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地下水資源是指在一定期限內,能提供給人類使用的,且能逐年得到恢復的地下淡水量。是水資源的組成部分。通常以地面入滲補給量(包括天然補給量和開採補給量)計算其數量。因此,地下水資源的開採一般不應超過補給量,否則會給環境帶來危害,使生態條件惡化。

1基本簡介

說到資源則都應該說下其評價問題,因資源是對應了人類社會發展程度而言的,因此對具動態的可再生特點的地下水資源評價,應在社會發展到不同時期進行再評價,做到及時為國家發展規劃提供科學依據。
生產和生活需要利用而又可能利用的地下水,統稱地下水資源。是保障生產、生活需要所不可缺少的重要資源。為了合理地、長期地使用地下水資源,在開發之前,一般均應對其量和質作出評價,以便據此制定其開發利用和保護管理規劃。

2四大儲量

四大儲量分類是原蘇聯普洛特尼柯夫提出的,從50年代以來被中國廣泛選用地下水儲量分為動儲量、調理儲量、永世儲量和挖掘儲量四大類。
動儲量;指經過含水層某一橫斷面上的地下水天然流量。
調理儲量:指存在於地下壓力罐水位年變化帶內的重力水體積。
水久儲量:指貯存於地下水最低水位以下含水層中的重力水體積,也叫靜儲量。
上述三種儲量代表天然條件下存在於含水層中的地下水儲量,故統稱為天然儲量。
挖掘儲量:指用技術經濟合理的引水工程能從含水層中取出的水量,並在預訂挖掘期內不發作水量削減及水質惡化等表象。
王大純、張人權、史毅虹編著的《水文地質學根底》中依據地下變頻無塔供水水體系的觀點將地下水資源分為補給資源和貯存資源。
補給資源;指含無塔供水水體系常常與外界發作交流的水量,從多年均勻視點看,就是含水體系每午可以獲得彌補相康復的水量。
貯存資源:指在地質歷史時期中不斷累積貯存於含水體系之中故水量。

3基本概念

地下水資源是由地下水的儲存量和補給量組成的,評價時還須考慮排泄量和開採量。
補給量
通過多種途徑(如降水入滲,地表水滲漏等),自外界進入含水層並轉化為儲存量的水量(以單位時間體積計)。補給量既隨氣象、水文條件的變化及人類生產活動的影響而改變,又隨排泄條件的變化而改變。只是當補給和排泄條件相對穩定時,補給量才能保持常量。
開採量
通過井、渠從含水層中取出的流量。開採地下水可改變地下水的天然流向,使部分排泄量改從井、渠中排出。也可擴大地下水的消耗總量,有可能促使補給量增加。例如在下滲和蒸發的補給排泄類型中,因開發將地下水位降低到極限蒸發深度之下,可使原來蒸發損失的地下水轉化為開採量,而為人們所用。又如在河水補給地下水的情況下,因開採而使原來的地下水位大幅度降低,促使河水更多地補給地下水。當存在著這種相互影響時,地下水資源評價必須和地下水開採設計一起進行。開採量又分穩定的和不穩定的兩種,前者是指流量和水位均穩定不變,或僅作周期性的波動;後者是指流量或水位持續變小或下降情況下的開採量。不引起地面沉降、地下水水質惡化或其他不良現象的穩定開採量稱允許開採量。
決定因素
開採量中穩定的部分來自補給量,不穩定的部分則來自於儲存量。地下水的開採,按其性質雖也屬排泄,但開採量與排泄量有一個重要區別:即排泄量因受地下水天然運動的制約,為補給量所控制,故其變化是有規律的,在天然條件下長期累積的排泄總量應等於補給總量;而開採量則不受地下水天然運動的制約,可人為地任意擴大,甚至疏干含水層,因此是地下水存在或消失的決定因素。

4資源儲量

20世紀50年代以來,中國的水文地質工作者評價地下水量時,用了H.A.普洛特尼科夫提出的四個儲量:靜儲量(某一含水層中地下水的年最小體積)、動儲量(通過含水層某一斷面的流量)、調節儲量(地下水位年變幅範圍內的水體積)和開採儲量(流量不會衰減,水質不會變壞的開採量)。由於這四個儲量不能完善地反映地下水的數量,從70年代開始引用地下水資源的概念,但儲量的概念也未完全放棄。因此,找出兩者之間的關係,有利於搞好地下水資源評價。

