地下水资源监测与评价（共8篇）
地下水资源监测与评价 篇1
1 地下水资源利用的现状
当前, 我国各地区农村还普遍饮用地下水, 采用地下水进行农业灌溉的面积为我国耕地总面积的40%以上。全国仍然还有400多个城市居民的日常生活供水采用地下水供水, 全年平均地下水的供水量为1 106亿立方米以上, 为总供水量的20%。2012年底, 全国总供水量为5 520亿立方米, 地下水的开采量已经达到了1 104亿立方米, 其供应量已经达到了总供水量的20%。这其中包括深层地下水开采160亿立方米, 浅层地下水开采944亿立方米。在海河流域全年的总供水量中, 地下水的供给量达到了66%。黄河和淮河流域, 地下水的供给量达到了33%以上。山东、河北地区, 其地下水的开采量分别为亿132立方米和164.2亿立方米, 为总供水量的68%和77%。在我国黄河和淮河流域, 历年地表水资源匮乏, 所以地下水资源的开采量严重超标。仅2012年全年, 黄河和淮河流域的地下水开采量就达到了613.2亿立方米, 超过地下水资源量3%, 超出可开采量的36%。而在海河平原区, 这种情况更为严重, 地下水的开采量超过地下水资源量62%, 超出可开采量的73%。从2012年黄淮流域的全年地下水开采数据可以看出, 目前该地区的居民、工业及经济都是由超采地下水资源才得以生活和发展的, 而长此以往, 地下水资源将无以为继, 该地区的生态环境将会遭受破坏, 经济建设的可持续发展更无从谈起。
2 地下水资源监测与评价
2.1 地下水文监测的状况
迄今为止, 我国水利部门在全国共设置地下水观测站22 496余处, 在控制区的地下水动态监测站达12 679余处, 试验站11余处, 统测站9 806余处。涉及要素包括地下水水位、水质、水温、水量等监测项目。在我国施行新的地下水监测工程项目以来, 相关部门已经掌握了丰富的地下水文资料, 并通过编制与发布相关标准、水资源公报等形式, 为国家和地方的农业抗旱、城市供水、生产工作提供了关键的数据, 发挥了积极的作用。同时也有效控制了地下水的超采, 改善了生态环境, 避免了地质灾害等情况的发生。
2.2 地下水文监测存在的问题
虽然我国现有的地下水监测系统已经有了很大的进步, 但是对于国家、省区或地市的宏观监控管理及开发利用还是远远不足的。存在的问题主要为以下几点:监测的数据可靠性和时效性较差, 传输手段落后。水文观测人员文化素质、技术手段、责任心普遍较低, 加之观测人员的观测费用过低, 导致其工作的积极性不高, 观测数据人为造假、缺测等现象普遍发生, 无法确保观测数据的精度度。同时, 地下水位不断加深, 人工观测难度及误差增加, 也对监测的结果造成影响。用于地下水监测的专用井数量短缺, 监测数据的代表性无法保障。现有专用监测站井的数量较少, 而大多是农业生产用井, 常因淤积等原因报废, 致使地下水监测井的更换时间比较频繁, 实测数据的代表性较差。有些偏僻地区, 由于没有安装电话或互联网等现代化传输工具, 其观测数据的上报形式还是采用普通信函报送至地市, 再由地市通过电话、网络等报送至省级, 最后由观测员整理并逐级上报。这个传输过程超过十天, 信息的时效性已经过时, 无法满足现代信息化管理的要求。而从现阶段国内外的发展趋势来看, 保障地下水文监测数据的可靠性与时效性的有效方法, 就是实现地下水文监测的自动观测与传输。在很多地方, 地下水监测井网依然采用的是六、七十年代农业灌溉井, 只能对农村浅层地下水进行监测, 涉及地下水超采区、城区等深层地下水监测的站井数量不足, 地下水的动态无法及时而准确的掌握。此外, 由于投入的经费不足等因素的影响, 近年来部分地区的地下水监测井, 由于使用年限过长而损毁, 而且没有及时维修或重新开钻, 其实际可用的地下水监测井的数量正在减少, 造成监测井网密度不足。
2.3 地下水监测站网的规划
构成地下水监测站网的组成部分包括基本监测站、试验站、统测站。基本监测站是地下水监测站网的基础, 是控制水文地质边界和地区地下水运动的长期监测站, 分为国家和省级重要监测站、普通监测站三种。试验站网的功能是对水文地质参数进行分析, 避免水文地质环境产生恶化, 及进行地下水与地表水科学转化试验, 同时还具有对地下水资源评价形式确认的功能。当基本监测站网的密度不足时, 统测站将给予补充, 同时通过统测站, 还可准确掌握区域实时地下水的空间情况、动态及绘制动态图。目前, 其使用已有的生产井开展监测, 监测的次数不多。
基本监测站中的国家重要监测站, 其数量要控制在10%~20%。以便国家水利部门能够及时并全面地掌握各地区地下水的特征和运动过程、开发和利用程度, 为抗旱、地下水资源的管理和保护工作做好准备工作。基本监测站中的省级重要监测站是在国家重要监测站的基础上设置的, 设置的初衷是为了迅速了解该省辖区内的地下水文动态特征、地下水的开发程度, 并为地下水资源进行实时管理、抗旱和保护工作提供信息支持, 其设置数量要控制在20%~40%。
3 对地下水资源的评价
3.1 地下水资源的评价结果
水利部门在上世纪80年代初和2012年组织了两次全国水资源评价工作, 水文资料系列分别为1956~1979年和1986~2012年, 其两次的评价结果相近。地下水资源的变化率受地表水补给和降水变化的影响很大, 并受下垫面条件的变化影响。对两次水资源的评价结果进行分析后可以看出, 在降水量增加0.2%时, 地下水资源量将降低0.8%, 而地表水资源量与水资源总量则增加1%, 见表1。并且, 地区变化明显, 这主要是由于灌溉水与降水量的减少导致。此外, 因为地下水的埋深幅度逐年下降, 增加了地下水补给难度。
3.2 地下水资源的变化分析
地下水资源的变化主要受地表水和降水的补给变化影响, 同时还受补给来源及地下水埋深等因素的影响。从这二次的评价结果来看, 这几十年来, 我国地下水资源平均减少0.8%, 而且区域变化明显。图1为第二次和第一次地下水水资源区域评价变化图。黄河流域的地下水资源减少6.8%, 因降水减少, 山区地区地下水资源减少了9.1%, 而平原地区仅减少1.5%;辽河流域和松花江地下水增加了11%和4.6%, 因扩大灌溉面积和增加降水量增加了地下水的供给, 并且地下水埋深的增加也促进了地下水的补给;海河流域的地下水减少11.3%, 因灌溉水量和降水都减少了地下水资源的补给, 此外, 西北诸河地下水资源减少了11.2%, 主要原因为地下水的埋深大幅度下降, 很难对地下水进行补给, 同时受到多种其它复杂因素的影响, 还要对具体情况进一步分析研究。
4 结语
地下水资源是不可或缺的环境和生态支撑要素, 在国民经济快速增长的背景下, 其所担当的角色更为重要。所以, 对地下水资源要开展系列化、统一化的保护、监测、管理和评价, 确保地下水资源的可持续开采与利用, 为人们安居乐业、社会稳定、经济发展提供有力的保障。
摘要：本文介绍了我国地下水资源的利用和监测现状, 并对我国的二次水资源的评价结果进行对比分析, 希望以此能够引起相关部门及人员对保护地下水资源问题的重视。
关键词：地下水资源,监测,评价
参考文献
[1]水利部水文司.中国水文志[M].北京:中国水利水电出版社, 1997.
