第八章 地下水資源計(jì)算與評(píng)價(jià).ppt

1、第八章 地下水資源計(jì)算與評(píng)價(jià),水資源評(píng)價(jià)（water resources assessment），是對(duì)一個(gè)國家或地區(qū)的水資源數(shù)量、質(zhì)量、時(shí)空分布特征和開發(fā)利用情況作出的分析和評(píng)估。 水資源評(píng)價(jià)是保證水資源可持續(xù)利用的前提，是進(jìn)行與水有關(guān)活動(dòng)的基礎(chǔ)，是為國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供供水決策的依據(jù)。 地下水資源評(píng)價(jià)是在對(duì)地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上對(duì)其數(shù)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。目的是查清可開采的滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的地下水資源數(shù)量。,主要內(nèi)容：,8.1 概述 8.2 水量均衡法 8.3 相關(guān)分析法 8.4 開采試驗(yàn)法 8.5 開采強(qiáng)度法 8.6 數(shù)值法,8.1 概述,8.1.1 地下水資源的特性 8.1.2 地下水資源的分類 8

2、.1.3 地下水資源評(píng)價(jià)的任務(wù)和原則 8.1.4 地下水資源評(píng)價(jià)方法,8.1.1 地下水資源的特性,可恢復(fù)性 循環(huán)轉(zhuǎn)化性 調(diào)蓄性,8.1.2 地下水資源的分類,國外水資源分類 （1）普洛特尼科夫儲(chǔ)量分類法： 五十年代蘇聯(lián)，靜蓄量、動(dòng)蓄量、調(diào)節(jié)蓄量和開采蓄量 （2）賓德曼的儲(chǔ)量資源分類法： 1973年，天然蓄量、人工蓄量、誘導(dǎo)資源和開采資源。 （3）法國的地下水儲(chǔ)量和資源分類法： 蓄量：地質(zhì)蓄量、天然蓄量、調(diào)節(jié)蓄量和開采蓄量 資源：理論潛在資源、實(shí)際潛在資源和可采資源 （4）美、日等國的地下水儲(chǔ)量和資源分類法: 持續(xù)開采量、疏干性開采量和最大常年開采量 國內(nèi)水資源分類系統(tǒng),國內(nèi)水資源分類系統(tǒng),（

3、1）國家建委規(guī)范（1979）： 補(bǔ)給量、蓄存量和消耗量 （2）陳夢(mèng)熊等分類法： 天然資源和開采資源 （3）曹萬金等分類法： 補(bǔ)給資源和儲(chǔ)量資源,8.1.3 地下水資源評(píng)價(jià)的任務(wù)和原則,（1）地下水資源評(píng)價(jià)的任務(wù): 評(píng)價(jià)地下水水質(zhì)的可用性和分析變化趨勢(shì)、提出監(jiān)測(cè)和保護(hù)措施。 評(píng)價(jià)地下水?dāng)?shù)量特征和水文地質(zhì)條件及其開采要求。 （2）地下水資源評(píng)價(jià)的原則: 三水綜合考慮的原則：大氣、地表和地下水 以豐補(bǔ)欠調(diào)節(jié)均衡的原則： 水質(zhì)水量調(diào)節(jié)均衡的原則：,8.1.4 地下水資源評(píng)價(jià)方法,（1）基于水量均衡原理的方法：水量均衡法 （2）基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理的方法：相關(guān)分析法 （3）基于實(shí)際試驗(yàn)的方法：開采試驗(yàn)法 （

4、4）基于地下水動(dòng)力學(xué)原理的方法：解析法和數(shù)值法,8.2 水量均衡法,根據(jù)水量均衡原理建立水量均衡方程來進(jìn)行地下水資源評(píng)價(jià) （1）水量均衡方程的建立 （2）地下水均衡計(jì)算 （3）地下水資源評(píng)價(jià) （4）水量均衡法的特點(diǎn)及適用條件,（1）水量均衡方程的建立,根據(jù)水量均衡原理建立水量均衡方程來進(jìn)行地下水資源評(píng)價(jià),（2）地下水均衡計(jì)算,根據(jù)水量均衡原理分析均衡區(qū)域在一定時(shí)段內(nèi)地下水的補(bǔ)、排數(shù)量及水位升、降等要素，并在此基礎(chǔ)上地下水資源的盈虧。需要做如下三個(gè)方面的工作： 均衡區(qū)的劃分： 多級(jí)分區(qū)，依據(jù)水文地質(zhì)條件。 均衡時(shí)段的選擇： 一個(gè)水文年，多個(gè)或一個(gè)豐枯周期。 均衡要素的分析與計(jì)算： 分析以上各個(gè)計(jì)

