地下水資源評(píng)價(jià)方法分析

石昊?侯倩文

摘 要： 地下水資源數(shù)量計(jì)算與評(píng)價(jià)，包括補(bǔ)給量計(jì)算、排泄量計(jì)算和允許開(kāi)采量（亦稱(chēng)可開(kāi)采量）計(jì)算三個(gè)方面。其中允許開(kāi)采量計(jì)算最為重要，因?yàn)樗堑叵滤Y源數(shù)量計(jì)算與評(píng)價(jià)的目的所在。

允許開(kāi)采量要求在整個(gè)開(kāi)采期限內(nèi)出水量不減少，動(dòng)水位變化不超過(guò)設(shè)計(jì)要求。就是說(shuō)，當(dāng)枯水期補(bǔ)給量不足時(shí)，可以使用儲(chǔ)存量。但是，必須從豐水期得到補(bǔ)給加以?xún)斶€。否則，開(kāi)采量就得不到保證。如果技術(shù)經(jīng)濟(jì)上允許動(dòng)用儲(chǔ)存量的一部分，則可抽用。

允許開(kāi)采量還規(guī)定不影響鄰近已有水源地的正常開(kāi)采，不發(fā)生危害性的工程地質(zhì)現(xiàn)象，這是對(duì)允許開(kāi)采量的限制條件。即要在各種允許條件下水量有保證，又要達(dá)到充分利用水源的目的。

關(guān)鍵詞：水量均衡法；開(kāi)采試驗(yàn)法；相關(guān)分析法

1 評(píng)價(jià)方法——水量均衡法

水量均衡法是研究評(píng)價(jià)區(qū)在一定時(shí)段內(nèi)地下水的補(bǔ)給量、儲(chǔ)存量與排泄量之間的平衡關(guān)系，確定影響地下水動(dòng)態(tài)各要素及規(guī)律，從而評(píng)價(jià)水源地可開(kāi)發(fā)利用地下水資源的一種方法。

1.1 基本原理

對(duì)于一個(gè)均衡區(qū)的含水層組來(lái)說(shuō)，地下水在補(bǔ)給和排泄過(guò)程中任一時(shí)段的補(bǔ)給量和排泄量之差，永遠(yuǎn)等于含水層中儲(chǔ)存量的變化量，這就是水量均衡的基本原理。

1.2 適用條件

該法適用于地下水埋藏較淺，地下水的補(bǔ)給和排泄條件易于查清楚的地區(qū)。對(duì)于干旱或班干山前洪積平原和喀斯特地區(qū)，某些河谷地區(qū)以及封閉的自流盆地，使用效果一般都比較好。

對(duì)深層承壓含水層或山區(qū)基巖裂隙含水層，其補(bǔ)給、徑流和排泄條件不易查清或條件復(fù)雜時(shí)，不易使用該法。

1.3 開(kāi)采條件下的均衡

天然狀態(tài)下，地表水，地下水，大氣水依靠自然條件相互轉(zhuǎn)化，在一定周期內(nèi)，多年調(diào)節(jié)，天然補(bǔ)給量與天然消耗量近似相等，維持動(dòng)態(tài)平衡。開(kāi)采條件下，打破天然狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)平衡，在天然滲流場(chǎng)的基礎(chǔ)上疊加了開(kāi)采滲流場(chǎng)即降落漏斗。由于人工開(kāi)采，使得天然補(bǔ)給量增加，天然消耗量減少。

在一個(gè)均衡期內(nèi)，合理的開(kāi)采會(huì)建立新的動(dòng)態(tài)平衡。否則地下水不斷消耗，水位持續(xù)下降，不存在平衡。

1.4 優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

水量均衡法是地下水資源評(píng)價(jià)的基本方法由于其原理簡(jiǎn)單.需要的含水層參數(shù)較少，可操作性強(qiáng)，能夠充分利用長(zhǎng)系列的水位動(dòng)態(tài)資料和開(kāi)采量資料。對(duì)于精度要求較低、水文地質(zhì)勘探資料較少區(qū)域而言，是一種有效的地下水資源評(píng)價(jià)方法。在地下水資源評(píng)價(jià)中均衡法的使用比較普遍，均衡法可粗可精，適應(yīng)性強(qiáng)，許多情況下都能運(yùn)用。

均衡法的計(jì)算是基于現(xiàn)狀條件進(jìn)行的.它可以粗略估計(jì)出未來(lái)地下水的可開(kāi)采量.但是無(wú)法預(yù)測(cè)含水層中地下水位隨空間和時(shí)間的變化，也不能準(zhǔn)確計(jì)算因開(kāi)采而激發(fā)的補(bǔ)給增量。因而預(yù)測(cè)的地下水可開(kāi)采量比實(shí)際的可開(kāi)采量偏小，使得計(jì)算結(jié)果精度不高。

2 評(píng)價(jià)方法——開(kāi)采試驗(yàn)法

開(kāi)采試驗(yàn)法是模擬水源地開(kāi)采條件進(jìn)行抽水試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)地下水資源的一種方法。這種方法適用于完全沒(méi)有水文地質(zhì)資料，水文地質(zhì)條件難以查清的地區(qū)，當(dāng)急需確定地下水允許開(kāi)采量時(shí)，可打井按需要的開(kāi)采流量進(jìn)行抽水試驗(yàn)，依試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算地下水允許開(kāi)采量。這種通過(guò)實(shí)際抽水試驗(yàn)確定地下水允許開(kāi)采量的方法被稱(chēng)為開(kāi)采試驗(yàn)法。