地下水资源监测与评价 篇2
作为水资源的重要组成部分,地下水资源在人类生产、生活及国民经济发展中起着重要作用.随着水资源短缺的日益加剧,采取有效措施防止地下水污染和过度开采、保护地下水资源成为一种共识.我国水利部门逐步建立了地下水监测站网,组织完成了地下水监测规划,实施了地下水监测规范,同时,一些先进仪器和技术也开始应用于地下水监测工作中.
作 者：田景宏 许立燕 作者单位：田景宏(北京科技大学)
许立燕(北京新敏兴业环境科技发展有限公司)
长春地下水资源评价技术要点分析 篇3
关键词：评价代表年 大气降水情况组合 区域评价 局部评价
中图分类号：P33 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（b）-00-01
根据水利部水利水电技术标准制定计划，在总结全国第一次水资源调查评价以来实践的基础上，编制了《水资源评价导则》，按照《水资源评价导则》，各省市及县相继开展了水资源评价工作，水资源评价包括地表水资源数量、质量评价与地下水资源数量、质量评价，该文章针对长春地区地下水资源数量评价过程中的关键技术环节，展开探讨与分析，为水资源评价工作者提供参考和借鉴。
1 评价代表年选择分析
在水资源评价中，首先要进行评价代表年份的确定，在长春地区平原区地下水资源量组成中，地表水体补给量占6%左右，由降雨直接引起的降雨入渗补给量及河川基流量占94%左右，因此选择评价代表年份系列的实质是根据过去一段时期的大气降雨情况，模拟未来一段时间可能出现的降水情况，对评价区的水资源状况做出预测，由于大气运动的不确定性及地下水资源量的可调节性，可恢复性及滞后性，要求用多年平均水资源量来代表评价区现状及今后一定时期的水资源状况，在大气运动的规律性还没有被人们掌握的今天，评价代表年系列即为未来可能出现的各种大气降水情况的组合。
在实际工作中，为了校核各种水资源补给量的正确性，需要利用同期的开采量量，蓄变量来验证及修正，但是代表年资料系列越长，同步期的开采量等调查工作量越大，数据准确性也越差，所以选择用评价区近年适当短的系列来替代长系列进行评价区水资源量计算，能减少评价工作强度、增加评价工作精度，以长春地区榆树市为例，首先进行评价区1956-2010年雨量长系列自相关分析，以分析确定评价区大气降水前后年度的相续性，为选择资料代表年份系列做出方向性的指导，得出以下结论：评价区域内年降水量随机性很大，年度之间降水量基本没有相关性，因此资料代表年份的选取应该选取近年包括丰、平、枯时段，同时参照长系列多年平均降水量及降水量变差系数，偏差系数综合确定。
为了确定评价区年降水量的丰、平、枯时段，点绘区域内降雨代表站的年降水量模比系数差积曲线，榆树站年降水量模比系数差积曲线图显示，在1966年出现最高点，同时反应出1954-1957年、1979-1988年为丰水期，1966-1979年、2003-2010年为枯水期，1991-2003年为平水期。
根据半拉山子站年降水量模比差积曲线及降水量特征值对比分析，确定1995-2005为评价代表年。
2 区域评价与局部评价
区域水资源评价一般是指整个区域d然状态下的外部补给量，并不触及区域内部的次级分区之间彼此的水体交换及循环，在区域内局部区域水资源量评价时，评价区与周边区域之间的水体交换量就要在计算之中，以榆树市五棵树镇与五棵树镇主城区为例，说明区域评价与局部评价的水资源数量差别。
1）五棵树镇地下水资源量
五棵树镇面积228.4 km2，区域内西部微波状岗地承压水富水区面积157.7 km2，单井涌水量100～1000 m3/d；南部松花江河谷一级阶地砂砾石孔隙潜水区14.4 km2，单井涌水量1000～3000 m3/d；波状台地贫水区面积56.3 km2，单井涌水量10～100 m3/d；含水层埋深8～36 m，含水层厚度17～23 m，静水位埋深6～36 m，含水层岩性以砂砾石为主，夹杂粉砂、中粗砂。五棵树镇降雨入渗补给量1688.3万 m3/a，地表水体补给量72万m3/a。地下水资源量1745.9万 m3/a，其中五棵树镇主城区地下水资源量195.1万 m3/a，周边地区地下水资源量1493.2万 m3/a。
3 随机因素与确定因素相结合
为了修正及调整评价区地下水资源量，应进行总补给量与总排泄量的平衡分析，这要求评价区各种补给量及开采量应该同步，但是随着长春地区农作物结构的变化，水田面积逐年减少，这导致在水体补给量中，水田灌溉入渗补给量逐年变化，这种变化为趋势性的，并不随机，所以在计算这部分地表水体补给量时，如果用评价代表年多年平局值，就会使评价区的地下水资源量不准确，在计算这部分补给量时，应该根据现状年地表水灌溉水田面积及发展趋势，确定适当的水田面积计算地表水体入渗补给量，评价代表年期间多年平均水田地表水灌溉入渗量只参与总补给量与总排泄量的平衡分析计算。
4 地下水资源量采补平衡计算分析
在一个较短的时间跨度内计算开采区域内含水层采补关系时候，需要明确开采区域内通常涉及的三种过水介质。
1）含水层（Aquifer）：饱含水的透水层，或能给出水并允许水通过的岩层。含水层指不但有水，而且水是流动的，如沙滩，空隙度大，但没有水，只能称透水层，粘性土，空隙度较大，但大都是结合水，故称非含水层。2）隔水层（Aquifuge）：不能给出水或不允许水通过的岩层，或透过与给出的水量微不足道的岩层—裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密）3）弱透水层（Aquitard）：渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层—各种粘土，泥质粉砂岩
明确了开采区域的上述三种岩土的水平和垂向分布后，就可以进行开采层的采补平衡分析计算，严格地说，自然界中并不存在绝对不发生渗透的岩层，只不过某些岩层（如缺少裂隙的致密结晶岩）的渗透性特别低罢了。当我们所研究的某些水文地质过程涉及的时间尺度相当长时，任何岩层都可视为可渗透的。所以需要计算的只有地表垂向补给量。
5 结语
地下水资源量由相对确定性因素与不确定性因素组成，在地下水资源量评价过程中，评价代表年的确定应该较好的体现年降水量的随机性及丰、平、枯水年的组合，由人为影响的补给因素如水田地表水体灌溉入渗补给量为相对确定性因素，在进行地下水补给量计算时，这部分补给量应该以现状年作为准，把自然因素与非自然因素客观合理的组合起来计算地下水资源量，指导当地生产和生活科学合理利用地下水资源。
参考文献
[1]长春市水资源调查评价[Z].2008.
