地下水资源量评价-工程地质与水文地质

（一）补给量的计算

1.地下水径流流入量

地下水径流流入量是指计算区以外的地下水通过水平运动方式补给计算区的水量，又称侧向径流补给量。平原地区侧向补给量主要为山前地下水的补给量，即山前侧向补给量，可按断面径流法计算：

式中Q侧——地下水侧向补给量，m3／d；

K——含水层渗透系数，m／d；

l——天然状态或开采条件下的水力坡降；

hcp——计算断面上含水层的平均厚度，m。

2.大气降水入渗补给量

大气降水入渗补给量是指降水通过包气带下渗补给地下水的水量。降水入渗补给量可分为次降水入渗补给量与规定时段的降水入渗补给量两类。规定时段的降水入渗补给量又可分为旬、月、年及多年平均降水入渗补给量。计算方法有：

（1）地下水动态分析法在地下水径流条件较差，以垂直补给为主的潜水分布区，可利用地下水动态长期观测资料，分析由于降水入渗补给引起的地下水位上升幅度，用下式计算降水入渗补给量。

ΣΔH——年和多年平均降水入渗引起的地下水位累积上升幅度之和，m／a。

（2）降水入渗补给系数法根据地中渗透蒸发仪测定的降水入渗补给系数a，用下式计算降水入渗补给量：

式中a——降水入渗补给系数，即降水入渗补给量P0 与降水量P之比，a＝P0／P。不同岩性和降水量的平均年降水入渗补给系数见表4-4；

P——降水量，m／a。

表4-4　不同岩性和降水量的平均年降水入渗补给系数α值

（引自《中国水资源评价》，水利电力部水文局，1987 年）

3.地表水入渗补给量

地表水入渗补给量指当河、渠水位高于地下水位时，河、渠水在重力作用下渗漏补给地下水。其补给量可用下述方法和公式计算：

（1）地下水动力学法：

式中Q表——地表水入渗补给量，m3／d；

L——地表水与地下水有联系地段的总长度，m；

H——从隔水底板算起的地表水年平均水位，m；

h——从隔水底板算起的地下水年平均水位，m；

M——承压含水层厚度，m；

b——河、渠距观测孔排间的距离，m。

（2）水文测流计算法通过测定河、渠上游断面流量与下游断面流量以及河渠水面蒸发量之差求得，即

式中 Q表——地表水在Δt时段的总补给量，；

Q上、Q下——地表水体上、下游断面的平均流量，m3／s；

Δt——计算时段，s；

B——水面宽度，m；

L——上、下游两断面间的距离，m；

Z——Δt时段水面蒸发量，m。

若包气带岩土体不饱和时还应减去用来饱和岩土体的水量。

4.越流补给量

当相邻两含水层间有足够水头差时，水头高的含水层将通过弱透水层补给水头较低的含水层，这时的越流补给量用下式计算：

5.人工补给量

人工补给量是指人工利用钻孔回灌及沟渠引地面水回灌，或采用修坝、建闸、灌溉等措施所增加的地下水补给量。这里主要介绍灌溉入渗补给量。它是指在灌溉地区灌溉水经过包气带下渗补给地下水的水量，包括渠系渗漏量和田间回归补给量。

（1）灌溉渠系渗漏补给量灌溉水进入田间之前各级渠道对地下水的渗漏补给量用下式计算：

式中Q渠——渠系渗漏补给量，m3／d；

Q引——渠道引水量，m3／d；

η——渠系有效利用系数，经验值见表4-5；

r——修正系数，考虑到水面蒸发及饱和包气带水量损失r小于1，如表4-5 所示。(www.xing528.com)

（2）田间回归补给量分引地表水（渠灌）和引地下水（井灌）回归补给两类：

总的灌溉入渗补给量为Q灌＝Q渠＋Q田。

表4-5　不同渠床衬砌、岩性与地下水埋深情况的η、γ值

表4-6　不同岩性、地下水埋深、灌水定额的渠灌田间入渗补给系数β

（引自《中国水资源评价》，水利电力部水文局，1987 年）

地下水资源总补给量等于上述各项之和。

（二）储存量的计算

1.体积储存量

式中Q体——含水层中地下水体积储存量，m3；

μ——含水层给水度；

F——含水层分布面积，；

H——含水层平均厚度，m。2.弹性储存量

μ1——弹性释水系数，根据抽水试验确定，一般变化在1×10－5～1×10－4之间，相同岩性条件下，含水层埋藏愈深，μ1 值愈小；

h——承压水的压力水头高度，m，应从隔水顶板算起。

3.调节储量计算

调节储量指潜水含水层最高水位与最低水位之间的重力水体积，它是补给量的组成部分，可按下式计算：

式中Q调——调节储存量，m3／a；

Δh——潜水位变幅，m／a；

其他符号意义同前。

（三）允许开采量的计算

允许开采量又称可开采量，计算方法有水量均衡法、相关分析法、水动力学法、水文学法、比拟法、模型法、开采试验法等，这里仅介绍常用的开采试验法和水量均衡法。

1.开采试验法

在水文地质条件复杂地区，如果一时很难查清补给条件而又急需作出评价时，则可打钻孔，并按开采条件（设计的开采降深和开采量）进行抽水试验。根据试验结果可直接评价开采量。这种方法，无论对承压水或潜水，还是对新水源地或旧水源地扩建都适用。评价时，完全按开采条件抽水，从旱季开始延续数月，从抽水到恢复水位进行全面观测，结果可能出现两种情况：

（1）长期抽水过程中，如果水位达到设计降深并趋近稳定状态，抽水量大于或等于需水量，停抽水后水位较快恢复，说明此需水量有保证，这时实际抽水量就是所要求的开采量，即Q可采＝Q开采。

（2）若水位达到降深仍不稳定，停抽后水位恢复不到原水位，说明此需水量无保障，应降低需水量，即Q可开＜Q开采。

2.水量均衡法

水均衡法是根据某一地区（均衡区）在一定时间（均衡期）内地下水的补给量、储存量与消耗量之间的平衡关系，来评价可开采量的一种方法。对于一个含水层，补给量与消耗量之差等于储存量的变化值，据此可建立水量均衡方程式为

式中μ——含水层给水度；

F——计算面积（均衡区），m2；

Δt——计算时间（均衡期），a；

Δh——在Δt时段内含水层的水位平均变幅，m；

表4-7　不同岩性和地下水埋深的潜水蒸发系数C

（引自《中国水资源评价》，水利电力部水文局，1987 年）

一般计算地区温度越低，水面蒸发量越小，包气带岩土透水性越差，地下水埋深越大，C越小。

Δh在开采时为负值，我们用正值代入，式（4-40）可写成：

用式（4-42）即可求得计算区的可开采量，或者确定一个设计开采量，预测计算区的水位变化值Δh。

水量均衡法适用于地下水埋藏浅，补给量和消耗量易于计算的地区。对于深层承压含水层和山区基岩裂隙含水层，其补给、径流、排泄条件不易查清或条件复杂时，使用该法较困难。