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1、第十章 地下水资源量的计算与评价地下水资源是指有使用价值的各种地下水量的总称，它属于整个地球水资源的一部分。地下水的使用价值包括水质和水量两个方面。它是否能成为有使用价值的资源，首先是由水质决定的。在水质符合利用要求的前提下，看其可资利用的数量有多少。因此，地下水资源评价，应同时进行水质和水量的评价。地下水量的计算和评价比水质评价复杂得多。一般所说的进行地下水资源评价，都是在水质符合要求的前提下，着重对水量进行评价。因此，将地下水的各种量也多称为资源。前章已经讲了水质评价，本章则讨论水量的计算和地下水资源评价。供水水文地质勘察的主要任务之一就是要查明地下水的水质和水量，进行地下水资源评价。地下
2、水量是处在地下水补给与排泄的动平衡中，是随着自然和人为因素的改变而变化的。特别是在大量开采地下水后，会引起地下水补给、排泄条件的改变，给地下水量的准确计算带来不少困难。这就迫使人们去研究不同的计算方法，同时，也出现了对地下水量描述的不同术语或不同分类。l 地下水资源的特点及分类一、地下水资源的特点地下水资源，既不同于矿产资源，也不同于地表水资源，有它自己的特点。主要有：（1）可恢复性：当人工开采地下水时，在多数情况下，只要开采量不超过一定限度，虽然井附近的地下水位要降低，使地下水的储存量暂时减少，但只要停止开采，水位又可逐渐恢复原位，即地下水的储存量又得到了补充。这就是地下水的可恢复性，是与一
3、般矿产资源的重要区别。固体矿产，开一点就少一点，没有恢复补偿性质，石油等液体矿产也是如此。地下水虽然可以不断得到补给和更新，开采后可以补充恢复，但也不是取之不尽、用之不竭的。如果大量超采，也会造成地下水资源的消耗甚至枯竭。（2）系统性（或活动性及与周围环境的密切联系性）：由于地下水与周围环境（气候、水文条件及地质条件等）有密切的联系，所以大都具有流动性或活动性，特别是与地表水联系得更加密切，常常可以互相转化。这种联系反映在含水层的平面和剖面边界条件上，包括地下水的补给和排泄条件。液体矿产虽然也有流动性，但往往要在开采时才表现出来。虽外部环境对其它矿产也有影响，但仅是在地质历史时代中反映出来。考
4、虑到地下水的流动性，可用地下水的流量表示地下水的数量。由于人工开采地下水后，其边界条件可能发生变化，使地下水的流动状态改变，所以地下水的天然流量也不能完全反映地下水可被开采利用的数量。（3）调节性（或储存量的可变性）：地下水在含水层中始终处在不断地补给和消耗的新旧交替过程中。补给和消耗量在不同年份或季节是不同的，特别是补给量随时间变化较大。当补给丰富、大于消耗时，含水层就把多余的水蓄集起来，使地下水的储存量增加；当补给较少或暂时停止时，又可用储存的地下水维持消耗，使储存量减少。储存量的这种可变性，在地下水的补给、径流、排泄及开采过程中均起着调节作用。这种性质是其它矿产资源所不具备的。有的含水盆
5、地具有相当大的调蓄能力。如山西娘子关泉域的调蓄能力有1410 8m3。利用这一性质，可以进行人工调蓄，增大开采量。二、地下水资源量的分类由于地下水资源具有可恢复性、系统性（流动性）、调节性等特点，所以对地下水量的准确表达较困难，因而出现了许多不同的术语和分类。目前这些术语和分类尚未能统一和完善，有待研究解决。现仅将常用的分类和术语概念简述于下。50一60年代，国内曾广泛采用H A普洛特尼科夫的地下水储量分类 （四大储量）。他将地下水储量分为如下四类。动储量：是指单位时间流经含水层（带）横断面的地下水体积，即地下水的天然流量；静储量：是指地下水位年变动带以下含水层（带）中储存的重力水体积；调节储
