地下水資源評價方法分析

石昊?侯倩文

摘 要： 地下水資源數量計算與評價，包括補給量計算、排泄量計算和允許開采量（亦稱可開采量）計算三個方面。其中允許開采量計算最為重要，因為它是地下水資源數量計算與評價的目的所在。

允許開采量要求在整個開采期限內出水量不減少，動水位變化不超過設計要求。就是說，當枯水期補給量不足時，可以使用儲存量。但是，必須從豐水期得到補給加以償還。否則，開采量就得不到保證。如果技術經濟上允許動用儲存量的一部分，則可抽用。

允許開采量還規定不影響鄰近已有水源地的正常開采，不發生危害性的工程地質現象，這是對允許開采量的限制條件。即要在各種允許條件下水量有保證，又要達到充分利用水源的目的。

關鍵詞：水量均衡法；開采試驗法；相關分析法

1 評價方法——水量均衡法

水量均衡法是研究評價區在一定時段內地下水的補給量、儲存量與排泄量之間的平衡關系，確定影響地下水動態各要素及規律，從而評價水源地可開發利用地下水資源的一種方法。

1.1 基本原理

對于一個均衡區的含水層組來說，地下水在補給和排泄過程中任一時段的補給量和排泄量之差，永遠等于含水層中儲存量的變化量，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，地下水的補給和排泄條件易于查清楚的地區。對于干旱或班干山前洪積平原和喀斯特地區，某些河谷地區以及封閉的自流盆地，使用效果一般都比較好。

對深層承壓含水層或山區基巖裂隙含水層，其補給、徑流和排泄條件不易查清或條件復雜時，不易使用該法。

1.3 開采條件下的均衡

天然狀態下，地表水，地下水，大氣水依靠自然條件相互轉化，在一定周期內，多年調節，天然補給量與天然消耗量近似相等，維持動態平衡。開采條件下，打破天然狀態下的動態平衡，在天然滲流場的基礎上疊加了開采滲流場即降落漏斗。由于人工開采，使得天然補給量增加，天然消耗量減少。

在一個均衡期內，合理的開采會建立新的動態平衡。否則地下水不斷消耗，水位持續下降，不存在平衡。

1.4 優點與缺點

水量均衡法是地下水資源評價的基本方法由于其原理簡單.需要的含水層參數較少，可操作性強，能夠充分利用長系列的水位動態資料和開采量資料。對于精度要求較低、水文地質勘探資料較少區域而言，是一種有效的地下水資源評價方法。在地下水資源評價中均衡法的使用比較普遍，均衡法可粗可精，適應性強，許多情況下都能運用。

均衡法的計算是基于現狀條件進行的.它可以粗略估計出未來地下水的可開采量.但是無法預測含水層中地下水位隨空間和時間的變化，也不能準確計算因開采而激發的補給增量。因而預測的地下水可開采量比實際的可開采量偏小，使得計算結果精度不高。

2 評價方法——開采試驗法

開采試驗法是模擬水源地開采條件進行抽水試驗來評價地下水資源的一種方法。這種方法適用于完全沒有水文地質資料，水文地質條件難以查清的地區，當急需確定地下水允許開采量時，可打井按需要的開采流量進行抽水試驗，依試驗結果計算地下水允許開采量。這種通過實際抽水試驗確定地下水允許開采量的方法被稱為開采試驗法。

在枯水季節按開采條件進行試驗性開采抽水，一般抽水延續一至數月。地下水動態從抽水開始到水位恢復進行全面觀測。可能出現穩定狀態和非穩定狀態兩種情況。

2.1 基本原理

可采用打井或利用現有井按需要的開采流量進行抽水試驗，依據試驗結果計算地下水允許開采量。這是一種基于實際試驗原理的評價方法。

2.2 適用條件

開采試驗法這種評價方法，對潛水或承壓水，對新水源地或舊水源地均適用。由于群井抽水試驗耗資巨大，所以開采試驗法只適用于中小型水源地。

2.3 穩定狀態

按設計開采量長時間抽水，若水位降深達到設計降深S0后，一直能保持穩定，停抽后水位又能較快地恢復到天然狀態下的靜水位。這說明抽水量小于開采條件下的補給量，按此抽水量開采是有補給保證的，這時的抽水量就是要求的允許開采量。

2.4 非穩定狀態

按設計開采量長時間抽水，若水位降深達到設計降深S0后，并不穩定，停抽后水位有所恢復，但不恢復到原水位，說明抽水量大于開采條件下的補給量，按這樣的流量開采是沒有保證的。這時可按下述兩種方法求允許開采量。 一是用水位下降時的資料求允許開采量。二是用水位恢復時的資料檢驗校核允許開采量的可靠性。

2.5 優點與缺點

方法簡單，求得的允許開采量可靠而且準確。無論是潛水還是承壓水，無論是孔隙水還是裂隙水或巖溶水，都能應用。

試驗開采法所花費的人力物力較多，成本較高。不可用作區域性的地下水資源評價。

3 評價方法——相關分析法

地下水資源的形成是一個受多種因素綜合影響的復雜過程，很難用確定性的模型來準確地表述它們的關系。在實際運用確定性模型的求解過程中，很多情況下是人為地把某些因素加以刪減或簡化。因此用確定性模型來評價有一定的局限性。如果水源地已有一段開采時間，并有系列觀測資料，這就可以根據概率統計的原理，利用已有的觀測資料建立起開采量與其影響因素之間的隨機性模型，這就是統計分析法。

概率統計分析法有很多種，目前應用比較普遍的是相關分析法。

3.1 基本原理

相關分析法，也稱回歸分析法，是根據開采地下水的歷史資料或不同水位降深的抽水試驗資料，用數理統計的方法原理找出開采量與降深或其他自變量之間的相關關系，并依據這種相關關系外推來預報開采量的一種方法。

3.2 適用條件

相關分析法適用于有多年開采歷史資料的穩定開采水源擴大開采規模時的地下水資源評價。

3.3 概述

在地下水開采過程中，開采量與降深、開采時間、開采面積及水文氣象等因素有關。

開采量與這些影響因素之間的關系一般有三種：函數關系、沒關系和近似關系，前兩種關系分別稱為完全相關和零相關，是相關分析中的兩張極限關系，而第三種介于前兩種關系之間，稱為統計相關。

在統計相關中，如果自變量只有一個，稱為一元相關或簡單相關；如果自變量在兩個或兩個以上，稱為多元相關或復相關。

3.4 優點與缺點

相關分析法建立在數理統計理論的基礎上，考慮了一些隨機因素的影響，便于解決一些復雜條件的水文地質問題，理論嚴謹。

此方法需要長系列地下水動態觀測資料，對數據一致性要求較高，預報時段不能太長。根據現實物理背景下得出的統計規律，不能反應實際的地下水運動機理。

參考文獻

[1]周維博，楊路華《地下水利用》

[2]王曉燕，鄭建中，翟建平，SEAR技術修復土壤和地下水中NAPL污染的研究進展[J].環境污染治理技術與設備，2006，7（10）；1-5.

作者簡介

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

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