地下水资源的特点及分类计算地下水允许开采量的主要方

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1、1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 3 地下水资源评价地下水资源评价 第十章第十章 地下水资源量的计算与评价地下水资源量的计算与评价水文地质勘察水文地质勘察1 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类l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。l地下水的使用价值包括水质和水量两个方面。l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

2、。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。l本章则讨论水量的计算和地下水资源评价。9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l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。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点

3、及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察一、地下水资源的特点一、地下水资源的特点 p（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。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/

4、2024水文地质勘察水文地质勘察o（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。o（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。当补给丰富、大于消耗时，含水层就把多余的

5、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14108m3。利用这一性质，可以进行人工调蓄，增大开采量。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察二、地下水资源量的分类二、地下水资源量的分类 50一60年代，国内曾广泛采用HA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。l动储量：是指单位时间流经含水

6、层（带）横断面的地下水体积，即地下水的天然流量；l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；l调节储量：是指地下水位年变动带内重力水的体积； 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l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。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水

7、文地质勘察l 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。l 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种量来表达。l 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。l 下面将重点讨论这种分类。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察p 1补给量：补给

8、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（m3/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、开采袭夺量、开采补充量等）。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l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

9、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，使原来属于相邻均獾囟危或水文地质单元）的一部分降水渗入补给量，变为本漏斗区的补给量。l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。这就是开采时地表水对地下水的补给增量。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质

10、勘察l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。l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。l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。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l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，

11、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、开采强度较大时，夺取的补给增量可以远远超过天然补给量。l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。l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

12、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。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l计算补给量时，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。l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）。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2储存量： 储存量是指储存在单元含水层中的重力水体积（m3）。 （1）潜水含水层的储存量，也称为容积储存量，可用下

13、式计算： （VF M）（M含水层厚度） 式中：W地下水的储存量（m3）； 含水层的给水度（小数或百分数）； V潜水含水层的体积（m3）。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（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： 式中：W承压水的弹性储存量（m3）； *贮水（或释水）系数（弹性给水度）（无因次）； F承压含水层的面积（m2）； h承压含水层自顶板算起的压力水头高度（m）。*FhV 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 由于地下水的水位常常是随时间而变化的，地下水储存

14、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。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 有人将一定期限内的最小储存量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

15、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 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 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。 1 地

16、下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察3允许开采量（或可开采量）l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l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。（m3/d或m3/a） 1 地下水资源的特点

17、及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l允许开采量与开采量是不同的概念。l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。开采量不应大于允许开采量；否则，会引起不良后果。l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。l为了说明这一关系，有必要分析开采量的组成。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l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。l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

18、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。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l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。l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。 1 地下水资源的特点及分类地下水

19、资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l 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（m3d）； 含水层的给水度； F开采时引起水位下降的面积（m2）； 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降（m）。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察由于开采前的天然补给量与天然排泄量在一个周期内是近似相等的，即Q补Q排，所以上式可简化为：这个方程表明，开

20、采量实质上是由三部分组成的，即：（1）增加的补给量（Q补），也就是开采时夺取的额外补给量，可称为 开采夺取量；2.水文地质钻孔结构特点 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（2）减少的天然排泄量（Q排），如开采后潜水蒸发消耗量的减少、泉流量减少甚至消失、侧向流出量的减少等。这部分水量实质上就是由取水构筑物截获的天然补给量，可称为开采截取量。它的最大极限等于天然排泄量，接近于天然补给量；（3）可动用的储存量（），是含水层中永久储存量所提供的一部分。（枯水期抽水） 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地

21、质勘察 明确了开采量的组成，就可以按各个组成部分来确定允许开采量。（1）允许开采量中补给增量部分，只能合理地夺取，不能影响已建水源地 的开采和已经开采含水层的水量；地表水的补给增量，也应从总的水资源考虑，统一合理调度。（2）允许开采量中减少的天然排泄量，应尽可能地截取，但也应考虑已经被利用的天然排泄量。例如，有的大泉是风景名胜地。由于增加开采后泉的流量可能减小，甚至枯竭，破坏了旅游景观，这也是不允许的。截取天然补给量的多少与取水构筑物的种类、布置地点、布置方案及开采强度有关。只要天然排泄量尚未加以利用，就可以用天然补给量或天然排泄量作为开采截取量。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及

22、分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（3）允许开采量中可动用的储存量，应慎重确定。首先要看永久储存量是否足够大，再看现时的技术设备最大允许降深是多少，然后算出从天然低水位至区域允许最大降深动水位这段含水层中的储存量，按100年或50年平均分配到每年的开采量中，作为允许开采量的一部分。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l上述地下水各种量之间是相互联系的，并且是不断转化、交替的。永久储存量或叫静储量是指储存水的那部分空间体积始终在含水，并不是说那部分水是永久储存不变的。它仍然会转化为排泄的水流走，再由补给来的水补充，同样参加水循环。只

23、有极少数在特殊条件下形成的地下水，如处在封闭构造中的沉积水，才没有补给、排泄量，而只有静储量。大多数自然条件下的地下水都是由补给量转化为储存量，储存量又转化为排泄量，处在不断的水交替过程中。l在开采条件下所取出来的水，都是由储存量中转化来的。由于储存量的减少，可以夺取更多的补给量来补充；同时，又截取了部分天然补给量，则使天然排泄量减少。各量之间的关系可用下面形式表示。三、地下水量之间的关系三、地下水量之间的关系 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察天然状态的转化关系：开采状态的转化关系： 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8

24、/2024水文地质勘察水文地质勘察各种量的数量关系为：在天然状态下：若在均衡期内，则Q储0，上式变为：Q天补Q天排。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察在开采状态下：式中：Q天补天然补给量； Q天排天然排泄量； Q储储存变化量； Q实开实际开采量； Q允许允许开采量； Q补补给增量； Q排减少的排泄量； Q补合理的开采夺取量； Q储可动用的储存量。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察由于开采量与补给量的不同关系，可出现三种开采动态类型水源地：l稳定型：任何时间Q开Q天补+Q补；l调节型：

25、雨季开采量小于总补给量，而旱季开采量可大于总补给量。但在一年或数年期间，累计总开采量仍应小于总补给量，即未动用储存量（静储量）；l消耗型：开采量大于总补给量，须动用消耗储存量（静储量）。 1 地下水资源的特点及分类地下水资源的特点及分类9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l计算地下水的允许开采量是地下水资源评价的核心问题。计算允许开采量的方法，也称为地下水资源评价方法。l允许开采量的大小，主要取决于补给量，还与开采的经济技术条件及开采方案有关。l由于水文地质条件的差异及不同勘察阶段取得的水文地质资料丰富程度不一，以及对成果的要求精度不同，可采用不同的计算方法。2 计算地下水允许开采量的主要

26、方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l目前，已有计算方法约二三十种。依据不同原则，学者们对众多计算方法作了多种分类。l本教材根据计算方法的主要理论基础、所需资料及适用条件，选用了表10l的分类（四类）。在实际勘查中，可据具体条件，选择一种或几种方法进行计算与评价，以相互比较论证与择优。l因学时所限，下面只从前三类中选择几种常用方法加以介绍。l第四类的方法原理将在第三篇中予以介绍。欲全面了解，请参阅水文地质手册及地下水资源评价等书籍。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2 2 水文地质钻

27、孔的结构和钻孔设计水文地质钻孔的结构和钻孔设计 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（一）解析法l 计算地下水资源的解析法，就是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。此法在理论上是较严密、精确的。只要介质条件、边界条件和取水条件符合选用公式的假定条件，则计算出来的开采量便是既能取得出来、又有补给保证的水量（稳定流），或可以预报出该条件下开采时的水位变化情况（非稳定流）。一、以渗流理论为基础的方法 2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l但此法在实际运用中也有困难，尽管各种不同条件下的公式很多，但完全符合

28、公式中假定条件的情况却是较少的。例如：介质条件要求均质或简单的非均质，而自然条件常是复杂的非均质；边界条件假定是无限、直线、或简单的几何形态，而自然界常是复杂的边界；补给条件在自然界常是随时间而变化的，在解析法的公式中却难于反映，只能简化为均匀连续的补给，等等。由于实际情况不能完全符合公式的假定条件，所以使严密、准确的解析解也变为近似的了。l实际上，除少数情况下（如有河流补给的岸边取水水源地、无垂向补给的大面积承压水及边界简单的水源地等），可以直接运用解析公式计算允许开采量以外，常常是用解析公式计算出开采量（只反映产水能力），再用水均衡法计算补给量来论证其保证程度。2 计算地下水允许开采量的主

29、要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察1如何选择公式l地下水动力学中介绍了许多井流公式，选用时应考虑以下几方面。l根据地下水开采动态类型或从水文地质条件分析，判定是采用稳定流公式还是非稳定流公式。自然界大都是非稳定流，但在就地补给条件较好的地区，有似稳定流出现时，选用稳定流公式计算，既简便，又可得到较好的成果。例如在有地表水补给的河谷地区，或在降水丰富、补给条件又好的地区，均可用稳定流公式计算。l考虑地下水类型、含水介质性质和边界条件，选择承压水井还是潜水井的公式。依据均质还是非均质，无限边界还是有限边界，有无渗入补给和越流补给等，分别选用不同的公式。2

30、 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l根据拟定的开采方案选用相应的公式。考虑取水构筑物的类型、结构、布局、井距等。一般尽量采用完整井互相干扰的稳定流或非稳定流公式计算。也可以采用开采强度法，即概化为单位面积的开采量。l现有的各种公式，在有关手册上均能查到。尽管已有很多公式，但还不能完全满足实际的需要。在工作中，可以根据实际情况，运用水动力学的基本原理，研究出新的公式来。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2计算步骤（1）首先，通过勘探试验或实验取得计算所需的

