地下水資源量的計算與評價.ppt

1、1 地下水資源的特點及分類 2 計算地下水允許開采量的主要方法 3 地下水資源評價,地下水資源量的計算與評價,2020年10月2日9時42分,1 地下水資源的特點及分類,地下水資源是指有使用價值的各種地下水量的總稱，它屬于整個地球水資源的一部分。 地下水的使用價值包括水質(zhì)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(zhì)決定的。在水質(zhì)符合利用要求的前提下，看其可資利用的數(shù)量有多少。因此，地下水資源評價，應(yīng)同時進(jìn)行水質(zhì)和水量的評價。地下水量的計算和評價比水質(zhì)評價復(fù)雜得多。一般所說的進(jìn)行地下水資源評價，都是在水質(zhì)符合要求的前提下，著重對水量進(jìn)行評價。因此，將地下水的各種量也多稱為資源。前

2、章已經(jīng)講了水質(zhì)評價。 本章則討論水量的計算和地下水資源評價。,2020年10月2日9時42分,供水水文地質(zhì)勘察的主要任務(wù)之一就是要查明地下水的水質(zhì)和水量，進(jìn)行地下水資源評價。地下水量是處在地下水補給與排泄的動平衡中，是隨著自然和人為因素的改變而變化的。特別是在大量開采地下水后，會引起地下水補給、排泄條件的改變，給地下水量的準(zhǔn)確計算帶來不少困難。這就迫使人們?nèi)パ芯坎煌挠嬎惴椒?，同時，也出現(xiàn)了對地下水量描述的不同術(shù)語或不同分類。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,一、地下水資源的特點,（1）可恢復(fù)性：當(dāng)人工開采地下水時，在多數(shù)情況下，只要開采量不超 過一定限度，雖然井附

3、近的地下水位要降低，使地下水的儲存量暫時減少，但只要停止開采，水位又可逐漸恢復(fù)原位，即地下水的儲存量又得到了補充。這就是地下水的可恢復(fù)性，是與一般礦產(chǎn)資源的重要區(qū)別。固體礦產(chǎn)，開一點就少一點，沒有恢復(fù)補償性質(zhì)，石油等液體礦產(chǎn)也是如此。地下水雖然可以不斷得到補給和更新，開采后可以補充恢復(fù)，但也不是取之不盡、用之不竭的。如果大量超采，也會造成地下水資源的消耗甚至枯竭。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,（2）系統(tǒng)性（或活動性及與周圍環(huán)境的密切聯(lián)系性）：由于地下水與周圍環(huán)境（氣候、水文條件及地質(zhì)條件等）有密切的聯(lián)系，所以大都具有流動性或活動性，特別是與地表水聯(lián)系得更加密切，

4、常常可以互相轉(zhuǎn)化。這種聯(lián)系反映在含水層的平面和剖面邊界條件上，包括地下水的補給和排泄條件。液體礦產(chǎn)雖然也有流動性，但往往要在開采時才表現(xiàn)出來。雖外部環(huán)境對其它礦產(chǎn)也有影響，但僅是在地質(zhì)歷史時代中反映出來?？紤]到地下水的流動性，可用地下水的流量表示地下水的數(shù)量。 （3）調(diào)節(jié)性（或儲存量的可變性）：地下水在含水層中始終處在不斷地補給和消耗的新舊交替過程中。當(dāng)補給豐富、大于消耗時，含水層就把多余的水蓄集起來，使地下水的儲存量增加；當(dāng)補給較少或暫時停止時，又可用儲存的地下水維持消耗，使儲存量減少。儲存量的這種可變性，在地下水的補給、徑流、排泄及開采過程中均起著調(diào)節(jié)作用。這種性質(zhì)是其它礦產(chǎn)資源所不具備的

5、。有的含水盆地具有相當(dāng)大的調(diào)蓄能力。如山西娘子關(guān)泉域的調(diào)蓄能力有14108m3。利用這一性質(zhì)，可以進(jìn)行人工調(diào)蓄，增大開采量。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,二、地下水資源量的分類,50一60年代，國內(nèi)曾廣泛采用HA普洛特尼科夫的地下水儲量分類（四大儲量）。他將地下水儲量分為如下四類。 動儲量：是指單位時間流經(jīng)含水層（帶）橫斷面的地下水體積，即地下水的天然流量； 靜儲量：是指地下水位年變動帶以下含水層（帶）中儲存的重力水體積； 調(diào)節(jié)儲量：是指地下水位年變動帶內(nèi)重力水的體積；,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,開采儲量（專水，允許開采量）：是

6、指用技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的取水工程能從含水層中取出的水量，并在預(yù)定開采期內(nèi)不至發(fā)生水量減少、水質(zhì)惡化等不良后果。 該分類在一定程度上反映了地下水量在天然狀態(tài)下的客觀規(guī)律，對我國當(dāng)時地下水資源評價工作起過一定的作用。但它存在一些需要改進(jìn)的缺點。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,許多學(xué)者考慮到地下水量的特殊性，認(rèn)為不宜用“儲量”這個術(shù)語來描述地下水量，應(yīng)改用“地下水資源”。 有人將地下水資源分為天然資源和開采資源兩大類，有人將其分為補給資源、儲存資源和開采資源三大類，等等。 另一些人認(rèn)為，“資源”的含意應(yīng)包括量和質(zhì)兩方面，單純指水量時用資源來描述不合適，不如直接用地下水的各種量

7、來表達(dá)。 目前，我國較多的人主張將地下水資源量分為補給量、儲存量和允許開采量（或可開采量）三類，既不用儲量也不用資源，直接叫作地下水的各種量。 下面將重點討論這種分類。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,1補給量： 補給量是指天然狀態(tài)或開采條件下，單位時間從各種途徑進(jìn)入該單元含水層（帶）的水量（m3/a）。補給來源有降水滲入、地表水滲入、地下水側(cè)向流入和垂向越流，以及各種人工補給。實際計算時，應(yīng)按天然狀態(tài)和開采條件下兩種情況進(jìn)行。實際上。許多地區(qū)的地下水都已有不同程度的開采，很少有保持天然狀態(tài)的情況。因此，首先是計算現(xiàn)實狀態(tài)下地下水的補給量，然后再計算擴大開采后可能增

