㈠ 地下水資源量是怎麼衡量的
誰說的?!
地下水資源量一般用三個量為表徵:
第一是水資源總量,也就是個總體補給量。因為它涉及你可取用水的上限(多年平均值,單位:方/年)。
第二是儲量:一般指地表至開采層最深底界的水資源總量,一般可以是一個天文數字。無太多實際意義,只是給人一個整體認識。
第三是可采資源量,是很重要的一個概念,一般要經復雜的計算和綜合分析後確定。是通過多年資料分析計算得到的,評定出來的,技術可行而經濟合理,開采後對區域水資源、環境和生態不會造成不良影響的多年平均可採取的地下水資源量。
㈡ 地下水資源的概念
地下水資源是指有使用價值的各種地下水量的總稱。它屬於整個地球水資源最重要的一部分。地下水資源的使用價值包括水質和水量兩個方面。它是否能成為有使用價值的資源,首先是由水質決定的。地下水是在地殼淺部岩石空隙中廣泛分布的一種水體。這一部分水體主要集中於地面以下800m深度內,但是在1000~3000m深度內也有少量分布。由於地下水埋藏分布條件和運動規律復雜,難以准確查明。因此,對於全世界的地下水資源量,遠不如地表水資源統計的准確。聯合國水會議文件(1977)中關於全世界水資源概況中,僅列出了世界各大洲以平均年地下水更新量表徵的地下水天然資源量,從統計資料可知,全世界陸地上的地下水天然資源總量為133200×108m3/a,其中南美洲、亞洲和澳洲相對較貧乏。
對於我國的地下水資源總量和各大小系流域的分片地下水資源量,據1991年《全國水資源評價及利用現狀分析初步成果》一文,全國地下水資源(以地下水補給量表徵)為7718×108m3/a(其中地下水與河川徑流相互轉化的重復量為6888×108m3/a)。從流域看,長江流域的地下水資源最豐富(佔全國總量的27%),其次是西南地區的儲水系和珠江流域,黃河和海河流域以及遼河流域地下水資源均比較貧乏。實際上可供開採到的資源量要比這個數字小得多。對於孔隙地下水區,開采資源量一般只有天然補給量的50%~60%;裂隙水區由於資源分散,且開發難度大,其可采資源量一般只有20%~30%;岩溶水可采資源所佔比重相對較高(60%~80%)。目前全國地下水年開采量已達1031×108m3/a,主要平原區的地下水已入不敷出,出現了區域地下水位持續大幅度下降的現象。
㈢ 地下水資源量的估算包括哪幾個方面
地下水資源量的估算包括方面:
(1)動儲量:是指單位時間流徑含水層(帶)橫斷面的地下水體積,也即地下水天然流量,這代表側向補給量,單位為m3/d等。動儲量具有季節性變化。
(2)靜儲量:是指地下水位年變動帶以下含水層中儲存的重力水體積,或充滿承壓水含水層空隙中的重力水體積(單位:m3)。
(3)調節儲量:是指地下水年變幅帶內重力水體積(單位:m3)。
1、多年平均地下水資源量的組成及其時空分布特徵。
2、多年平均地下水可開采量及其空間分布特徵。
(1)垂直方向循環。垂直方向循環即大氣降水、地表水滲入地下,形成地下水,地下水又通過包氣帶蒸發向大氣排泄,如潛水的補給與排泄。
(2)水平方向循環。水平方向循環是指含水層上游得到補給形成地下水,在含水層中長時間長距離地徑流.而在下游的排泄區排出地表,如承壓水的補給與排泄。
地下水形成:
地下水資源主要是由於大氣降水的直接入滲和地表水滲透到地下形成的。因此,一個地區的地下水資源豐富與否,首先和地下水所能獲得的補給量與可開採的儲存量的多少有關。在雨量充沛的地方。
在適宜的地質條件下,地下水能獲得大量的入滲補給,則地下水資源豐富。在乾旱地區,雨量稀少,地下水資源相對貧乏些。中國西北乾旱區的地下水有許多是高山融雪水在山前地帶入滲形成的。
地下水資源由大氣降水和地表水轉化而來,在地下運移,往往再排出地表成為地表水體的源泉。有時在一個地區發生多次的地表水和地下水的相互轉化。故進行區域水資源評價時,應防止重復計算。
㈣ 地下水資源的概念和地下水資源的分類
我國的供水水文地質學理論是自新中國成立之初(20世紀50年代初期)從前蘇聯引進的。由於前蘇聯學者和有關地質勘探規范都把地下水作為一種地質礦產資源對待,因此把地下水的水量稱之為「地下水儲量」。集中取水的地下水源地被稱之為「地下水礦床」(或地下淡水礦床)。依據地下水在含水層中存在的時空特徵,前蘇聯學者對地下水儲量作出了如下分類。
(1)動儲量:單位時間流經含水層過水橫斷面的地下水體積,亦即地下水的徑流量。其單位為L3/T。在含水層不同的過水斷面和不同的時間,其徑流量是不同的。地下水的動儲量一般可以用達西公式計算,即:
現代水文地質學
式中:V靜——地下水靜儲量(L3);
μ——含水層的釋水系數;
F——含水層分布面積(L2);
H——潛水含水層年最低水位以下的含水層厚度,或承壓含水層厚度(L)。
(3)調節儲量:含水層中地下水位年變動帶內的重力水體積,其計算公式為:
現代水文地質學
式中:V調——地下水調節儲量(L3);
μ——含水層的釋水系數;
F——含水層分布面積(L2);
ΔH——地下水位年變幅(L)。
以上3種儲量之和一般統稱為地下水的天然儲量。
開采儲量:採用技術、經濟上合理的取水工程(在取水工程的設計開采期內),在不發生地下水水量減少、水質惡化的條件下可以從含水層中取出的地下水量。在穩定開采條件下,水源地的開采儲量主要由地下水動儲量和調節儲量構成;在非穩定開采條件下,開采儲量則除動儲量和調節儲量外,尚有部分靜儲量參與。
