地下水资源评价.ppt

第八章 地下水资源评价,1 概述2 地下水资源量的计算3 地下水水质评价,第八章 地下水资源评价 1 概述,一、地下水资源的特点 地下水资源，既不同于固体矿产资源，也不同于地表水资源，有它自己的特点。可以概括为系统性和整体性、流动性、可恢复性、可调节性等四个方面的特点。1、系统性和整体性 所谓系统性和整体性，是指由一定的地质结构组织而成的、具有密切水力联系的统一整体。,一、地下水资源的特点1、系统性和整体性人类对地下水资源的认识从水井(水源地)评价发展到含水层、含水岩组，直到含水系统整体评价。过去，人们把具有密切水力联系的统一整体，人为分割为相互独立的含水层或单元，分别进行水量、水质的评价，并用这种评价结果指导地下水资源的开发利用，结果导致各地争水、水质恶化、环境质量日趋下降。,第八章 地下水资源评价 1 概述,一、地下水资源的特点2、流动性 地下水资源是流体，在补给、径流、排泄的过程中，不断循环流动，因此地下水资源是动态资源。地下水资源的数量和质量随外界条件变化而变化。在任一地点获取的地下水量，都是以周围地段甚至整个系统的水量为代价的。那种将流经本地区(段)的地下水视为已有的资源观，显然违背了水资源流动性这一客观事实,第八章 地下水资源评价 1 概述,一、地下水资源的特点3、可恢复性 又称为循环再生性。地下水始终处于流动状态，在不断接受外界水量和溶质补充的同时，也将系统内部水量连同水中所含的物质排泄出去。在天然条件下，补、排水量在多年间可以大体平衡，各地段水量和水质保持相对稳定。在地下水开发利用过程中，如果系统排出的水量不超过某一特定值，则大部分水量可以通过外界的补给得到补偿。地下水资源的可恢复性是地下水资源可持续利用的保证。,第八章 地下水资源评价 1 概述,一、地下水资源的特点4、可调节性 调节性主要是针对水量而言，指地下水在系统结构的作用下，使不连续的降水和水量输入变为相对连续、均匀输出的这种自然特性。一般来说，地表水系统的水量调节能力较差，水量、水位的动态变化与降水过程极为密切，滞后、延迟效应均不明显，获得的降水补给量可以快速地排出。,第八章 地下水资源评价 1 概述,一、地下水资源的特点4、调节性 与地表水相比，地下水更具有调节性。集中的降水补给可积蓄在季节变动带中，然后缓慢释放，缓慢径流的路程效应可平抑各处来水的波动，发挥削峰填谷的作用。,第八章 地下水资源评价 1 概述,二、地下水资源评价的原则（1）可持续利用的原则（2）“三水”相互转化，统一评价的原则（3）以丰补欠，调节平衡的原则三、地下水资源评价的内容（1）地下水水质评价（2）地下水水量评价（3）开采技术条件评价（4）环境影响评价（5）防护措施评价,第八章 地下水资源评价 1 概述,第八章 地下水资源评价,1 概述2 地下水资源量的计算3 地下水水质评价,地下水资源的分类 20世纪70年代以前，我国采用前苏联的地下水储量分类，即分为动储量、静储量、调节储量和开采储量四类。动储量：单位时间内流经含水层（带）横断面的地下水体积，即地下水的天然径流量；静储量：地下水位年变动带以下含水层（带）中储存的重力水体积；调节储量：地下水位年变动带内重力水的体积；开采储量：用技术经济合理的取水工程，能从含水层中取出的水量，并要求开采期内不发生水量减少、水质恶化等不良后果。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,地下水资源的分类 20世纪70年代后期，我国提出了自己的地下水资源分类，该方案于于1989年由国家计划委员会正式批准为国家标准(GBJ27-88)。中华人民共和国建设部于2001年颁布的国家标准供水水文地质勘察规范(GB50027-2001)中仍执行该方案。该方案将地下水资源划分为补给量、储存量和允许开采量三类：,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,一、补给量及其计算定义：在天然或开采条件下，单位时间内以各种形式和途径进入区内含水层（计算均衡区含水层或含水系统）的水量补给形式：大气降水渗入、地表水渗入、地下水侧向径流、越层补给，人工回灌补给等方式 分类：天然补给量：天然状态下，进入计算区含水层的水量。开采补给量（补给增量）：扩大开采后可能增加的补给量或在开采条件下由于水文地质条件改变夺取的额外补给量。（开采补给量是地下水在开采条件下夺取过来的额外补给量。）,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,一、补给量及其计算开采补给量的组成：地表水的补给增量降雨入渗的补给增量相邻含水层的越流补给增量相邻地段含水层增加的侧向入流补给量。