8、加的補給量。這后一種稱為補給增量（或稱誘發(fā)補給量、激發(fā)補給量、開采襲奪量、開采補充量等）。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,來自降水入滲的補給增量：由于開采地下水形成降落漏斗，除漏斗疏干體積增加部分降水滲入外，還使漏斗范圍內(nèi)原來不能接受降水滲入補給的地區(qū)（例如沼澤、濕地等），騰出可以接受補給的儲水空間，因而增加了降水滲入補給量。此外，由于地下水分水嶺向外擴展，增加了降水滲入補給面積，使原來屬于相鄰均獾囟?；蛩牡刭|(zhì)單元）的一部分降水滲入補給量，變?yōu)楸韭┒穮^(qū)的補給量。 來自地表水的補給增量：當(dāng)取水工程靠近地表水時，由于開采地下水，使水位下降漏斗擴展到地表水體，可使原來

9、補給地下水的地表水補給量增大，或使原來不補給地下水，甚至排泄地下水的地表水體變?yōu)檠a給地下水。這就是開采時地表水對地下水的補給增量。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,來自相鄰含水層越流的補給增量：由于開采含水層的水位降低，與相鄰含水層的水位差增大，可使越流量增加，或使相鄰含水層原來從開采含水層獲得越流補給，變?yōu)檠a給開采層。 來自相鄰地段含水層的增加的側(cè)向流入補給量：由于降落漏斗的擴展，可奪取屬于另一均衡地段（或含水系統(tǒng)）地下水的側(cè)向流入補給量?；蚰承﹤?cè)向排泄量因漏斗水位降低，而轉(zhuǎn)為補給增量。 來自各種人工增加的補給量：包括開采地下水后各種人工用水的回滲量增加而多獲得的

10、補給量。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,補給增量的大小，不僅與水源地所處的自然環(huán)境有關(guān)。同時還與采水構(gòu)筑物的種類、結(jié)構(gòu)和布局，即開采方案和開采強度有關(guān)。當(dāng)自然條件有利、開采方案合理、開采強度較大時，奪取的補給增量可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天然補給量。 例如，在傍河地段取水，沿岸布井開采時，可獲得大量地表水的入滲補給增量，并遠(yuǎn)大于原來的天然補給量，成為可開采量的主要組成部分。 但是，開采時的補給增量也不是無限制的。從上述補給增量的來源可以看出，它無非是奪取了本計算含水層或含水系統(tǒng)以外的水量。從整個地下水資源的觀點來看，鄰區(qū)、鄰層的地下水資源也要開發(fā)利用。這里補給量增加了，那里就減

11、少了。再從“三水”轉(zhuǎn)化的總水資源的觀點考慮，如果河水已被規(guī)劃開發(fā)利用，這里再加大開采強度，大量奪取河水的補給增量，則會減少了地表水資源。因此，在計算補給增量時，應(yīng)全面考慮合理的襲奪，而不能盲目無限制地擴大補給增量。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,計算補給量時，應(yīng)以天然補給量為主，同時考慮合理的補給增量。地下水的補給量是使地下水運動、排泄、水交替的主導(dǎo)因素，它維持著水源地的連續(xù)長期開采。允許開采量主要取決于補給量。 因此，計算補給量是地下水資源評價的核心內(nèi)容。（補給量的計算見動態(tài)與均衡）。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,2儲存量： 儲存

12、量是指儲存在單元含水層中的重力水體積（m3）。 （1）潛水含水層的儲存量，也稱為容積儲存量，可用下式計算： （VF M）（M含水層厚度） 式中：W地下水的儲存量（m3）； 含水層的給水度（小數(shù)或百分?jǐn)?shù)）； V潛水含水層的體積（m3）。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,（2）承壓含水層除了容積儲存量外，還有彈性儲存量，可按下式計算： 式中：W承壓水的彈性儲存量（m3）； *貯水（或釋水）系數(shù)（彈性給水度）（無因次）； F承壓含水層的面積（m2）； h承壓含水層自頂板算起的壓力水頭高度（m）。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,由于地下水的水位

13、常常是隨時間而變化的，地下水儲存量也隨 時而異。這是由于地下水的補給與排泄不均衡而引起的。地下水的儲存量在地下水的運動交替和地下水開采過程中起著調(diào)節(jié)作用。在天然條件下，地下水的儲存量呈周期性的變化，主要有年周期，還有不同長短的多年周期。一般應(yīng)當(dāng)計算一年內(nèi)最大儲存量和最小儲存量。在開采條件下，如果開采量不大于補給量，儲存量仍呈周期性變化；在開采量超過補給量時，就由儲存量來補償這部分超過的開采量，使儲存量出現(xiàn)逐年減少的趨勢性變化。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,有人將一定期限內(nèi)的最小儲存量稱為永久儲存量或靜儲量。它是在一定周期內(nèi)不變的儲存量。最大與最小儲存量之差稱為暫

14、時儲存量，相當(dāng)于調(diào)節(jié)儲量。在地下水徑流微弱的地區(qū)，暫時儲存量的數(shù)量可以很大，幾乎接近補給量，可以將它作為允許開采量。在一般情況下，計算允許開采量時不能考慮永久儲存量。如果動用了它，就會出現(xiàn)區(qū)域地下水位逐年持續(xù)下降的趨勢，導(dǎo)致地下水源枯竭,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,但是，如果永久儲存量很大（如含水層厚度大、分布又廣的大型貯水構(gòu)造），每年適當(dāng)動用一部分永久儲存量，使在100年或50年內(nèi)總的水位降不超過取水設(shè)備的最大允許降深也是可以的。例如，美國得克薩斯州高平原地下水源地，主要是消耗靜儲量來維持開采，據(jù)計算，可持續(xù)開采4050年。,1 地下水資源的特點及分類,202

15、0年10月2日9時42分,3允許開采量（或可開采量） 允許開采量（或可開采量）是指通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的取水構(gòu)筑物，在整個開采期內(nèi)出水量不會減少、動水位不超過設(shè)計要求、水質(zhì)和水溫變化在允許范圍內(nèi)、不影響已建水源地正常開采、不發(fā)生危害性環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象等前題下，單位時間內(nèi)從該水文地質(zhì)單元或取水地段開采含水層中可以取得的水量。其常用的流量單位為m3/d或m3/a等 簡言之，地下水允許開采量（或可開采量）指在可預(yù)見的時期內(nèi)，通過經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的措施，在不引起生態(tài)環(huán)境惡化條件下允許從含水層中獲取的最大水量。（m3/d或m3/a）,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,允許開采量與開采