前蘇聯的地下水儲量分類的最大優點是能比較直觀地反映出地下水3種天然儲量在含水層中存在的不同形式,也比較容易計算出它們的數量。我國學者在長期使用這個分類後,發現這個分類存在一些嚴重的缺陷。首先,在地下水量的科學概念上,地下水雖然和其他地質礦產有共性之處,但是地下水和地表水有更多的共同屬性和成生上的聯系,即兩者都是一種可再生(或可恢復)的資源,兩者之間存在緊密的聯系和相互轉化的關系,它們都是全球水資源的統一組成部分。因此在描述其水量時,用地下水資源來代替地下水儲量更有其科學上的合理性。前蘇聯地下水儲量分類本身最大的不合理性是所劃分出的3種天然儲量沒有考慮到在天然條件下經常存在相互轉化的關系。如補給季節在含水層中形成的調節儲量到非補給季節則可轉化為動儲量流到下游地段;當含水層斷面的過水能力變小時,上游地段流入的動儲量,其部分將在該地段轉化為調節儲量,由於分類中未考慮到這種儲量間的轉化關系,在計算地下水資源時將會明顯的重復和偏大。這個分類存在的另一個主要缺陷是,只反映了各種儲量在天然條件下存在的形式,而沒有反映出各種儲量在開采前後的變化以及天然儲量和開采儲量之間的相互關系。
我國水文地質工作者,根據多年進行供水水文地質勘察工作的實踐經驗,針對前蘇聯地下水儲量分類的缺陷,於20世紀70年代初提出了自己的地下水資源分類方案。這個分類方案根據地下水的可恢復性和可利用性將地下水資源分為補給量、貯存量和允許開采量3類。
(1)補給量:是指天然或開采條件下,單位時間內以各種途徑進入單元含水層(帶)內的水量。這里的單元含水層可理解為意欲進行地下水資源評價的某一含水層(或含水層組)或其中的一個地段;對已開採的水源地來說,則應是受水源地開采影響的地段。從含水層外部進入的水量即地下水的補給來源,常見補給來源有——降水入滲補給、地表水入滲、灌溉水的入滲、地下水的側向流入、相鄰含水層的垂向越流,以及各種人工補給等。地下水的補給量可進一步分為天然補給量和開采補給量兩類,由於開采區地下水水位下降,從而使含水層中的水力坡度加大,和相鄰含水層或地表水體間的水頭差增大,故含水層在開采條件下獲得的補給量一般都要大於天然條件下的補給量。地下水的天然或開采補給量是人們確定水源地開采能力的主要依據。
(2)儲存量:關於儲存量的定義,我國學者的意見還不完全一致。一些學者認為,儲存量就是指儲存在單元含水層中的重力水體積(房佩賢、衛鍾鼎等,1996),這種觀點實質上是把儲存量中前蘇聯分類的靜儲量和調節儲量等同起來。而另外一些學者則認為,儲存量是指地下水在多年循環交替過程中,積存於含水層中的重力水體積。按照這種觀點,顯然儲存量應該是指含水層中多年最低水位以下貯存於含水層中的重力水體,這種觀點避免了儲存量和補給量的重疊,應該是可取的。儲存量不僅存在於潛水含水層中,也存在於承壓含水層中,被稱為彈性儲存量。儲存量的大小主要與含水層的厚度、貯水性能有關。當含水層厚度不大時(比如說僅幾米到10~20 m),開采時原則上不能動用含水層的儲存量。只有當含水層的厚度很大(比如說大於50 m)或年補給量又非常豐富時,枯水和平水年動用的儲存量能在極豐水年得到很大程度的恢復時,動用的儲存量才可以在開采量中佔有較大比重。
(3)允許開采量:對允許開采量的科學概念,各國學者的理解比較一致,即在前蘇聯地下水儲量分類中的開采儲量概念的基礎上,增加了更多的取水限制條件。我國大多數水文地質文獻對允許開采量作了如下解釋:即允許開采量是指通過技術經濟合理的取水構築物,在整個開采期內出水量不會減少,動水位不超過設計要求,水質和水溫變化在允許范圍內,不影響已建水源地正常開采,不發生危害性環境地質問題的前提下,單位時間內從該水文地質單元或取水地段開采含水層中可以取得的水量。盡管各國學者對允許開采量概念認識基本一致,但在概念本身的命名上卻有差別。俄羅斯的水文地質學者仍然使用著「開采儲量」的概念,其他國家學者則把這一概念稱為「可開采水量」、「極限開采量」、「臨界開采量」、「潛在開采量」。
除以上根據地下水資源本身的自然或人為屬性進行的分類外,我國礦產資源儲量委員會還從地下水資源管理的角度對地下水進行了分類,即把地下水資源按開發利用的難度分為:「能利用的地下水資源」和「難利用的地下水資源兩類」。「能利用的地下水資源」是具有現實經濟意義的地下水資源,概念本身說明和上面所提到「允許開采量」基本一致。但它補充了這種水資源是「符合現行法規規定情況下從水文地質單元或水源地范圍內能夠取得的地下水資源」。而「難利用的地下水資源」只是具有潛在經濟意義的地下水資源,即在當前的技術經濟條件下,開采地下水將在技術、經濟、環境或法規方面出現難以克服的問題和限制、目前難以利用的地下水資源。比如我國多數地區800m深度以下的水資源、礦化度大於2 g/L的微鹹水資源。
此外,包括我國在內的許多國家的地質勘探部門還根據地下水資源的勘探和研究程度,把地下水「允許開采資源」(即允許開采量)的相對精度劃分出不同等級(即地下水資源分級)。不同級別的開采資源有不同的應用范圍(如作為不同取水工程設計階段的依據),不同精度級別的地下水資源要求投入相應的勘探和試驗工作量,也就是說,不同的水文地質勘探階段要求提供不同精度級別的地下水資源量。
中國國家礦產儲量委員會按地下水勘探研究程度將地下水允許開采資源的精度劃分為五級,按精度級別從高到低,分別用A、B、C、D、E表示。對尚難利用的地下水資源,則只劃分出Cd、Dd、Ed三種精度級別(國家標准GBJ27—88,1988年)。