5、算參數(shù)的特征。,（3）地下水資源評(píng)價(jià) 根據(jù)上述地下水均衡計(jì)算參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，估算其開采量來評(píng)價(jià)分析地下水資源對(duì)用水的保證程度。利用地段內(nèi)地下水位的變幅分析評(píng)價(jià)地下水資源開采的合理程度。 （4）水量均衡法的特點(diǎn)及適用條件 特點(diǎn):原理明確、計(jì)算公式簡(jiǎn)單，但計(jì)算項(xiàng)目有時(shí)較多、有些要素測(cè)定困難，工作量大。反映大面積平均情況但難以反映局部變化。 條件：開采強(qiáng)度均勻、補(bǔ)排條件簡(jiǎn)單、要素易于測(cè)定且開采后變化不大的區(qū)域。,根據(jù)水量均衡原理建立水量均衡方程來進(jìn)行地下水資源評(píng)價(jià) （1）水量均衡方程的建立 （2）地下水均衡計(jì)算 均衡區(qū)的劃分、均衡時(shí)段的選擇、均衡要素的分析與計(jì)算 （3）地下水資源評(píng)價(jià) （4）水量均衡

6、法的特點(diǎn)及適用條件 特點(diǎn):原理明確、計(jì)算公式簡(jiǎn)單，但計(jì)算項(xiàng)目有時(shí)較多、有些要素測(cè)定困難，工作量大。反映大面積平均情況但難以反映局部變化。 條件：開采強(qiáng)度均勻、補(bǔ)排條件簡(jiǎn)單、要素易于測(cè)定且開采后變化不大的區(qū)域。,8.3 相關(guān)分析法,回歸分析法或相關(guān)外推法，根據(jù)地下水開采的歷史資料和不同降深的抽水試驗(yàn)資料，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法找出開采量與降深或其它自變量之間的關(guān)系，用以外推預(yù)測(cè)開采量。 （1）簡(jiǎn)單相關(guān) 線性相關(guān) 非線性相關(guān) 簡(jiǎn)單相關(guān)評(píng)價(jià)地下水資源的步驟 （2）復(fù)相關(guān),相關(guān)分析 相關(guān)分析法，也稱回歸分析法，是根據(jù)開采地下水的歷史資料或不同水位降深的抽水試驗(yàn)資料，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法找出開采量與降深或其他自

7、變量之間的相關(guān)關(guān)系，并依據(jù)這種相關(guān)關(guān)系外推來預(yù)報(bào)開采量的一種方法。 在地下水開采過程中，開采量與降深、開采時(shí)間、開采面積及水文氣象等因素有關(guān)。 開采量與這些影響因素之間的關(guān)系一般有三種：函數(shù)關(guān)系、沒關(guān)系和近似關(guān)系。前兩種關(guān)系分別稱為完全相關(guān)和零相關(guān)，是相關(guān)分析中的兩種極限關(guān)系，而第三種介于前兩種關(guān)系之間，稱為統(tǒng)計(jì)相關(guān)。,在統(tǒng)計(jì)相關(guān)中，如果自變量只有一個(gè)，稱為一元相關(guān)或簡(jiǎn)相關(guān)；如果自變量在兩個(gè)或兩個(gè)以上，稱為多元相關(guān)或復(fù)相關(guān)。 （）簡(jiǎn)單相關(guān) 對(duì)于單井來說，其開采量與水位降深一般能滿足函數(shù)關(guān)系。對(duì)于一個(gè)水源地或面積較大的開采區(qū)來說，由于井?dāng)?shù)較多、相互干擾，影響因素復(fù)雜，再加上人為的觀測(cè)誤差，常常使

8、開采量與降深的關(guān)系變?yōu)橄嚓P(guān)關(guān)系。 假設(shè)有若干組地下水開采量與水位降深的觀測(cè)統(tǒng)計(jì)資料Qi和Si（i1，2，n），將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)繪在QS坐標(biāo)上 。,從QS圖上可以看出，這些點(diǎn)的位置比較分散，并不處于某一條圓滑曲線的軌跡上，因而不能用一種函數(shù)關(guān)系反映它們之間的關(guān)系。但從整體來看，它們具有一定的分布趨勢(shì)（直線趨勢(shì)或曲線趨勢(shì)）。 按分布趨勢(shì)，用最小二乘法原理求出一個(gè)近似但又最接近所有觀測(cè)值的直線方程或曲線方程，有了這個(gè)方程便可外推未來某一降深時(shí)的開采量或預(yù)測(cè)某一開采量時(shí)的水位降深。,圖8-1 QS分布趨勢(shì),用一元相關(guān)法來求地下水開采量的計(jì)算步驟如下： 首先，整理統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)區(qū)歷年所有井的開采量和水位資料，并繪