各种人工增加的补给量开采补给量的特点：开采前并不参与所研究的含水层单元地下水的水量均衡，而仅在开采激化下，由于改变了水动力条件后才被夺取过来。所以开采补给量和天然补给量不同。一般开采规模越大，激化程度越强，而可能夺取的开采补给量也越多。因此，补给量是评价地下水资源保证程度的重要依据。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,一、补给量及其计算补给量的计算1、降水补给量的计算：Q降=PF2、越流补给量：Q越=FH(K/m)3、灌溉水入渗补给量：灌溉渠系入渗补给量：Q渠=Q引m m=v（1-）田间回归补给量：Q渠=渠Q渠灌 Q井=井Q井灌4、侧向补给量：Q侧=KiF5、河道渗漏补给量：W河=(Q上-Q下)(1-)(L/L),第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,二、储存量及其计算 定义：指地下水在补给与排泄过程中，某一时间段内在含水层（或含水系统）中储存的重力水体积。在潜水含水层中，储存量的变化主要反映为水体积的改变，称为体（容）积储存量，可用下式计算：W=F h 式中：W地下水的储存量(m3)；含水层的给水度；F潜水含水层的面积(m2)；h潜水含水层的厚度(m)。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,二、储存量及其计算 在承压含水层中，压力水头的变化主要反映弹性水的释放，称为弹性储存量，可按下式计算：W弹*F h 式中：W弹承压水的弹性储存量(m3)；*贮水(或释水)系数；F 承压含水层的面积(m2)；h 承压含水层自顶板算起的压力水头高度(m)。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,二、储存量及其计算按地下水储存量的动态分（一般针对潜水）：天然调节储存量：指在一个地下水补给周期中，含水层中最高与最低水位之间的容积储存量。固定储存量：指在一个地下水补给周期中（通常为一年或多年）最低水位以下含水层中的容积储存量。可分为人工调节储存量和永久储存量。人工调节储存量：指地下水受周期补给的条件下，采取人工的方法，暂时支出的固定储存量，但这部分固定储存量可在地下水丰水期时或采用人工回灌地下水时，地下水接受大量的补给而得到补充。永久储存量：指采用技术经济合理的取水建筑物无法获得的容积储存量或通过技术经济合理的取水建筑物虽然能获得这部分容积储存量，但在整个开采期内地下水动态（水质和水量等）会发生恶化和产生危害性的工程地质现象而不允许开采的储存量。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,三、允许开采量及其计算 又称可开采量，指通过技术经济合理的取水构筑物，在整个开采期内出水量不会减少，动水位不超过设计要求，水质和水温变化在允许范围内，不影响已建水源地正常开采，不发生危害性环境地质现象等前题下，单位时间内从含水系统或取水地段中能够取得的水量。简言之，允许开采量就是用合理的取水工程，能从含水系统或取水地段中取得出来，但不会引起一切不良后果的最大出水量。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,三、允许开采量及其计算允许开采量与开采量的关系允许开采量与开采量是不同的概念。开采量是指目前正在开采的水量或预计开采量，它只反映了取水工程的产水能力。开采量不应大于允许开采量；否则，会引起不良后果。允许开采量的大小取决于地下水的补给量和储存量的大小，同时还受技术经济条件的限制。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,三、允许开采量及其计算 计算地下水的允许开采量是地下水资源评价的核心问题。计算允许开采量的方法，也称为地下水资源评价方法。由于各地水文地质条件的差异，已有资料详细程度不同，以及对计算成果要求的精度不同，可以采用不同的计算方法。目前应用较广泛的计算方法主要有水量均衡法、解析法、数值法、相关外推法、开采抽水法和“黑箱法”等。为了保证计算结果的准确性，在实际工作中应根据资料情况、评价的目的和计算方法的适用范围选用多种方法计算，以便进行比较、验证。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,水量均衡法 1、基本原理 水量均衡法是水量计算中最常用、最基本的方法。一个均衡区内的含水层系统，在任一时段t内补给量与排泄量之差，恒等于此含水层系统中水体积的变化量。