31、各种参数，如渗透系数K、含水层厚度M、导水系数T、重力给水度和弹性给水度（或释水系数）*、水头分布H等。（2）其次，拟定开采方案，确定计算公式。可先初步布井，计算后再 调整，还可以进行几个方案比较，择优录用。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（3）然后，计算开采量，检查水位降。一种方法是计算干扰条件下设计降深的单井出水量，加起来的总和便是开采量。如果是非稳定流，则应计算在一定开采量的条件下中心区水位降深的发展情况，做出一定降深的水位预报。另一种方法是将需水量分配到各个井，再计算几个控制点的水位降深。若水位降深不均匀，则调整

32、各井的开采量，再计算水位降深；或修改布井方案，反复计算，直到每个井的取水能力已充分发挥，各点的水位降又不超过允许下降值时为止。经过反复调整计算，选出最佳方案。（4）最后进行评价。如果计算时已考虑了补给条件，则最后计算出来的开采量便是既取得出来，又有补给保证的允许开采量（稳定型或调节型开采动态），或者是有一定开采期限的可开采量。如果计算时未考虑补给条件，则应再计算该区地下水的补给量，论证开采量的保证程度。还应评价开采后是否会引起环境地质等问题。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 3实例 据冶金部西安勘察公司韩昌彬等资料，勘察

33、区位于内蒙古高原的低山丘陵河谷地带，气候干燥，平均年降水量为222mm，集中在7、8、9三个月内。河谷宽约500m。除雨季外，河床常年干枯。河谷内第四系砂砾石含水层平均厚17m，地下水埋深2m，主要由降水和地表水补给。两侧和底部均为岩浆岩。勘探孔和试验孔的布置如图10一1所示。开采方案是沿河谷中心布置9口井，井距约1km。其布局和映射见图10一2。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 据勘探试验资料算出井群的总出水量约为

34、5000m3d。在这样的开采条件下，在整个旱季（无降水和河水补给），中心区水位下降多少。步骤1：水文地质条件概化 根据勘探试验取得的各种参数，对水文地质条件进行如下概化。l 介质条件：由于含水层沿河方向的不均匀性，可分为三个场段，采用不同 的参数。表10一2所示。l 边界条件：把河谷两岸概化为直线平行不透水边界。l 疏干时间：由于区内每年7、8、9三个月为雨季，有降水和河水补给，故确定疏干时间为365一90275d。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察步骤2：确定计算公式，计算降深值。 根据概化后的水文地质条件，可选用潜水完

35、整井井群干扰非稳定流理论公式来计算：式中：S观测井的水位下降值（m）； H含水层平均厚度（m）； Qi各井抽水量（m3d）； K渗透系数（md）； W(ui)井函数；2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察ri抽水井（实、虚）至观测井距离（rn）；含水层延迟释水系数；T导水系数（m2d）；t抽水延续时间（d）。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 将所取得数据代入公式，计算降深值。由于平行边界相距较近，映射次数较多，所以采用表格形式进行计算较方便。例如先计算中

36、心区10号井的降深值。首先，从图上查出各实井和虚井与该井的距离ri，算出ri2，分别乘各场段的，求出ui值；然后，从井函数表查得W(ui)值，再乘以，加起来便可求得，用A表示。最后，计算10号井得降深：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察计算表的形式如表计算表的形式如表103103所示所示2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察4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。 计算时取了五次映射，分别对中心区的11号

37、、10号、12号及5号井进行了计算。其降深依次为684、777、680、680m，仅占含水层平均厚度的40一50。步骤3：评价。 按开采量为5000 m3d，拟建布局是合理的，可作为允许开采量，在整个旱季才疏干了含水层的40，到雨季是可以补偿回来的。 2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（二）数值法l 数值法是随着电子计算机的出现而发展起来的，应用十分广泛。从理论上看，尽管它是对渗流偏微分方程的一种近似解，但实际应用中完全可以满足精度要求。它可以解决许多复杂条件下的地下水资源评价问题，应用广泛，是一种较好的方法。l在地下水资

38、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。这两种方法各有利弊。在实际运用中效果差不多。在解题过程中，它们在许多方面都是相似的，都把研究区域剖分成若干网格（有限差分法分为方形、矩形、三角形；有限元法常用三角形），将建立的偏微分方程离散成线性代数方程组，用电子计算机联立求解线性方程组。所不同的是在网格剖分上及线性化的方法上有所差别。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l在线性化的数学推导中，有限差分法简单易懂，物理意义明确；有限元法较复杂，涉及的数学基础较深。l关于其具体的推导过程和详细解题方法以及通用源程序等，将在

39、以后的“地下水流数值模拟”课中讲授，许多专著中对此也均有论述。l这里仅对如何运用数值法进行地下水资源评价，按照计算步骤作一概略介绍。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察步骤1 建立水文地质概念模型l在水文地质调查和勘探的基础上，研究分析计算区域的地质、水文地质条件，概化出适用的水文地质概念模型。l该模型来源于该区的实际水文地质条件的概化，是选择相应数学模型的依据。l概化的主要内容如下：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（1）计算范围和边界条件的概化。 首

40、先，应明确计算层位，然后据评价要求圈定出计算区的范围。计算区应该是一个独立的天然地下水系统，具有自然边界，便于较准确地利用其真实的边界条件，以避免人为边界在提供资料上的困难和误差。但在实际工作中，因勘探范围有限，常常不能完全利用自然边界。此时，需利用调查、勘探和长观资料建立人为边界。计算区范围确定后，可概化为由折线组成的多边形边界。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l边界位置确定后，应进一步判明边界的性质，给出定量的数值。当地表水体直接与含水层接触时，可以认为是定水头的一类边界，但不能说凡是地表水体都一定是定水头边界。只有

41、当地表水与含水层有密切的水力联系，经动态观测证明有统一的水位，地表水对含水层有无限的补给能力，降落漏斗不可能超越此边界线时，才可以确定为定水头补给边界。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l断层接触边界可以是隔水边界、流量边界；在特殊条件下，也可能成为定水头边界。如果断层本身是不透水的，或断层的另一盘是隔水层，则构成隔水边界。如果断裂带本身是导水的，计算区内为富含水层，区外为弱含水层，则形成流量边界。如果断裂带本身是导水的，计算区内为导水性较弱的含水层，而区外为强导水的含水层时（这种情况，供水中少有，多出现在矿床疏于时），则

42、可以定为定水头补给边界。l岩体或岩层接触边界，一般多属隔水边界或流量边界。凡是流量边界，应测得边界处岩石的导水系数及边界内外的水头差，算出水力坡度，计算出补给量或流出量。l地下水的天然分水岭，可以作为隔水边界，但应考虑开采后是否会移动位置。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l含水层分布面积很大或在某一方向延伸很远，成为无限边界时，如用数值法，则须计算很大的区域，由于增加了许多节点而加大了计算工作量。在这种情况下，可用设置缓冲带的方法，即在勘探区外围确定一适当宽度的地方作为定水头边界，其宽度一般为2一3层单元。缓冲带的参数应

43、比含水层小（有人认为应小50一100倍），这就等价于一个无限边界。l边界条件对于计算结果影响是很大的，在勘探工作中必须重视。对复杂的边界条件，如给出定量数据有困难时，应通过专门的抽水试验来确定。个别地段，也可以留待识别模型时反求边界条件，但不能遗留得太多。l另外，还需确定计算层的上下边界及有无越流、入渗、蒸发等现象，并给出定量数值。最后，还应根据动态观测资料，概化出边界上的动态变化规律。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（2）含水层内部结构的概化。 在含水介质条件方面，应确定含水层类型，查明含水层在空间的分布形状。对承压水

44、，可用顶底板等值线图或含水层等厚度图来表示，对潜水，则可用底板标高等值线图来表示。应查明含水层的导水性、储水性及主渗透方向的变化规律，用导水系数T和贮水系数*（或给水度）进行概化的均质分区。实际上，绝对均质或各向同性的岩层在自然界是不存在的，只要渗透性变化不大的地段，就可相对地视为均质区。此外，还要查明计算含水层与相邻含水层、隔水层的接触关系，是否有“天窗”、断层等沟通。如果为了取得某些详细准确的参数，须布置大量勘探、试验工作而要花费昂贵的代价时，可考虑先有一个控制数值，再在下一步识别模型时来反求该参数。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质

45、勘察水文地质勘察（3）含水层水力特征的概化。 水力特征的概化，就是将复杂的地卜水流实际状态概化为较简单的流态，以便于选用相应的计算方程。一是层流、紊流的问题，一般情况下，在松散含水层及发育较均匀的裂隙、岩溶含水层中的地下水运动，大都视为层流，符合达西定律。只有在极少数大溶洞和宽裂隙中的地下水流，才不符合达西定律，呈紊流。二是平面流和三维流问题，严格地讲，在开采状态下，地下水运动存在着三维流，特别是在区域降落漏斗附近及大降深的井附近，三维流更明显。但在实际工作中，由于三维流场的水位资料难以取得，目前在实际计算中，多数将三维流问题按二维流处理，所引起的计算误差，基本上能满足水文地质计算的要求。2

46、计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察步骤2 建立计算区的数学模型l根据上述概化后的水文地质模型，就可以建立计算区相应的教学模型。地下水数学模型，就是刻画实际地下水流在数量、空间和时间上的一组数学关系式。它具有复制和再现实际地下水流运动状态的能力。实际上，数学模型就是把水文地质概念模型数学化。描述地下水流的数学模型的种类很多，我们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。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l例如，若概化后