9、出相應(yīng)的等水位線圖，確定漏斗中心部位的水位降深； 其次，把歷年的開采量和水位降深繪成QS坐標(biāo)的散點(diǎn)圖，分析其分布趨勢(shì)，建立相應(yīng)的直線或曲線回歸方程，求出回歸系數(shù)，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)； 最后，根據(jù)回歸方程外推設(shè)計(jì)降深時(shí)的開采量。,多元相關(guān) 影響開采量的因素不只是水位降深，還有降水量、灌溉入滲補(bǔ)給量等。因此，需要進(jìn)行多元相關(guān)分析，用多元回歸方程來推求開采量，如下式： 式中：a0、a1、am為待定系數(shù)；x1、xm為影響開采量的自變量。 相關(guān)分析法適用于有多年開采歷史資料的穩(wěn)定開采水源擴(kuò)大開采規(guī)模時(shí)的地下水資源評(píng)價(jià)。,數(shù)值法 在地下水資源評(píng)價(jià)中常用的數(shù)值方法有兩種，即有限差分法和有限單元法。 兩者有許多

10、相似之處，如都要對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)進(jìn)行空間剖分，分為若干網(wǎng)格（方形、矩形或三角形），都要寫出單元網(wǎng)格的地下水動(dòng)力學(xué)偏微分方程，將地下水動(dòng)力學(xué)方程線性化，得出線性方程組，再聯(lián)立求解線性方程組。 所不同的是在網(wǎng)格剖分及偏微分方程線性化方法上有所差別。,以有限差分法為例，介紹地下水資源評(píng)價(jià)的方法步驟： a.查明評(píng)價(jià)區(qū)水文地質(zhì)條件，提供地下水資源評(píng)價(jià)所需要的數(shù)據(jù)，包括以下內(nèi)容： 、劃定評(píng)價(jià)區(qū)邊界，確定邊界條件。 、給出評(píng)價(jià)區(qū)的初始水位分布。 、圈定有垂直入滲補(bǔ)給的范圍。 、給出評(píng)價(jià)區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)的初值。 、確定開采量在評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的時(shí)空分布及變化。,考慮為什么要采用變步長(zhǎng)？,b.分出各個(gè)非均質(zhì)區(qū)，劃分差分網(wǎng)格、確

11、定計(jì)算時(shí)段 根據(jù)水文地質(zhì)參數(shù)的不同，對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)進(jìn)行非均質(zhì)分區(qū)。與此同時(shí)，劃分差分網(wǎng)格，即對(duì)滲流區(qū)域離散化。對(duì)于時(shí)間步長(zhǎng)的劃分，往往采用變步長(zhǎng)的方法。 c.數(shù)學(xué)模型的識(shí)別 根據(jù)對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)水文地質(zhì)條件的調(diào)查分析，可建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。 d.地下水資源評(píng)價(jià) 經(jīng)過校正和驗(yàn)證后的數(shù)學(xué)模型，即可作為地下水模擬計(jì)算的正式模型，進(jìn)行地下水水量的各種模擬計(jì)算。,地下水資源量計(jì)算方法 目前，常用的地下水研究方法有水量平衡法、相關(guān)分析法、數(shù)值法等。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)研究區(qū)的水文地質(zhì)條件、技術(shù)條件等選擇合適的評(píng)價(jià)方法。 水量平衡法 水量平衡法，又稱水均衡法，是根據(jù)水量平衡原理來計(jì)算地下水開采量和水位變化的方法。 根據(jù)水

12、量平衡原理，對(duì)于一個(gè)平衡區(qū)（或水文地質(zhì)單元）的含水層組來說，地下水在補(bǔ)給和消耗的動(dòng)態(tài)平衡過程中，任一時(shí)段補(bǔ)給量和消耗量之差，等于該時(shí)段內(nèi)單元含水層儲(chǔ)存水量的變化量。,若把地下水的開采量作為消耗量考慮，可建立開采條件下的水量平衡方程（該方程適用于潛水含水層）： 式中：Qk為側(cè)向補(bǔ)給量，m3/a；Qc為側(cè)向排泄量，m3/a；W為垂向補(bǔ)給量，m3/a；Qw為開采量，m3/a；Pg為降水入滲補(bǔ)給量，m3/a；Q渠為渠系滲漏補(bǔ)給量，m3/a；Q田為田間滲漏補(bǔ)給量，m3/a；Qe為越流補(bǔ)給量，m3/a；Q水為地表水體（指河道、湖泊、水庫等）滲漏補(bǔ)給量，m3/a；Eg為潛水蒸發(fā)量，m3/a；為含水層的給水度；F為平衡區(qū)的面積