由於供水工程的設計一般都是分階段進行的,因此,供水水文地質勘察工作也隨之劃分為不同的勘察階段,按照1988年公布的國家標准GBJ27—88《供水水文地質勘探規范》,我國的供水水文地質勘探共劃分為5個階段。
(1)地下水資源調查階段(相當於中、小比例尺的綜合或專門性的水文地質普查階段):粗略了解區域水文地質條件,推測地下水富水地段及其地下水允許開采量所提出的允許開采量應達到E級精度要求,為國民經濟遠景規劃提供依據。
(2)普查階段(相當於供水工程的規劃設計或廠址選擇階段):除概略評價區域或需水地區的水文地質條件外,應提出有無滿足設計所需地下水量的可能性資料。對可能富水的地段,估算的地下水允許開采量應滿足D級資源精度的要求,為城鎮的規劃、建設項目的總體設計或廠址選擇提供依據。
(3)詳查階段(相當於供水工程設計的初步設計階段):應在幾個可能富水的地段,基本查明水文地質條件,初步評價地下水資源,進行水源地的方案比較。所提出的地下水允許開采量應滿足C級資源精度要求,為水源地的初步設計提供依據。
(4)勘探階段(相當於供水工程的詳細設計階段):應查明擬建水源地范圍及其水源地影響范圍內的水文地質條件,進一步評價地下水資源,提出合理開采方案,所提出的地下水允許開采量應滿足B級精度要求,為水源地的技術設計和施工設計提供依據。
(5)開采階段:應查明水源地擴大開採的可能性,或研究水量減少、水質惡化和不良環境地質現象等發生的原因。在研究開采動態和進行專門試驗的基礎上,重新評價的地下水允許開采量應滿足A級精度的要求,為擴大開采和保護地下水資源提供依據。
農田供水水文地質勘察階段的劃分,目前我國尚無專門的規定。由於對供水保證程度的要求較集中供水水源地低,因此勘察階段可適當減少。在我國一般可劃分為3個勘查階段,即:區域水文地質勘察階段、詳細勘察階段、開采階段。
以上是供水水文地質勘察階段劃分的一般原則,在實際工作中可根據勘察區水文地質條件的復雜程度、已有研究程度、需水量大小和可能取水方案的多少、具體確定勘察階段的起點和需要幾個勘察階段。
此外尚需指出,對於不同國家供水勘察階段的劃分可能各有不同。在這一方面前蘇聯和我國的劃分方案基本一致。歐、美國家則無統一的國家要求,根據美國水文地質學家Harry M.Peck 在1980年《Ground Water》Vol.18 No.4期上發表的《地下水調查階段的劃分》一文可知,美國的地下水調查研究可分為:普查級、規劃級和管理級3個調查研究階段。大致相當於我國的地下水資源勘探、開采和管理3個環節。
㈤ 地下水資源的基本概念
地下水資源是由地下水的儲存量和補給量組成的,評價時還須考慮排泄量和開采量。 開采量中穩定的部分來自補給量,不穩定的部分則來自於儲存量。地下水的開采,按其性質雖也屬排泄,但開采量與排泄量有一個重要區別:即排泄量因受地下水天然運動的制約,為補給量所控制,故其變化是有規律的,在天然條件下長期累積的排泄總量應等於補給總量;而開采量則不受地下水天然運動的制約,可人為地任意擴大,甚至疏干含水層,因此是地下水存在或消失的決定因素。
㈥ 地下水資源(量)的分類
在對地下水資源進行定量評價時,需要給出不同類型的資源數量。地下水資源可以分為補給資源、儲存資源和開采資源。補給資源和儲存資源是地下水系統天然存在的,屬於天然資源。補給資源是一個地下水系統在一定時期(通常為一年)內獲得的補給量,在天然條件下在多年時間內每年的補給量與每年的排泄量接近相等。地下水的補給資源也可以看成是通過地下水系統的補給和排泄過程體現出來的徑流量,反映了含水系統每年可更新的水量,具有流量單位(m3/a)。地下水的儲存資源是一個地下水系統內長期積累和保存的水量,取決於地下水系統的分布空間和儲水、導水能力,是在含水層空隙介質中儲存的水量,具有體積單位(m3)。補給資源使地下水系統具有可恢復性和可更新性,儲存資源使一般的地下水系統具有一定的可調節性。值得注意的是,地下水儲存資源的調節作用是依賴於其補給資源的存在而起作用的,如果一個地下水系統沒有補給資源(例如深層地下(鹵)水),則其儲存資源也起不到調節作用(周訓,2013)。
地下水的補給資源(即補給量或排泄量)已經成為地下水資源開發利用的主要依據。補給量主要由地下水側向徑流的流入量、降水入滲量、地表水滲漏量等構成。排泄量主要由潛水蒸發量、地表溢出量(溢出為地表水)和側向徑流的流出量等構成。至於是把補給量還是排泄量作為有效的補給資源,應根據具體的情況加以處理,不宜絕對化處理。在天然的零均衡狀態下,補給量和排泄量是相等的,因此任何一個都可以作為補給資源,選擇更易於准確評價的即可。補給資源在一定程度上代表了地下水可循環更新的水量,代表了人類對地下水資源的最大開采限度。也就是說,一個地下水系統的開采量一般不宜超過其補給量。
對於地下水的儲存資源,即儲存量,一般認為它具有調節意義。這種調節作用是指枯水季節可以動用一部分儲存量以解需水之急,然後在豐水季節進行補充,達到總體上儲存量不變的目的,俗稱「以豐補歉」。地下水儲存資源的調節作用大於地表水儲存資源。地表水更新速率大,作為儲存資源的河槽蓄水量相對作為補給資源的河川徑流量而言,基本可以忽略。地下水的循環更新速率小,儲存空間大,含水層中儲存的水量往往比每年實際更新的水量大,使得儲存資源的重要性遠大於地表水資源。地下水儲存資源的重要性,還在於人類開發利用地下水不可避免的會改變其儲存量。式(5.21)表明,即使開采條件下地下水系統又達到了補給量與排泄量相等的平衡狀態,新舊兩種平衡狀態的儲存量也很可能不同,多數情況下儲存量是減少的。在許多地區,人類所開採的地下水有很大部分是來自於儲存量的消耗,這些已經被利用的儲存資源不能忽視,應在豐水年份予以補償。