47、的水文地质概念模型为：分区均质、各向同性的承压含水层；有越流补给，其补给量随开采层水位的变化而变化；水流为平面非稳定流，并服从达西定律；初始水位为H0（x，y，t0）；有源汇项（开采井），在井数多而集中的单元，概化为开采强度Qv（x，y，t）（m3/dm2）；边界条件为第一类（1）、第二类（2）边界条件。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察式中：h，H分别为含水层，补给层的水头（m）；T，*分别为含水层的导水系数和弹性释水系数；K，m分别为越流弱透水层的渗透系数和厚度；QE补给强度（md）；QV开采强度（md）；2 计算地下

48、水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察H0初始流场的水头分布（m）；H1一类边界（1）上的水头分布（m）；q二类边界（2）上单位长度的侧向补给量（m2d）；x，y平面直角坐标；t时间（d）；n二类边界上的内法线。这种数学模型比较复杂、可借助电子计算机用数值法求解。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察步骤3 从空间和时间上离散计算域l将计算域进行剖分，离散为若干小单元，做出剖分网格图。剖分时，首先要选好节点，节点最好是观测孔，以便获得较准确的水位资料。l但一个计算域的节点

49、不可能都是观测孔，还需要许多插值点来补充。插值点应放在水位变化显著的地方、参数分区的部位及井孔节点稀疏的地方。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l选好节点后，在将点连接成单元时，还应按单元剖分的原则做适当的点位调整。单元剖分的原则是：相邻单元的大小不要相差太大；对三角形单元来说，三个边长不要相差太大，最长与最短边之比不能超过3：1；三角形的内角以在3090之间为好，必要时可允许出现个别的钝角，但面积不要太小；若钝角三角形太多，会影响解的收敛；在水力坡度变化较大的地段及资料较多的中心地带，网格可加密些，边远地带可放稀些。剖分

50、后，按一定的顺序对节点和网格进行系统的编号、准备相应的数据。l时间的离散，可根据水头变化的快慢规律，确定适当的时间步长。对模拟抽水试验来说，开始以分为单位，以后以小时、天为单位。模拟大量开采时（或动态），可以用月、季、年为单位。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察步骤4 校正（识别、检验）数学模型l按上述步骤建立的数学模型，是否能真实地反映实际流场的特点，还不能肯定，还须进行识别或校正。可用实际测得的水头值来校正模型的方程、参数及边界条件，也就是数学运算中的解逆问题。l其方法有两类，即直接解法和间接解法，由于直接种法要求每个

51、节点的水头均应是实际观测值，这在实际上很难办到，所以应用较少，常用的是间接解法。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l间接解法就是试算法。即根据所建立的数学模型，选择相应的通用程序或专门编制的程序，用勘探试验所取得的参数和边界条件作为初值，选定某一时刻作为初始条件。按程序所要求的输入数据的顺序输入进去，按正演计算模拟抽水试验或开采，输出各观测孔水位各时段得变化值和抽水结束时的流场情况。把计算所得水头值与实际观测值对比，如果相差很大，则修改参数或边界条件，再一次进行模拟计算。如此反复调试，直到拟合误差小于某一给定的标准为止。这

52、时所用的一套参数和边界条件及数学方程就被认为是符合客观实际的。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l调试的方法也有两种，一是人工调试，二是机器自动优选。人工调试方便简单，特别是在对计算区水文地质条件认识较清楚、正确时，容易达到误差要求。机器自动调试，有时可能同时得出几组参数都能满足数学上的要求，这就需要根据水文地质条件人为地选取。l识别数学模型的顺序一般为：先检验修正所选用的参数，而后再识别边界条件和数学方程。l逆演问题的唯一性，目前在数学上还没有很好地解决，参数和边界条件可以存在多种组合。因此，识别模型的过程往往很长，要反

53、复调试多次，才能得到较满意的结果。这里对水文地质条件的正确认识至关重要。如果对条件认识不确切，不管用什么办法进行识别，都难以达到满意的结果。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察步骤5 验证数学模型 通过对数学模型的识别，虽校正了计算域的水文地质参数、微分方程及边界条件等，但其可靠性还需利用历史水位进行验证，即选择几个时段，将计算值与实际观测值进行比较。可用两种类型的图件来比较：一是反映水头梯度场变化情况的等水位线图，即将同一时段的计算水头值与实测水头值以等值线形式分别绘在同一张图上，对比其拟合程度；另一种形式是反映流速场变化

54、情况的水位过程曲线图，即选择几个有代表性的典型钻孔，或选几条剖面线上的钻孔，在同一坐标系中按选定的时段（最好一年以上），分别绘制计算的和实测的水位动态曲线。在一般情况下，曲线拟合的相对误差小于时段水位变幅的5%即可。如果误差较大，还应对模型作进一步识别校正。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察步骤6 模拟预报，进行水资源评价l经过验证的模型，虽然符合客观实际，但只能反映当前的实际情况，而未来大量开采后，其边界条件和补给、排泄条件还可能发生变化。如果进行抽水试验的降深不够大，延续时间不够长时，边界条件尚未充分暴露，则大量开采后

55、就可能发生变化。因此，在运用验证后的模型进行地下水开采动态的水位预报时，还要依据边界条件的可能变化情况做出修正。对变水头边界，应推算出各时刻的水头值；流量边界，应给出各计算时段的流量；垂向补给排泄量有变化时，应推算出各时段的补排量。这些下推量的准确程度，会影响到数值法成果的精度。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l根据开采资料对模型进行修改以后，便可用其正演计算，运用起来十分方便灵活，可以解决以下一些问题。l可预报在一定开采方案下水位降深的空间分布和随时间的演化，可用于预测未来一定时期的水位降深，看其是否超过允许降深，但其

56、准确性则依赖于降水量预测的准确性。l可预报合理的开采量。根据开采区的现有开采条件，拟定出该区的开采年限和允许降深，以及井位井数等。最后计算出在预定开采期内、在允许降深的条件下，能取出的地下水量。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l可利用计算机研究某些水均衡要素，可计算出侧向补给量、垂向补给量及总补给量；可模拟开采条件下的补给量，求出稳定开采条件下的开采量；可进行不同开采方案的比较，选择最佳开采方案。l可以计算满足开采需要的人工补给量，以及模拟人工补给后水位的变化情况。l还可以研究地表水与地下水的统一调度、综合利用，进行水资

57、源的综合评价，以及帮助研究其他许多水文地质问题。l总之，建立了正确的数学模型后，可以很方便地进行许多模拟计算；根据计算成果，可以做出全面的地下水资源评价。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 下面举一个运用数值法评价地下水资源的实例。根据姬万里、王德明等河南省南阳市水资源研究的资料，简要介绍如下。1建立水文地质概念模型l南阳市区浅层地下水可分为三个地下水系统，建立三个水文地质概念模型（如图10一3）。 （1）白河北水文地质概念模型：东南部以白河为界，地下水与河水水力联系密切，为定水头补给边界。西部以分水岭为界，为隔水边界。北

58、部，除独山一段为隔水边界外，余为流量补给边界（见图10一3）。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察1239/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 按含水介质条件可分为两大区，即平原区和岗区。平原区含水层底板埋深为1060m不等。含水层以松散砂砾石为主，厚1050m，为非均质各向同性潜水含水层。岗区为粘性土裂隙一孔隙水，为非均质各向异性含水层。地下水以大气降水补给为主，部分受河流侧向补给，主要消耗于人工开采，已形成降落漏斗。潜水与中深层承压水有越流补给联系。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/

59、8/2024水文地质勘察水文地质勘察（2）白河南水文地质概念模型：北部及西北部以白河为界，为定水头补给边界，东、南及西南部以地下水分水岭为界，为隔水边界。介质条件与白河北相同，可概化为非均质各向同性潜水含水层。（3）十二里河水文地质概念模型：东、西以分水岭为界，为隔水边界，北部为侧向径流补给边界，南部为侧向排泄边界，排入白河。含水介质主要是含裂隙粘性土，为非均质各向异性含水层，以降水补给为主，径流蒸发排泄，人工开采极少。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2建立数学模型 上述三个水文地质概念模型均可用下列数学模型，即用非均质

60、各向同性（或异性）、有越流的非稳定二维潜水层流模型计算：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察式中：B为含水层底板标高； Kx，Ky分别为x，y方向的渗透系数，各向同性时Kx=Ky； Qi为第i口井的地下水开采量； 为函数； D为计算区域。 将计算域，剖分为有限个单元网格后，利用有限单元法将上述定解问题离散为下列线性方程组：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察式中： A导水矩阵； D储水矩阵； F水量矩阵； Y越流矩阵； m内节点与第二类边界节点之和； n总

61、节点数。 计算程序框图如图104所示（计算程序略）。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察3剖分 本题采用三角形剖分。按剖分原则要求，将全区三个水文地质概念模型统一剖分为201个单元、140个节点。剖分节点见表10一4，剖分图略。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察4识别模型 根据全区152组抽水试验资料和519个钻孔、机（民）井卡片资料，编制出浅层地下水水文地质参数分区图（略）。各区的水文地质参数见表105。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许

62、开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 根据调查资料，对全区降水入渗强度和人工开采强度分别进行了分区，给出了各区垂向综合交换量的数值（其图、表从略）。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l初始条件：选用1988年11月30日各观测孔的实测水位为初始流场，其余节点用等水位线图内插而得出。l边界条件：一类边界，根据白河4个长观点的水位给出；无长观点地段，由内插而得。二类边界多为零流量边界；非零流量段，根据抽水试验资料确定出单宽流量，其值如表10一6所示。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的

63、主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l根据南阳市的待点，每年从11月底至翌年2月底，农业区开采量甚微，工业用水也是全年最小的时段，故选取1988年11月30日到1989年2月28日作为校正识别模型的时段。l采用人工调参，间接识别模型的方法，将以上各种数据按程序要求输入计算机，进行正演计算，求解出不同时段各节点的水头值，再与观测孔的实测值进行比较；误差较大时，调整参数，再求计算水头。如此反复调整计算，直至其误差达到精度要求时为止，取相对误差小于时段水位变幅的5%者为准。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l由于水

