析其其他他变变量量（如如降降水水量量与与地地下下水水允允许许开开采采量量或泉流量）之间的相关关系。或泉流量）之间的相关关系。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法 2、一元非线性相关（曲线相关）、一元非线性相关（曲线相关）若实际观测值在若实际观测值在Q-S坐标散点图上没有直线的趋势，而坐标散点图上没有直线的趋势，而呈近似的呈近似的曲线曲线时，则可用上述相同的道理建立一个曲线回归时，则可用上述相同的道理建立一个曲线回归方程。不过，方程。不过，用变换坐标的方法，把曲线变为直线用变换坐标的方法，把曲线变为直线(即线性化即线性化)更为方便更为方便，就可以直接利用前述的一元线性回归方程了。，就可以直接利用前述的一元线性回归方程了。例如，幂函数，其一般式为：例如，幂函数，其一般式为：YaXb第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法 2、一元非线性相关、一元非线性相关 例如，幂函数，其一般式为：例如，幂函数，其一般式为：Y YaXaXb b 如如果果研研究究的的变变量量是是开开采采量量Q Q与与降降深深S S的的关关系系，则则其其形形式式为：为：Q QASASB B 取对数取对数 lgQ lgQlgAlgA+B BlgSlgS 回归方程为：回归方程为：第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法 2、一元非线性相关、一元非线性相关 考虑到对数的均值与均值的对数相近，即考虑到对数的均值与均值的对数相近，即去掉对数后，回归方程可表示为：去掉对数后，回归方程可表示为：这这就就是是幂幂函函数数的的一一元元非非线线性性回回归归方方程程，在在水水文文地地质质计计算算中经常用到。中经常用到。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法 2、一元非线性相关、一元非线性相关 回归系数回归系数B B的计算公式为：的计算公式为：第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法 2、一元非线性相关、一元非线性相关相关系数的计算公式为：相关系数的计算公式为：用相关分析评价可开采量的方法步骤的例子见教材用相关分析评价可开采量的方法步骤的例子见教材157-159157-159。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法 3、相关分析法的适用条件、相关分析法的适用条件相相关关分分析析法法的的适适用用范范围围很很广广，只只要要在在具具备备多多年年观观测测资资料料地地区区，无无论论水水文文地地质质条条件件多多么么复复杂杂，条条件件是是否否查查清清，都都可可建建立回归方程进行预报。立回归方程进行预报。用用回回归归方方程程预预报报的的效效果果，一一般般来来说说预预报报系系列列较较短短，精精度度较较高高，系系列列较较长长则则精精度度下下降降，但但对对较较长长系系列列，可可以以采采用用不不断断校正方程，不断延长系列的逐步预报法。校正方程，不断延长系列的逐步预报法。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法二、相关外推法二、相关外推法小结小结 1、开采量与降深线性一元线性相关、开采量与降深线性一元线性相关 2、开采量与降深线性一元非线性相关、开采量与降深线性一元非线性相关 3、相关分析法的适用条件、相关分析法的适用条件方法简单实用方法简单实用步骤步骤（1）作）作S-Q散点图；散点图；（2）求出待定系数）求出待定系数A和和B：（3）求相关系数；（）求相关系数；（4）相关系数显著性检验；）相关系数显著性检验；（5）预报精度，即求剩余标准差）预报精度，即求剩余标准差s 或或；（6）外推预报）外推预报第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法 是是按按设设计计开开采采量量抽抽水水，以以确确定定水水源源地地供供水水能能力力的的一一种种方方法法。为为了了解解地地下下水水的的补补给给能能力力，抽抽水水期期一一般般选选择择在在旱旱季季，当当抽抽水水量量达达到到设设计计开开采采量量后后，再再延延续续一一至至数数月月。在在抽抽水水过过程程及及水水位位恢复阶段要进行全面观测。