地下水的補給資源或儲存資源不等於人類可以完全開發利用的地下水資源。人類對地下水的開采增加了地下水的一種排泄途徑,將引起地下水系統的一系列響應。如果開采強度等於地下水的天然排泄量,意味著地下水的其他排泄方式將全部中斷,這可能產生非常嚴重的後果。如果地下水的儲存量不斷被消耗,那麼經過一段時間之後含水層將面臨枯竭的命運。為避免引發不良的生態和地質環境後果,人類只能開發地下水資源的一部分。如果一個地下水系統存在激發補給,意味著這個地下水系統的開采量可以增加,其增加的數值不超過激發補給量,同時也意味著相鄰地下水系統補給量的減少,需要統籌兼顧相鄰地下水系統的開采。如果只是在一個地下水系統內部的局部地段存在激發補給,則意味著整個地下水系統的補給量並沒有增加,地下水的開采量不應超過這個地下水系統的總補給量。
地下水的開采資源是指地下水系統中可以開採的水量。開采資源並不是一個地下水系統獨立存在的,而是由補給資源和(或)儲存資源轉化而來的(周訓,2013)。地下水開采資源中目前可以被人類利用的部分稱為允許開采資源(或可采資源、可開采量,簡稱可采量)。《地下水資源分類分級標准》(GB15218—1994)把地下水資源分為能利用的資源和尚難利用的資源,其中能利用的資源就是允許開采資源,定義為「具有現實經濟意義的地下水資源。即通過技術經濟合理的取水構築物,在整個開采期內出水量不會減少、動水位不超過設計要求、水質和水溫變化在允許范圍內、不影響已建水源地正常開采、不發生危害性的環境地質問題並符合現行法規規定的前提下,從水文地質單元或水源地范圍內能夠取得的地下水資源。」《水資源評價導則》(SL/T238—1999)中也規定:地下水可開采量是指不發生因開采地下水而造成水位持續下降、水質惡化、海水入侵、地面沉降等水環境問題和不對生態環境造成不良影響的情況下,允許從含水層中取出的最大水量。
㈦ 地下水資源數量評價的主要內容有哪些
地下水資源數量評價的主要內容有:
1、多年平均地下水資源量的組成及其時空分布特徵;
2、多年平均地下水可開采量及其空間分布特徵。
也就是說,現在主要的評價只有兩個方面,一個是補給資源量,一個是可開采資源量。
另外,根據各地實際情況,還要對以下問題進行著重分析研究:
a、降水量年際變化及對地下水補給的影響。降水量資料延長到2003年,對降水觀測點上的資料進行計算處理,取得各區面狀年降水量,分析降水量多年變化規律,有無增加或減少趨勢,降水量多年豐、枯變化周期,20世紀90年代處於降水豐、平、枯變化的何種狀態;應用延長的降水系列計算1956~2003年降水均值。
b、20世紀70年代、80年代、90年代由於大型水庫工程,地表水、地下水調蓄、移民搬遷等影響下河流徑流量、渠道引水量有何變化,渠道襯砌工程、渠道利用系數有何變化,這些變化對地下水補給有何影響。
c、井灌、渠灌面積及其分布、灌溉定額、灌水次數、灌溉方式有何變化,這些變化對地下水補給有何影響。
d、地下水開采後,引起的包氣帶厚度和水位變動帶岩性的變化,這種變化對地下水垂向滲漏補給有何影響。
e、地下水開采量較大、歷史較長的地區,建議用近30年來降水量、地下水資源量、開采量、地下水水位的多年動態資料,並進行對比分析。
f、農業種植結構、種植技術及其改變對潛水(或淺層地下水)補給和蒸發的影響。
g、不同岩性、不同埋深,有植被和無植被條件下,地下水蒸發的比較。
h、總結和分析以往和近年調查研究成果,重新認識山區對平原側向補給的機理和補給量。
i、開采條件下,相鄰含水層水力聯系的變化,以及對地下水資源量和水質的影響。
j、海水入侵、鹹水入侵、地下水嚴重污染對地下水資源量的影響。
(7)地下水資源量包括什麼擴展閱讀:
地下水資源量評價主要成果:
1、計算分區各項補給量、排泄量、地下水蓄變數、地下水資源量及地下水可開采量;
2、總補給量、地下水資源量及地下水可開采量的空間分布特徵;
3、文字報告成果。
地下水資源數量評價工作程序:
1、准備工作;
2、資料的收集和整理;
3、評價類型區劃分及均衡計算區的確定;
4、水文地質參數率定;
5、地下水礦化度分區的確定;
6、平原去地下水資源量計算;
7、山丘區地下水資源量計算;
8、地下水可開采量計算;
9、評價成果的表達。
㈧ 地下水資源概念及分類
一、地下水資源概念
廣泛埋藏於地表以下,存在於地殼岩石裂縫或土壤孔隙中的各種狀態的水,統稱為地下水。大氣降水是地下水的主要來源。
地下水資源是指有使用價值的各種地下水量的總稱,它屬於地球水資源的一部分,具有流動性和可恢復性。地下水是否具有使用價值需從水質和水量兩方面判斷,故地下水資源評價應分別進行水質和水量的評價,由於地下水量的計算和確定比評價水質復雜,故一般進行地下水資源評價時,在水質符合要求的前提下,著重對水量進行評價。
二、地下水資源的分類