64、文地质概念模型较确切，各种强度量较准确，识别模型时仅对参数做适当调整就可很快达到精度要求，识别后的参数如表107所示。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察5验证数学模型 取1989年3月1日到1989年12月30目的历史水位资料，分10个时段进行计算。1989年5月低水位期的流场拟合情况如图105所示。从图中可以看出，拟合得较好，说明模型可靠。从计算水位与实测水位的绝对误差来看，大多数都小于0.5，仅个别孔误差大于10m。观测孔水位变化历时曲线的拟合情况如图106所示。从图上看出，大部拟合较好，符合要求。验证结果说明：识别后

65、的模型基本能反映该区的客观条件，可以用于预报水位和进行地下水资源评价。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察6水位预报和地下水资源评价 南阳市的浅层地下水主要接受降水入渗和白河侧向渗水的补给。数值法计算结果，枯水年的补给量仍有3745.37104m3/a。目前，由于开采井布局不合理，已形成较大的降落漏斗。白河对浅层水有较强的补给能力，如傍河取水，可夺取更多河水的补给。据南阳市的发展规划，2000年总需水量为12899.37104m3/a。经过不同方案的比较，以采用傍河取水，夺取白河地表水

66、为主的供水方案为最佳。按此方案开采，通过模型计算，预报出2000年的地下水位流场图（图10一7）。从图上看出，白河附近水力坡度增大，降落漏斗面积增大，漏斗中心向西偏移，但不加深，基本上能满足供水要求；再配合采取一些其他节水措施，南阳市的供水是有保证的。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l上面分别介绍了解析法和数值法。有的研究者们在求解某些条件下开采动态时，提出了数值一解析法。它充分发挥了数值法和解析法两者的优点，在试用中已收到了良好的效果。它是一种新方法，值得研究。l详见地下水数值模

67、拟2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 这里仅介绍相关外推法、系统理论法和开采抽水试验法。（一）回归分析法l相关外推法是根据开采地下水的历史资料或不同流量不同降深的抽水试验资料，用数理统计方法找出流量与降深或与其他变量之间的相关关系，并依据这种关系外推未来开采时的开采量，或外推增大开采量以后的水位降深。二、主要以观测资料统计理论为基础的方法2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l变量之间的关系，一般有函数关系和相关关系（或称统计关系）。相关关系，又可分为以下

68、几种：如果自变量只有一个，则称为一元相关或简相关；如果自变量有两个以上，则称为多元相关或复相关；如果只研究其中一个自变量对因变量的影响，而将其他自变量视为常量，则称为偏相关；自变量为一次式，称为线性相关；为高次式，称为非线性相关。研究变量之间关系的密切程度，称为相关分析；而研究变量之间的联系形式，则称为回归分析。在实际应用中，二者密切联系，一般不加区别。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察1一元回归 一元回归有线性回归和非线性回归两种。而非线性回归可以通过变量替换化为线性回归。（1）线性回归 在地下水资源评价中，常分析开采量

69、Q与水位降深S之间的相关关系，建立一元线性回归方程。 首先，要有一系列观测统计资料，开采量Q1，Q2，Qn，水位降深S1，S2，Sn。n为样本数。据数理统计知识，样本数不能太小。 将这些观测资料标在QS直角坐标系内散点图，如图10-8所示。从整体上看，这些数据点有一定的分布趋势，大致成直线或为曲线。据最小二乘原理，可以找出一条最接近所有观测值的直线或曲线方程，称其为回归方程。可以用它来外推未来降深更大时的开采量。直线方程的一般形式为：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察式中：A、B为待定系数，用最小二乘原理确定得到一条最佳的

70、拟合直线。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l由图108a 可见，如果这条直线与各实测点偏差的平方和为最小，便是所要求的最佳直线，即l因Si，Qi都是实测值，故可视为待定系数A、B的函数。如使函数取值最小，则它对A和B的偏导数应等于零，即：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l用均值l代人上式则可写成：l将二式联立求解，即可求得待定系数A和B：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l将所

71、求的A、B代回原直线方程，则得一元线性回归方程（经验公式）。B是直线的斜率，称为回归系数。用偏差平方和为最小来确定参数的方法称为最小二乘法。l这样，求得的回归方程虽然是最佳的，但只是相对于已有实际数据而言的。无论多分散的点，即使对平面图上一堆杂乱无章的数据点也可以用最小二乘法配一条所谓最佳直线来表示S、Q之间的关系。显然，在这种情况下，所配直线是毫无实际意义的。因此，我们自然要问，在什么条件下所配回归方程才有意义呢？我们说，只有当两个变量大致成线性关系时才适宜这样做，那么，如何用一个数量指标来评价两个变量之间线性关系的密切程度？在数理统计中用相关系数来评价。2 计算地下水允许开采量的主要方法计

72、算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l相关系数（r）反映了两个变量之间联系的密切程度。其取值为0| r |1。它愈趋近于1，关系愈密切（r1就是完全相关的函数关系），用所得方程进行预测的精度就愈高，其误差平方和就愈小。反之，愈近于零（r0无关系），联系愈差。相关系数可用下式求得l式中，l称为变量Q和S的协方差，称为Q的方差，称为S的方差。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l在实际应用中，相关系数有多大时所建立的回归方程才有价值呢？这取决于抽样的多少和要求的精度，可查相关系数显著性检验表2

73、计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l表中给出了不同取样数N在两种显著水平（即0.05，和0.01）时，相关系数达到显著时的最小值。所谓显著性水平，就是指作出显著（即认为有价值）这个结论时，可能发生判断错误的概率。当0.05时，说明判断错误的可能性不超过5%；0.01时，则这种可能性不超过1。所以小，检验严格，相应地要求r就大。在同一显著水平下，抽样数N愈小，要求相关系数愈大。因为只有当两个变数的关系较密切时，少量的抽样便能反映出它们的关系来。反之，如果它们的关系不太密切，则必须有很多的抽样才能反映出来，即抽样数很大，相关系数较

74、小时，也能及映出它们的实际情况，应当是显著的。例如抽取了12个样，N210，r0.612。查表可知，| r |0.576，| r |0.708，可以说在0.05水平上是显著的，而在0.01水平上是不显著的。l经过显著性检验以后，所建立的回归方程虽然是有价值的，若用以预报外推涌水量或水位降深，仍然可能存在一定的误差，还需要研究预报的精度问题。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l各实际观测值与回归方程计算值的误差称为剩余标准差，以S表示，用下式计算：l式中：Si为实际观测值，为对应在回归方程上的计算值。l剩余标准差的大小，反映

75、了各实测点偏离回归方程的程度，可以用来说明用此回归方程外推预报的精度。S愈小，则预报精度愈高。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l根据概率论中随机变量成正态分布的理论可知，在Si的全部观测值中，有68.3%都可能落在回归直线两旁各一个剩余标准差的范围内，即任一观测值Si可能落在之间的概l率P68.3%，或用下式表示（图10一9）：95.4%2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l例如，当我们计算得知i0.5m，用回归方程预报Qi2104m3/a时，10m，

76、则S100.5m的精度只有68.3%的把握；而S101.0m的精度则有95.4的把握；若预报S101.5m的精度则几乎有百分之百（99.7）的把握。l要提高预报的精度及预报的把握性，只有提高观测的精度，尽量减少人为误差，观测数据要多，自变量的取值范围要大，相关系数要大。l以上以 S与 Q之间的关系为例，讨论了一元线性回归方程的建立，显著性检验及预报精度，同样可以分析其他量（如降水量与允许开采量或泉流量）之间的相关关系。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（2）非线性回归（曲线回归）l若实际观测值在散点图上没有直线的趋势，而呈

77、近似的曲线趋势时，则可用上述相同的方法建立一个曲线回归方程。不过，首先要用变量替换的方法，把曲线方程变为直线方程（即线性化），然后利用前述的一元线性回归的方法进行求解。即l曲线方程变量替换将曲线方程化为直线方程通过线性回归得线性回归方程变量回代还原为曲线方程。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l例如，幂函数有满足多种曲线的性质，其一般式为：yaxb 式中：a，b为待定系数。若两边取对数则变为： 令Ylgy，Alga，Bb，Xlgx，得直线方程：YA+BXl下面用例子来说明一元线性回归方法评价可开采量的方法步骤：2 计算地下

78、水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察实例：某水源地已有多年开采历史资料，经过条件分析，认为扩大开采后仍有补给保证。为了满足扩大开采，要求外推设计降深26m时的开采量。 解：首先，据历史资料绘成QS坐标的散点图，以便选择用直线或曲线回归方程。按直线相关计算。原始资料和计算结果均列于表109中。计算步骤如下：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（1）计算基本数据：算出均值和，再计算和，和及。（2）求根方差及均方根差：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的

79、主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（3）求相关系数：（4）进行显著性检验：令N=6，则N2=4，查检验表，当0.01时，相关系数达到显著的最小值，为0.917，这里0.9960.917，故可认为这里开采量与降深的关系是密切的（显著相关）。另外，按一般供水要求，r0.8，也是符合要求的，因此可以建立回归方程。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（5）求回归系数，建立直线回归方程： 回归方程为：（6）求剩余标准差，确定预报精度：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文

80、地质勘察水文地质勘察（7）进行外推预报 用所建直线回归方程预报地下水的开采量，外推设计降深为26m时的开采量，计算结果如表10一11所示。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2多元回归 实际上影响地下水水位下降的因素往往不只一个，而是多个独立自变量的同时影响。因此，需要用多元回归方程来进行外推预报。多元回归的基本原理与建立一元回归方程大体相同，但计算上却要复杂一些。由于可运用电子计算机，许多复杂的计算都可以很快完成。（1）二元直线回归方程 回归方程的一般形式为： 式中，a，b1，b2为待定系数，x1，x2为两个相互独立的自变

