水平衡計算法在地下水資源評價中的應用

尤善清

摘要：隨著水資源日益短缺，我國對地下水資源的評價也越來越重視，將水資源開發與管理納入城市規劃建設重點日程中來，解決城市人口生產生活用水問題。我國在水資源評價工作中，基于項目取水量合理性分析基礎上就近取水論證十分常見，但是由于行業論證單位技術水平參差不齊，評價思路、方法不盡一致，造成工作范圍、精度不規范、不統一，對水資源開發工作不能結合本地區實際情況進行，片面做法居多，而且在工作中未能按照國家規定的勘察標準進行，在工程實施時埋下很多安全隱患。本文主要通過對水資源評價中的水量平衡計算法進行分析探討，并結合具體事例進行了進一步論證說明。

關鍵詞：地下水評價；水平衡法；天然水

一、水資源評價

1.1地下水資源特點。地下水資源是一個整體系統，其系統內具有很強的聯動性，任何部分水量排出或補給都將影響到整個地下水系統的平衡，其主要特點有以下幾個方面：

（1）可恢復性：當人工開采地下水時，在多數情況下，井附近的地下水位下降，形成降落漏斗，地下水的儲存量暫時減少，如果開采量不超過一定的限度，只要停止開采，水位又可逐漸恢復原位，即地下水的儲存量重新得到補充。

（2）轉化性：地下水與地表水在一定條件下可相互轉化，轉化的條件包括兩者具有水力聯系和壓力差。例如地表河水水位與地下水村在相應的水位差時，就會出現相互補給的現象。因此，將相互聯系的地下水和地表水看成一個完整的水文系統。認識地下水資源的轉化性，可以避免水資源開發利用上的絕對性。

（3）調蓄性：地下含水層可以對地下水資源進行蓄水調整，在雨量充足時將雨水儲存在含水層中，在缺水期再將儲存水量進行釋放，以滿足地下水保持充裕狀態。因此，可以利用這個特點，可以在缺水時期進行地下水大力開采，來滿足人們生活生產用水，等到了豐水期其開采部分就會有相應的水量進行回補。

1.2地下水資源評價的主要任務。地下水資源評價的主要任務包括水質評價和水量評價。水質評價是相關部門根據地區不同用水特點對地下水進行水質監測和分析，評價其可開采度與可利用率，從而對地下水進行整體鑒定；水量評價主要是對地區地下水儲存量進行計算，規劃和分配可開采量，對地區用水需求和水資源可用量進行整體衡量，并作出科學規劃和評價。目前，對地下水資源進行評價和估算是常用到的有三種方法：非穩定流計算法、水平衡計算法以及水資源相關分析法，下文將重點介紹水平衡計算法在地下水資源量評價中的應用。

二、水平衡法理論

2.1水平衡原理

水平衡法是將某個均衡區或均衡段作為一個整體進行分析計算的方法，實質上是依據用水量守恒原理，分析計算地下水允許開采量，也是計算地下水允許開采量的其他許多方法的指導思想。水平衡法是目前生產實踐中應用最廣的一種方法，它具有概念清楚、方法簡便等優點。

2.2水系統水量平衡分析

2.2.1水量平衡關系

天然水系統平衡界定中以地表為界面，以城市劃定區周邊為邊界，凡是流入該地區地表的來水都可規劃進來水量中進行計算。在規定的計算均衡期內，對本地區天然水系統的平衡計算公式如下：

W來水-W消耗= W

式中：W來水為來水量，包括當地降水總量、天然入境水、海水利用量、地下水開采量、地下水溢出量；W消耗為消耗水量，包括蒸發總量、降水入滲、穩定水體入滲、人工用水滲漏、出境、入海水量；W為蓄變量，包括境內水庫、河道等蓄水變量。需要指出的是，不同區域內水系統結構不同，水量平衡要素也不相同。

2.2.2社會水系統水量平衡關系

主要研究劃定區域內水資源的供、用、耗、排、回用的平衡關系。在給定均衡期內，該區域社會水系統水量平衡方程如下：

WA-WB+WC=WD

式中：WA為水源供水量，包括地表水源、地下水源等；WB為各行業取用水量，包括工業、農業、生活、服務業和生態等；W為行業間重復用水量，主要指用于生態及農業的雨污排放水，城市工業及生活用水的回用體現在行業間重復用水要素中，城市工業及生活用水的排放包含在各行業取用水要素中；WD為輸水損耗量，包括輸水蒸發與滲漏、用水滲漏與蒸發、排污與排污滲漏等。

三、水量平衡要素計算方法

3.1天然水系統

在對天然水系統進行計算時，工業及城市生活用水滲透量的計算有些困難，其他水量要素的分析計算都可以通過相應的方法進行統計，人工用水量的統計主要受到人類活動的干擾，導致統計量和計算結果出現一定的偏差。