据此可以建立水均衡方程式：Q补Q流入Q越入Q河渗Q雨渗Q人补（m3/d）；Q排Q流出Q越出Q溢出Q蒸发Q实开（m3/d）,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,水量均衡法1、基本原理 由前述对允许开采量的分析可知，如果是稳定型开采动态，则允许开采量为：如果是合理的消耗型开采动态，则为：式中，Q排减少的排泄量；Q补为开采时增加的补给量；Smax为最大允许降深；T为开采年限，一般取50100a。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,水量均衡法1、基本原理 补给量Q补和排泄量Q排的组成项目很多，要根据具体条件来确定它们的组成，从而建立水均衡方程。例如，我国南方的岩溶水地区，主要补给来源是Q雨渗和Q河渗，其次是侧向流入Q流入，排泄项中主要是Q溢出，其次是Q流出及Q蒸发。只要采用恰当的开采方式，可以充分截取补给，减少排泄，则计算允许开采量的公式可简化为：Q允开Q雨渗十Q河渗 用补给量作为允许开采量,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,水量均衡法2、计算步骤 步骤1：划分均衡区（1）在区域地下水资源量计算中，以地下水系统边界圈定的范围为均衡区；（2）局域地下水水量计算中，均衡区需要人为划分，均衡区的边界尽量选择天然边界或地下水交换量容易确定的边界；（3）如果均衡区面积大，水文地质条件复杂，均衡要素差别大，还可以根据含水介质成因类型和地下水类型的组合作为分区依据。例如在基岩山区平原地区，可分为基岩山区裂隙水、平原区松散孔隙水等一级子区；,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,水量均衡法2、计算步骤 步骤1：划分均衡区（4）如果同一区内的水文地质条件还有较大差异，可以按不同的定量指标划分为若干段。分段指标通常是含水层导水系数、给水度、水位埋深、动态变幅及包气带岩性等，以便于测定均衡要素为原则。步骤2：确定均衡期 均衡期一般以年为单位，也可将旱季、雨季分开来计算，这样可以简化均衡方程中的项目。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,水量均衡法 步骤3：确定均衡要素，建立均衡方程 均衡要素指通过均衡区的边界流入和流出水量项的总称。进入的水量项称为补给项，流出的水量项称为排泄项。（1）分析各个均衡区有哪些均衡要素；（2）确定天然条件下补给量和排泄量；（3）确定开采条件下的补给增量和可能减少的消耗量；（4）建立均衡方程。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,水量均衡法 步骤3：确定均衡要素，建立均衡方程 为了取得较准确的计算资料，最好在每个均衡区选择一个有代表性的地段做小范围的均衡试验，实际测定各项均衡要素的数值，取得计算所需的参数，然后用以计算整个均衡区的各种补给量和排泄量。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,水量均衡法2、计算步骤 步骤4：计算和评价（1）计算：将各项均衡要素值代入均衡式中，计算出补给量与排泄量的差值，看地下水储存量的变化是否与之相符，如果不符，审查各均衡要素的计算是否准确，作适当修改，使方程平衡为止。（2）评价：一般以可能减少的排泄量加上实际已开采量作为总的允许开采量，或以总补给量作为允许开采量的极限。（3）如果储存量很大，可以动用时，应确定最大允许降深值Smax，将此范围内的储存量逐年分配到开采量中，开采期限一般取50-100a。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,水量均衡法2、计算步骤 步骤4：计算和评价（4）在实际计算中，常常是根据多年的动态观测资料分析，计算不同保证率典型年的水均衡，可评价允许开采量的保证程度。某水源地的水均衡计算结果见表9-1。从表9-1中可见，枯水年是负均衡，即每年计划增开3185104m3时，尚需借用储存量2398104m3，使区域水位降深增加2.68m，但在平水年可节余5198104m3，是可以将枯水年借用量补偿回来的。