16、量是不同的概念。 開采量是指目前正在開采的水量或預(yù)計開采量，它只反映了取水工程的產(chǎn)水能力。開采量不應(yīng)大于允許開采量；否則，會引起不良后果。 允許開采量的大小，是由地下水的補給量和儲存量的大小決定的；同時，還受技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的限制。 為了說明這一關(guān)系，有必要分析開采量的組成。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,地下水在開采以前，由于天然的補給、排泄，形成了一個不穩(wěn)定的天然流場。 雨季補給量大于消耗量，含水層內(nèi)儲存量增加，水位抬高，流速增大；雨季過后，消耗量大于補給量，儲存量減少，水位下降，流速減小。補給與消耗總是這樣不平衡的發(fā)展著，形成一個不穩(wěn)定的天然流場。,1 地下水資

17、源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,在人工開采地下水時，增加了一個經(jīng)常定量的地下水排泄點，改變了地下水的天然排泄條件，即在天然流場上又疊加了一個人工流場。這既破壞了補給、消耗之間的天然動平衡，又力圖建立新的、開采狀態(tài)下的動平衡。 在開采最初階段，由于增加了一個人工開采量，必須減少地下水的儲存量，使開采地段水位下降形成一個降落漏斗。隨漏斗擴大，流場發(fā)生了變化，使天然排泄量減少，促使補給量增加，即為補給增量。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,在開采狀態(tài)下，可以用下面水均衡方程表示： 式中：Q補開采前的天然補給量（m3d）； Q補開采時的補給增量（m3d）；

18、Q排開采前的天然排泄量（m3d）； Q排開采時天然排泄量減少值（m3d）； Q開人工開采量（m3d）； 含水層的給水度； F開采時引起水位下降的面積（m2）； t開采時間（d）； h在t時間段內(nèi)開采影響范圍內(nèi)的平均水位降（m）。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,由于開采前的天然補給量與天然排泄量在一個周期內(nèi)是近似相等的， 即Q補Q排，所以上式可簡化為： 這個方程表明，開采量實質(zhì)上是由三部分組成的，即： （1）增加的補給量（Q補），也就是開采時奪取的額外補給量，可稱為 開采奪取量；,2.水文地質(zhì)鉆孔結(jié)構(gòu)特點,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,

19、（2）減少的天然排泄量（Q排），如開采后潛水蒸發(fā)消耗量的減少、泉流量減少甚至消失、側(cè)向流出量的減少等。這部分水量實質(zhì)上就是由取水構(gòu)筑物截獲的天然補給量，可稱為開采截取量。它的最大極限等于天然排泄量，接近于天然補給量； （3）可動用的儲存量（），是含水層中永久儲存量所提供的一部分。（枯水期抽水）,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,明確了開采量的組成，就可以按各個組成部分來確定允許開采量。 （1）允許開采量中補給增量部分，只能合理地奪取，不能影響已建水源地 的開采和已經(jīng)開采含水層的水量；地表水的補給增量，也應(yīng)從總的水資源考慮，統(tǒng)一合理調(diào)度。 （2）允許開采量中減少的天然排

20、泄量，應(yīng)盡可能地截取，但也應(yīng)考慮已經(jīng)被利用的天然排泄量。例如，有的大泉是風(fēng)景名勝地。由于增加開采后泉的流量可能減小，甚至枯竭，破壞了旅游景觀，這也是不允許的。截取天然補給量的多少與取水構(gòu)筑物的種類、布置地點、布置方案及開采強度有關(guān)。只要天然排泄量尚未加以利用，就可以用天然補給量或天然排泄量作為開采截取量。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,（3）允許開采量中可動用的儲存量，應(yīng)慎重確定。首先要看永久儲存量是否足夠大，再看現(xiàn)時的技術(shù)設(shè)備最大允許降深是多少，然后算出從天然低水位至區(qū)域允許最大降深動水位這段含水層中的儲存量，按100年或50年平均分配到每年的開采量中，作為允許

21、開采量的一部分。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,上述地下水各種量之間是相互聯(lián)系的，并且是不斷轉(zhuǎn)化、交替的。永久儲存量或叫靜儲量是指儲存水的那部分空間體積始終在含水，并不是說那部分水是永久儲存不變的。它仍然會轉(zhuǎn)化為排泄的水流走，再由補給來的水補充，同樣參加水循環(huán)。只有極少數(shù)在特殊條件下形成的地下水，如處在封閉構(gòu)造中的沉積水，才沒有補給、排泄量，而只有靜儲量。大多數(shù)自然條件下的地下水都是由補給量轉(zhuǎn)化為儲存量，儲存量又轉(zhuǎn)化為排泄量，處在不斷的水交替過程中。 在開采條件下所取出來的水，都是由儲存量中轉(zhuǎn)化來的。由于儲存量的減少，可以奪取更多的補給量來補充；同時，又截取了部分

22、天然補給量，則使天然排泄量減少。各量之間的關(guān)系可用下面形式表示。,三、地下水量之間的關(guān)系,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,天然狀態(tài)的轉(zhuǎn)化關(guān)系：,開采狀態(tài)的轉(zhuǎn)化關(guān)系：,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,各種量的數(shù)量關(guān)系為： 在天然狀態(tài)下： 若在均衡期內(nèi)，則Q儲0，上式變?yōu)椋篞天補Q天排 。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,在開采狀態(tài)下： 式中：Q天補天然補給量； Q天排天然排泄量； Q儲儲存變化量； Q實開實際開采量； Q允許允許開采量； Q補補給增量； Q排減少的排泄量； Q補合理的開采奪取量； Q儲可動用的儲存

23、量。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,由于開采量與補給量的不同關(guān)系，可出現(xiàn)三種開采動態(tài)類型水源地： 穩(wěn)定型：任何時間Q開Q天補+Q補； 調(diào)節(jié)型：雨季開采量小于總補給量，而旱季開采量可大于總補給量。但在一年或數(shù)年期間，累計總開采量仍應(yīng)小于總補給量，即未動用儲存量（靜儲量）； 消耗型：開采量大于總補給量，須動用消耗儲存量（靜儲量）。,1 地下水資源的特點及分類,2020年10月2日9時42分,計算地下水的允許開采量是地下水資源評價的核心問題。計算允許開采量的方法，也稱為地下水資源評價方法。 允許開采量的大小，主要取決于補給量，還與開采的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件及開采方案有關(guān)。 由于

