地下水资源的评价方法有哪些?

2022-09-30
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地下水资源,就是指在一定的技术、经济条件下,利用取水工程能够从含水层中取出的地下水量。

评价地下水资源可以针对一个完整的水文地质单元进行计算评价,也可以针对个别的含水层或地段进行计算评价。

评价地下水资源的方法是多种多样的。有些水文地质书籍上,用计算地下水储量的方法来评价地下水资源。习惯上把地下水储量分为静储量、动储量、调节储量和开采储量四类。


所谓静储量是指含水层中储存的水量,一般可按含水层的体积和孔隙度的乘积求得。

孔隙度就是岩石或土层的孔隙体积,占岩土总体积的百分比,由于有些岩土孔隙中的水并不能全部排出,所以更合理的计算方法是用给水度(在重力影听下饱水岩上中能流出的水量,以流出水体与整个岩上体积之比表示)来代替孔隙度。


动储量也叫天然流量,就是通过一断面的地下水流量。

调节储量是指地下水水位变动带内储存的水量。一般可以按地下水的变化幅度(计算期内最高水位和最低水位之差)、计算面积和含水层孔隙度(或给水度)的乘积求得。

开采储量是指按一定的设计方案,利用取水工程可以从含水层中取出的地下水量

笼统地计算上述各类储量,对于合理评价地下水的资源来说,往往并不能真正说明问题。

例如有的地区含水层巨厚,算出的静储量数字很大,但并不都有开采意义,有的地区天然状态下动储量极微,实际上可以利用的地下水量远不止此。因此,在评价地下水资源之前,必须对地下水的埋藏分布、运动、补给、排泄等水文地质条件以及开采方案有所了解,以便因地制宜地选择相应的计算评价方法。


下面,我们列举几个实例,简略地说明评价地下水资源的一些方法。


1.用静储量评价埋藏水的资源

古代封存在含水层中的埋藏水,它的补给条件很差,因此,可以用静储量去评价这种埋藏水的资源。

例如,四川省自贡市附近,黑色卤水埋藏在地下1000米左右的三叠系泥质白云岩孔隙之中。据观测,在连续开采的100年之内,黑卤的承压水水位共下降650米,说明这种黑卤的封存条件十分良好。设黑卤的含水层平均厚42米,平均孔隙度12%,每平方公里的静储量即为:1000米X1000米X42米X12%=500万立方米。


2.用地下水天然流量或地表水的渗入量评价干旱地区山前地带的地下水资源

在干旱气候条件下,山前地带的地下水以侧向补给和地表水渗入补给为主,降水的垂直渗人补给十分有限。因此,可以用地下水的天然流量或地表水的渗入量去评价这一地带的地下水资源。

例如,新疆乌鲁木齐河冲洪积扇,地下水以侧向补给为主(参阅图121)。计算地段的含水层平均厚47米,平均渗透系数33米/昼夜,平均地下水坡度0015。断面每宽1000米,地下水的天然流量即为33米/昼夜0.015X1000米X47米=2.3万立方米/昼夜。


3.用调节储量评价平原地区的地下水资源

宽阔的平原地区,地下水坡度很小,地下水侧向补给十分有限。在那里,地下水主要靠降水的垂直渗入补给,因此,可以用地下水的调节储量评价平原地区的地不水资源。

例如,河北平原中部及滨海地区,有浅层淡水分布,地下水年变化幅度20米,地表主要是亚粘土和亚砂土,给水度按0.12计算,则每平方公里的调节储量为:1000米X1000米X0.12X2.0米/年=24万立方米/年。


4.用地下水的天然流量和部分静储量评价山间河谷潜水的地下水资源

山间河谷潜水含水层一般由砂卵石组成,透水性比较强,静储量比较大,与地表水之间补给关系密切,因此,在开采期间,可以动用部分静诸最。被动用的部分静储量,在洪水季节可以得到补偿。

例如,山间河谷地区的一个水源地,经过勘探,河床及漫滩砂卵石层潜水天然流量为2400立方米/昼夜,静储量为2140万立方米。以一年内动用静储量30%计,共可获得地下水资源2400立方米/昼夜+2140万立方米X30%÷365昼夜=2.0万立方米/昼夜。


5用大井法评价平原地区或石灰岩泄水区的地下水资源

在平原地区和石灰岩的潘水区,地下水比较丰富,今水层的富水性也比较均一,因此,可以把现有的生产井群看作是一个大井。用现有生产井的开采水量和区域水位下降值,去评价地下水资源。

例如,河北冲积平原上的陈家庄一带,使用机井1361眼,实际开采水量147万立方米/昼夜,漏斗中心水位最大下降值7米。预计漏斗中心水位最大下降10米时,地下水开采量约为:147万立方米/昼夜÷7米x10米=210万立方米/昼夜。


又如,山西省开采奥陶系石灰岩地下水的一个水源地,共有大口径管井25眼,漏斗中心水位下降5.21米,总出水量22.6万立方米/昼夜。预计漏斗中心水位下降7米时,总出水量约可达到:22.6万立方米/昼夜÷5.21米X7米=30.4万立方米/昼夜。


6.用布置干扰井的方法评价漫滩和低阶地的地下水资源

一般漫滩和低阶地潜水接受江河地表水的补给,条作比较简单和优越,因此,可以用布置干扰生产井的方法评价地下水的资源。

例如,河流漫滩上的一个水源地,地下潜水丰富。根据于扰抽水试验结果,井距250-400米,单井出水量达5000立方米/昼夜。取水地段,以平行河流分三排共布置30眼生产井计算,开采水量约为:5000立方米/昼夜x30=15万立方米/昼夜。


7、用数理统计方法评价地下水资源

如果直接引用泉水作为供水水源,那么,由于泉水有着天然的动态变化,所以我们可以根据长期动态观测资料,用数理统计中概率论的方法计算泉水最小流量的保证率百分比。根据泉水最小流量的保证率百分比,去评价泉水的资源。

例如,山西省太原市晋祠泉水,根据1954-1959年流量动态观测资料,用概率论的方法,计算泉水最小流量保证率百分比如下表(表13)。

由表13可以明显地看出:对要求保证率为97%的工业用水来说,晋祠泉水的资源是160立方米/秒,对保证率为80%的农业用水来说,晋祠泉水的资源为1.78立方米/秒。


近来,数理统计方法在评价地下水资源时正在进一步被广泛使用。例如,有的水源地根据地下水开采量与地下水水位之间的相关关系,或者根据地下水补给量和气象、水文要素之间的相关关系,来评价地下水资源等等。


8.利用水均衡的方法评价地下水资源

在水文地质条件比较复杂的情况下,可以用水均衡的方法,计算一个地段地下水的补给量,作为这一地段地下水资源的控制数字。

水均衡,也叫水平衡。地下水的水均衡是指地下水的补给量与消耗量(排泄量)之间的均衡关系。当地下水的补给量大于消耗量时,地下水的储量增加,地下水位上升,叫做正均衡;反之,消耗量大于补给量,地下水的储量减少,地下水位下降,叫做负均衡。水均衡可以按年,也可以根据不同要求按季、月或多年来计算。

用水均衡法评价地下水资源,其实质即是在计算地下水补给量与消耗量的基础上,论证有多少水资源可供开采利用。

例如北京市永定河冲洪积扇顶部,其补给量主要有来自山区的地下水补给量、当地的降水渗人、永定河河水的渗入量、渠道引水的渗人量等;而其消耗量主要是地下水的开采和对地下水下游的补给。在分别观测计算出上述水量数字后,即可据此论证北京市永定河冲积扇顶部的地下水资源。


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