5資源評價

地下水資源評價和地下水資源計算(或地下水水量計算)是兩個詞義相近但在實質上又有區別的概念。地下水資源計算,實際上就是選用某種公式,計算出某種類型水資源的數量。而地下水資源評價,應該包括計算區水文地質模型的概化、水量計算模型的選取和水量計算、對計算結果可靠性的評價和允許開採資源級別的確定等一系列的內容。
目前使用的地下水資源計算方法種類繁多,從簡單的水文地質比擬法到複雜的地下水數值模擬;從理論計算 到實際抽水方法。(現代水文地質學,地質出版社,2005)
常用的地下水資源計算方法
經驗方法(水文地質比擬法)、Q-S曲線方程法、數值法、水均衡法、動態均衡法、解析法等。

6水質評價

一切不符合質量要求的地下水都不能作為水資源。為了保障人民身體健康和工農業用水需要,很多國家已頒發統一的飲用水、工業用水及灌溉用水等的水質評價標準(見用水水質)。地下水質評價一般應分兩部分:①用取樣分析化驗的方法查清地下水的水質,對照水質標準評價其適用性;②若在水文地質勘察過程中發現水質已受污染或有受污染的可能,則應查清污染物質及其來源、污染途徑與污染規律,在此基礎上預測將來水質的變化趨勢和對水源地的影響。水質變化的預測,須通過由彌散方程、連續方程、運動方程和狀態方程組成的數學模型,即彌散系統,用數值法解算出污染物質的濃度隨時間和地點的變化,從而提出地下水資源的防護措施。
在岩土中賦存和運移的、質和量具有一定利用價值的水。是地球水資源的一部分,與大氣降水資源和地表水資源密切聯繫,互相轉化。

7分類

中國還沒有統一的地下水資源分類方案。根據1979年頒布試行的《供水水文地質勘察規範TJ27~78(試行)》把地下水資源分成補給量、儲存量和允許開採量。補給量指天然狀態或開採條件下,通過各種途徑在單位時間內進入所開採的含水層中的水量;儲存量指儲存於含水層內的重力水的體積;允許開採量指在經濟、合理的條件下,從一個地下水盆地或一個水文地質單元中單位時間所能取得的水量。在供水中,補給量提供水源,因而起主導作用。儲存量則起調節作用,把補給期間得到的水儲存在含水層中,供乾旱時期取用。當補給量和儲存量配合恰當時,有較大的允許開採量。反之,如只有補給量而無儲存量,乾旱時期就無水可供開採;只有儲存量而無補給量,開採后水量不斷消耗,導致水源枯竭。
也有些學者把地下水資源分為天然資源和開採資源,在天然條件下可供利用的可恢復的地下水資源稱為天然資源,而實際能開採利用的地下水資源稱為開採資源。

8形成

地下水資源主要是由於大氣降水的直接入滲和地表水滲透到地下形成的。因此,一個地區的地下水資源豐富與否,首先和地下水所能獲得的補給量與可開採的儲存量的多少有關。在雨量充沛的地方,在適宜的地質條件下,地下水能獲得大量的入滲補給,則地下水資源豐富。在乾旱地區,雨量稀少,地下水資源相對貧乏些。中國西北乾旱區的地下水有許多是高山融雪水在山前地帶入滲形成的。
降水入滲形成地下水資源的過程,可以現在發生,也可以發生在過去的地質年代里。因此在某些現在非常乾旱的沙漠地區,也能找到相當大的地下水儲存量。
地下水資源由大氣降水和地表水轉化而來,在地下運移,往往再排出地表成為地表水體的源泉。有時在一個地區發生多次的地表水和地下水的相互轉化。故進行區域水資源評價時,應防止重複計算。

9儲量

20世紀50~70年代,中國許多水文地質工作者把地下水看作一種礦產資源,廣泛地採用地下水儲量這一概念來表示某一個地區的地下水量的豐富程度。按照這一概念,地下水儲量分為靜儲量、調節儲量、動儲量和開採儲量。靜儲量指儲存於地下水最低水位以下的含水層中重力水的體積,即該含水層全部疏干后所能獲得的地下水的數量。它不隨水文、氣象因素的變化而變化,只隨地質年代發生變化,也稱永久儲量。靜儲量的數值等於多年最低的地下水位以下的含水層體積和給水度(見水文地質參數)的乘積。調節儲量指儲存於潛水水位變動帶(年變動帶或多年變動帶)中重力水的體積,亦即全部疏干該帶后所能獲得的地下水的數量。它與水文、氣象因素密切相關,其數值等於潛水位變動帶的含水層體積乘以給水度。動儲量也稱地下水的天然流量,是單位時間內通過垂直於流向的含水層斷面的地下水體積。通過測定含水層的平均滲透係數、地下水流的水力坡度和過水斷面面積,用達西公式(見達西定律)進行計算。靜儲量、調節儲量和動儲量合稱地下水的天然儲量,它反映天然條件下地下水的水量狀況。開採儲量是指考慮到合理的技術經濟條件,並且在集水建築物遠轉的預定期限內不產生開採條件和水質惡化的情況下,從含水層中可能取得的水量。地下水的開採儲量,一方面取決於水文地質條件特別是地下水的補給條件,另一方面取決於集水建築物的類型、結構和布置方式。其含義是和允許開採量相當的。70年代以後,在中國對地下水儲量一詞較少使用。