24、水文地質(zhì)條件的差異及不同勘察階段取得的水文地質(zhì)資料豐富程度不一，以及對成果的要求精度不同，可采用不同的計算方法。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,目前，已有計算方法約二三十種。依據(jù)不同原則，學(xué)者們對眾多計算方法作了多種分類。 本教材根據(jù)計算方法的主要理論基礎(chǔ)、所需資料及適用條件，選用了表10l的分類（四類）。在實際勘查中，可據(jù)具體條件，選擇一種或幾種方法進(jìn)行計算與評價，以相互比較論證與擇優(yōu)。 因?qū)W時所限，下面只從前三類中選擇幾種常用方法加以介紹。 第四類的方法原理將在第三篇中予以介紹。欲全面了解，請參閱水文地質(zhì)手冊及地下水資源評價等書籍。,2 計算地下水允許

25、開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,2 水文地質(zhì)鉆孔的結(jié)構(gòu)和鉆孔設(shè)計,2020年10月2日9時42分,（一）解析法 計算地下水資源的解析法，就是用地下水動力學(xué)中解析解的公式來計 算求得允許開采量的方法。此法在理論上是較嚴(yán)密、精確的。只要介質(zhì)條件、邊界條件和取水條件符合選用公式的假定條件，則計算出來的開采量便是既能取得出來、又有補給保證的水量（穩(wěn)定流），或可以預(yù)報出該條件下開采時的水位變化情況（非穩(wěn)定流）。,一、以滲流理論為基礎(chǔ)的方法,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,但此法在實際運用中也有困難，盡管各種不同條件下的公式很多，但完全符合公式中假定條

26、件的情況卻是較少的。例如：介質(zhì)條件要求均質(zhì)或簡單的非均質(zhì)，而自然條件常是復(fù)雜的非均質(zhì)；邊界條件假定是無限、直線、或簡單的幾何形態(tài)，而自然界常是復(fù)雜的邊界；補給條件在自然界常是隨時間而變化的，在解析法的公式中卻難于反映，只能簡化為均勻連續(xù)的補給，等等。由于實際情況不能完全符合公式的假定條件，所以使嚴(yán)密、準(zhǔn)確的解析解也變?yōu)榻频牧恕?實際上，除少數(shù)情況下（如有河流補給的岸邊取水水源地、無垂向補給的大面積承壓水及邊界簡單的水源地等），可以直接運用解析公式計算允許開采量以外，常常是用解析公式計算出開采量（只反映產(chǎn)水能力），再用水均衡法計算補給量來論證其保證程度。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2

27、020年10月2日9時42分,1如何選擇公式 地下水動力學(xué)中介紹了許多井流公式，選用時應(yīng)考慮以下幾方面。 根據(jù)地下水開采動態(tài)類型或從水文地質(zhì)條件分析，判定是采用穩(wěn)定流公式還是非穩(wěn)定流公式。自然界大都是非穩(wěn)定流，但在就地補給條件較好的地區(qū)，有似穩(wěn)定流出現(xiàn)時，選用穩(wěn)定流公式計算，既簡便，又可得到較好的成果。例如在有地表水補給的河谷地區(qū)，或在降水豐富、補給條件又好的地區(qū)，均可用穩(wěn)定流公式計算。 考慮地下水類型、含水介質(zhì)性質(zhì)和邊界條件，選擇承壓水井還是潛水井的公式。依據(jù)均質(zhì)還是非均質(zhì)，無限邊界還是有限邊界，有無滲入補給和越流補給等，分別選用不同的公式。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年1

28、0月2日9時42分,根據(jù)擬定的開采方案選用相應(yīng)的公式?？紤]取水構(gòu)筑物的類型、結(jié)構(gòu)、布局、井距等。一般盡量采用完整井互相干擾的穩(wěn)定流或非穩(wěn)定流公式計算。也可以采用開采強度法，即概化為單位面積的開采量。 現(xiàn)有的各種公式，在有關(guān)手冊上均能查到。盡管已有很多公式，但還不能完全滿足實際的需要。在工作中，可以根據(jù)實際情況，運用水動力學(xué)的基本原理，研究出新的公式來。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,2計算步驟 （1）首先，通過勘探試驗或?qū)嶒炄〉糜嬎闼璧母鞣N參數(shù)，如滲透系數(shù)K、含水層厚度M、導(dǎo)水系數(shù)T、重力給水度和彈性給水度（或釋水系數(shù)）*、水頭分布H等。 （2）其次，擬

29、定開采方案，確定計算公式?？上瘸醪讲季嬎愫笤?調(diào)整，還可以進(jìn)行幾個方案比較，擇優(yōu)錄用。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,（3）然后，計算開采量，檢查水位降。一種方法是計算干擾條件下設(shè)計降深的單井出水量，加起來的總和便是開采量。如果是非穩(wěn)定流，則應(yīng)計算在一定開采量的條件下中心區(qū)水位降深的發(fā)展情況，做出一定降深的水位預(yù)報。另一種方法是將需水量分配到各個井，再計算幾個控制點的水位降深。若水位降深不均勻，則調(diào)整各井的開采量，再計算水位降深；或修改布井方案，反復(fù)計算，直到每個井的取水能力已充分發(fā)揮，各點的水位降又不超過允許下降值時為止。經(jīng)過反復(fù)調(diào)整計算，選出最佳方

30、案。 （4）最后進(jìn)行評價。如果計算時已考慮了補給條件，則最后計算出來的開采量便是既取得出來，又有補給保證的允許開采量（穩(wěn)定型或調(diào)節(jié)型開采動態(tài)），或者是有一定開采期限的可開采量。如果計算時未考慮補給條件，則應(yīng)再計算該區(qū)地下水的補給量，論證開采量的保證程度。還應(yīng)評價開采后是否會引起環(huán)境地質(zhì)等問題。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,3實例 據(jù)冶金部西安勘察公司韓昌彬等資料，勘察區(qū)位于內(nèi)蒙古高原的低山丘陵河谷地帶，氣候干燥，平均年降水量為222mm，集中在7、8、9三個月內(nèi)。河谷寬約500m。除雨季外，河床常年干枯。河谷內(nèi)第四系砂礫石含水層平均厚17m，地下水埋深2