81、量，这里指影响地下水位的因素，例如开采量、降雨量、回灌量等。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 同样可用最小二乘法的原理，求出各待定系数，其公式为：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察式中：，分别表示各自的均值。 其计算步骤与一元回归相同。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（2）二元曲线回归方程也是将其线性化以后按线性方程计算。例如，二元幂曲线的一般式为：两边取对数则变为：令则得便可

82、接直线二元回归方程计算。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（3）多元回归方程当更多自变量影响时，可以用一般的多元线性回归方程： 同样，用最小二乘法原理可以求出各个待定系数，即回归系数。解多维联立线性方程组时，必须用电子计算机计算，有关书中均有专门程序可用。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察3逐步回归 若采用逐步回归的计算方法，还可以进行因子“贡献”大小的挑选，剔除“贡献”小的因素，最后得到主要影响因素的回归方程。曾有人将这种方法用于地下水动态预报中，取

83、得较好的效果。4相关外推法的特点及适用条件 相关分析法是建立在数理统计理论的基础上的，考虑了一些随机因素的影响，便于解决一些复杂条件的水文地质问题。在数据采样时，应注意资料来源的一致性。它是根据现实物理背景下得出的统计规律，在此基础上适当外推是可以的，但外推范围不能太大。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 这种方法适用于稳定型或调节型开采动态，或补给有余的旧水源地扩大开采时的地下水资源评价。如果已经是消耗型水源地，要用人工调蓄、节制开采来保护水源地。这时，也可以用相关分析法分析开采量、回灌量与水位的关系，求得合理的开采量和

84、人工回灌量。上海市在控制地面沉降时曾作过这样的分析。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（二）系统理论法1基本原理l系统理论是从统计通信技术和自动控制论中建立起来的。一个系统应由三部分组成。一是物理实体，例如通讯设备、自控装置、放大器等；用在水文地质上则指含水体、流域等。另外两部分是输入和输出信息。这三部分构成一个系统。可表示如下：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l当有输入信息I（t）时，经过物理实体的作用，便得出输出信息O（t），不管物理实体的具体结

85、构如何，我们用函数w（t）表示。一个 系统三部分之间的数量关系，在数学上称为褶（卷）积关系，即： 式中：I（t）描述输入信息，称为系统的激励函数； W（t）刻划系统物理特征的函数，称为系统的特征函 数 或称权函数； O（t）描述输出信息，称为系统的响应函数。当输入是单位脉冲迪拉克（Dirac）函数，即函数时，相应的输出称为单位脉冲响应函数。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l若物理实体已处于定常状态，即权函数不随时间而改变，则上式成为l权函数也是单位脉冲响应函数。由于这个积分运算是线性运算，所以这种系统称为线性时不变系统。

86、现将上式写成两个积分之和，则为：l对上式右端的积分作变量置换，令t一，则得：l可见，若把 t看作现在的时间，则输出O（t）是由两部分组成的：第一部分是由t以后时间所有输入信息反映出O（t）的；第二部分则是由t以前时间所有输入信息反映输出O（t）的。显然，后者表示“记忆”，前者表示“预测”。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l可见，若把 t看作现在的时间，则输出O（t）是由两部分组成的：第一部分是由t以后时间所有输入信息反映出O（t）的；第二部分则是由t以前时间所有输入信息反映输出O（t）的。显然，后者表示“记忆”，前者表示

87、“预测”。l在实际应用时，首先要通过对输入、输出的分析，从而确定描述系统物理实体特征的参数，即用I（t一）和O（t）的资料求得权函数w（）。然后便可以用来预测，即当任意给定一个输人时，利用所确定的模型来求出输出的预测值。由于无需了解物理实体的具体结构，所以这种模型也称为“黑箱”模型。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l运用系统理论来解决水文地质问题时，最典型的是用来预测大型泉（特别是一些岩溶泉）水的流量。把整个泉域的蓄水岩体视为系统的物理实体，补给泉的大气降水便是系统的输入，泉水流量便是系统的输出。如果含水体的体积较大，含

88、水层的厚度可视为不随时间而变的，则可认为含水体的特征函数是不随时间而变化的。于是可将泉域的蓄水体连同其降雨补给量和泉流量看成是一个线性时不变的单输入、单输出的集中参数系统。l大气降水是一个随时间变化的不连续的脉冲函数，通过泉域含水体这个“转换装置”的调节作用，由泉口流出的水量却是一个随时间变化的连续函数。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l设输入（降雨量）U (t)，输出（泉流量）为Q（t），则描述这个水文地质系统的方程为：l这是一般的方程，通过实际物理意义的分析可以简化。因为某一时刻（t）的泉流量仅与该时刻以前一定时期的

89、降雨量有关，更早时期的降水补给量已经通过泉口全部流出，对该时刻的泉流量已无影响。而t时刻以后的降水还没有发生影响。也即当0和t时，U（t）0，于是上述方程可简化为：l在实际计算时，可以将积分离散化，得：l作变量置换，令t一，则可写作：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l如果我们以月为单位，把各月的降水和泉流量按时间顺序分别排成两个序列来分析一下降水形成泉水的过程，则第t月的降水形成的地下径流，或立即就可到达泉口流出，或滞后在t十k（k0）月才到达泉口开始流出，一直到t十n月才全部流完，共经过了n一k十1个月（这里k和n均为

90、整数，且nk0）。因为第t一（n十1）月以前的降水所形成的地下径流已通过泉口全都流出去了，而第t一k月，t一（k十1）、，一直到第tn月的降水所形成的地下径流正在向泉口流动，并决定着泉流量的大小。因此，上式应改写为求第t月泉流量的公式：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l上式说明，第t月的泉流量Q是由第t一n月降水（Utn）所形成的部分径流量（UtnWn），一直到第t一k月降水（Ukt）所形成的部分径流量（UtkWk）逐一迭加组成的。从这里可以看出，Qt是Utn，Utn1，Utk的加权平均，而权分别是Wn，W n1，Wk。

91、这也说明了系统的权函数或权序列这个名称的由来。由于Qt与Ut 的单位不同，故Wn，W n1，Wk并不含有百分数的意义。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l这个公式就是用来描述泉域含水体这个“转换装置”的数学模型，可利用它来预测泉的流量和评价大中型供水井区的地下水资源，以及预测矿井涌水量。l在实际运用时，首先根据输入Ut（大气降水）与输出Qt（泉流量或开采量或矿井涌水量）的实际观测序列，识别系统即确定权函数或权序列W。确定的方法就是根据最小平方准则，即要求计算与实测的误差总和为最小，用电子计算机解权序列的线性方程组便可得到。

92、有了权函数，便可用该系统来进行预报。用一个例子来说明其具体方法。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2实例 河北省邯郸地区南单元的岩溶水从黑龙洞泉群排泄，泉域如图10一10所示。西安煤研所和武汉地质学院应用系统理论法对黑龙洞泉群进行了具体计算与分析。其步骤如下：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 第一步：进行条件分析： 泉流量和降水量的多年观测结果表明，泉群流量的变化规律与降水量的变化规律有明显的一致性。但泉流量峰值出现的时间滞后于雨季1一2个月。这说明

93、岩溶蓄水盆地对降水补给的地下水有调节作用。丰水年补给充沛，使泉流量增大，其影响可达三年之久。通过水文动态分析和泉水流量自然消耗计算，一次补给的地下水，需要两年半至三年的时间才能基本泄尽，即一次降水对泉流量的影响可达3036个月。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察第二步：对降水量、泉流量实测资料的处理： 在本泉域范围内有十多个水文气象站，取其中有代表性的五个站资料的算术平均值。据当地情况，把三日连续降水量在20mm和两日10mm以上者定为“有效降水量”（即有能力补给灰岩地下水的降水量），从而得出各站的逐月降水量，再求平均值用

94、于计算。非有效降水量作零处理。 本区地下水埋深一般在30m以上，故可不考虑地下水的蒸发消耗。但人工开采量应考虑，计算时给于适当处理。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察第三步：确定权序列：用最小平方估计准则确定，即：式中： N观测数据的个数，且Nnk0； Qt计计算出的t时刻泉流量； Qt测实际测得的t时刻泉流量。于是得到权序列W的线性方程组：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察式中：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8

95、/2024水文地质勘察水文地质勘察l解此线性方程组，就可以得到权序列Wk，Wk1，Wn。这是最小平方估计意义下的最优权序列。利用它即可用任意给定的权序列长度m（mn一k十1）个月的有效降水量资料，按前述流量预测公式：l就可算出泉群的预测流量来。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察第四步：权序列长度的确定：l权序列的长度m是指某月降水量对泉流量起影响作用的时间长短，现采用月为时间单位。如果某月降水量自k月开始影响泉流量至第n月影响消逝，那么，权序列长度mn一k十1。因此，要确定m必须确定k和n。lk值，可根据动态曲线分析来确定

96、。从泉流量与有效降水量动态曲线图上可见，降水的当月对泉流量就有影响，但不甚明显，一般是当月降水对下一个月的泉流量有明显的影响，所以取k1。n的大小确定比k困难一些，可以通过水文地质条件的分析，结合动态资料确定。经初步确定后，再用试算法来确定，其方法如下。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l先将求流量的公式改写成；l式中，右边第一个和式表示降水还没有影响到泉的流量，故应为零；第三个和式表示第n十1个月以前的降水对t月泉流量的影响。很明显，如果n选择得当，则第三个和式也应该接近于零。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水

97、允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l若令l则l由于Qt是一个趋于零的微小量，对Qt的影响很小，所以可假定为一个很小的常量，设为a，则Qt|a|，于是有2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l对上式用最小平方估计的方法进行处理后，就得到一个求权函数的正则方程，即：l式中：l用此式通过试算的办法选择合适的n，使a的绝对值达到预先指定的一个微小量（本例取0.5rn3/s，与观测平均误差相当），则相应的一列权函数即为所求。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文