水位观测可能出现两种情况：恢复阶段要进行全面观测。水位观测可能出现两种情况：1 1、稳定状态、稳定状态在在长长时时间间抽抽水水过过程程中中，如如果果水水位位达达到到设设计计降降深深并并趋趋于于稳稳定定状状态态，停停抽抽后后，水水位位能能较较快快恢恢复复到到原原来来的的水水平平（见见图图10-10-1313），这这就就表表明明实实际际抽抽水水量量小小于于开开采采条条件件下下的的补补给给量量，按按此此抽水量开采是有保证的。实际抽水量就是允许开采量。抽水量开采是有保证的。实际抽水量就是允许开采量。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法1 1、稳定状态、稳定状态第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法2 2、非稳定状态、非稳定状态如如果果抽抽水水过过程程中中，井井中中水水位位不不稳稳定定，特特别别是是观观测测孔孔水水位位具具有有持持续续下下降降的的趋趋势势，停停抽抽后后，水水位位虽虽有有恢恢复复，但但始始终终达达不不到到原原始始水水位位。说说明明抽抽水水量量已已超超过过开开采采条条件件下下的的补补给给量量，按按此此抽抽水水量量开开采采是是没没有有保保证证的的。这这时时如如何何计计算算允许开采量？允许开采量？在在水水位位持持续续下下降降过过程程中中，只只要要漏漏斗斗开开始始等等幅幅下下降降（见图（见图10-1410-14），），则任一时间段内的水量均衡应满足：则任一时间段内的水量均衡应满足：第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法2 2、非稳定状态、非稳定状态第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法2 2、非稳定状态、非稳定状态在在水水位位持持续续下下降降过过程程中中，只只要要漏漏斗斗开开始始等等幅幅下下降降（见见图图10-1410-14），则任一时间段内的水量均衡应满足：），则任一时间段内的水量均衡应满足：式中，式中，FF单位储存量（单位储存量（m m3 3/m/m）。）。Q Q抽抽为抽水总量为抽水总量(m(m3 3d)d)；Q Q补补为抽水条件下的补给量为抽水条件下的补给量(m(m3 3d)d)；S S为为tt(d)(d)时段内的水位下降值时段内的水位下降值(m)(m)。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法2 2、非稳定状态、非稳定状态由上式可以看出，抽水量是由两部分组成：由上式可以看出，抽水量是由两部分组成：一是开采条件下的补给量；一是开采条件下的补给量；二是含水层中消耗的储存量。二是含水层中消耗的储存量。现现在在就就是是把把这这两两部部分分水水量量分分解解开开来来，以以便便用用补补给给量量评评价价允允许许开开采采量量。分分解解的的方方法法是是利利用用抽抽水水比比较较稳稳定定、水水位位下下降降比比较较均均匀匀的的若若干干时时段段资资料料，分分别别代代入入公公式式中中，再再用用消消元元法法求求解解出出Q Q补补和和F F值。值。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法2 2、非稳定状态、非稳定状态如如有有两两次次不不同同抽抽水水量量Q抽抽1和和Q抽抽2，分分别别得得到到两两个个水水位位降降速速S1/t1和和S2/t2，可建立联立方程式：，可建立联立方程式：为为了了核核对对计计算算补补给给量量(Q(Q补补)的的可可靠靠性性，再再利利用用抽抽水水计计算算得得到到的的F F值值及及水水位位恢恢复复资资料料进进行行检检验验。需需注注意意的的是是，此此时时S/tS/t为等幅回升速度，计算中应取负号。为等幅回升速度，计算中应取负号。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法2 2、非稳定状态、非稳定状态根根据据以以上上计计算算得得到到的的补补给给量量作作为为允允许许开开采采量量是是有有保保证证的。但应注意：的。但应注意：用用旱旱季季抽抽水水所所求求的的补补给给量量评评价价地地下下水水允允许许开开采采量量结结果是比较果是比较保守的保守的。不不同同的的开开采采条条件件下下，Q补补有有可可能能不不同同，即即Q补补是是一一个个与与开开采采条条件件有有关关的的变变量量。