31、m，主要由降水和地表水補給。兩側(cè)和底部均為巖漿巖?？碧娇缀驮囼灴椎牟贾萌鐖D10一1所示。開采方案是沿河谷中心布置9口井，井距約1km。其布局和映射見圖10一2。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,據(jù)勘探試驗資料算出井群的總出水量約為5000m3d。在這樣的開采條件下，在整個旱季（無降水和河水補給），中心區(qū)水位下降多少。 步驟1：水文地質(zhì)條件概化 根據(jù)勘探試驗取得的各種參數(shù)，對水文地質(zhì)條件進(jìn)行如下概化。 介質(zhì)條件：由于含水層沿河方向的不均勻性，可分為三個場段，采用不同 的參數(shù)。表10一2所示。

32、邊界條件：把河谷兩岸概化為直線平行不透水邊界。 疏干時間：由于區(qū)內(nèi)每年7、8、9三個月為雨季，有降水和河水補給，故確定疏干時間為365一90275d。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,步驟2：確定計算公式，計算降深值。 根據(jù)概化后的水文地質(zhì)條件，可選用潛水完整井井群干擾非穩(wěn)定流理論公式來計算： 式中：S觀測井的水位下降值（m）； H含水層平均厚度（m）； Qi各井抽水量（m3d）； K滲透系數(shù)（md）； W(ui)井函數(shù)；,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,ri抽水井（實、虛）至觀測井距離（rn）； 含水層延遲釋水系數(shù)； T

33、導(dǎo)水系數(shù)（m2d）； t抽水延續(xù)時間（d）。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,將所取得數(shù)據(jù)代入公式，計算降深值。由于平行邊界相距較近，映射次數(shù)較多，所以采用表格形式進(jìn)行計算較方便。例如先計算中心區(qū)10號井的降深值。首先，從圖上查出各實井和虛井與該井的距離ri，算出ri2，分別乘各場段的，求出ui值；然后，從井函數(shù)表查得W(ui)值，再乘以，加起來便可求得，用A表示。最后，計算10號井得降深：,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,計算表的形式如表103所示,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,4解

34、析法的適用條件 適用于含水層均質(zhì)和各向同性、邊界條件較簡單、可概化為計算公式要求的模式。,計算時取了五次映射，分別對中心區(qū)的11號、10號、12號及5號井進(jìn)行了計算。其降深依次為684、777、680、680m，僅占含水層平均厚度的40一50。 步驟3：評價。 按開采量為5000 m3d，擬建布局是合理的，可作為允許開采量，在整個旱季才疏干了含水層的40，到雨季是可以補償回來的。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,（二）數(shù)值法 數(shù)值法是隨著電子計算機的出現(xiàn)而發(fā)展起來的，應(yīng)用十分廣泛。從理論上看，盡管它是對滲流偏微分方程的一種近似解，但實際應(yīng)用中完全可以滿足精度

35、要求。它可以解決許多復(fù)雜條件下的地下水資源評價問題，應(yīng)用廣泛，是一種較好的方法。 在地下水資源評價中常用的數(shù)值法有兩種，即有限單元法和有限差分法。這兩種方法各有利弊。在實際運用中效果差不多。在解題過程中，它們在許多方面都是相似的，都把研究區(qū)域剖分成若干網(wǎng)格（有限差分法分為方形、矩形、三角形；有限元法常用三角形），將建立的偏微分方程離散成線性代數(shù)方程組，用電子計算機聯(lián)立求解線性方程組。所不同的是在網(wǎng)格剖分上及線性化的方法上有所差別。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,在線性化的數(shù)學(xué)推導(dǎo)中，有限差分法簡單易懂，物理意義明確；有限元法較復(fù)雜，涉及的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較深。 關(guān)

36、于其具體的推導(dǎo)過程和詳細(xì)解題方法以及通用源程序等，將在以后的“地下水流數(shù)值模擬”課中講授，許多專著中對此也均有論述。 這里僅對如何運用數(shù)值法進(jìn)行地下水資源評價，按照計算步驟作一概略介紹。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,步驟1 建立水文地質(zhì)概念模型 在水文地質(zhì)調(diào)查和勘探的基礎(chǔ)上，研究分析計算區(qū)域的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，概化出適用的水文地質(zhì)概念模型。 該模型來源于該區(qū)的實際水文地質(zhì)條件的概化，是選擇相應(yīng)數(shù)學(xué)模型的依據(jù)。 概化的主要內(nèi)容如下：,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,（1）計算范圍和邊界條件的概化。 首先，應(yīng)明確計算層位

37、，然后據(jù)評價要求圈定出計算區(qū)的范圍。計算區(qū)應(yīng)該是一個獨立的天然地下水系統(tǒng)，具有自然邊界，便于較準(zhǔn)確地利用其真實的邊界條件，以避免人為邊界在提供資料上的困難和誤差。但在實際工作中，因勘探范圍有限，常常不能完全利用自然邊界。此時，需利用調(diào)查、勘探和長觀資料建立人為邊界。計算區(qū)范圍確定后，可概化為由折線組成的多邊形邊界。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,邊界位置確定后，應(yīng)進(jìn)一步判明邊界的性質(zhì)，給出定量的數(shù)值。當(dāng)?shù)乇硭w直接與含水層接觸時，可以認(rèn)為是定水頭的一類邊界，但不能說凡是地表水體都一定是定水頭邊界。只有當(dāng)?shù)乇硭c含水層有密切的水力聯(lián)系，經(jīng)動態(tài)觀測證明有統(tǒng)一的

38、水位，地表水對含水層有無限的補給能力，降落漏斗不可能超越此邊界線時，才可以確定為定水頭補給邊界。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,斷層接觸邊界可以是隔水邊界、流量邊界；在特殊條件下，也可能成為定水頭邊界。如果斷層本身是不透水的，或斷層的另一盤是隔水層，則構(gòu)成隔水邊界。如果斷裂帶本身是導(dǎo)水的，計算區(qū)內(nèi)為富含水層，區(qū)外為弱含水層，則形成流量邊界。如果斷裂帶本身是導(dǎo)水的，計算區(qū)內(nèi)為導(dǎo)水性較弱的含水層，而區(qū)外為強導(dǎo)水的含水層時（這種情況，供水中少有，多出現(xiàn)在礦床疏于時），則可以定為定水頭補給邊界。 巖體或巖層接觸邊界，一般多屬隔水邊界或流量邊界。凡是流量邊界，應(yīng)測得