98、地质勘察水文地质勘察第五步：对不合理权函数的处理：l从水文地质意义而言，权函数均应大于零，但在试算中可能出现一些负值或零值。分析其原因，可能是因降水量与泉流量之间的关系不匹配，或由于泉流量的实测值有较大的测量误差，或因权序列过长，或列入一些非有效降雨量等。从以上几方面原因对资料进行分析校核，取好 k值和n值的范围，再重新试算。l在本实例计算中，权序列长度最小取到12个月，最长取到37个月，此时末端出现一个负值。按误差平方和最小的原则最后确定了权序列的长度为33个月，全为正值。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察第六步：计算成

99、果及评价：降水量和泉流量的实测资料，经复核处理后，便可用电子计算机计算。本例是在DJ6机上完成解算的。解线性方程组的方法用消元法求解。系统的识别选用了1957年12月份至1967年1月份的降水资料和1961年1月份至1977年12月份的泉流量资料。系统的预报选用了1964年12月至1974年11月份的降水资料、1967年12月份以后零散的泉流量资料（因缺系统观测）和1974年6月至12月的泉流量资料。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 通过试算和模型识别后，以33个月的权函数W序列较好，其数据列于表1012中，其图形如图1

100、011所示。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 计算结果表明，计算泉流量与实测值的误差一般均在10左右。个别误差较大，如1963年特大洪水期的8月份，系因所测泉流量有洪水成分混入，以及泉出口附近有集水渗入所致。计算的部分成果如图10一12所示。从图上可见，曲线拟合还是较好的。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（三）开采抽水试验法 在选定的水源地范围

101、内，根据水文地质条件，选择合适的布井方案，打探采结合井。最好在旱季，尽量按开采条件（开采降深和预计开采量）进行较长时期（一个月以上）的开采性抽水试验。根据抽水试验的结果确定允许开采量，这种方法就是开采抽水试验法，或称开采试验法。 抽水试验可按两种情况即稳定状态和非稳定状态进行。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察1稳定状态 按设计需水量进行长时间开采抽水试验，主井中或井群中心的动水位应在允许降深以内，并能保持稳定，各观测孔中的水位也能保持稳定；停抽后，水位又能较快地恢复到原始水位。动水位历时曲线如图10一13所示。2 计算地

102、下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l这表明，在开采过程中含水层内建立了新的动平衡，抽水量小于或等于抽水时的补给量，按这样的抽水量开采是完全有保证的。这时，l实际抽水量就是允许开采量。l这种抽水试验，一般要求选在旱季进行，如果旱季有保证，补给季节就更无问题了。但这样确定的允许开采量是偏保守（小）的，在补给条件较好的地区，还可以适当外推扩大允许开采量。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2非稳定状态 进行试验时水位不稳定，特别是观测孔中的水位一直持续缓慢下降，停抽后水

103、位虽有所恢复，但始终达不到原始水位。这说明抽水量大于补给量，已消耗了储存量。若按这样的抽水量开采，是得不到保证的。在这种情况下确定允许开采量，可以通过分析抽水过程曲线，求出开采条件下的补给量作为允许开采量，或者再加上年暂时储存量作为允许开采量。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 在抽水初期，主井水位下降较快，随即稳定；而观测井中水位仍持续下降，特别是距主井一定距离的观测孔中水位不稳定，降落漏斗在不断扩大。到后期，可能出现主井与观测井水位同步等幅下降，说明抽水量大于补给量。这时，任一时段t的抽水均产生水位下降S。水位历时曲线

104、如图1014所示。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l假定抽水期内没有其他的消耗项，则这时的水均衡关系为：l式中，Q抽为抽水总量（m3d）；Q补为抽水条件下的补给量（m3d）；S为t（d）时段内的水位下降值（m）；F为水位下降1m时消耗的储存量，简称单位储存量（m2）。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l如何从抽水量中把补给量和储存消耗量分开，求出补给量，其方法之一是求出给水度（或弹性释水系数*）和降落漏斗面积F，据抽水试验时的水位降速St算出储存消耗

105、量，则2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l但对值往往难于准确测得，特别是裂隙、岩溶含水层的值更难准确确定。另一种方法是在抽水时用两次以上不同流量进行试验，用解联立方程的办法求出F值，再计算抽水时的补给量。如有两次不同抽水量Q抽1，Q抽2，分别得到两个水位降速 和 可建立联立方程组：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l联立解得则2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察为了核对Q补的可靠性，

106、可再按水位恢复资料进行检查。用这种方法求得的旱季补给量作为允许开采量，是有充分保证的，但太保守。因为抽水是在旱季进行的，没有考虑雨季的降水补给量。因此，最好将抽水试验延续到雨季，用同样方法求出雨季的补给量，再分别按雨季时间T雨和旱季时间T旱平均分配到全年，即：用这样的补给量作为允许开采量时，还应计算旱季末的最大水位降（Smax），看是否超过最大允许降深：式中，S。为雨季末的水位降。右端第2项为旱季开采量超出旱季补给量引起的降深S旱。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主

107、要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l用这种方法求得的允许开采量，是既可靠又不保守的。但还应用多年的气象、水文资料论证其保证程度。不过，这种方法需进行相当长时间的抽水试验（需2个月以上），耗费人力物力较大。l另外，也可以根据旱季抽水资料和动态观测资料，计算旱季补给量和全年暂时储存量（调节储量），以这两者之和作为允许开采量。即；l检验最大水位降的公式为：l式中，h为水位年变幅；S0为雨季末的水位降。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察3实例 某水源地位于基岩裂隙水的富水地段。在0.2km2面积内打了12个钻孔，最大

108、孔距不超过300m。在其中的三个孔中进行了四个多月的开采抽水试验，观测数据见表10一13。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 这些数据表明，在水位急速下降阶段结束后，开始等幅持续下降，停抽或暂时中断抽水以及抽水量减少时，都发现水位有等幅回升现象。这说明抽水量大于补给量。利用表1013中的资料可列出五个方程式：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l用其中任意两个方程便可解出Q补和F值。为了全面考虑，把五个方程搭配联解，求出Q补和F值，结果见表1014。l从

109、计算结果来看，由不同时段组合所求出的补给量相差不大，但F值变化较大，可能是由于裂隙发育不均，降落漏斗扩展速度不匀所致。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l再用水位恢复资料进行复核，数据及计算结果见表1015。从以上计算结果看，该水源地旱季的补给量在26002700 m3d之间，以此作为开采量是完全有保证的。若不能满足需水量的要求，还可以利用年内暂时储存量，适当增大允许开采量。但还应考虑总的降深大小及评价开采后对环境的影响。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质

110、勘察4开采抽水试验法的特点及适用条件 用开采抽水试验法求得的允许开采量是最可靠而且准确的。无论是潜水还是承压水，是孔隙水还是裂隙水或岩溶水，是新水源地还是旧水源地，都能应用。但要花费较多的人力物力，且成本较高。它适用于水文地质条件较复杂，一时难以查清补给条件，而又急需作出评价时，或供水部门对水量的保证程度要求较高时的中小型水源地的水资源评价。对大型水源地，除采用开采抽水试验外，还应结合数值法来进行水位预报。开采抽水试验法也不能作区域性的水资源评价。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察这里仅介绍水均衡法。水均衡法也称为水量平衡

111、法，是全面研究某一地区（均衡区）在一定时间段（均衡期）内的地下水的补给量、储存量和消耗量之间的数量转化关系，通过平衡计算，评价地下水的允许开采量。它是根据物质（质量）守恒定律和物质转化原理分析地下水循环过程，计算地下水量。实际上，它不仅是地下水资源计算与评价方法主要类型之一，在某些情况下、它又是其他类型计算与评价方法的指导思想与验证的依据。三、以水均衡理论为基础的方法三、以水均衡理论为基础的方法2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察1基本原理对一个均衡区（地段或水文地质单元）的含水层来说，在任 一时段t内补给量与消耗量之差，恒

112、等于此含水层中水体积的变化量，此即物质不灭原理。据此可以建立水均衡方程式：式中， 和*分别为重力给水度和弹性释水系数（贮水系数）； h和H分别为含水层厚度和水头变化值。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察由前述对允许开采量的分析可知，如果是稳定型开采动态，则最大允许开采量为：如果是合理的消耗型开采动态，则为：式中，Q消为减少的消耗量，即截取的补给量；Q补为开采时增加的补给量；Smax为最大允许降深；T为开采年限，一般取50100a。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察

113、水文地质勘察l补给量（Q补）和消耗量（Q消）的组成项目很多，并且要准确地测得这些数据往往也是困难的。但对某一个具体的地区来说，常常不是包含全部项目，有的甚至非常简单。例如，在我国西北干旱气候条件下的山前冲洪积扇地区，年降水量很少而蒸发强烈，雨水渗入补给（Q雨渗）几乎可以忽略不计。如果山区基岩裂隙也不发育，则侧向补给（Q流入）也可略去。当含水层为较单一的砂卵砾石层，无越流补给，也没有各种人工补给时，则地下水的补给量主要靠从山区流出的河水渗入补给（Q河渗）。开采后，由于水位降低，可以使2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l消耗项

114、中的蒸发（Q蒸发）、溢出（Q溢出）都变为零。在这种条件下，水均衡方程可简化为：l稳定型的最大允许开采量可用下式确定：2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l因此，在这里准确测定河流渗入量，是用水均衡法评价地下水资源的关键。l又如，我国南方的岩溶水地区，主要补给来源是Q雨渗和Q河渗，其次是侧向流入Q流入，消耗项中主要是Q溢出，其次是Q流出及Q蒸发。只要采用恰当的开采方式，可以充分截取补给，减少消耗，则计算允许开采量的公式可简化为：l因此，在各种情况下，都应按具体条件建立具体的水均衡方程式。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地