地下水資源分類能客觀地反映地下水資源形成的基本規律及它的經濟意義,便於我們在實踐中對它進行研究和定量評價。正確地進行地下水資源分類,是地下水資源評價的重要理論基礎。長期以來,國內外學者對地下水資源的分類進行了研究,至今仍不斷提出新的分類方案。下面介紹幾種有代表性的分類方法。
(一)國外地下水資源分類
1.普洛特尼柯夫分類法
由前蘇聯普洛特尼柯夫提出,20世紀70年代以前在我國曾廣泛採用。這種分類方法以自然界地下水存在的空間和時間形式,把地下水資源分為天然儲量和開采儲量,其中天然儲量又分為靜儲量、動儲量、調節儲量。
(1)動儲量:指單位時間流經含水層橫斷面的地下水體積,即地下水的天然流量;
(2)靜儲量:指地下水位年變動帶以下含水層中儲存的重力水體積;
(3)調節儲量:指地下水位年變動帶(多年最高與最低水位之間)內的重力水體積;
(4)開采儲量:指經濟技術合理的取水工程從含水層中取出的水量,並在預定的開采期內,不致發生水量減少、水質惡化等不良現象。
普氏分類法只反映了地下水資源在天然條件下的各種數量組成,沒有明確在一定時間內,各種數量之間的轉化關系。尤其是沒有明確地指出在開采條件下,結合開采方案,開采量的組成成分是什麼,以及天然儲量成分對開采資源起什麼樣的作用。因此,過去按上述分類法評價地下水資源時,往往只能按照天然條件計算出各種儲量,但提不出可靠的開采資源數量,相應也就難以解決開采資源的正確評價問題。
2.法國的地下水儲量和資源分類法
法國常稱的地下水儲量是指儲存於含水層空隙中的重力水體,是一個單純的物理量。而地下水資源是指從含水層中能提取出來的水量,它不僅與儲量有關,而且又受一定技術經濟條件的限制,所以資源又含有經濟的概念。研究儲量的目的是為合理地確定資源,由此地下水儲量又可分為地質儲量、天然儲量、調節儲量和開采儲量四類。地下水資源分為理論潛在資源、實際潛在資源和可采資源三種。
3.美國、日本等國的地下水儲量和資源分類法
地下水水質及水量隨開采區經濟發展需要、取水設備的能力、水質及水量允許的變化范圍及法律等各種因素的變化而變化,所以它不是一個常量。
(1)持續開采量:指能從含水層中連續地抽水,不致於引起不良後果的地下水量,也稱為安全開采量。
(2)疏乾性開采量:在天然補給量較少,而固定儲存量較多的地區,在符合經濟效益的前提下,有計劃的過量開采量。其開采結果是開采區的地下水位(頭)逐年穩定下降。
(3)最大常年開采量:指利用一切可能的方法、措施和水源(包括引進水及處理後的廢水等)來補給含水層所獲得的常年使用的最大水量。
(二)國內地下水資源分類
我國曾廣泛採用的前蘇聯普洛特尼柯夫分類法,僅反映了地下水量在天然狀態下的客觀規律,存在一些缺點。隨著地下水科學的發展,人們對地下水資源的認識不斷深入,20世紀70年代後期提出了不同的地下水資源分類方案。
1.補給量、儲存量、允許開采量分類法
1983年由地質出版社出版的《供水水文地質手冊》將地下水資源劃分為補給量、儲存量和消耗量,其中消耗量包括天然消耗量和允許開采量兩部分。
目前,我國廣泛採用補給量、儲存量、允許開采量分類方案,2001年頒布的中華人民共和國《供水水文地質勘察規范》國標(GB50027—2001)執行該方案。既不用儲量也不用資源(資源包括質和量兩方面,單純指水量時用資源描述不合適),直接叫做地下水的各種量。
(1)補給量:指天然狀態或開采條件下,單位時間通過各種途徑進入含水層的水量。補給量根據其形成階段的不同,又可分為天然補給量、人工補給量和開采補給增量。
①天然補給量:是指在天然條件下進入含水層的水量。一般包括大氣降水入滲補給量、地表水入滲補給量、越流補給量和側向徑流補給量等。
②人工補給量:是指採用人工回灌、引滲等方式進入含水層的水量。
③開采補給增量:又稱激發補給量,是指在開采條件下,除天然補給量外,由於地下水開采條件和循環條件的改變所增加的補給量。它包括開采襲奪河水水量的補給、奪取泉水排泄量的補給、增大的降水入滲補給量、增大的相鄰含水層的越流補給量、增加的側向徑流補給量、增加的人工補給量等。
補給量的計算是地下水資源評價的核心內容。從理論上講,上述三類補給量應分別計算。但實際上,由於許多地區的地下水都已不同程度的開采,很少有天然狀態存在。因此,計算補給量時,首先是計算現狀條件下的地下水補給量,然後再計算擴大開采後可能增加的補給量。開采補給量的大小,除了與含水層的導水能力、地下水流域的大小、邊界性質和水源有關外,還與具體的地下水開采方案(取水建築物的形式、布置方式等)及開采強度有關。當開采方案合理,開采強度較大時,可以奪取大量補給量。如在傍河地段取水,沿河岸布置井群,開采時可以獲得大量的地表水補給,補給增量可遠遠大於原來的天然補給量,成為可采量的主要組成部分。但是,開采時的補給增量並不是無限制的,必須從全區水資源循環轉化和合理開發利用的觀點出發,制定合理的開采方案,以便獲得合理的開采補給增量,否則,將會造成顧此失彼、掠奪開發的不良後果。我國有些地區河流基流量大幅度減少,甚至乾涸,使已建水利工程不能發揮應有的效益,甚至產生一些生態環境問題,究其原因,往往和地下水的不合理開采有關。
人工補給量的確定,首先必須研究各種補給源的水在含水層中的運移規律,再確定人工補給水量與含水層實際獲得的補給量之間的數量關系,以便確定所需的人工補給水量。