39、邊界處巖石的導(dǎo)水系數(shù)及邊界內(nèi)外的水頭差，算出水力坡度，計算出補給量或流出量。 地下水的天然分水嶺，可以作為隔水邊界，但應(yīng)考慮開采后是否會移動位置。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,含水層分布面積很大或在某一方向延伸很遠(yuǎn)，成為無限邊界時，如用數(shù)值法，則須計算很大的區(qū)域，由于增加了許多節(jié)點而加大了計算工作量。在這種情況下，可用設(shè)置緩沖帶的方法，即在勘探區(qū)外圍確定一適當(dāng)寬度的地方作為定水頭邊界，其寬度一般為2一3層單元。緩沖帶的參數(shù)應(yīng)比含水層?。ㄓ腥苏J(rèn)為應(yīng)小50一100倍），這就等價于一個無限邊界。 邊界條件對于計算結(jié)果影響是很大的，在勘探工作中必須重視。對復(fù)雜的

40、邊界條件，如給出定量數(shù)據(jù)有困難時，應(yīng)通過專門的抽水試驗來確定。個別地段，也可以留待識別模型時反求邊界條件，但不能遺留得太多。 另外，還需確定計算層的上下邊界及有無越流、入滲、蒸發(fā)等現(xiàn)象，并給出定量數(shù)值。最后，還應(yīng)根據(jù)動態(tài)觀測資料，概化出邊界上的動態(tài)變化規(guī)律。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,（2）含水層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的概化。 在含水介質(zhì)條件方面，應(yīng)確定含水層類型，查明含水層在空間的分布形狀。對承壓水，可用頂?shù)装宓戎稻€圖或含水層等厚度圖來表示，對潛水，則可用底板標(biāo)高等值線圖來表示。應(yīng)查明含水層的導(dǎo)水性、儲水性及主滲透方向的變化規(guī)律，用導(dǎo)水系數(shù)T和貯水系數(shù)*（或給水度

41、）進(jìn)行概化的均質(zhì)分區(qū)。實際上，絕對均質(zhì)或各向同性的巖層在自然界是不存在的，只要滲透性變化不大的地段，就可相對地視為均質(zhì)區(qū)。此外，還要查明計算含水層與相鄰含水層、隔水層的接觸關(guān)系，是否有“天窗”、斷層等溝通。如果為了取得某些詳細(xì)準(zhǔn)確的參數(shù)，須布置大量勘探、試驗工作而要花費昂貴的代價時，可考慮先有一個控制數(shù)值，再在下一步識別模型時來反求該參數(shù)。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,（3）含水層水力特征的概化。 水力特征的概化，就是將復(fù)雜的地卜水流實際狀態(tài)概化為較簡單的流態(tài)，以便于選用相應(yīng)的計算方程。一是層流、紊流的問題，一般情況下，在松散含水層及發(fā)育較均勻的裂隙、巖

42、溶含水層中的地下水運動，大都視為層流，符合達(dá)西定律。只有在極少數(shù)大溶洞和寬裂隙中的地下水流，才不符合達(dá)西定律，呈紊流。二是平面流和三維流問題，嚴(yán)格地講，在開采狀態(tài)下，地下水運動存在著三維流，特別是在區(qū)域降落漏斗附近及大降深的井附近，三維流更明顯。但在實際工作中，由于三維流場的水位資料難以取得，目前在實際計算中，多數(shù)將三維流問題按二維流處理，所引起的計算誤差，基本上能滿足水文地質(zhì)計算的要求。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,步驟2 建立計算區(qū)的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)上述概化后的水文地質(zhì)模型，就可以建立計算區(qū)相應(yīng)的教學(xué)模型。地下水?dāng)?shù)學(xué)模型，就是刻畫實際地下水流在數(shù)量、空

43、間和時間上的一組數(shù)學(xué)關(guān)系式。它具有復(fù)制和再現(xiàn)實際地下水流運動狀態(tài)的能力。實際上，數(shù)學(xué)模型就是把水文地質(zhì)概念模型數(shù)學(xué)化。描述地下水流的數(shù)學(xué)模型的種類很多，我們這里指的是用偏微分方程及其定解條件構(gòu)成的數(shù)學(xué)模型，定解條件包括邊界條件和初始條件。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,例如，若概化后的水文地質(zhì)概念模型為：,分區(qū)均質(zhì)、各向同性的承壓含水層； 有越流補給，其補給量隨開采層水位的變化而變化； 水流為平面非穩(wěn)定流，并服從達(dá)西定律； 初始水位為H0（x，y，t0）； 有源匯項（開采井），在井?dāng)?shù)多而集中的單元，概化為開采強度Qv（x，y，t）（m3/dm2）； 邊界條

44、件為第一類（1）、第二類（2）邊界條件。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,式中： h，H分別為含水層，補給層的水頭（m）； T，*分別為含水層的導(dǎo)水系數(shù)和彈性釋水系數(shù)； K，m分別為越流弱透水層的滲透系數(shù)和厚度； QE補給強度（md）； QV開采強度（md）；,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,H0初始流場的水頭分布（m）； H1一類邊界（1）上的水頭分布（m）； q二類邊界（2）上單位長度的側(cè)向補給量（m2d）； x，y平面直角坐標(biāo)； t時間（d）； n二類邊界上的內(nèi)法線。 這種數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜、可借助電子計算機用數(shù)值法求

45、解。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,步驟3 從空間和時間上離散計算域 將計算域進(jìn)行剖分，離散為若干小單元，做出剖分網(wǎng)格圖。剖分時，首先要選好節(jié)點，節(jié)點最好是觀測孔，以便獲得較準(zhǔn)確的水位資料。 但一個計算域的節(jié)點不可能都是觀測孔，還需要許多插值點來補充。插值點應(yīng)放在水位變化顯著的地方、參數(shù)分區(qū)的部位及井孔節(jié)點稀疏的地方。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,選好節(jié)點后，在將點連接成單元時，還應(yīng)按單元剖分的原則做適當(dāng)?shù)狞c位調(diào)整。單元剖分的原則是：相鄰單元的大小不要相差太大；對三角形單元來說，三個邊長不要相差太大，最長與最短邊之比