地下水资源评价的原则与内容 篇4
1 地下水资源评价的原则
地下水资源评价原则有许多提法,内容大体相近,现归纳为以下3条原则:
1.1 可持续利用原则
地下水资源评价应在可持续发展的前提下进行。可持续发展理论的实质是强调资源利用、经济增长、环境保护和社会发展协调一致,既能满足当代人需要,又不损害后代人满足需要的能力。地下水资源的可持续利用,就是在保证生态良性循环的前提下,地下水系统能永久持续提供一定水资源量,以满足经济增长、社会发展的需要。在区域地下水资源评价时,应在不发生不良生态和环境效应条件下,提供当今时代与未来时代均可以持续利用的水量。
1.2“三水”相互转化,统一评价的原则
大气降水、地表水和地下水是相互联系、相互转化的统一体。地表水和地下水均接受大气降水补给并通过蒸散发作用将水分排放到大气中去,而地下水与地表水也在不断的相互转化进行着水量交换。如河流的基流量是由地下水转化而来的,在河流岸边开采地下水时,地下水的开采补给量主要来自河水。因此,在地下水资源评价中,研究解决好地表水与地下水转化关系要从水资源量整体考虑,避免重复计算,应按地下水系统或地表水流域,考虑地表水、地下水取用条件及经济技术合理性及环境效应,实行地下水、地表水统一评价、统一规划、合理开发利用。
1.3“以丰补欠”合理调控原则
含水层系统具有强大的调蓄功能,合理调控地下水水位可以减少甚至避免蒸发损失。在季节性降雨补给发育的地区,可以充分利用储存量的调节作用,在旱季或干旱年,借用储存量以满足开采,到丰水季节或丰水年,将借用的储存量补给回来。利用这一原则时,必须注意区域水资源综合平衡,合理截取雨洪水,以达到充分利用水资源的目的。
2 地下水资源评价的内容
地下水资源评价因地下水调查的目的、要求及调查阶段不同,评价的要求和内容也有差别,大体可分为区域地下水资源评价和局域水源地地下水资源评价两种。
2.1 区域地下水资源评价
区域地下水资源评价是指在较大面积内,对包括一个或若干个天然地下水系统,如大型的山间盆地、山前倾斜平原、冲积平原、构造盆地等进行的地下水资源评价。区域地下水资源评价为研究区域地下水资源承载力,为规划、开发、利用和进一步勘探地下水水源地提供资料依据。
区域地下水资源评价主要是计算参与现代水循环的可再生性地下水资源———补给资源。储存资源量是不可再生性资源,但为了最大限度发挥地下水系统的调蓄功能,以提高区域地下水资源的可持续利用能力,提高战略资源的安全保障能力和应急保障能力,储存资源量也应予以计算。在补给资源量和储存资源量计算的基础上,结合环境、生态及开发利用条件的要求还可以计算可开采资源量。
补给资源量是指地下水系统在天然或人为开采状态下从外界获得的满足水质要求的水量。从理论上讲,补给资源量是可持续再生的,因而是可持续利用的水量。从供水角度讲,只要从地下水系统中提取的水量不超过其补给资源量,水源便能保证持续供应。补给资源量是随时空变化的,年际之间变化很大,因此,计算区域的补给资源量是难以给出一个准确数字的。
区域地下水可开采资源量(允许开采量)不是地下水资源存在的自然形式量,而是一个受技术、经济、社会、环境约束的人为提出来的地下水量。从可持续发展的观点出发,地下水可开采资源量(允许开采量)应是在不引起各种不良生态和环境效应的情况下地下水系统中能够提供的可持续利用的地下水量。
因此大多区域地下水可开采资源量的确定很难结合具体开采方案。但这并不影响区域地下水可开采资源量计算成果的应用。因为这类成果大多数为国家、省和各地、市级政府制订远景规划或区划提供资料依据,一般要求达到E级或D级评价精度即可。要求对可开采资源量进行概略估算和概略计算(国家标准GBl5218-94,地下水资源分级)即满足要求。在GBl5218-94国标中还规定,在当前技术经济条件下,评价区域某些具有潜在经济意义的地下水资源时,在技术、经济、环境或法规方面会出现难以克服的问题和限制,这类资源属于目前尚难利用的地下水资源。如地下水位埋藏过深,取水困难或不经济;含水层导水性极不均匀,施工水井的成功率过低;含水层导水性过差,单井的出水量过小,地下水质或水温不符合要求;建设取水建筑物,在地质或法规方面存在难以克服的问题或限制等。评价区域如存在这类地下水资源,应在计算出地下水允许开采量同时,计算出尚难利用的地下水资源。
在地下水资源评价中,储存资源量一般不列于可开采资源量中,但从区域地表水、地下水联合调度和合理开发利用水资源的角度出发,可以利用含水层系统的储存资源的能力实现区域水资源的调蓄,这时,储存资源量可作为可开采资源量的一部分,但计算时要满足在预计开采期内或开采期过后有限的时间内水资源总量能达到平衡,同时还要满足经济技术条件的允许程度。
在某些特殊情况下,如应急保障供水时,需计算在满足当前开采条件下的最大储存资源量。此时计算的最大储存资源量不属于可开采资源量的计算范畴。
2.2 局域水源地地下水资源评价
局域水源地地下水资源评价与区域地下水资源评价有下列两点不同:a.局域水源地地下水资源评价要求评价精度高,一般要求达到B级或C级精度,有多年开采动态资料的地区要求达到A级精度;b.局域水源地地下水资源评价区范围小。评价区可以是一个独立的地下水系统,也可以是地下水系统的一个子系统或更低一级的子系统,评价区边界可以是自然边界,也可以是人为划定的边界,例如可以取行政区边界为评价区边界等。
局域水源地允许开采量的计算方法多采用解析法和数值法;在水文地质条件比较复杂的地区,任务又急,常采用开采抽水试验的方法,在已有多年开采动态资料的地区,可采用回归分析法等数理统计方法。不论采用哪种方法评价,都应用水量均衡法,以论证其补给保证程度等。
摘要：通常说的地下水资源评价是指对地下水资源的数量进行评价。地下水资源评价的内容包括对各种地下水量时空分布规律的研究,计算地下水可开采资源量(允许开采量),预报地下水动态,分析地下水开采潜力和开发利用前景及其对环境产生的影响,提出应采取的工程措施及建议等。
关键词：地下水,资源,评价,原则,内容
参考文献
[1]沈国航,王礼先.中国生态环境建设与水资源保护利用[M].北京:中国水利水电出版社,2001.