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,水量均衡法2、计算步骤 表9-1 某水源地水均衡计算结果（单位：104m3）,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,水量均衡法3、适用条件 水量均衡法原则上可以适用于任何水文地质条件和开采条件：（1）可做区域资源评价，也可用于局部资源评价；（2）适用于山区基岩裂隙水，更适合于平原区的孔隙水；（3）可用于潜水区，也可用于承压水区。但因均衡要素不易测准，所以目前主要用于平原潜水区。,第八章 地下水资源评价 2 地下水资源量计算,第八章 地下水资源评价,1 概述2 地下水资源量的计算3 地下水水质评价,地下水资源评价概述 按流域或地区对水资源的数量、质量、时空分布特征和开发利用条件作出全面的分析评价，是水资源规划、开发、利用、保护和管理的基础工作，为国民经济和社会发展提供水决策依据。包括地下水水质评价和地下水水量评价，水质评价是水量评价的前提，水量评价则是评价工作的核心。,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价水质评价的分类：按水的用途分：供水水质评价、养殖业用水水质评价、风景游览水体的水质评价、水环境质量评价按评价时段分：回顾评价、现状评价、影响评价按评价范围分：局部地段的水质评价、区域性的水质评价按评价对象分：地下水水质评价、地表水水质评价各种不同目的的用水对水质都有其要求和标准，这是供水水质评价的原则。饮用水水质评价工业用水水质评价方法,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价饮用水水质评价,生活饮用水的水质直接影响着人体健康和人民生命安全，因此，对水质要求很严格。生活饮用水水质的基本要求水的感官性状良好水中所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康水中不得含有病原微生物,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价饮用水水质评价,一、对饮用水物理性质的要求无色、无味、无臭、不含可见物、清凉可口（7-19）,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价饮用水水质评价,二、对饮用水中普遍溶解盐类的评价普通盐类：Cl-、SO42-、HCO3-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Fe、Mn、Sr、Be等水中溶解性总固体（矿化度）：1g/L水的硬度：145mg/L（180-270）450mg/L硫酸盐（SO42-）：250mg/L碘（I-）锶（Sr）和铍（Be）：0.003mg/L。天然水中含量甚微。铜（Cu）和锌（Zn）：1.0mg/L.人体必需元素氧化亚铁和锰：Fe 0.3mg/L，Mn 0.1mg/L。影响水的味道,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价饮用水水质评价,三、对饮用水中有毒物质的限制砷：0.01mg/L。毒性较大，超过0.1mg/L能麻痹细胞的氧化还原过程，使人患溶血性贫血，并有致癌作用。硒：0.01mg/L。毒性较强，蓄积作用明显，易引起慢性中毒，损害肝脏和骨骼的功能。但同时有是必须的微量元素。镉：0.005mg/L。毒性很强，能在细胞中蓄积，可使肠胃肝肾受损，还能使骨骼软化变脆，产生骨痛病。铬：0.05mg/L。刺激和腐蚀人体消化系统，破坏鼻内软骨，甚至可至肺癌。汞：0.001mg/L。蓄积性毒物，可使人的中枢神经、消化道及肾脏受损，使细胞的蛋白质沉淀，形成细胞原浆毒。铅：0.01mg/L。蓄积性毒物，使高级神经活动发生障碍，产生中毒症状，甚至侵入骨髓内，使人瘫痪。,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价饮用水水质评价,四、对饮用水细菌及有机污染物的限量1.细菌指标：大肠杆菌：100ml水样中不得检出细菌总数：100CFU/L2.有机污染指标：氨氮（NH4+）：0.5mg/L亚硝酸氮（NO2-）：0.01mg/L。组织缺氧中毒，重者导致呼吸循环衰弱。硝酸盐氮（NO3-）：10mg/L。多为动物尸体分解的产物。磷酸盐：PO43-:5mg/L硫氢化物：0.02mg/L。有臭味，有毒。,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价饮用水水质评价,在进行饮用水水质评价时，应以最新标准为依据，并可适当结合地方标准一起考虑。进行水质评价，需将勘查区所取水样分析资料，逐项与标准对照比较，只有全部符合标准的水才能作为饮用水。