46、不能超過3：1；三角形的內(nèi)角以在3090之間為好，必要時可允許出現(xiàn)個別的鈍角，但面積不要太小；若鈍角三角形太多，會影響解的收斂；在水力坡度變化較大的地段及資料較多的中心地帶，網(wǎng)格可加密些，邊遠(yuǎn)地帶可放稀些。剖分后，按一定的順序?qū)?jié)點和網(wǎng)格進(jìn)行系統(tǒng)的編號、準(zhǔn)備相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 時間的離散，可根據(jù)水頭變化的快慢規(guī)律，確定適當(dāng)?shù)臅r間步長。對模擬抽水試驗來說，開始以分為單位，以后以小時、天為單位。模擬大量開采時（或動態(tài)），可以用月、季、年為單位。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,步驟4 校正（識別、檢驗）數(shù)學(xué)模型 按上述步驟建立的數(shù)學(xué)模型，是否能真實地反映實際流場的特點

47、，還不能肯定，還須進(jìn)行識別或校正。可用實際測得的水頭值來校正模型的方程、參數(shù)及邊界條件，也就是數(shù)學(xué)運算中的解逆問題。 其方法有兩類，即直接解法和間接解法，由于直接種法要求每個節(jié)點的水頭均應(yīng)是實際觀測值，這在實際上很難辦到，所以應(yīng)用較少，常用的是間接解法。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,間接解法就是試算法。即根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型，選擇相應(yīng)的通用程序或?qū)ｉT編制的程序，用勘探試驗所取得的參數(shù)和邊界條件作為初值，選定某一時刻作為初始條件。按程序所要求的輸入數(shù)據(jù)的順序輸入進(jìn)去，按正演計算模擬抽水試驗或開采，輸出各觀測孔水位各時段得變化值和抽水結(jié)束時的流場情況。把計算

48、所得水頭值與實際觀測值對比，如果相差很大，則修改參數(shù)或邊界條件，再一次進(jìn)行模擬計算。如此反復(fù)調(diào)試，直到擬合誤差小于某一給定的標(biāo)準(zhǔn)為止。這時所用的一套參數(shù)和邊界條件及數(shù)學(xué)方程就被認(rèn)為是符合客觀實際的。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,調(diào)試的方法也有兩種，一是人工調(diào)試，二是機器自動優(yōu)選。人工調(diào)試方便簡單，特別是在對計算區(qū)水文地質(zhì)條件認(rèn)識較清楚、正確時，容易達(dá)到誤差要求。機器自動調(diào)試，有時可能同時得出幾組參數(shù)都能滿足數(shù)學(xué)上的要求，這就需要根據(jù)水文地質(zhì)條件人為地選取。 識別數(shù)學(xué)模型的順序一般為：先檢驗修正所選用的參數(shù)，而后再識別邊界條件和數(shù)學(xué)方程。 逆演問題的唯一性

49、，目前在數(shù)學(xué)上還沒有很好地解決，參數(shù)和邊界條件可以存在多種組合。因此，識別模型的過程往往很長，要反復(fù)調(diào)試多次，才能得到較滿意的結(jié)果。這里對水文地質(zhì)條件的正確認(rèn)識至關(guān)重要。如果對條件認(rèn)識不確切，不管用什么辦法進(jìn)行識別，都難以達(dá)到滿意的結(jié)果。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,步驟5 驗證數(shù)學(xué)模型 通過對數(shù)學(xué)模型的識別，雖校正了計算域的水文地質(zhì)參數(shù)、微分方程及邊界條件等，但其可靠性還需利用歷史水位進(jìn)行驗證，即選擇幾個時段，將計算值與實際觀測值進(jìn)行比較?？捎脙煞N類型的圖件來比較：一是反映水頭梯度場變化情況的等水位線圖，即將同一時段的計算水頭值與實測水頭值以等值線形式

50、分別繪在同一張圖上，對比其擬合程度；另一種形式是反映流速場變化情況的水位過程曲線圖，即選擇幾個有代表性的典型鉆孔，或選幾條剖面線上的鉆孔，在同一坐標(biāo)系中按選定的時段（最好一年以上），分別繪制計算的和實測的水位動態(tài)曲線。在一般情況下，曲線擬合的相對誤差小于時段水位變幅的5%即可。如果誤差較大，還應(yīng)對模型作進(jìn)一步識別校正。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,步驟6 模擬預(yù)報，進(jìn)行水資源評價 經(jīng)過驗證的模型，雖然符合客觀實際，但只能反映當(dāng)前的實際情況，而未來大量開采后，其邊界條件和補給、排泄條件還可能發(fā)生變化。如果進(jìn)行抽水試驗的降深不夠大，延續(xù)時間不夠長時，邊界條件

51、尚未充分暴露，則大量開采后就可能發(fā)生變化。因此，在運用驗證后的模型進(jìn)行地下水開采動態(tài)的水位預(yù)報時，還要依據(jù)邊界條件的可能變化情況做出修正。對變水頭邊界，應(yīng)推算出各時刻的水頭值；流量邊界，應(yīng)給出各計算時段的流量；垂向補給排泄量有變化時，應(yīng)推算出各時段的補排量。這些下推量的準(zhǔn)確程度，會影響到數(shù)值法成果的精度。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,根據(jù)開采資料對模型進(jìn)行修改以后，便可用其正演計算，運用起來十分方便靈活，可以解決以下一些問題。 可預(yù)報在一定開采方案下水位降深的空間分布和隨時間的演化，可用于預(yù)測未來一定時期的水位降深，看其是否超過允許降深，但其準(zhǔn)確性則依賴

52、于降水量預(yù)測的準(zhǔn)確性。 可預(yù)報合理的開采量。根據(jù)開采區(qū)的現(xiàn)有開采條件，擬定出該區(qū)的開采年限和允許降深，以及井位井?dāng)?shù)等。最后計算出在預(yù)定開采期內(nèi)、在允許降深的條件下，能取出的地下水量。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,可利用計算機研究某些水均衡要素，可計算出側(cè)向補給量、垂向補給量及總補給量；可模擬開采條件下的補給量，求出穩(wěn)定開采條件下的開采量；可進(jìn)行不同開采方案的比較，選擇最佳開采方案。 可以計算滿足開采需要的人工補給量，以及模擬人工補給后水位的變化情況。 還可以研究地表水與地下水的統(tǒng)一調(diào)度、綜合利用，進(jìn)行水資源的綜合評價，以及幫助研究其他許多水文地質(zhì)問題。