在枯水季節(jié)按開(kāi)采條件進(jìn)行試驗(yàn)性開(kāi)采抽水，一般抽水延續(xù)一至數(shù)月。地下水動(dòng)態(tài)從抽水開(kāi)始到水位恢復(fù)進(jìn)行全面觀測(cè)?？赡艹霈F(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)和非穩(wěn)定狀態(tài)兩種情況。

2.1 基本原理

可采用打井或利用現(xiàn)有井按需要的開(kāi)采流量進(jìn)行抽水試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算地下水允許開(kāi)采量。這是一種基于實(shí)際試驗(yàn)原理的評(píng)價(jià)方法。

2.2 適用條件

開(kāi)采試驗(yàn)法這種評(píng)價(jià)方法，對(duì)潛水或承壓水，對(duì)新水源地或舊水源地均適用。由于群井抽水試驗(yàn)耗資巨大，所以開(kāi)采試驗(yàn)法只適用于中小型水源地。

2.3 穩(wěn)定狀態(tài)

按設(shè)計(jì)開(kāi)采量長(zhǎng)時(shí)間抽水，若水位降深達(dá)到設(shè)計(jì)降深S0后，一直能保持穩(wěn)定，停抽后水位又能較快地恢復(fù)到天然狀態(tài)下的靜水位。這說(shuō)明抽水量小于開(kāi)采條件下的補(bǔ)給量，按此抽水量開(kāi)采是有補(bǔ)給保證的，這時(shí)的抽水量就是要求的允許開(kāi)采量。

2.4 非穩(wěn)定狀態(tài)

按設(shè)計(jì)開(kāi)采量長(zhǎng)時(shí)間抽水，若水位降深達(dá)到設(shè)計(jì)降深S0后，并不穩(wěn)定，停抽后水位有所恢復(fù)，但不恢復(fù)到原水位，說(shuō)明抽水量大于開(kāi)采條件下的補(bǔ)給量，按這樣的流量開(kāi)采是沒(méi)有保證的。這時(shí)可按下述兩種方法求允許開(kāi)采量。 一是用水位下降時(shí)的資料求允許開(kāi)采量。二是用水位恢復(fù)時(shí)的資料檢驗(yàn)校核允許開(kāi)采量的可靠性。

2.5 優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

方法簡(jiǎn)單，求得的允許開(kāi)采量可靠而且準(zhǔn)確。無(wú)論是潛水還是承壓水，無(wú)論是孔隙水還是裂隙水或巖溶水，都能應(yīng)用。

試驗(yàn)開(kāi)采法所花費(fèi)的人力物力較多，成本較高。不可用作區(qū)域性的地下水資源評(píng)價(jià)。

3 評(píng)價(jià)方法——相關(guān)分析法

地下水資源的形成是一個(gè)受多種因素綜合影響的復(fù)雜過(guò)程，很難用確定性的模型來(lái)準(zhǔn)確地表述它們的關(guān)系。在實(shí)際運(yùn)用確定性模型的求解過(guò)程中，很多情況下是人為地把某些因素加以刪減或簡(jiǎn)化。因此用確定性模型來(lái)評(píng)價(jià)有一定的局限性。如果水源地已有一段開(kāi)采時(shí)間，并有系列觀測(cè)資料，這就可以根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)的原理，利用已有的觀測(cè)資料建立起開(kāi)采量與其影響因素之間的隨機(jī)性模型，這就是統(tǒng)計(jì)分析法。

概率統(tǒng)計(jì)分析法有很多種，目前應(yīng)用比較普遍的是相關(guān)分析法。

3.1 基本原理

相關(guān)分析法，也稱(chēng)回歸分析法，是根據(jù)開(kāi)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)的方法原理找出開(kāi)采量與降深或其他自變量之間的相關(guān)關(guān)系，并依據(jù)這種相關(guān)關(guān)系外推來(lái)預(yù)報(bào)開(kāi)采量的一種方法。

3.2 適用條件

相關(guān)分析法適用于有多年開(kāi)采歷史資料的穩(wěn)定開(kāi)采水源擴(kuò)大開(kāi)采規(guī)模時(shí)的地下水資源評(píng)價(jià)。

3.3 概述

在地下水開(kāi)采過(guò)程中，開(kāi)采量與降深、開(kāi)采時(shí)間、開(kāi)采面積及水文氣象等因素有關(guān)。

開(kāi)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(méi)關(guān)系和近似關(guān)系，前兩種關(guān)系分別稱(chēng)為完全相關(guān)和零相關(guān)，是相關(guān)分析中的兩張極限關(guān)系，而第三種介于前兩種關(guān)系之間，稱(chēng)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(chēng)為一元相關(guān)或簡(jiǎn)單相關(guān)；如果自變量在兩個(gè)或兩個(gè)以上，稱(chēng)為多元相關(guān)或復(fù)相關(guān)。

3.4 優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

相關(guān)分析法建立在數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論的基礎(chǔ)上，考慮了一些隨機(jī)因素的影響，便于解決一些復(fù)雜條件的水文地質(zhì)問(wèn)題，理論嚴(yán)謹(jǐn)。

此方法需要長(zhǎng)系列地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料，對(duì)數(shù)據(jù)一致性要求較高，預(yù)報(bào)時(shí)段不能太長(zhǎng)。根據(jù)現(xiàn)實(shí)物理背景下得出的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，不能反應(yīng)實(shí)際的地下水運(yùn)動(dòng)機(jī)理。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

石昊（1993-），男，漢族，甘肅景泰人，鄭州大學(xué)水利水電工程2011級(jí)本科生。

侯倩文（1994-），女，漢族，河南駐馬店人，鄭州大學(xué)水利水電工程2011級(jí)本科生。