6、量：是指地下水位年变动带内重力水的体积；开采储量（专水，允许开采量）：是指用技术经济合理的取水工程能从含水层中取出的水量，并在预定开采期内不至发生水量减少、水质恶化等不良后果。该分类在一定程度上反映了地下水量在天然状态下的客观规律，对我国当时地下水资源评价工作起过一定的作用。但它存在一些需要改进的缺点。许多学者考虑到地下水量的特殊性，认为不宜用“储量”这个术语来描述地下水量，应改用“地下水资源”。有人将地下水资源分为天然资源和开采资源两大类，有人将其分为补给资源、储存资源和开采资源三大类，等等。另一些人认为，“资源”的含意应包括量和质两方面，单纯指水量时用资源来描述不合适，不如直接用地下水的各
7、种量来表达。目前，我国较多的人主张将地下水资源量分为补给量、储存量和允许开采量（或可开采量）三类，既不用储量也不用资源，直接叫作地下水的各种量。下面将重点讨论这种分类。1补给量：补给量是指天然状态或开采条件下，单位时间从各种途径进入该单元含水层（带）的水量（m 3/a）。 补给来源有降水渗入、地表水渗入、地下水侧向流入和垂向越流，以及各种人工补给。实际计算时，应按天然状态和开采条件下两种情况进行。实际上。许多地区的地下水都已有不同程度的开采，很少有保持天然状态的情况。因此，首先是计算现实状态下地下水的补给量，然后再计算扩大开采后可能增加的补给量。这后一种称为补给增量（或称诱发补给量、激发补给量
8、、开采袭夺量、开采补充量等）。常见的补给增量由下列来源组成。来自降水入渗的补给增量：由于开采地下水形成降落漏斗，除漏斗疏干体积增加部分降水渗入外，还使漏斗范围内原来不能接受降水渗入补给的地区（例如沼泽、湿地等），腾出可以接受补给的储水空间，因而增加了降水渗入补给量。此外，由于地下水分水岭向外扩展，增加了降水渗入补给面积，使原来属于相邻均衡地段（或水文地质单元）的一部分降水渗入补给量，变为本漏斗区的补给量。来自地表水的补给增量：当取水工程靠近地表水时，由于开采地下水，使水位下降漏斗扩展到地表水体，可使原来补给地下水的地表水补给量增大，或使原来不补给地下水，甚至排泄地下水的地表水体变为补给地下水。
9、这就是开采时地表水对地下水的补给增量。来自相邻含水层越流的补给增量：由于开采含水层的水位降低，与相邻含水层的水位差增大，可使越流量增加，或使相邻含水层原来从开采含水层获得越流补给，变为补给开采层。来自相邻地段含水层的增加的侧向流入补给量：由于降落漏斗的扩展，可夺取属于另一均衡地段（或含水系统）地下水的侧向流入补给量。或某些侧向排泄量因漏斗水位降低，而转为补给增量。来自各种人工增加的补给量：包括开采地下水后各种人工用水的回渗量增加而多获得的补给量。补给增量的大小，不仅与水源地所处的自然环境有关。同时还与采水构筑物的种类、结构和布局，即开采方案和开采强度有关。当自然条件有利、开采方案合理、开采强度
10、较大时，夺取的补给增量可以远远超过天然补给量。例如，在傍河地段取水，沿岸布井开采时，可获得大量地表水的入渗补给增量，并远大于原来的天然补给量，成为可开采量的主要组成部分。但是，开采时的补给增量也不是无限制的。从上述补给增量的来源可以看出，它无非是夺取了本计算含水层或含水系统以外的水量。从整个地下水资源的观点来看，邻区、邻层的地下水资源也要开发利用。这里补给量增加了，那里就减少了。再从“三水”转化的总水资源的观点考虑，如果河水已被规划开发利用，这里再加大开采强度，大量夺取河水的补给增量，则会减少了地表水资源。因此，在计算补给增量时，应全面考虑合理的袭夺，而不能盲目无限制地扩大补给增量。计算补给量
11、时，应以天然补给量为主，同时考虑合理的补给增量。地下水的补给量是使地下水运动、排泄、水交替的主导因素，它维持着水源地的连续长期开采。允许开采量主要取决于补给量。因此，计算补给量是地下水资源评价的核心内容。（补给量的计算见动态与均衡）。2储存量：储存量是指储存在单元含水层中的重力水体积（m 3）。（1）潜水含水层的储存量，也称为容积储存量，可用下式计算：（VF M ）（M 含水层厚度）W式中：W地下水的储存量（m 3）；含水层的给水度（小数或百分数）；V潜水含水层的体积（m 3）。（2）承压含水层除了容积储存量外，还有弹性储存量，可按下式计算： hF*式中：W 承压水的弹性储存量（m 3）； *