为为了了更更准准确确评评价价允允许许开开采采量量，用用多年平均补给量进行评价。多年平均补给量进行评价。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法2 2、非稳定状态、非稳定状态根根据据以以上上计计算算得得到到的的补补给给量量作作为为允允许许开开采采量量是是有有保保证证的。但应注意：的。但应注意：开开采采抽抽水水法法评评价价地地下下水水允允许许开开采采量量，往往往往需需要要进进行相当长的抽水试验，必然要花费较多的人力、物力。行相当长的抽水试验，必然要花费较多的人力、物力。因因此此，该该方方法法只只有有在在难难以以查查清清地地下下水水补补给给条条件件又又急急需需进进行行评评价价，且且供供水水部部门门对对用用水水量量的的保保证证程程度度要要求求又又比比较较高高时，才采用这种方法。时，才采用这种方法。第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法2 2、非稳定状态、非稳定状态计算实例计算实例某某水水源源地地位位于于基基岩岩裂裂隙隙水水的的富富水水地地段段。在在0.2km2面面积积内内施施工工了了12个个钻钻孔孔，最最大大孔孔距距不不超超过过300m，在在其其中中3个个钻钻孔孔中中进进行了开采抽水试验，观测数据列于下表中（行了开采抽水试验，观测数据列于下表中（P144-145P144-145）。）。时段时段（月、日）（月、日）5.1-5.255.26-6.26.7-6.106.11-6.196.20-6.30平均抽水量（平均抽水量（m3/d）31692773326230712804水位平均降速（水位平均降速（m/d）0.470.090.940.540.19第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法2 2、非稳定状态、非稳定状态计算实例计算实例 数数据据表表明明，在在经经历历水水位位急急速速下下降降阶阶段段后后，水水位位开开始始等等幅幅持持续续下下降降，停停抽抽或或暂暂时时中中断断抽抽水水以以及及抽抽水水量量减减少少时时，水水位位都都有有等等幅幅回回升升现现象象。这这说说明明正正常常抽抽水水量量已已大大于于补补给给量量。利利用用表表9.7中的资料可列出中的资料可列出5个方程式：个方程式：31693169Q补补0.470.47F27732773Q补补0.090.09F32623262Q补补0.940.94F30713071Q补补0.540.54F28042804Q补补0.190.19F 第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法2 2、非稳定状态、非稳定状态用其中任意两个方程便可解出用其中任意两个方程便可解出Q补补和和F，结果列入下表，结果列入下表 从从计计算算结结果果来来看看，不不同同时时段段组组合合所所求求出出的的Q Q补补相相差差不不大大，但但FF值值变变化化较较大大，可可能能是是由由于于裂裂隙隙发发育育不不均均匀匀和和降降落落漏漏斗斗扩展速度不均所致。扩展速度不均所致。联立方程号联立方程号-平均平均Q补补（m3/d）26792813268826592710 F（m2）1042473611763723第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法 2 2、非稳定状态、非稳定状态用用水水位位恢恢复复资资料料也也可可计计算算Q补补，其其原原始始数数据据和和计计算算结结果果列于表列于表9.9。时段段（月、日）（月、日）水位恢复水位恢复值（米）（米）平均抽水量平均抽水量（米（米3/日）日）补给量量（米（米3/日）日）7.27.619.363.87027987.217.2619.963.831072517平均平均值2658第九章第九章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价 2 2 地下水允许开采量的计算方法地下水允许开采量的计算方法三、开采抽水法三、开采抽水法2 2、非稳定状态、非稳定状态从从以以上上计计算算结结果果，该该水水源源地地的的补补给给量量在在25002700 25002700 m m3 3d d，以此作为，以此作为允许开采量允许开采量完全有保证。完全有保证。若若不不能能满满足足需需水水量量要要求