如果个别项目超标，则看经过人工处理后能否达到标准要求，若能，则应指出必须经过处理后才能作为饮用水。,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价农田灌溉用水水质评价,根据农田灌溉用水水质标准，灌溉用水的水温应适宜，不超过35。实际上，我国北方和南 方不同农作物区对水温的要求也有所差别。在我国北方以1015 为宜，在南方水稻生长区以15 25 为宜，过低或过高的灌溉水温对农作物生长都不利。水中所含盐类成分也是影响农作物生长和土壤结构的重要因素。对农作物生长而言，最有害的是钠盐，尤以NaHCO3 危害为最大，它能腐蚀农作物根部，使作物死亡，还能破坏土壤的团粒结构；其次是氯化钠它能使土壤盐化变成盐土，使农作物不能正常生长，甚至枯萎死亡。,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价农田灌溉用水水质评价,（一）（前苏联）按灌溉系数评价灌溉系数是指土层上有某一水层全部蒸发后留下的盐类，能使1.2m土层积盐，使大多数作物不能生长，这个水层厚度（m）即为灌溉系数。,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价农田灌溉用水水质评价,（二）用钠吸附比（A）进行评 价（美国）钠吸附比是指水中的Na+与Ca2+Mg2+含量的相对比值，其计算公式如下：A20 时，为有当害的水；A=1520时，为有害边缘水；A8时，相当安全的水。,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价农田灌溉用水水质评价,（三）用盐度、碱度和矿化度进行评价,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价农田灌溉用水水质评价,（四）综合危害定义：水中的氧化钙、氧化镁等其他有害成分与盐害、碱害一起对农作物和土壤的危害危害程度：取决于水中所含各种可熔盐的总量评价指标：可溶解固体（TDS）表示,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价工业用水水质评价,不同生产部门对水质的要求不同。一、锅炉用水的水质评价（成垢作用、起泡作用、腐蚀作用）成垢作用：当水被煮沸时，水中的一些离子、化合物可以相互作用而发生沉淀，并依附于锅炉壁上，形成锅垢，这种作用称为成垢作用。用锅垢总量H0来进行评价：将水分为四个等级：H0500时，为沉淀很多的水。硬垢：主要由碱土金属（Ca、Mg等）的碳酸盐、硫酸盐及硅酸盐构成，附壁牢固，不易清除软垢：由悬浊物及胶体物质构成，易于洗刷清除。,起泡作用：指水在锅炉中煮沸时，在水面产生大量气泡的作用。原因：水中易溶解的钠盐、钾盐以及油脂和悬浊物受炉水的碱度作用，发生皂化的结果。用气泡系数（F）来评价：根据纳、钾的含量计算。F=62c(Na+)+78c(K+)(mmol/L)分类：F200，起泡的水。,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价工业用水水质评价,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价工业用水水质评价,腐蚀作用：由于水中氢置换炉壁铁，使炉壁受到损坏的作用称为腐蚀作用。用腐蚀性系数Kk来评价：Kk0,腐蚀性水;Kk0时，半腐蚀性水；Kk0,但Kk+0.0503Ca2+0时，非腐蚀性水。（Ca的单位为mg/L）,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价工业用水水质评价,二、水的侵蚀性评价地下水对混凝土的侵蚀作用分解性侵蚀：指酸性水溶虑氢氧化钙及侵蚀性碳酸溶虑碳酸钙而使水泥分解破坏的作用。一般酸性侵蚀碳酸侵蚀结晶性侵蚀：主要是水中硫酸盐与混凝土发生反应，在混凝土的孔隙中形成石膏和硫酸铝盐晶体，这些新的化合物因结晶膨胀作用体积增大，导致混凝土力学强度减低，以致破坏。分解结晶复合性侵蚀：主要是水中弱盐基硫酸盐离子（Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+等）与水泥发生化学反应，使混凝土力学强度降低，甚至破坏。,第八章 地下水资源评价 3 地下水资源评价,地下水水质评价工业用水水质评价,地下水对铁质材料的侵蚀作用水对铁的侵蚀性主要与水中的氢离子浓度、溶解氧、游离硫酸、H2S、CO2、及其他重金属硫酸盐有关。PH6.8,有侵蚀性；PH5，强烈的侵蚀性。,