115、下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2计算步骤第一步：划分均衡区，确定均衡期，建立均衡方程。因为各个均衡要素是随区域水文地质条件不同而变化的，特别是当计算面积较大时，均衡要素可能差别较大。因此，应按均衡要素大体一致的情况进行分区，分别计算后，再总加起来。划分均衡区时，可以从大到小地划分。l一级分区。常以含水介质成因类型和地下水类型的组合作为分区依据。例如在山前扇形地带，可分为山区基岩裂隙水一承压水区、扇形地顶部孔隙潜水区及中下部的孔隙潜水一承压水区等。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l二级分

116、段。如果同一区内的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若干段。分段指标通常是含水层导水系数、给水度、水位埋深、动态变幅及包气带岩性等，以便于测定均衡要素为原则。l均衡期一般以年为单位，也可将旱季、雨季分开来计算，这样可以简化均衡方程中的项目。l划分了均衡区，确定了均衡期以后，分析各个区在这段时期内有哪些均衡要素，便可以建立均衡方程。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察第二步：确定每个区的各项均衡要素值。 首先应测定天然流场下各项补给量和消耗量，看是否均衡。然后再考虑增加开采条件下的补给增量和可能减少的消耗量，

117、以此作为地下水的允许开采量。为了取得较准确的计算资料，最好在每个均衡区选择一个有代表性的地段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区的各种补给量和消耗量。第三步：计算和评价。 将各项均衡要素值代入均衡式中，计算出补给与消耗的差值，看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，使方程平衡为止。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l评价时，一般以可能减少的消耗量加上实际已开采量作为总的允许开采量。或以总补给量作为允许开采量的极限。如果储存量

118、很大，可以动用时，应确定最大允许降深值Smax，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50一100a。l在实际计算中，常常是根据多年的动态观测资料分析，计算不同保证率典型年的水均衡，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1016。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l从表10一16中可见，枯水年是负均衡，即每年计划增开3185104m3时，尚需借用储存量 2398104m3，使区域水位降深

119、增加2.68m，但在平水年可余5198104m3，是可以将枯水年借用量补偿回来的。但若遇到连续枯水年，降深会是多少？丰水年能否补偿回来？要解决这些问题，应依赖于多年水均衡分析。而多年水均衡计算是把含水层视为一个地下水库，进行多年调节计算。根据多年动态资料，从正常高水位开始，据各年的补给量和消耗量（其中含增加的开采量）逐年推算时段末的地下水埋深（或降深）。经过多年调节计算，分析在满足一定用水条件下，多年内达到的最大降深和干旱年份动用的地下水储存量能否在丰水年份得到完全的回补。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l实例：河南某地

120、农业灌溉用水的多年水均衡调节计算，如表1017所示。根据1955一1975年的动态观测资料，计算出各年的补给量（表中左数第2栏）和计划用水量（3栏）。农业用水是枯水年多用，丰水年反而少用。调节的顺序可不按原时间序列，而选择观测序列中最高水位为起调年。本例选19641965年为起调年，1975年后再接1955一1956年。据来水、用水差值计算出水位变化值。由于用水常在旱季，所以还因年内借用储存量而有一个水位变化值。因此，第10栏等于8栏加9栏。从多年调节计算结果可以看出，在已有的观测水文周期中，多数年份地下水补给量不足，用水量大于补给量，地下水位有所下降，最大降深达9.3m。但丰水年份水位又可逐

121、渐回升至埋深3m左右，这表明按多年水均衡调节用水是有保证的（见图10一15）。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察表10一17多年水均衡调节计算值9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察3水均衡法的特点及适用条件l水均衡法的原理明确，计算公式简单，其成果要求可粗可精，所以适应性强，在许多情况下都能运用。在地下水的补给排泄条件较简单、水均衡要素容易确定、开采后变化又不大的地区，用此法评价地下水资源的效果较好。它也常作为一种

122、评价方法，用于验证其他方法的计算结果，论证取水量的保证程度。l但此法的计算项目有时较多，有些均衡要素难于准确测定，或者要花费较大的勘探试验工作量，特别是对开采条件下各项要素的变化及边界条件的确定比较困难。因此，有时只能算出一个粗略的量。但当条件适宜时，仍能取得较满意的结果。2 计算地下水允许开采量的主要方法计算地下水允许开采量的主要方法 9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察3 地下水资源评价地下水资源评价l关于地下水资源评价概念尚无统一的认识，有人认为：“对地下水资源的数量、质量、时空分布特征和开发利用条件作出科学的、全面的分析和估计，称为地下水资源评价。”进行地下水资源量的评价时，首先应

123、计算、确定允许开采量，然后分析开采条件下截获的补给量和夺取的补给增量以及溢出与蒸发的减量（排泄量的减少量），分析开采动态类型，论证在整个开采期内开采和补给的平衡。据气象、水文多年观测资料，论证开采量的保证程度，预报区域动水位情况，分析开采地下水后对环境是否产生不良的影响。 一、地下水资源评价概述一、地下水资源评价概述9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l地下水资源评价，可分为两种主要类型：一是在局部地段（水源地）影响范围内，为保证某具体部门的供水而评价地下水资源；二是在大面积内（区域，如对水文地质单元或某一行政区划内），为规划开发利用地下水或综合利用自然资源而评价地下水资源。目前，对前者研

124、究得较多，已有大量的实践经验，方法比较成熟。前节所述计算允许开采量的各种方法大都可用。而后者是近些年才开展起来的，积累的经验还不多，方法也不够成熟，有待发展。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察目前，在国内已有文献中，对地下水资源评价原则的提法大同小异。确切地说，不宜叫原则，而应当是指评价地下水资源时应考虑和注意的问题。沿用习惯语，这里仍叫原则，有以下四条。二、地下水资源评价的原则二、地下水资源评价的原则3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（1）“三水”联系，互相转化，统一评价的原则。地下水是与大气降水和地表水密切联系的，

125、地下水与地表水在一定条件下可以相互转化。开采地下水时，使这种转化更为明显和加强。例如在河流岸边开采地下水时，其保证稳定开采的补给增量，主要是由河水转化而来；而河流的基流量又往往是由地下水转化而来。如果将地下水、地表水分别计算的资源量加起来作为总的水资源量，则会出现重复量。因此，在评价区域地下水资源时，特别是在总的水资源不够丰富的地区，应注意评价在含水层开采条件下，地表径流的变化值，最好是将该区地表水与地下水统一评价，统一规划，合理使用。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（2）以丰补欠，调节平衡的原则。在以降水为主要补给源的地区，地下水量有季节性和多年性的变

126、化。有的地区，这种变化幅度可能很大。过去，从保险的观点出发，常取旱季、旱年最小的补给量（或保证率90以上的补给量），作为地下水资源评价的依据。这样所得结果往往偏小，过于保守。只要含水层有一定的储存量，就可以充分利用储存量的调节作用，取多年平均补给量作为允许开采量。在旱季或旱年，可借用储存量来满足开采；到雨季或丰水年，又可将借用的储存量补偿回来。这样开采，在旱年可能出现水位持续下降的趋势，而到丰水年又可以回升，从而达到多年平衡。不过，应进行仔细计算，做到旱年旱季最大水位降不要超过允许降深及丰水年又能完全补回。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察（3）考虑人类活

127、动增加或减少的补给量及排供结合的原则。评价地下水资源时，应考虑评价区内有无人工水利工程建设，例如修建水库、开挖渠道及运河等。这类活动会引起地下水的补给量增加。当区内有矿井疏干或其他排水设施时，会引起地下水减少。应考虑如何把这些水用于供水或灌溉的可能性，即考虑供、排结合的可能性。这不仅可以一举两得，节约资金，对于地下水资源短缺的地区，也是解决水源不足的一种理想途径。（4）安全开采，防止产生环境地质等不良后果的原则。开采地下水使水位下降，可能引起一些不良的后果，如土壤干旱、农作物受损、地面沉降、水质恶化等。因此，在评价地下水资源时，必须对环境地质等不良后果发生的可能性作出评价。对可能产生的不良后果

128、，要作出预测和提出防治措施，以达到安全生产为原则。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察三、怎样选择计算方法三、怎样选择计算方法l评价地下水资源时，虽有许多方法可以用来计算地下水的允许开采量，但每一种方法都有一定的优缺点和适用条件。因此，只有按具体水文地质条件和可能取得的资料及勘察阶段的要求选择合适的计算评价方法，才能取得较好的效果。廖资生、余国光等将评价地下水资源量的主要方法进行了分类，并指出各类方法所需要的资料数据及适用条件，可供选择评价方法时参考（见表101）。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l选择评价方法时，对水

129、文地质条件方面主要应考虑：水文地质单元的基本规律；含水层、隔水层的性质及埋藏条件，水文地质参数在平面和剖面上的变化规律；地下水的类型及形成地下水开采量的主要来源；有无地表水流或水体存在，在开采条件下它们可能的变化；地下水水质的变化规律；本区地下水开发利用情况及对评价精度的要求。l综合考虑以上情况，再结合各种方法的适用条件来选择一种，最好是几种计算方法并用，以便相互验证。下面将局部水源地和区域的地下水资源评价，作一些简要的说明。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 l一般有两种做法：一是根据水文地质条件，布置经济技术合理的取水构筑物，预测出稳定型或调节平衡型的

130、允许开采量，或在允许降深内在一定期限的非稳定型允许开采量，即最大允许开采量的评价；另一做法是按具体的需水量来布置几种不同的取水方案，通过计算对比，选出最佳方案。若为稳定型和调节型开采动态，应评价其保证程度；若为非稳定型开采动态，应做出水位预报，评价不同开采期限内的水位情况，做出水质、水量是否能满足供水要求的结论，并评价开采后对环境是否会引起某些不良后果。四、局部水源地的地下水资源评价四、局部水源地的地下水资源评价3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l计算允许开采量的方法： 一般多采用解析法或数值法。在有良好就地补给条件的地区，可用各种稳定流的公式计算，如干扰