地下水资源监测与评价 篇5
格尔木区是柴达木盆地中南部的水资源四级区,位于青藏高原的东北部。工业重镇格尔木市地处该水资源四级区内。近年来,依托盐化、石化等支柱产业的快速发展,城市化进程加快,该区域对地下水资源的需求量越来越大。研究格尔木区的地下水资源承载力,探究地下水开采的合理边界,将有利于指导当地水资源的可持续开发利用。本文采用PSR框架设计评价指标体系,对格尔木区地下水资源承载力进行评价,进一步提出合理开发地下水资源的对策措施。
2 格尔木区地下水资源概况
格尔木区是《柴达木循环经济试验区水资源综合规划》中柴达木盆地划分的16 个水资源四级区之一。格尔木区山丘区面积2. 25 万km2,平原区面积1. 37万km2。多年平均地下水资源总量为7. 43 亿m3,其中山丘区7. 20 亿m3,平原区5. 25 亿m3,重复计算量为5. 02 亿m3。格尔木区居民生活、牲畜、建筑、服务业、少部分林草地及大部分工业用水主要使用地下水。2011 年地下水用水量5636. 3 万m3,详见表1。
单位: 104m3
3 地下水水资源承载力评价
3. 1 水资源承载力的概念与内涵
承载力原指“在一定环境条件下某种生物个体可存活的最大数量”［1-2］。水资源承载力是指“在某一历史发展阶段,依据可以预见的技术和社会经济发展水平,以可持续发展为原则,以维持生态环境良性发展为条件,水资源最大提供给工农业生产、居民生活和生态环境保护等用水的能力”［1］。
目前,我国对区域水资源承载力的研究已有较多成果,但尚未形成完整的理论体系,且以地下水资源承载力作为研究对象的相对较少。在地下水资源承载力的研究方面,屈吉鸿等采用改进的逼近理想解对地下水资源承载力的评价方法进行了研究［3］; 邢旭光等根据地下水开发率等七项指标对西安市地下水资源承载力进行了评价［4］; 匡建超等用物元模型对大庆市地下水资源承载力进行了评价［5］。
总体而言,我国地下水水资源承载力的研究在吸收国外成果的基础上,不断赋予地下水资源承载力新的内涵,但尚未给出既能准确表达承载力大小,又能反映水资源系统与社会经济、生态环境间的关系的评价体系。
3. 2 地下水资源承载力指标体系设计
“压力—状态—响应”( PSR) 框架模型的基本理念是将人类活动对区域自然环境的压力( Pressure) ,资源数量与质量的状态( State) ,以及相应政策和管理措施响应( Response) 作为一个整体系统进行考虑,探讨人类活动与自然环境相互作用下的结果［6］。PSR框架模型能够较好地反映地下水资源承载力的内涵。人口增长、工农业发展和自然环境变化等导致了生活、生产和生态各个方面的用水“压力”。“压力”越大,水资源承载力越弱,主要表现为地下水资源量的减少和水质的恶化两个“状态”。为提高水资源承载力,社会管理部门需要从节约用水、社会协调和生态保护各方面进行“响应”,提高水资源承载力。
本文所采用的PSR框架模型设计的指标体系如下页图所示。
3. 3 指标选取及分级标准确定
格尔木区居民生活、服务业、少部分林草地灌溉及大部分工业使用地下水,根据现状用水情况和监测水平,遵循科学性和简便性的原则,本文从上述评价指标体系中选取万元工业增加值地下水用水量、城镇生活人均地下水用水量、农村生活人均地下水用水量、地下水水质综合达标率、工业用水重复利用率、人口密度、城镇生活污水达标处理率、城市供水管网漏损率、地下水资源开发利用程度共计9 项指标对格尔木区地下水资源承载力进行评价。
本文将水资源承载力状态分为5 个级别: 极高( 1级) 、高( 2 级) 、中( 3 级) 、低( 4 级) 、极低( 5 级) 。确定指标分级标准值时,本文参考已普遍公认的( 国际或国家认可的、国家或区域颁布的发展规划指标值等) 的单项指标。对于未公认指标值及新提出的单项指标,综合考虑国内外该指标的发展趋势合理设计其分级指标值。地下水资源承载力综合评价各项指标分级标准值如表2 所示。
3. 4 现状年及水平年地下水承载力评价
2011 年格尔木区城市常住人口为18. 6 万人。根据《格尔木市自来水公司2011 年生产指标完成统计表》,2011 年城镇居民生活用水916. 5 万m3,且均为地下水,计算得城镇生活人均地下水用水量约为135L( 人·d) 。2011 年格尔木区农牧业人口为1. 70 万,农村生活用水量37. 2 万m3,绝大部分为地下水,农村生活人均地下水用水量约为60 L/( 人·d) 。分析生活用水定额年增长趋势,预测2020 年格尔木城镇居民人均生活用水定额为136L/( 人·d) ,农村居民人均生活用水定额为65L/( 人·d) ; 预测2030 年城镇居民人均生活用水定额为138L/( 人·d) ,农村居民人均生活用水定额为70L/( 人·d) 。
2011 年格尔木区总人口20. 3 万,人口密度为14. 9 人/ km2。根据《格尔木市城市总体规划( 2001—2020) 》,预计格尔木区2020 年人口总数为35. 4 万,人口密度为25. 9 人/km2; 2030 年人口总数为38. 3 万,人口密度将达到28 人/km2。
2011 年格尔木区工业用水总量为4910 万m3,其中地下水3553 万m3,万元工业增加值用水量为32. 1m3,低于青海省( 122 m3) 及海西州( 211m3) 平均水平,工业用水水平相对较高。根据《青海省柴达木循环经济试验区水资源综合规划》,分析2011—2020 年工业用( 需) 水量增长趋势,预测2020 年万元工业增加值为31. 7m3/ 万元,2030 年为21. 2 m3/ 万元。
2011 年,格尔木工业用水重复率为70% ,根据《格尔木新区规划水资源论证》,预测2020 年工业用水重复利用率为80% ,2030 年工业用水重复利用率为85% 。在城市用水方面,2020 年城市供水管网漏损率将从2011 年的13% 降低到10% ,2030 年城市供水管网漏损率降低到8% 。
格尔木平原区浅层地下水资源量5. 25 亿m3,2011地下水供水量0. 55 亿m3( 扣除外调地下水供水量) ,地下水开发利用率为10. 4% 。根据《格尔木新区规划水资源论证》,综合考虑格尔木冲洪积扇前缘水文地质条件和格尔木新区的经济发展要求,最高新增日用水量6. 02 万m3/ d。据此预测2020 年和2030 年地下水开发利用率分别为13% 和15% 。
根据《格尔木新区控制性详细规划与城市设计》论证成果,格尔木区2020 年城镇生活污水处理达标率应达到90% ,2030 年应达到95% ,地下水水质综合达标率可达95% 。
综上所述,现状年、2020 年和2030 年各项指标值以及指标等级计算结果如表3 所示。从表可知,格尔木区现状年及水平年的各项指标基本处于极高( 1级) 、高( 2 级) 级别,2020 年、2030 年地下水承载力状态等级均值为1. 8 和1. 5,地下水资源承载力状态总体较高。主要原因是格尔木地下水主要用于生活、工业和服务业,农业灌溉绝大部分取用地表水,地下水开发利用程度处于较低水平。格尔木区人口密度较小,人口增长对水资源需求的压力较小,并且工业用水效率和工业用水重复率不断提高,城市供水管网漏失率逐步降低,城镇生活污水处理率逐步提高,使得地下水承载力维持在较高水平。