(2)儲存量:指地下水補給與排泄的循環過程中,某一時間段內在含水介質中聚積並儲存的重力水體積。按其埋藏條件可分為容積儲存量和彈性儲存量。容積儲存量是指含水層空隙中所容納的重力水體積,亦即含水層疏干時能得到的重力水體積。潛水含水層的儲存量主要是容積儲存量。而彈性儲存量是指將承壓含水層的水頭降至隔水底板時,由於含水層的彈性壓縮和水的彈性膨脹所釋放出的水量。
由於地下水位受補給條件和排泄條件的制約,所以地下水儲存量與其補給量和消耗量是密切相關的。若地下水的補給量大於消耗量,則多餘的水量便在含水層中蓄存起來。相反,補給量小於消耗量,則動用儲存量來滿足地下水的消耗。所以,地下水資源的調蓄性是通過儲存量來體現的。
(3)允許開采量消耗量:指通過技術經濟合理的取水建築物,在整個開采期內地下水水質、水量的變化保持在允許范圍內,不影響已建水源地的開采,不發生危害性的工程地質現象的前提下,單位時間從水文地質單元(或取水地段)中能夠取出的水量,也稱為可開采量。
允許開采量與開采量的概念是不同的。允許開采量指在一定范圍平衡單元內含水層中,單位時間內以最優取水方案可以取出的最大水量,而且這個允許開采量在技術經濟上既要合理又要可行,同時也不會引起其他的一些不良後果。而開采量是指目前實際正在開採的水量或預計開採的水量,它僅代表取水工程的產水能力。開采量應小於允許開采量,否則會引起一些不良後果。
允許開采量的確定是地下水資源評價的核心問題。一般來說,允許開采量的大小是由地下水的補給量和儲存量大小決定的,同時還要受到技術經濟條件的限制。由於地下水的排泄量或多或少總是存在的,所以,允許開采量要比補給量小。如果開采後產生較大的開采補給量時,允許開采量有可能大於天然補給量。
上述地下水資源分類方案以水均衡為基礎,並由此按天然狀態和開采狀態,提示了地下水資源的三項因素,尤其是突出了地下水補給量的計算,同時還注意到了開采前後補給量和排泄量的變化,從而使地下水資源評價成果更加接近於實際。但是該分類方法也有不足之處,主要是對開采量的定義比較概念化,影響允許開采量的眾多因素在實踐中往往難以同時考慮,因此,有必要針對不同情況對開采量再作進一步的研究。
2.陳夢熊、曹萬隸等學者提出的分類法
(1)陳夢熊、方鴻慈等提出的分類法。陳夢熊、方鴻慈等提出,把地下水資源劃分為天然資源和開采資源。
①天然資源:指在一個完整的水文地質單元(區域的總體或整個含水層組)內,地下水在天然條件下通過各種途徑,直接或間接地接受大氣降水或地表水的入滲補給而形成的具有一定化學特徵、可以利用並按水文周期規律變化的多年平均補給量。一般可用區域內各項補給量的總和或各項排泄量的總和來表徵。
②開采資源:指在經濟合理的開采條件下,並在開采過程中不發生水質惡化或其他的不良地質現象,對生態平衡不致造成不利影響的情況下,有保證的可供開採的地下水資源。
該提法中,開采資源與允許開采量含義相近。天然資源的豐富程度主要取決於補給量;而開采資源的多少取決於開采條件下的補給量,其大小與技術經濟條件、開采條件有關。該分類方法突出了在一個完整的水文地質單元內,一年或多年的天然平均補給量和平均排泄量是平衡的,同時明確了天然資源和開采資源的組成,有助於生產實踐和應用。
(2)曹萬隸提出的地下水資源分類法。該分類把地下水資源劃分為補給資源、儲存資源兩類。
①補給資源:是指降雨入滲補給量、灌溉入滲補給量、河渠滲漏補給量、側向補給量、人工補給量及越流補給量與彈性釋水量。這些量不僅隨時間而變,而且也與開采條件有關,是計算總補給資源時必然考慮時間、開采水平及開采條件。
②儲存資源:指在多年中不能動用的含水層中的重力水體。該水體若被動用(開采),則被開采部分的地下水量,在天然條件下無法使其恢復。一般情況下地下水儲存資源不宜動用,應使其相對穩定。但在不同區域或不同水文地質條件的地區,地下水的儲存資源也是不同的。該量相當於地下水庫的「死庫容」。
該分類方法中的關鍵問題是如何從地下水開發利用的角度,研究地下水的補給資源、可能最大補給量及地下水可開采量。
3.其他分類方法
(1)根據埋藏條件和水理性質的分類。根據埋藏條件和水理性質,可把地下水分為包氣帶水、潛水和承壓水。
①包氣帶水:指潛水面以上包氣帶中的水,這里有吸著水、薄膜水、毛管水、氣態水和暫時存在的重力水。包氣帶中局部隔水層之上季節性地存在的水稱上層滯水。
②潛水:是指存在於地表以下第一個穩定隔水層上面、具有自由水面的重力水。它主要由降水和地表水入滲補給。
③承壓水:是充滿於上下兩個隔水層之間的含水層中的水。它承受壓力,當上覆的隔水層被鑿穿時,水能從鑽孔上升或噴出,形成自流水。
另外,按埋藏深度的不同,地下水又被分為淺層水和深層水。淺層水一般指潛水或微承壓水,深層水為承壓水。
(2)根據含水介質空隙性質的分類。按含水介質空隙的性質,將地下水分為孔隙水、裂隙水和岩溶水。
孔隙水是存在於岩土孔隙中的地下水,如鬆散的砂層、礫石層和砂岩層中的地下水;裂隙水是存在於堅硬岩石和某些碎屑岩層裂隙中的地下水;岩溶水又稱喀斯特水,指存在於可溶岩石(如石灰岩、白雲岩等)的溶蝕、洞隙中的地下水。
㈨ 地下水天然資源量計算
以多年平均天然補給量作為地下水的天然資源量,天然資源量補給項包括:大氣降水入滲補給量、側向徑流補給量、河流滲漏補給量、地表水灌溉補給量。地下水灌溉回滲補給量為地下水重復計算量,不包括在天然資源中。其計算方法是利用長系列(1956~2000年)的水文、氣象資料,取其多年平均值進行計算,計算單元與計算方法與均衡計算相同。全區共劃分為16個氣象分區,計算單元的降水量、蒸發量採用控制氣象站的多年算術平均值,並按統計經驗頻率分別計算豐水年(降水頻率為25%)、平水年(降水頻率為50%)、枯水年(降水頻率為75%)的降水量,計算不同降水水平年的地下水補給資源量。