131、井群法、水位削减法等。对远离补给区的承压水或补给条件差的潜水，则常用各种非稳定流的方法，如干扰共群叠加法、开采强度法及各种映射边界的计算法。当含水介质和边界条件简单时，常用解析法，复杂时则用数值法或电网络模拟法等。若水源地位于不大的独立蓄水构造中，也可以用水均衡法来计算。水均衡法常与其他方法同时并用，相互验证。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l扩建老水源地时，应充分利用多年开采动态资料，可用相关分析法、系统理论法和下降漏斗法计算可扩大的开采量，并可用多年调节水均衡法来论证开采量的保证程度。l在水文地质条件复杂的地区，如一时难以查清水文地质结构和边界条件而

132、又急需作出评价时，或其他方法难以运用时，常采用开采抽水试验法来评价地下水资源。在岩溶地下河系发育地区，可用水文分析法来计算允许开采量。l评价时，还应注意分析对相邻水源地的影响和与其有水力联系的矿山疏干的关系，并做出评价。对开采后水质的变化及其它不良后果，也均应作出评价。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l随着社会的发展，需水量不断增长。为进行区域规划，或因水源地之间或与工农业用水之间的相互影响日益加强，迫使人们不能仅就局部水源地进行评价，而要求评价区域的地下水资源或总的水资源，以便于合理规划、通盘考虑，进行有计划的开采。因此，评价区域地下水资源是迫切而具有

133、重要意义的工作。区域地下水资源的资料是为统一调配、综合利用、保护和管理总水资源或编制水文地质图时所必需的资料，是为制定开发区域地下水远景发展规划和扩大再生产时必不可少的资料。它不仅提供了区域可以开发利用的地下水数量，同时也可作为进一步勘探地下水源地的科学依据。五、区域地下水资源的评价五、区域地下水资源的评价3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l有人认为，评价区域地下水资源时，应计算出两种开采量。 一是潜在开采量（或称最大允许开采量）。这种开采量是指区域内水位降深不超过允许降深时，能取出的全部补给量（包括补给增量）及允许降深范围内的储存量。一般的取水布局是难以

134、将它全部开采出来的，特别是细粒含水层更是如此。除非将取水井一个挨一个的布置在整个含水层上才能把它全部取出来。因此，它只反映了区域地下水潜在的保证性。 二是可望开采量（或称可实现开采量，可开采量），是指一定取水构筑物系统在具体开采条件下的区域开采量。它可以是已有的布置系统或考虑未来需水而补充设计的方案；也可以是根据水文地质条件和需水情况拟定的方案；或在整个含水层范围内均匀布孔。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 它相当于局部水源地的允许开采量，简称可开采量。一定区域内地下水的潜在开采量是一定的，而可望开采量则随具体取水方案而异。在一般情况下，可望开采量小于潜

135、在开采量，只有在含水层介质导水性较好的地区，两者才比较接近。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l为了编图方便起见，常用地下水可开采模数（M开采）来表示地下水资源量，即单位面积每日或每年的可开采量（m3dkm2 或104 m3d km2）。编图时，对水质也应考虑，应表明哪些水适于饮用，哪些水适于工业用，哪些水只能作为灌溉用水，哪些水是不能利用的。l区域地下水资源评价工作，常常是在现有地质、水文地质勘察资料及开采动态资料的基础上进行的；必要时，也要布置适量的勘探试验等补充性工作。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察l区域地下

136、水资源评价方法主要是水均衡法和数值法。在平原区，条件简单时也可用解析法；在基岩山区，可用水文学法，有资料可比较时可用水文地质比拟法。水均衡法主要用来计算潜在开采量。在一定条件下，如在有限的构造内、含水层的导水性较好的地区，也可用水均衡法计算可开采量。常用水动力学法计算可开采量，条件较简单时可用解析法，复杂时用数值法或电网络模拟法，条件适宜时也可用平均布井法。l区域地下水资源评价，应按独立的水文地质单元进行，如层状自流水盆地、河谷地带、大型冲洪积扇、山前平原、山间盆地及结晶岩块等。在评价范围内，应划分出水均衡区域，区内应包含补给和排泄区。一般只对区内具有实际意义的主要含水层进行评价。3 地下水资

137、源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 现将不同单元评价的特点简述如下：o（1）评价层状自流盆地的地下水资源量时，首先必须按资源的形成条件分区。若为多层系统时，应评价其相互联系、各层之间的地下水资源情况及承压水与潜水、地表水的相互联系。可用水均衡法、平均布井法来计算潜在开采量和可开采量。o（2）评价大型冲洪积扇的区域地下水资源量时，计算其天然补给量是很重要的；同时，人类经济活动（如渠道、灌溉等）对开采量的形成也有重要影响。因此，评价时必须考虑有关水利设施情况。可用多种方法计算地下水的可开采量。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察o（3）

138、在褶皱区，地下水往往分布在各个面积有限的封闭构造带内，每一个封闭构造都是一个独立的具有补给、排泄的均衡单元。如含水层由强裂隙或岩溶岩层组成，周围被弱透水或不透水的岩石圈闭，进行区域地下水资源评价时，则应当确定每一个封闭构造的水资源量，然后再总加起来。适宜用水均衡法和水文地质比拟法计算可开采量。o（4）古老结晶岩块与上述条件相似，其特征是在弱富水岩石中发育有局部富水地段。与上述封闭构造型的主要区别是，构成地下水开采量的面积远大于富水地段的面积，因为开采时可以从弱透水性岩石中汇集一些地下水。区域地下水资源评价的主要任务是划分出富水地段，宜于用水均衡法和水文地质比拟法计算每个富水地段的可开采量，总和

139、起来便是区域可开采量。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察o（5）基岩山区地下水资源的评价，可用泉水流量总和法，它接近于潜在开采量。计算可开采量时，应划分出适于开发利用的泉，把它们的流量总加起来，并给以保证率，便是可开采量。o（6）常年有水的河谷地带，当其常流量超过取水构筑物的可能取水量时，可用线性开采模数法评价。线性开采模数是指单位长度河流的可开采量，可用水动力学法或开采抽水试验法求得。如果河流的个别地段有不同的渗透阻力时，可建立允许降深与河床沉积阻力的相关关系，确定其阻力。如果河流的平水期流量有限，而含水层的调蓄能力强，调节容量较大时，则可考虑利用这一特

140、点，在平水期借用地下水储存量，在洪水期再补偿回来。对这种地带，还应考虑地下水、地表水统一规划、统一评价和统一开发。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察o（7）山间盆地常常是完整的水文地质单元，宜用水均衡法评价区域地下水资源量。盆地出口往往是地下水和地表水集中排泄的地点。如果有这里的长期观测（站）资料，则对提高计算精度很有帮助。当已有勘探资料较多时，也可用数值法来计算。特别要注意统一考虑地下水与地表水的联系程度。o（8）沉降平原区常沉积有巨厚的松散沉积物，形成多层含水层，厚度很大，储存量很丰富。有的平原水质较复杂，如华北平原有相当数量的高矿化水不能应用。在进行

141、地下水资源评价时，应注意水质问题，注意开发淡水时咸水的变化，并应将浅层水与深层水分开评价。可用平均布非法、开采模数法计算可开采量，用水均衡法计算潜在开采量，有条件时也可用数值法进行大面积的区域评价。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察 地下水的允许开采量相当于固体矿产的储量，由全国矿产储委统一审批。为了根据不同目的和具体水文地质条件选择适当的计算评价方法，以得到不同精度的开采量，便于开发利用，有必要对允许开采量进行分级。我国1988年颁布的国家标准GBJ2788供水水文地质勘探规范中，将允许开采量分为A、B、C、D、E五级，各级的精度按下列五个方面进行分析和

142、评价：六、地下水允许开采量的分级六、地下水允许开采量的分级3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察o（1）水文地质条件的研究程度；o（2）动态观测时间的长短；o（3）计算所引用原始数据和参数的精度；o（4）计算方法和公式的合理性；o（5）补给的保证程度。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察各级允许开采量精度的具体要求如下：lE级：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；推测圈定的可能富水地段；粗略评价地下水资源，估算允许开采量。（GB50027-2001无此阶段）lD级：初步查明含水层（带）的空间分布及水文地

143、质特征；初步圈定可能富水地段；概略评价地下水资源，估算地下水允许开采量。（普查阶段）lC级：基本查明含水层（带）的空间分布及水文地质特征；初步掌握地下水补径排条件及其动态规律；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；结合开采方案初步计算允许开采量，提出合理的采用值；初步论证补给量，提出拟建水源地的可靠性评价。（详查阶段）3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察lB级：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；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

144、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；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；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；提出保护和改善地下水水量和水质的措施。（勘探阶段）3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察lA级：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；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；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；提出水源地改造、扩建及保护

145、地下水资源以及环境的具体措施。（开采阶段）lA级主要作为调节开采制度、科学管理及改造扩建水源地的依据；B级作为建设水源地，进行技术设计和施工设计的依据；C级可为供水选择水源地提供初步设计依据；D级和E级为建设项目的总体设计或为经济发展规划提供水源的依据。3 地下水资源评价地下水资源评价9/8/2024水文地质勘察水文地质勘察思考题思考题o永久储存量或静储量？o暂时储存量或调节储量？o潜水、承压水含水层储存量的计算？o允许开采量（或可开采量）？o写出开采抽水试验法中，非稳定状态下，抽水期内没有其他的消耗项的水均衡方程式，说明各项的含义。o水均衡法评价地下水资源的主要步骤及其内容？9/8/2024