4 地下水开发利用对策
格尔木区地下水开采主要位于格尔木河冲洪积扇前缘,含水层厚度大,有较强的调节能力。按照相关规划,地下水资源仍然有较大的开发潜力,按计划开采地下水资源不会对生态环境产生不良影响。为保障格尔木区的城乡用水需求和生态环境需水,本文基于格尔木区地下水资源承载力现状,提出以下地下水开发对策。
a. 格尔木区的地下水开发应围绕格尔木河洪积扇进行,若开采深层地下水资源,应分布在细土平原带进行。格尔木河尾闾的盐湖工业可根据工业用水对水质要求较低的特点开发利用微咸水或半咸水,以置换出优质水资源保障居民生活及服务业用水。
b. 因格尔木河以西、青新公路以南地段受格尔木河渗漏补给充分,地下水径流通畅,属富水性极强地带,规模开采也不易形成区域性降落漏斗,适宜作为城市供水水源地。另外该地段无集中居民区,更无厂矿企业,能保证格尔木市水源地的安全、稳定和长期供水。
c. 在条件允许的地区,可适当增加农业用水对地下水的开采。洪积扇前缘戈壁砾石与细土交界处适宜作为农业用水水源地,沿洪积扇前缘分散式进行开采,在满足农业灌溉用水的同时,也利于缓解因灌溉用水回归下渗引起的地下水位上升问题,防治土壤的盐碱化。
5 结语
格尔木区内分布有我国重要盐化、石化工业基地,也是柴达木盆地生态系统较为脆弱的地区。地下水资源不仅是城乡生活和工业生产的重要保障,也是支撑良好生态环境的重要基础,因此合理开发地下水资源对保障城乡供水安全、推进经济可持续发展和保护生态环境均有重要意义。
鉴于格尔木区地下水尚有较大的开发潜力,格尔木区的水资源开发应地表水、地下水并重,充分利用优质地下水水源,减少格尔木河引水,以保护细土平原天然绿洲生态环境,维持盐湖的生态平衡和盐湖工业的可持续发展。
摘要：为合理开发地下水资源,本文采用PSR框架设计指标体系,对格尔木区地下水资源承载力进行评价,并提出地下水资源开发对策。评价结果表明,格尔木区地下水开发利用程度较低,地下水资源承载力较高;按照相关发展规划,未来水平年格尔木区地下水资源仍有较大开发潜力。格尔木区的水资源开发应地表水、地下水并重,充分利用优质地下水,减少格尔木河引水,以保护细土平原天绿洲生态环境,保障盐湖的生态平衡和盐湖工业的可持续发展。
地下水资源监测与评价 篇6
沈阳市位于辽宁省中部,是东北三省的经济与文化中心,具有优越的交通优势和巨大的发展潜力,同时沈阳市又是发展东北老工业基地的龙头。水资源是保证城市社会稳定与经济发展的前提,沈阳城市供水主要来源于浑河冲洪积扇浅层地下水含水系统[1]。因此,掌握浑河冲洪积扇浅层地下水目前的水量情况以及可开采的资源潜力,对于指导今后城市地下水资源的可持续性利用显得尤为重要。本文综合利用地下水资源评价中的水均衡法[2]与解析法[3],重点围绕浑河冲洪积扇浅层地下水含水系统的水资源总量进行计算,进一步分析其可开采潜力。
1 自然地理及水文地质概况
浑河冲洪积扇地位于下辽河平原北部,扇地面积约2 000 km2,地理坐标北纬41°30′～42°00 ′,东经123°00′～123°40 ′,涵盖大部分沈阳市城区。扇地属中温带大陆性半湿润季风气候区,四季分明。多年平均气温7.0～8.0 ℃,多年平均降水量为680.3 mm,降水在年内分配不均匀,7-8月降水量占全年降水量的50%左右;多年平均蒸发量为1 442.75 mm,年内蒸发集中于4-5月。扇地内地表水体主要有浑河及其支流,细河、蒲河、沙河等季节性河流,浑河在冲洪积扇地内的多年平均流量为45.60 m3/s,据浑河流域沈阳站多年观测资料,多年平均水位标高为35.15 m,年内水位以5-10月为高,1-3月为低[4]。
扇地地势东北高、西南低,坡降0.75%,地面高程平均为45～50 m。区内包括构造剥蚀地形、剥蚀堆积地形、风积堆积地形及冲积堆积地形[4]。冲积堆积地形是扇地浅层地下水的主要赋存系统。因此,本次水资源评价的主要区域选择扇地内的冲积堆积地形区域,该区域具有明显的砂砾石成因界线,包括河漫滩、一级阶地等形态类型,区域面积约1 150 km2(见图1)。
区内地下水可分为两类含水系统:全新统冲积、冲洪积砂砾石孔隙潜水亚系统以及上更新统冲洪积砂砾石孔隙微承压水亚系统(见图2)。孔隙潜水亚系统分布于浑河高低漫滩区。岩性为砂砾石、砂卵石,平均厚度20.0～40.0余m,地下水位埋深5.0～22.0 m,渗透性能强,单井涌水量10.0～30.0 m3/s。孔隙微承压水亚系统分布于浑河的南、北一级阶地。岩性为砂砾石、砂卵石,厚度10.0～28.0 m,水位埋深一般为5.0～26.0 m,单井涌水量10.0～15.0 m3/s。微承压水以下分布有连续的孔隙承压水含水层,其上覆黏土、亚黏土分布较连续。
2 区域水均衡分析
2.1 扇地地下水动态类型分析
浑河冲洪积扇地下水的动态变化,主要受气象、水文及人为因素控制,地下水动态类型划分为灌溉气象型、水文开采型、气象型和开采型4种主要类型。无论何种动态类型,扇地浅层地下水的补给与排泄方式是长期较为固定的。扇地主要地下水补给来源于大气降水、河道渗漏补给、扇顶带地下水径流补给、地表水灌溉回渗及井灌回归补给;主要的排泄方式是潜水蒸发、径流排泄及人工开采。在整个浅层地下水含水系统中,潜水与承压含水层的相互越流补排可以抵消。
2.2 浅层地下水水均衡方程的建立
地下水水均衡是指均衡计算区或评价计算区内地下水总收入(补给量)与总支出(排泄量)在数量上的均衡关系[2,5]。根据质量守恒定律,均衡区在某一时段内的时段水量均衡方程为:
ΔQ计= Qtr-Qtd
即均衡时段内地下水系统的水量变化量等于该时段内地下水的补给量(输入量)与排泄量(输出量)之差。本次水资源计算区地下水均衡方程式为:
式中:ΔQ计为时段(Δt)内含水层均衡计算水量变化量;Qpr为降水入渗补给量;Qlr为侧向径流补给量;Q河补为浑河河道渗漏补给量;Q灌补为地表水体灌溉入渗补给量;Q井补为井灌回归补给量;Qld为侧向径流排泄量;Qp为人工开采量;QE为潜水蒸发量(各项均衡要素单位:104m3/d)。
3 浅层地下水资源量计算
3.1 水文地质参数的确定
为求得水均衡各要素的值,需要确定如下水文地质参数:
3.1.1 降水入渗补给系数
采用动态资料推求法[6],公式为:
式中:
3.1.2 渗透系数与给水度
运用解析法,应用非稳定流抽水试验资料进行求参[7],抽水试验条件符合泰斯假设条件,可借助泰斯公式或雅柯布公
式,用配线法、直线图解法、水位恢复法等方法求参。计算结果见表2、3及图4、5。
3.1.3 蒸发系数
潜水蒸发量的经验公式计算法。目前,国内外计算潜水蒸发量时,使用最广泛的经验公式是阿维扬诺夫公式[6],公式为:
式中:μ为潜水位变动带的给水度;h为潜水埋藏深度;l为极限蒸发深度;n为蒸发指数多取值在1～3,本次计算取1;ε0为水面蒸发强度;dh/dt为潜水面由蒸发造成的降速;μdh/dt=ε,即为潜水蒸发强度。
按潜水极限蒸发深度,研究区可分为6个区,其结果见表4。