3.2社會水系統

對于生產生活重復用水量的計算比較復雜，主要通過調查統計法進行相關估算得出，由于行業生產生活重復用水比較多，多數基本上為排放的污水廢水等，因此，在進行估算是調查的重點也就集中在河道及排污河水、污水處理后的中水、農業灌溉用水以及農業生態用水等形式。輸水損耗指在城市中生產生活用水在輸送過程中出現的一些損耗，居民用水及工業用水通常都是管道輸送，因輸水管網滲漏作用產生的損壞較小，可以忽略不計；多數損耗來自于城市生活及工業用水的水源儲存地，如水庫、河道的蓄水滲漏和蒸發，這部分損耗為主要水分滲漏損失。對行業用水損耗的估算主要通過調查統計以及水文測驗等方法進行，但在實際工作總發現，對于這部分重復水的估算統計難度比較大，在估算過程中難免會出現一些偏差。

3.3水量平衡分析及其所揭示的有關問題

在對水平衡進行分析是，可以通過驗算法進行驗證。把水量要素計算結果分別帶入相應的平衡方程中，計算并檢驗等式兩邊是否平衡，檢驗計算結果是否準確。當驗算出現不平衡現象時，其中將存在以下兩點問題：第一，在水量統計過程中未能全面將水量要素進行統計，相關水量檢測和統計數據不夠充實準確；第二，部分水量要素統計數據和驗證結果與實際情況不相符，測驗和統計數據不準確，偏差較大。這兩方面的問題在蘇州多水源地區比較突出，下面將結合蘇州地區實際情況進行水量平衡分析。

四、應用實例：蘇州市水量平衡分析

4.1平衡時段選擇

選擇蘇州市區2008-2012年期間以年為平衡時段，計算各項水量要素值，求出5年均值作為水量平衡分析對象。主要原因有：（1）2008-2012年的歷年降雨量涵蓋了枯、平、豐水特征；（2）數據資料的統計口徑較一致，便于使用；（3）該時間段距今較近，借鑒意義更大。

4.2天然水系統水量平衡結果分析

4.2.1來水量。考慮6項來水要素，平均年來水總量81.55億m3，其中年降水量60.34億m3，年天然入境水量8.22億m3，年外調水量4.38億m3，年地下水開采量7.48億m3，年地下水溢出量0.05億m3，年海水利用量1.08億m3。

4.2.2消耗水量。考慮5項水量消耗要素，平均年消耗水總量87.07億m3，其中年蒸發量62.71億m3，年降水入滲量12.11億m3，年水體入滲量2.45億m3，年人工用水滲漏量2.72億m3，年出境和入海量7.08億m3。

4.2.3平衡分析。通過上述數據分析，計算中蓄變量和消耗量等要素值都相對比較準確，但是實際數據結果顯示天然水系統沒有實現一定的平衡。根據計算結果，蘇州市最近幾年的來水平均量一直都小于消耗量，兩者產值為5.52億m3。分析其中原因，主要由于人們在生產生活中為了水源充足進而尋找和使用更多的未知水源，使得這部分用水沒能計算進消耗水量中。通過實地調查發現，天然水系統目前沒有得到平衡發展主要有兩方面的原因：第一，蘇州周邊地區存在尚未統計的未知水源，如吳江、吳中地區養殖地下用水以及地下微咸水的開采等數據不好計算；第二，已經計算過的水源要素中，多數地下水的儲量及使用量計算數據存在誤差，使得計算結果不準確。

4.3社會水系統水量平衡結果分析

4.3.1多水源供水量。蘇州市供水水源有地表水、地下水和非常規水，其中地表水包括蓄水、引水和提水，平均年供水總量20.96億m3，其中地表水13.44億m3，地下水7.48億m3，非常規水0.07億m3。

4.3.2各行業用水量。蘇州市用水行業分為人口生活、工業生產、農業生產、服務業、生態環境，平均年用水總量29.23億m3，其中人口生活用水量4.11億m3，工業生產用水量4.15億m3，農業生產用水量18.23億m3，服務業用水量1.46億m3，生態環境用水量1.28億m3。

4.3.3平衡分析。由于蘇州地區水源比較多，但供水量缺比實際行業用水小，社會水系統沒有實現必要的水資源平衡。根據以上平衡計算結果分析，其原因主要有以下幾點：（1）對于供水水源的統計過程中出現某項缺失，對于一些外引農業灌溉用水以及本地生活生產污水的回用量等非常規水源因素沒有進行全面統計，使得數據出現一定程度的偏差，而對于沿海地區海水及地下咸水的利用率在統計過程中也存在數據誤差；（2）對于地下水供水量的統計和測驗過程存在誤差，使得數據出現偏小。

五、結語

通過對蘇州地區水資源進行平衡計算，在計算過程中因多種因素影響計算結果也存在一定的誤差，由于我國在水資源評價和管理方面往往采用就近取水論證，工作范圍、精度不規范、不統一，使得評估出現結果不一致的現象。因此，在水資源評價中一方面通過立法和行政手段來規范和控制開采利用量，保護水資源的平衡，另一方面在實際評估中要根據地區實際情況進行具體分析，力求數據科學準確，為城市規劃和發展中地下水的合理開采和利用提供準確科學的依據。