12、贮水（或释水）系数（弹性给水度）（无因次）；F承压含水层的面积（m 2）；h承压含水层自顶板算起的压力水头高度（m ）。*FhV由于地下水的水位常常是随时间而变化的，地下水储存量也随时而异。这是由于地下水的补给与排泄不均衡而引起的。地下水的储存量在地下水的运动交替和地下水开采过程中起着调节作用。在天然条件下，地下水的储存量呈周期性的变化，主要有年周期，还有不同长短的多年周期。一般应当计算一年内最大储存量和最小储存量。在开采条件下，如果开采量不大于补给量，储存量仍呈周期性变化；在开采量超过补给量时，就由储存量来补偿这部分超过的开采量，使储存量出现逐年减少的趋势性变化。有人将一定期限内的最小储存量
13、称为永久储存量或静储量。它是在一定周期内不变的储存量。最大与最小储存量之差称为暂时储存量，相当于调节储量。在地下水径流微弱的地区，暂时储存量的数量可以很大，几乎接近补给量，可以将它作为允许开采量。在一般情况下，计算允许开采量时不能考虑永久储存量。如果动用了它，就会出现区域地下水位逐年持续下降的趋势，导致地下水源枯竭。但是，如果永久储存量很大（如含水层厚度大、分布又广的大型贮水构造），每年适当动用一部分永久储存量，使在100年或50年内总的水位降不超过取水设备的最大允许降深也是可以的。例如，美国得克萨斯州高平原地下水源地，主要是消耗静储量来维持开采，据计算，可持续开采4050年。3允许开采量（或
14、可开采量）：允许开采量（或可开采量）是指通过技术经济合理的取水构筑物，在整个开采期内出水量不会减少、动水位不超过设计要求、水质和水温变化在允许范围内、不影响已建水源地正常开采、不发生危害性环境地质现象等前题下，单位时间内从该水文地质单元或取水地段开采含水层中可以取得的水量。其常用的流量单位为 m3/d 或 m3/a 等。简言之，地下水允许开采量（或可开采量）指在可预见的时期内，通过经济合理、技术可行的措施，在不引起生态环境恶化条件下允许从含水层中获取的最大水量。（m 3/d 或 m3/a）允许开采量与开采量是不同的概念。开采量是指目前正在开采的水量或预计开采量，它只反映了取水工程的产水能力。开
15、采量不应大于允许开采量；否则，会引起不良后果。允许开采量的大小，是由地下水的补给量和储存量的大小决定的；同时，还受技术经济条件的限制。为了说明这一关系，有必要分析开采量的组成。地下水在开采以前，由于天然的补给、排泄，形成了一个不稳定的天然流场。雨季补给量大于消耗量，含水层内储存量增加，水位抬高，流速增大；雨季过后，消耗量大于补给量，储存量减少，水位下降，流速减小。补给与消耗总是这样不平衡的发展着，形成一个不稳定的天然流场。这种不平衡的发展过程，具有年和多年的周期性。从一个周期的时间来看，这段时间的总补给量和总消耗量是接近相等的；如果不相等，则含水层中的水就会逐渐被疏干，或者水会储满含水层而溢出
16、地表。在人工开采地下水时，增加了一个经常定量的地下水排泄点，改变了地下水的天然排泄条件，即在天然流场上又叠加了一个人工流场。这既破坏了补给、消耗之间的天然动平衡，又力图建立新的、开采状态下的动平衡。在开采最初阶段，由于增加了一个人工开采量，必须减少地下水的储存量，使开采地段水位下降形成一个降落漏斗。随漏斗扩大，流场发生了变化，使天然排泄量减少，促使补给量增加，即为补给增量。在开采状态下，可以用下面水均衡方程表示：式中：Q 补 开采前的天然补给量（ m3d）；Q 补 开采时的补给增量（ m3d）；Q排 开采前的天然排泄量（ m3d）；Q 排 开采时天然排泄量减少值（ m3d）；Q开 人工开采量（m 3d）；含水层的给水度；F开采时引起水位下降的面积（m 2）；t开采时间（d）；h在t时间段内开采影响范围内的平均水位