3.1.4 河道渗漏补给修正系数
河道渗漏补给量修正系数(λ)是指采用水文分析法进行河道渗漏补给量计算时,两测站间水面蒸发量与两岸浸润带蒸发量之和,占该河段损失水量的比率。水资源评价区的主河道为浑河,采用1960-2010年水文资料序列。计算得河道渗漏折算系数(λ)见表5。
3.1.5 渠系水有效利用系数、渠系渗漏补给系数
渠系水有效利用系数(η)是地表水灌溉渠系送入田间的水量与渠首引水量的比值。渠系渗漏补给系数(m)是指渠系渗漏补给量Q渠系与渠首引水量Q渠首引的比值。灌溉入渗补给系数(β灌)是指田间灌溉入渗补给量与进入田间的灌水量的比值。计算结果见表6。
3.2 地下水补给量计算
通过计算区的地下水动态分析,结合水均衡方程的地下水补给要素,得到地下水总补给量(Qtr)为各项补给量之和,其计算公式为:
式中:Qtr为地下水总补给量;Qpr为降水入渗补给量;Qlr为侧向径流补给量;Q河补为浑河河道渗漏补给量;Q灌补为地表水体灌溉入渗补给量;Q井补为井灌回归补给量(各补给项单位:104 m3/d)。
3.2.1 降水入渗补给量
首先确定降水量。本次降水资料选取 1960-2010年系列,利用频率分析方法[9],得出频率为P=50%、P=75%和P=95%的降水量分别是629.2 mm、566.0 mm、400.0 mm。
计算区每年11月至次年3月为冰冻期,降水不能有效补给地下水,经计算有效降水占全年降水的比例为0.91。降水入渗补给量采用下式计算:
式中:Qpr为降雨入渗补给量,104 m3/d;P为有效降水量,10-3 m;α为降水入渗补给系数;F为工作面积扣除水面后的计算面积,106 m2。
3.2.2 侧向径流补给量
利用流量断面法,侧向径流补给量和排泄量的计算断面范围见图6。
式中:Qlr为侧向径流补给量,104 m3/d;K为断面含水层渗透系数,m/d;I为垂直于剖面方向上的水力坡度;M为含水层厚度,m;L为断面宽度,m。
3.2.3 河道渗漏补给量
河道渗漏补给量是指当河道水位高于河道岸边地下水水位时,河水渗漏补给地下水的水量。采用水文分析法进行河道渗漏补给量计算,计算公式为:
式中:Q河补为选取河段河道渗漏补给量,万m3;Q上、Q下、Q间分别为上下游水文站实测水量及区间产水量,万m3;Q区为区间引提水量(+)或回归水量(-),万m3;λ为河道渗漏补给量修正系数。
3.2.4 地表水体灌溉入渗补给量
地表水体灌溉入渗补给量,是指引用河水进行灌溉形成的渠系渗漏补给量和水旱田的田间灌溉入渗补给量等各项补给量之和。采用渠系渗漏补给系数法计算渠系渗漏补给量。计算公式:
式中:Q渠首引为灌溉渠首引水量;m为渠系渗漏补给系数。
渠灌田间入渗补给量,是指地表渠灌水进入田间后,入渗补给地下水的水量。采用下式计算:
式中:β灌为渠灌田间入渗补给系数;Q渠田为渠灌水进入田间的水量。
3.2.5 井灌回归补给量
井灌回归补给量系指井灌水(浅层地下水)进入田间后,入渗补给地下水的水量。计算公式为:
式中:β渠为井灌回归补给系数;Q井田为井灌水进入田间的水量,采用浅层地下水用于农田灌溉的实际开采量。
综上所述,计算区浅层地下水各项补给要素及总补给量见表7。
3.3 地下水排泄量计算
研究区地下水年均总排泄量计算公式为:
式中:Qtd为地下水总排泄量;Qld为侧向径流排泄量;Qp为人工开采量;QE为潜水蒸发量(各项单位:104 m3/d)。
3.3.1 侧向径流排泄量
计算原理与侧向径流补给量相同,采用断面流量法进行计算。
3.3.2 潜水蒸发量
潜水蒸发量是指潜水在毛细管作用下,通过包气带岩土向上运动造成的蒸发量(包括棵间蒸发量和被植物根系吸收造成的叶面蒸发量两部分)。计算方法采用潜水蒸发系数法[6],计算公式:
式中:E为潜水蒸发量,万m3;E0为水面蒸发量,mm,采用最近的2009-2010年两年的年平均值1 135.08 mm;C为潜水蒸发系数(无因次);F为计算面积,km2。
3.3.3 人工开采量
根据调查及资料统计,经过综合分析得出工作区 2009-2010年两年的年均人工开采量统计表[8](见表8)。
综合以上地下水排泄量要素,得到计算区地下水各排泄要素及总排泄量结果,见表9。
3.4 浅层地下水资源量计算
前文已经建立了计算区水均衡方程,即ΔQ=Qtr-Qtl。因此将时段2009-2010年计算得到的总补给量与总排泄量代入水均衡方程即可得到地下水资源量。当ΔQ>0 时为正均衡,表现为地下水位上升;当ΔQ<0 时为负均衡,表现为地下水位下降;当ΔQ=0时,表示Qtr=Qtd,即补给量等于排泄量,时段始、末的地下水位相同[9]。
为验证水均衡计算的各项参数选取是否合理,将均衡计算结果(ΔQ计)与地下水储存量的实际变化量(ΔQ实)进行比较,并计算其相对误差(ΔE),进一步计算ΔQ计与ΔQ实相对误差的百分比,取绝对值。当ΔE≤20%时,即计算精度达到了80%以上时,则认为满足精度要求。
松散孔隙潜水及承压水的水量变化量,可由下式确定:
式中:μ为潜水水位变动带的给水度或饱和差;μ*为承压含水层的弹性释水系数;F为均衡区面积,m2;ΔQ实为时段(Δt)内含水层水量实际变化量,m3;ΔQp,ΔQc为时段(Δt)内潜水、承压水的水量变化量,m3;ΔHp,ΔHc为时段(Δt)内潜水、承压水的水位变幅,m。
计算区水位变幅经统计后,得出潜水位年平均变幅-0.27 m,承压水位年平均变幅-0.33 m。
本文选用资料较为齐全的2000年水均衡情况,与2010年地下水均衡计算进行对照,用于验证所选参数是否合理。计算结果见表10。
由均衡结果可知,本次计算的均衡项数值较为合理,所选用的参数是合理的,计算区浅层地下水呈现负均衡。
4 浅层地下水可开采潜力分析
4.1 浅层地下水可开采资源计算
浑河冲洪积扇地浅层地下水作为沈阳城区及周边主要供水含水层,开发利用条件很好,通过对实际开采量、地下水位特征及地下水补给量三者之间的关系,确定出合理的开采系数,则多年平均地下水可开采量等于开采系数与多年平均现状条件下地下水补给量的乘积。计算公式为:
式中:Qr为计算区多年平均地下水补给量,m3/a;ρ为开采系数。
开采系数是根据不同计算区单井涌水量和地下水降深确定的。当单井涌水量大于5.6 L/(s·m),地下水降深小时,ρ取0.85～0.95;当单井涌水量2.8～5.6 L/(s·m),地下水降深较小时,ρ取0.75～0.85;当单井涌水量1.4～2.8 L/(s·m),地下水降深较大时,ρ取0.65～0.75。
浑河冲洪积扇地孔隙潜水含水系统单位涌水量10.0～30.0 L/(s·m),孔隙承压水含水系统单位涌水量10.0～15.0 L/(s·m),且研究区地下水降深普遍较小,故ρ取值0.95。
开采系数法计算地下水可开采资源量成果见表11。
4.2 浅层地下水可开采潜力分析
现状条件下地下水剩余资源量,是指地下水可开采资源与现状地下水实际开采量之差,它是衡量地下水开采潜力的依据。地下水开采系数(Kc),是指地下水实际开采量与可开采资源量之比,它是衡量地下水开发利用程度的指标之一。地下水剩余系数(Ks),是指剩余资源量与可开采资源量之比,它是衡量地下水开发利用的潜力——可持续开发利用的主要指标之一[9,10]。当Kc=1 时,地下水开采达到平衡,开采潜力为零。一般认为,Kc<0.3时,开采潜力巨大,Kc>1.2 时,为严重超采区。