10評價

水質評價
通常採取地下水的樣品送實驗室進行水質分析,根據地下水應用的目的,將其和各種水質標準(如飲用水水質標準、各種工業用水的水質標準、灌溉用水的水質標準等)相比較,以評定地下水的適用程度。地下水水量評價方法比較多,大體上可歸納為4類。①數學模型求解法。這一類方法的實質是把水文地質條件進行概化,用數學關係式表達,通過求解這些數學公式來評價水量。常用的有兩類模型:一類為確定性模型,它通常是根據質量守恆原理建立的,包括一個微分方程(或積分方程)和一組定解條件。適用於地下水運動的機理和水文地質條件比較清楚時。

隨機模型

另一類為隨機模型,模型中包含有一個或數個隨機變數,常用在水文地質條件尚未查清,但積累的實際觀測資料較多時(見地下水數學模擬)。利用數學模型評價地下水資源,自始至終是和水文地質勘察、地下水資源管理密切結合進行的。在水文地質勘察之初,根據已收集到的資料,初步建立數學模型並用它指導勘察工作。在勘察過程中,一面根據已查明的水文地質條件,對模型進行必要的修改,同時通過勘察,取得求解模型所必需的參數,直到勘察工作結束。建立了合適的數學模型以後,不僅可用來進行地下水資源評價,還可指導地下水的合理開發和地下水資源管理。②水量平衡法。也稱水均衡法。它是通過建立水量平衡方程式,並測定方程式中有關的收入項和支出項,來評價地下水資源(見地下水動態)。在大面積地下水資源評價時比較適用。為了提高評價的準確度,建立水量平衡方程式時要全面考慮當地的水文地質條件,防止重複計算和漏算,水量平衡要素的測定要準確並且有代表性。③經驗比擬法。利用水文地質條件類似的已開採的地區的資料進行比擬,評價未知地區的地下水資源。多用在條件尚未充分查清而評價的精度要求又不高的情況下,初步估算地下水資源。④開採試驗法。適用於小型的水源地。當水文地質條件複雜而一時又難以查清、需水量不大、急需作出評價時,可打勘探開採井,用接近於未來的開採條件進行抽水試驗,直接根據開採試驗的水量評價水源地所能提供的水量。

11開發利用

地下水開發利用力求費用低廉、方案優化、技術先進、效益顯著而又不引起環境問題。這些要以查明水文地質條件和正確評價地下水資源為基礎。要做到合理開發利用地下水,應注意以下幾點:①不過量開採。開採量要小於開採條件下的補給量,否則將造成地下水位持續下降,區域降落漏斗形成並不斷擴大、加深,水井出水量減少甚至於水資源枯竭。②遠離污染源,否則將造成地下水污染,水質惡化以致於不能使用。③不能造成海水或高礦化水入侵到淡水含水層。④不能引起大量的地面沉降和坍陷,否則將造成建築物的破壞,引起巨大的經濟損失。⑤按地下水流域進行地下水開發利用的全面規劃,合理布井,防止爭水。⑥地表水資源和地下水資源統一考慮、聯合調度。⑦全面考慮供需數量、開源與節流、供水與排水、水資源重複利用、水源地保護等問題,使得有限的水資源獲得最大的利用效益。

12管理

為了做到合理地開發利用地下水資源,必須進行有效的管理。地下水資源管理的方法和措施分為:①法律方面,由中央政府和地方政府制定和頒布實施有關水資源(包括地下水資源)的法律。這些法律和條例是地下水資源管理的依據。②行政方面,建立水資源(包括地下水資源)的統一管理機構。如中國北方各省市都已建立了水資源管理委員會,設有水資源管理辦事機構。③科學技術措施方面,主要是利用系統分析的方法進行水資源(包括地下水資源)的管理。建立最優化的數學模型,使得在一定的水力的、經濟的、法律的、社會的約束條件下,目標函數達到最優,即開採的成本最低,或開採的水量最多,或開採地下水所獲得的經濟效益最大等,為決策提供依據。④經濟方面,明確地下水資源有償使用的原則,徵收水資源費,對於超量開採和浪費水資源者處以罰款等。
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