53、總之，建立了正確的數(shù)學(xué)模型后，可以很方便地進(jìn)行許多模擬計算；根據(jù)計算成果，可以做出全面的地下水資源評價。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,下面舉一個運用數(shù)值法評價地下水資源的實例。根據(jù)姬萬里、王德明等河南省南陽市水資源研究的資料，簡要介紹如下。 1建立水文地質(zhì)概念模型 南陽市區(qū)淺層地下水可分為三個地下水系統(tǒng)，建立三個水文地質(zhì)概念模型（如圖10一3）。 （1）白河北水文地質(zhì)概念模型：東南部以白河為界，地下水與河水水力聯(lián)系密切，為定水頭補給邊界。西部以分水嶺為界，為隔水邊界。北部，除獨山一段為隔水邊界外，余為流量補給邊界（見圖10一3）。,2 計算地下水允許開采

54、量的主要方法,2020年10月2日9時42分,2020年10月2日9時42分,按含水介質(zhì)條件可分為兩大區(qū)，即平原區(qū)和崗區(qū)。平原區(qū)含水層底板埋深為1060m不等。含水層以松散砂礫石為主，厚1050m，為非均質(zhì)各向同性潛水含水層。崗區(qū)為粘性土裂隙一孔隙水，為非均質(zhì)各向異性含水層。地下水以大氣降水補給為主，部分受河流側(cè)向補給，主要消耗于人工開采，已形成降落漏斗。潛水與中深層承壓水有越流補給聯(lián)系。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,（2）白河南水文地質(zhì)概念模型：北部及西北部以白河為界，為定水頭補給邊界，東、南及西南部以地下水分水嶺為界，為隔水邊界。介質(zhì)條件與白河北相同

55、，可概化為非均質(zhì)各向同性潛水含水層。 （3）十二里河水文地質(zhì)概念模型：東、西以分水嶺為界，為隔水邊界，北部為側(cè)向徑流補給邊界，南部為側(cè)向排泄邊界，排入白河。含水介質(zhì)主要是含裂隙粘性土，為非均質(zhì)各向異性含水層，以降水補給為主，徑流蒸發(fā)排泄，人工開采極少。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,2建立數(shù)學(xué)模型 上述三個水文地質(zhì)概念模型均可用下列數(shù)學(xué)模型，即用非均質(zhì)各向同性（或異性）、有越流的非穩(wěn)定二維潛水層流模型計算：,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,式中：B為含水層底板標(biāo)高； Kx，Ky分別為x，y方向的滲透系數(shù)，各向同性時Kx=

56、Ky； Qi為第i口井的地下水開采量； 為函數(shù)； D為計算區(qū)域。 將計算域，剖分為有限個單元網(wǎng)格后，利用有限單元法將上述定解問題離散為下列線性方程組：,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,式中： A導(dǎo)水矩陣； D儲水矩陣； F水量矩陣； Y越流矩陣； m內(nèi)節(jié)點與第二類邊界節(jié)點之和； n總節(jié)點數(shù)。 計算程序框圖如圖104所示（計算程序略）。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,3剖分 本題采用三角形剖分。按剖分原則要求，將全區(qū)三個水文地質(zhì)概念模型統(tǒng)一剖分為201個單元、140個節(jié)點。剖分節(jié)點見表10一4，剖分圖略。,2 計算地下水允

57、許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,4識別模型 根據(jù)全區(qū)152組抽水試驗資料和519個鉆孔、機（民）井卡片資料，編制出淺層地下水水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)圖（略）。各區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)見表105。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,根據(jù)調(diào)查資料，對全區(qū)降水入滲強度和人工開采強度分別進(jìn)行了分區(qū)，給出了各區(qū)垂向綜合交換量的數(shù)值（其圖、表從略）。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,初始條件：選用1988年11月30日各觀測孔的實測水位為初始流場，其余節(jié)點用等水位線圖內(nèi)插而得出。 邊界條件：一類邊界，根據(jù)白河4個長觀點的水位給出；

58、無長觀點地段，由內(nèi)插而得。二類邊界多為零流量邊界；非零流量段，根據(jù)抽水試驗資料確定出單寬流量，其值如表10一6所示。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,根據(jù)南陽市的待點，每年從11月底至翌年2月底，農(nóng)業(yè)區(qū)開采量甚微，工業(yè)用水也是全年最小的時段，故選取1988年11月30日到1989年2月28日作為校正識別模型的時段。 采用人工調(diào)參，間接識別模型的方法，將以上各種數(shù)據(jù)按程序要求輸入計算機，進(jìn)行正演計算，求解出不同時段各節(jié)點的水頭值，再與觀測孔的實測值進(jìn)行比較；誤差較大時，調(diào)整參數(shù)，再求計算水頭。如此反復(fù)調(diào)整計算，直至其誤差達(dá)到精度要求時為止，取相對誤差小于時段水

59、位變幅的5%者為準(zhǔn)。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,由于水文地質(zhì)概念模型較確切，各種強度量較準(zhǔn)確，識別模型時僅對參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整就可很快達(dá)到精度要求，識別后的參數(shù)如表107所示。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,5驗證數(shù)學(xué)模型 取1989年3月1日到1989年12月30目的歷史水位資料，分10個時段進(jìn)行計算。1989年5月低水位期的流場擬合情況如圖105所示。從圖中可以看出，擬合得較好，說明模型可靠。從計算水位與實測水位的絕對誤差來看，大多數(shù)都小于0.5，僅個別孔誤差大于10m。觀測孔水位變化歷時曲線的擬合情況如圖106所示。從圖上看出，大部擬合較好，符合要求。驗證結(jié)果說明：識別后的模型基本能反映該區(qū)的客觀條件，可以用于預(yù)報水位和進(jìn)行地下水資源評價。,2 計算地下水允許開采量的主要方法,2020年10月2日9時42分,2020年10月2日9時42分,6水位預(yù)報和地下水資源評價 南陽市的淺層地下水主要接受降水入滲和白河側(cè)向滲水的補給。數(shù)值法計算結(jié)果，枯水年的補給量仍有3745.37104m3/a。目前，由于開采井布局不