采用开采系数法计算得出的可开采量进行可开采潜力分析。计算区2010年地下水开采潜力计算结果见表12。
平水年时,开采系数为0.984,小于1,说明尚有一定的开采空间;降水频率为75%时,研究区地下水资源已经处于轻度超采状态,水量基本均衡;当降水频率达到95%及以上时,开采系数逐渐增大甚至接近1.2,研究区地下水的开采处于严重超采状态。利用多年平均降水量进行2010年地下水潜力计算后,开采系数为1.030,虽然基本平衡,但2010年度已处于轻度超采状态了,在不袭夺邻区地下水资源和动用储存量的情况下,研究区应谨慎扩大开采量的能力。
5 结论与建议
通过上述分析与计算,浑河冲洪积扇地浅层地下水含水系统的动态类型是多种动态类型复合而成,统一了水均衡方程;在分别计算水均衡补给要素与排泄要素各量的基础上,得出计算区浅层地下水总补给量为60 338.20万m3,总排泄量为66 286.95万m3,扇地目前的水均衡形式属于负均衡,目前潜水水位年变幅为-0.27 m,承压水水位年变幅为-0.33 m;利用开采系数法,考虑降水频率为50%、75%、95%以及多年平均降水量条件下,计算各条件下浅层地下水的可开采量情况,计算得出降水频率达到50%、75%、95%时对应的可开采量分别是59 980.01万m3、58 247.36万m3、53 736.50万m3,多年平均降水条件下的可开采量为57 321.29万m3;经统计,2010年扇地地下水实际开采量为59 049万m3;2010年地下水实际开采量与多年平均降水情况下地下水可开采量进行对比,通过分析实际开采系数,可以看出,计算区目前处于轻微超采状态。
针对目前沈阳市地下水轻微超采的态势,应严格控制研究区浅层地下水开采量,关闭部分水源地或减少开采井数,把开采量压缩到水源地地下水补给量所允许的范围内;调整开采布局;加强地下水管理,建立合理的开采制度;对超采区开采井,降低其开采量,控制开采时间,防止过量开采;开采量结合丰、枯水期的时间段,有效的宏观调控供水量;适当人工补给过量开采的含水层;建立健全地下水动态监测网,及时采取防患补救措施。
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通化地区地下水资源现状评价 篇7
关键词：通化,地下水,资源,现状评价
前言
水在人类生活生产中占有重要地位, 它既是生活资料, 也是生产资源。随着国民经济的日益发展, 我国部分城市出现水资源短缺问题, 地表水已不能完全满足人们生产生活的需要, 地下水被大量开采利用, 因此必须加强对地下水资源的监测与评价, 为地下水资源保护工作提供科学依据。
1 水资源评价
本次主要是针对与大气降水、地表水有直接联系的、更新较快且易于开采的浅层地下水资源, 通过水量分析和水质评价两方面进行综合评价。
1.1 水量分析
对地下水水资源总补给量的分析计算, 通常以地下水的补给量作为地下水资源量, 但通化地区属于山丘区, 山丘区地质条件复杂, 直接计算补给量比较困难, 但就地下水的平衡来说, 无论补给方式多么复杂, 补给量总会转化成排泄量, 尤其是山丘区, 地形起伏、高差悬殊、河床深切、底坡陡峻、调蓄较差、接受大气降水补给后, 形成径流, 通过散泉很快溢出地面, 排入河流。补排机制, 比较简单。所以按地下水均衡原理, 总排泄量等于总补给量。山丘区的地下水资源量可用各项排泄量之和来计算。山丘区的排泄量中具有决定意义的是河川基流量, 其他各项, 数量较小, 有的可以忽略不计, 根据实际情况, 通化地区的地下水排泄量用河川基流量和开采净消耗量之和计算, 因此需要把河川基流量从河川径流量中分割出来, 本次评价采用平割法分割各代表站的河川基流量, 单站的河川基流量具体算法是选用最枯三个月的平均流量平割。结果详见表1
评价区河川基流量的计算采用模糊分区法, 即根据区内代表站基流模数加权平均求得评价区平均基流模数, 计算区平均基流模数乘以评价区面积求得评价区河川基流量。根据上述计算结果得出-计算区平均基流模数为6.125万m3, /Km2评价区面积为15100Km2, 得出评价区的河川基流量为9.248亿m3。通化地区的开采净消耗量为1.424亿m3, 计算出通化地区的地下水资源总量为10.672亿m3。
1.2 水质评价
选择国家标准《地下水质量标准》GB/T14848-1993, 作为2011年通化市地下水质量评价的标准。本标准适用于一般地下水, 是地下水勘测评价、开发利用和监督管理的依据。依据我国地下水水质现状、人体健康基准值及地下水质量保护目标, 本标准按水体功能依次划分为五类, 其中Ⅰ类主要反映地下水化学组分的天然低背景含量。适用于各种用途。Ⅱ类主要反映地下水化学组分的天然背景含量。适用于各种用途。Ⅲ类以人体健康基准值为依据。主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水。Ⅳ类以农业和工业用水要求为依据。除适用于农业和部分工业用水外, 适当处理后可作生活饮用水。Ⅴ类不宜饮用, 其他用水可根据使用目的选用。依据本标准选用用来表示水中有机污染的参数及有毒物质、盐类等12项参数进行分析评价。这些参数是:p H值、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、挥发酚、氰化物、砷化物、六价铬、总硬度、氟化物、高锰酸盐指数、硫酸盐、氯化物。评价结果见表2。
2011年全区地下水水质状况分析。
采用单项组分评价法对通化市13处地下水观测井进行了评价分析。通过评价分析发现13处观测井中含单项参数水质类别为Ⅳ类的观测井3处, 占观测井总数的23.1%。主要污染物有硝酸盐氮、高锰酸盐指数、氟化物。其余10处观测井单项参数水质类别均在Ⅰ至Ⅲ类之间。
2 结论
通过以上评价:通化地区的地下水资源总量为10.67亿m3, 总用水两量为1.42亿m3。则弃水量为9.25亿m3, 故水资源未得到最大限度的利用, 通化地区蕴含的地下水资源量是丰富的。但地下水的水质少量观测井的单项水质参数已达到Ⅳ类, 部分地区的地下水水质已受到了污染。
3 污染原因分析及治理措施
3.1 污染原因分析
从评价结果分析, 造成污染的物质有硝酸盐氮、高锰酸盐指数和氟化物。硝酸盐氮是含氮有机物氧化分解的最终产物, 高锰酸盐指数是指在酸性或碱性介质中, 以高锰酸钾为氧化剂, 处理水样时所消耗的高锰酸钾的量, 用与消耗高锰酸钾的量相当的氧的量来表示, 它是表征水体被有机物 (还原性无机物) 污染的惯用指标。高锰酸盐指数含量的主要来源是有机物, 水中的有机物是由生物遗体的分解产物, 随水循环在各类水体中的迁移、积累而存在, 随着对各类污、废的接纳而增多, 有机物主要来源于人们的生产和生活。氟化物指含负价氟的有机或无机化合物。氟广泛存在于自然水体中, 自然界中的氟化物主要来源于火山爆发、高氟温泉、干旱土壤、含氟岩石的风化释放以及化石燃料的燃烧等, 与其他卤素类似, 氟生成单负阴离子 (氟离子F-) 。氟可与除He、Ne和Ar外的所有元素形成二元化合物。适当的氟是人体所必需的, 过量的氟对人体有危害。所以氟化物在生产和生活中被广泛应用。来源于土壤和岩石中的氟很难控制, 现在只能减少人为污染, 使地下水的水质满足各类用水要求。