一、天然資源計算
(一)降水滲入補給量
大氣降水入滲補給是本區地下水的主要補給源,其入滲量與降水量、潛水水位埋深及包氣帶岩性等條件有關。根據包氣帶岩性和潛水位埋深將全區劃分為76個降水入滲系數分區,131個計算段,計算公式為
Q降水=10-1·α.X.F
其中:Q降水為降水對地下水補給量,104m3·a-1;α為滲入補給系數;X 為計算時段有效降水量(mm/a),按全年降水的90%計算;F為計算單元內陸地面積F(km2),扣除了計算單元內的水體面積。
(二)地下徑流側向補給量
盆地周圍均是基岩山地丘陵區,其側向補給地下水的量很有限,地下水側向徑流補給主要來自於山區河流的地下水徑流,全區共有補給斷面25條,根據達西定律,各個斷面的側向徑流量按如下公式計算:
Q側補=10-4·K·M·B·J·丁
式中:Q側補為地下水側向流出量,104m3·a-1;K為補給斷面平均參透系數,m/d;M 為補給斷面含水層平均厚度,m;I為補給斷面的地下水力坡度;B 為補給斷面寬度,m;T 為補給時段長(365 d)。計算結果見表6—11。
(三)河道滲漏補給量
從地下水等水位線與河流關系分析,盆地內對地下水有補給的河流分布在西部山前傾斜平原與嫩江的齊齊哈爾江段。其中,霍林河近幾年乾枯,洮兒河2004年也已乾枯,因此這兩條河流2004年沒有計算入滲量。河流滲漏補給量按以下公式計算:
Q河滲=10-4·B·L·K·(H河—H)/M·丁
式中:Q河滲為河道滲漏補給量,104m3·a-1;H河為河流水位,m;H 為地下水位,m;B為河床寬度,m;L為計算段河流長度,m;K為河床底積層滲透系數,m/d;M 為河床底積層厚度,m;丁為補給時段長(d),這里取155~185 d。
洮兒河入滲補給量採用上、下游流量差計算河水入滲量,將上游水文站鎮西站和務本站的河道來水量減去下流水文站洮南站的河道來水量和區間引出水量作為扇形地河道滲漏補給量。用公式表示為:
Q河補=Q鎮西+Q務本—Q洮南—Q引水
式中:Q河補為河道滲漏補給量,104m3·a-1;Q鎮西、Q務本、Q洮南為鎮西、務本、洮南水文站河流多年平均徑流量,104m3·a-1;Q引水為上、下游站之間的引用河水量,104m3·a-1,為Q引水=900× 104m3·a-1。
根據1956~2004年的水文資料統計,Q鎮西=155 199×104m3·a-1,Q務本=246 211.17×104m3·a-1,Q洮南=143 818×104m3·a-1,計算得Q河補=24 692.17×104m3·a-1。河流滲漏補給量計算結果見表6—12。
(四)灌溉水回滲補給量
灌溉回滲水量主要是水田灌溉回滲,回滲水量計算公式:
Q回=10-4β回·Q灌·F
式中:Q回為農田灌溉水回滲補給量,104m3·a-1;Q灌為灌溉定額,m3·hm-2;F為水田面積, hm2;β回為灌溉回滲補給系數。
二、天然資源量計算結果
計算結果見表6—19,全區地下水多年平均補給資源量為131.8082×108m3,其中,降水入滲補給量為111.5804×108m3,占補給量的84.6%,側向補給量為2.7721×108m3,佔2.1%,河流滲漏補給量為9.0442×108m3,佔6.9%,地表水灌溉回滲量為8.4115×108m3,佔6.4%。枯水年(降水頻率為75%)補給量為109.6291×108m3,比多年平均少22.1782×108m3。
表6—19 天然資源計算成果表
續表
三、地下水可開采量確定
本次地下水開采資源計算採用水均衡法、平均布井法及開采系數法。
(一)水均衡法
水均衡法計算地下水開采資源量是通過總補給量減去不可奪取的地下水排泄量得到的。不可奪取的排泄量包括不可奪取的蒸發排泄量、不可奪取的河流排泄量、不可奪取的側向排泄量及不能奪取的湖泡排泄量。
松嫩平原地下水資源及其環境問題調查評價
1.不可奪取的蒸發排泄量
地下水位即使是降到蒸發極限深度以下,仍存在一部分蒸發量,根據低平原地下水位下降不超過10 m,高平原不超過15 m,河谷平原不超過5 m 這樣一個開采方案,通過潛水蒸發率隨地下水位下降變化曲線圖查得蒸發系數,計算地下水的不可奪取的蒸發量。
2.不可奪取的河流排泄量
在開采狀態下,由於地下水位降低,河流排泄將會減少,但在東部高平原地下水位是無法降至河水位以下的,仍將會有一部分地下水排向河流。從維持河道生態環境角度考慮,河流必須保持一定的最低水量,按照水利部門確定的河道最低需水量為多年平均河道水量的25%,來確定全區地下水最低河流排泄量為多年平均的25%。
3.不可奪取的側向流出量
側向流出只有松花江河谷一個出口,在未來開采條件下減少不大,因此,仍按現狀條件下的徑流排泄量計算。
4.不可奪取的湖泡排泄量
松嫩低平原湖泡星羅棋布,與地下水聯系密切,有的常年接受地下水補給。雖然湖泡排泄地下水量是完全能夠奪取的,但必將導致湖泡消失,生態環境嚴重惡化。松嫩平原湖泡數量和水域面積已經到了再也不能減少的程度,要保持目前的湖泡數量和水域面積,就必須有一部分地下水補給湖泡,這是不能奪取的地下水排泄量,地下水湖泡排泄量按現狀條件計算。均衡法計算開采資源結果見表6—20。
表6—20 水均衡法計算開采資源表(單位:108m3·a-1)
(二)開采系數法
開采系數法計算地下水可采資源量是一種簡單有效方法,它直接以補給資源量為依據,乘以開采系數獲得開采資源量,開采系數最大值分布在西部扇形地,為0.87;最小值分布在東部高平原為0.65。經計算,全區開采資源量為102.3603×108m3(見表6—21)。
表6—21 開采系數法計算地下水開采資源量結果表
(三)平均布井法
平均布井法是以水文地質參數為依據計算地下水開采資源的一種方法。松嫩平原水文地質勘察資料比較豐富,不同地段、不同深度含水層的水文地質條件比較清楚,可以獲得比較准確的單井涌水量。本次是採用穩定流平均布法計算地下水開采資源,布井面積為陸地面積(不包括玄武岩區),採用方形網格布井,井距、單井涌水量根據前人資料和現狀開采經驗值確定,地下水位降深潛水設計為5 m,承壓水為15 m。在高平原缺水區評價了白堊系地下水開采資源,評價深度為200 m。
計算公式為: Q開=102·Q單·n
n=F/L2
式中:Q開為開采資源量,104m3·a-1;Q單為單井涌水量,m3·a-1;F為布井面積km2;L為布井間距(m),單井引用影響半徑的2倍。
經計算,全區開采資源為101.5230×108m3,計算結果見表6—22。
(四)開采資源量的確定
通過三種方法計算的全區地下水開采資源量:均衡法計算結果為105.7016×108m3、開采系數法計算結果為102.3603×108m3、平均布井法計算結果為101.5230×108m3。均衡法從水量均衡角度控制全區及各系統的開采資源,開采系數法則是依據補給資源量確定開采資源量,全區開采系數為0.78,平均布井法則是從具體的水文地質條件出發計算地下水開采資源量。三者相互驗證,結果比較接近,增加了開采資源量計算的可靠性,以平均布井法計算的開采資源量作為全區的開采資源量,即101.5230×108m3。
表6—22 平均布井法計算開采資源成果表
四、多年平均補給量與排泄量分析
全區地下水總補給量為134.1475×108m3,按目前開采量計算的總排泄量為137.7287×108m3,二者相差—3.5812×108m3,總排泄量略大於補給量,各亞區也都呈現排泄量略大於補給量的現象,全區呈負均衡。這與全區地下水水位下降的實際情況一致。近20年來,氣候總體偏旱,降水量偏少,地下水開采量增加較快,地下水位出現不同程度的下降,山前傾斜平原下降幅度最大,達2~7 m,主要原因是降水和大興安嶺河流來水減少;中部低平原平均下降1~2 m,主要原因是開采量增加較大而引起;東部高平原地下水位下降程度差異較大,松花江幹流亞系統水位下降幅度較大,第二松花江亞系統水位下降幅度較小,河谷平原變化幅度最小。
(一)地下水總補給量及其近20年的變化
全區地下水總補給量為134.15×108m3,天然資源量為131.81×108m3。補給量中降水入滲補給為111.58×108m3,占總補給量的83%,占天然資源的85%。區外地下水流入2.77×108m3,河流轉化補給9.04×108m3,地表水轉化為灌溉滲入補給8.41×108m3,地下水灌溉回滲2.34×108m3。近20年地下水補給量呈現減少的趨勢,總補給量比1984年減少了14.06×108m3,比1994年減少8.81 ×108m3。其主要原因,第一是自1998年洪水以來該地區降水量一直偏小,1999年以來的大氣降水平均為395.84 mm,比多年平均值475 mm減少了79.16 mm。在幾個主要氣象觀測站當中,長春站減少了114.1 mm,白城站減少130.5 mm,哈爾濱站減少42.4 mm,齊齊哈爾站減少46.5 mm;第二是由於降水量減少,導致河流徑流量減少,從而導致河流滲漏補給量減少;第三是大量開發地下水使水位下降,補給途徑增長,降水補給入滲率降低。
(二)地下水排泄量及其近20年的變化
全區地下水總排泄量為137.73×108m3,其中蒸發55.65×108m3,河流排泄18.13×108m3,湖泡排泄5.36×108m3,側向流出0.27×108m3,開采58.16×108m3,人工開采已成為地下水的主要排泄方式。與1984年相比,天然排泄總量比1984年減少35.76×108m3。其中蒸發量比1984年增加了6.69×108m3;徑流排泄量(包括向河流排泄、湖泡排泄量、泉的排泄量)減少了42.45×108m3;人工開采量增加了29.48×108m3,人工開采量奪取的主要是地下水河流排泄量。
(三)近20年來開采資源量的變化
近20年來,由於地下水補給資源量的減少,導致可開采資源量的減少。可開采量比1984年減少了18.99×108m3,比1994年減少了7.5×108m3(圖6—2)。與此同時,地下水開采量由1984年的28.68×108m3,增加到58.16×108m3,增加了29.48×108m3。可開采資源量減少的主要原因是地下水補給量減少,在實際開采過程中出現資源枯竭,水位持續下降。
圖6—2 近20年來補給資源量與開采資源量的變化
㈩ 地下水資源的介紹
地下水資源是指在一定期限內,能提供給人類使用的,且能逐年得到恢復的地下淡水量。是水資源的組成部分。通常以地面入滲補給量(包括天然補給量和開采補給量)計算其數量。因此,地下水資源的開采一般不應超過補給量,否則會給環境帶來危害,使生態條件惡化。