3.2 防治措施
3.2.1 通化市是湿润多雨地区, 年均降水量800mm以上, 地下水资源丰富, 地下水水质本次评价结果显示只有少量观测井的单项水质组分达到Ⅳ类, 大部分地区地下水质较好, 要注意保持现在的状况, 加强治理, 严禁未经处理的工业污水直接排入地下。
3.2.2 为防止地下水污染和过量开采、人工回灌等引起的地下水质量恶化, 必须按《中华人民共和国水污染防治》和《中华人民共和国水法》有关规定执行。
3.2.3 利用污水灌溉、污水排放、有害废弃物的堆放和地下处置, 必须经过环境地质可行性论证及环境影响评价, 征得环境保护部门批准后方能施行。
3.2.4 建议水行政部门应在不同质量类别的地下水域设立监测点, 对地下水水质进行检测, 监测频率不得少于每年二次, 并对地下水埋深情况进行监测, 及时掌握地下水开采情况, 防止过度开采。
参考文献
[1]张顺联, 地下水资源计算与评价[M], 水利电力出版社
[2]金传良郑连生, 水质技术工作手册[M], 能源出版社
谈地下水资源评价数值法 篇8
1 建立水文地质概念模型
在充分了解和研究计算区的地质和水文地质条件的基础上, 结合评价的任务、取水工程的类型、布局等, 对实际的水文地质条件进行概化, 抽象出能用文字、数据或图形等简洁方式表达并反映地下水运动规律的水文地质概念模型。所建立的水文地质概念模型应符合下列要求:根据目的和要求, 所建立的水文地质概念模型应反映计算区地下水系统的主要功能和特征;水文地质概念模型应尽量简单明了;水文地质概念模型应能用于定量描述, 便于建立描述符合计算区地下水运动规律的数学模型。
2 建立计算区的数学模型
根据上述水文地质概念模型, 可以相应地建立计算区数学模型。地下水流数学模型是刻画实际地下水流在数量、空间和时间上的一组数学关系式。它具有复制和再现实际地下水流运动状态的能力。实际上, 地下水流数学模型就是把水文地质概念模型数学化。描述地下水流的数学模型种类很多, 本书指的是用偏微分方程及其定解条件构成的数学模型, 其中的定解条件包括边界条件和初始条件。有限单元法和有限差分法都是将所建立的数学模型用不同方式离散化, 使复杂的定解问题转化成简单的代数方程组, 通过应用计算机编程求解代数方程组, 解出有限个点在不同时刻的数值解。
3 从空间和时间上离散计算域
将计算域进行剖分, 离散为若干小单元, 作出剖分网格图。剖分时, 首先要选好节点, 节点最好是观测孔, 以便获得较准确的水位资料。但一个计算域的节点不可能都是观测孔, 这就需要许多插值点来补充。插值点应放在水位变化显著的地方、参数分区的部位及井孔节点稀疏的地方。
选好书点后, 在将节点连接成单元时, 还应按单元剖分的原则做适当的点位调整。时间离散前先要确定模拟期和预报期。模拟期主要用来识别水文地质条件和计算地下水补给量, 而预报期用于评价地下水可开采量和预测地下水水位。一般取一个水文年或若干水文年作为模拟期, 在一个较完整的水文周期内识别数学模型, 可提高识别的可信度。依据地下水资源评价目的和要求确定预测期。
模拟期确定后, 应给出初始时刻地下水流场, 并给出各节点的水位。为了反映出模拟期地下水位的动态变化, 还应将模拟期划分成若干个时段;称为时间离散。模拟期时间离散, 可根据水头变化快慢的规律, 确定适当的时间步长。对模拟抽水试验来说, 开始以分钟为单位, 以后以小时、天为单位。模拟大量开采时, 可以月、季 (丰水期、枯水期) 及年为单位。
4 校正 (识别) 数学模型
模型的识别在数学运算过程中称为解逆问题。在识别过程中, 不仅要对水文地质参数进行调整, 而且对地下水的补排量、含水层结构及边界条件都可进行适当调整, 所以, 解逆问题具有多解性。识别因素越少, 则识别越容易。解逆问题有两种方法, 即直接解法和间接解法。由于直接解法要求每个节点的水头均应是实际观测值, 在实际中很难办到, 所以应用较少, 而常用的是间接解法。
间接解法就是试算法, 即根据所建立的数学模型, 选择相应的通用程序或专门编制的程序, 用勘探试验所取得的参数和边界条件作为初值, 选定某一时刻作为初始条件, 按程序所要求的数据输入的顺序输入数据, 然后, 按正演计算模拟抽水试验或开采, 输出各观测孔各时段的水位变化值和抽水结束时的流场情况。把计算所得水头值与实际观测值作对比, 如果相差很大, 则修改参数或边界条件, 再进行模拟计算, 如此反复调试, 直到满足判断准则为止。
参数调试的方法也有两种, 一是人工调试, 二是机器自动优选。人工调试简单方便, 特别是在对计算区水文地质条件认识较清楚、正确时, 容易达到误差要求;机器自动调试, 由于存在多解性, 有时可能同时得出几组参数都能满足数学上的要求, 这就需要根据水文地质条件人为地分析确定参数。
5 验证数学模型
为了检验所建立的数学模型是否符合实际, 还要用实测的水位动态进行校正, 即在给定边界条件、初始条件、参数和各项补排量的基础上, 通过比较计算水位与实测水位, 检验模型的正确性, 这一过程称为模型识别 (校正) , 这种校正既可以对水文地质参数进行识别, 也可以对边界性质、含水层结构等水文地质条件重新识别。识别的判别准则为:计算的地下水流场应与实测地下水流场基本一致;观测井地下水位的模拟计算值与实测值的拟合误差应小于拟合计算期间水位变化值的10%, 在水位变化值较小 (小于5m) 的情况下, 水位拟合误差一般应小于0.5m;实际地下水补给量与排泄量之差应接近计算的含水层储存量的变化量;识别后的水文地质参数、含水层结构和边界条件符合实际水文地质条件。满足上述要求, 则认为所建立的数学模型基本上真实地刻画了水文地质概念模型。
6 模拟预报, 进行地下水资源评价
经过验证的模型, 虽然符合客观实际, 但只能反映勘探阶段的实际情况, 而未来大量开采后, 其边界条件和补给、排泄条件还可能发生变化。如果进行抽水试验的水位降深不够大, 延续时间不够长, 边界条件尚未充分暴露, 则大量开采地下水后就可能发生变化。因此, 在运用验证后的模型进行地下水开采动态的水位预报时, 还要依据边界条件的可能变化情况做出修正。对变水头边界, 应推算出各时刻的水头值;对流量边界, 应给出各计算时段的流量;垂向补给量或排泄量有变化时, 应推算出各时段的补给量和排泄量。这些推算量的准确程度, 会影响到数值法成果的精度。因此, 只有在边界条件和补、排条件变化不大时, 数值法的预报结果才是较准确的。否则, 做长期预报需依赖于对气候、水文因素预报的准确性。
参考文献
[1]陈宏宾.水文地质工程勘察规范[M].北京:建筑工业出版社, 2006.
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