第二节　地下水资源评价

一、地下水资源量的计算

不同分类的地下水资源量有多种，具有评价意义的地下水资源量主要有地下水补给量、储存量和允许开采量，下面分别介绍其计算方法。

（一）补给量的计算

地下水的补给量包括天然补给量和开采条件下的补给增量。

1.地下径流量的计算

无论在天然或开采条件下，进入含水层的地下径流量，可按式（3-7）计算：

Q_j=KIBH　　（3-7）

式中　Q_j——地下径流量，在含水层厚度较小和地下水位变化较大的地区，宜分别计算枯、丰水期的地下径流量，m³/d；

K——渗透系数，一般采用抽水试验资料确定，当剖面上岩性变化不大时，取平均值，岩性相差较大时，取厚度的加权平均值；缺乏实际试验资料量时，可参考表3-1取经验数值，但要充分考虑到勘察阶段对水文地质参数的要求，m/d；

B——计算断面宽度，计算断面一般应选择在强烈渗透地段的下游、地下水的排泄带、径流畅通地段或抽水时地下水汇集的范围内；当断面宽度有限时，一般应包括全部断面，当宽度很大而需水量不大时，可选择其中有代表性的地段，m；

H——对于潜水为潜水位标高，应取勘察期间年最低水位以下的平均厚度；对于承压水为含水层厚度；对于层间水，应取勘察期间年均水位以下的平均厚度，m；

I——水力坡度，采用补给边界处垂直于计算断面的水力坡度，一般应由地下水等水位线图确定。

2.大气降水入渗补给量

大气降水入渗补给是地下水最基本的补给来源。常采用以下几种计算方法。

（1）降水入渗系数法　计算公式为：

Q_s=FαP/365000　　（3-8）

式中　Q_s——降水入渗补给量，m³/d；

F——降水入渗补给的面积，m²；

α——年平均降水入渗系数，降雨入渗系数受包气带岩性、地下水埋深和降雨量影响；

P——多年平均降水量或设计保证率下的年降水量，当雨量观测点分布均匀时，可采用算术平均值；分布不均匀时，必须取加权平均值，mm。

（2）水位动态法　地下径流条件差，降水入渗补给为主的潜水分布区，入渗补给量在潜水中的积聚后表现为水位上升，这时可按勘察年间的动态资料，按式（3-9）计算降水入渗补给量：

Q_s=μF∑Δh/365　　（3-9）

式中　Q_s——降水入渗补给量，m³/d；

μ——给水度，可由长期观测资料、抽水试验资料、室内试验确定。无试验资料时，可参照表3-2选定；

F——接受降水入渗的面积，m²；

∑Δh——一年内，每次降水引起地下水位升幅之总和，m。

（3）均衡法　地下径流条件良好的潜水分布区，水位升幅是地下水流入量和降水入渗量的综合反映，这时可按均衡关系计算入渗量。

在水源地内选一个代表性地段，沿潜水流向布三个观测孔，取相邻两孔中间断面之间地段为均衡段。在均衡段内，任何时段的水量均衡关系应满足式（3-10）：

μFΔh/Δt=Q₁-Q₂+Q_s　　（3-10）

式中　Q₁——均衡段的流入量，m³/d；

Q₂——均衡段的流出量，m³/d；

Q_s——均衡段的入渗量，m³/d。

　　 （3-11） 　　

　　 （3-12） 　　

把各项代入均衡式中，整理得

　　 （3-13） 　　

式中　μ——给水度；

h₁、h₂、h₃——上、中、下游观测孔同一时间的潜水水位标高，m；

Δt——计算时段的时间间隔，d；

Δh——Δt时段的地下水位升幅，m；

l₁、l₂——上游至中游、中游至下游观测孔距离，m；

B——计算断面宽度，m。

应用该式时，如果计算面积大，各项数据有明显差异时，将各区计算结果总和相加。

3.地表水体入渗补给量

在开采与地表水体有密切水力联系的含水层时，除地表水体天然入渗量外，更应考虑在开采条件下，促使大量地表水体转化为地下水所增加的补给量。如果以地表水入渗补给为主，则应以开采条件下，地表水体入渗补给量作为论证开采量保证程度的主要依据。根据地表水体的特征及开采井与地表水体的关系，其入渗补给量采用以下方法计算。

（1）河流断面流量差法　对于常年性河流，选择上、下游两个断面，两断面之间的河流入渗量可利用式（3-14）计算：

Q_h=Q₁±Q₂-Q₃+Q₄-Q₅-Q₆　　（3-14）

式中　Q_h——河水入渗补给量，m³/d；

Q₁——河流上游断面流量，m³/d；

Q₂——支流流入或流出量，m³/d；

Q₃——从河流抽取的水量，m³/d；

Q₄——向河流内排放的水量，m³/d；

Q₅——河水面蒸发量，m³/d；

Q₆——河流下游断面流量，m³/d。

（2）稳定平面流法　在河水水位随季节变化不大时，把河水年平均水位作为原始水位，把开采区的动水位看成是明渠的水位。可按稳定的平面流公式近似计算河水的入渗量。

　　 （3-15） 　　

式中　Q_h——河水入渗量，m³/d；

B——河水对供水井群的补给宽度，m；

K——渗透系数，m/d；

H₂——河水水位至含水层底板高度，m；

h——供水井群动水位高度，m；

l₂——井群至河水边直线距离，m。

（3）分段累积法　当河水水位随季节变化较大时，要考虑水位变化历程对入渗量的影响，将一年的河水位概划为若干阶段，定出每一阶段的水位和经历时间，再按式（3-16）计算入渗量。

　　 （3-16） 　　

式中　Q_h——河水对地下水的入渗补给量，m³/a；

F_c——河水入渗面积，m²；

a——压力传导系数，m²/d；

K——渗透系数，m/d；

H₀——枯水期末t₀时的含水层厚度，m；

H₁，H₂，…，H_n——自含水层从隔水层底板算起的不同时间t₁、t₂、…、t_n的河水位，m；

T（τ）——同概率积分有关的函数，可按表3-3查得。其中τ=a（t-t₀）/l²，t-t₀为计算时段，d，l为河水入渗的平均宽度，m。

（4）水量均衡法　在湖泊、水库、水塘等地表水体分布地区，地表水体的入渗补给量可根据大气降水量、地表水汇流量、水面蒸发量和水体增减的平衡关系按式（3-17）计算：

Q_h=xW/365±ΔQ-E±ΔV/365　　（3-17）

式中　Q_h——湖泊、水库等闭合水体的入渗补给量，m³/d；

x——年平均降水量，m；

W——水体的分布面积，m²；

ΔQ——水体的流入量与流出量之差，纯闭合型水体流出量为零，m³/d；

E——水面蒸发量，m³/d；

ΔV——水体容积的年变化量，m³/d。

（5）单位长度入渗量法　对于渠道，水面相对较窄，水面蒸发量可忽略不计，可选择一段比较平直的、具有代表性的渠道，选择其中两个断面测量流量，上、下两断面的流量之差即为该渠道的入渗补给量，可用式（3-18）计算：

Q_h=ql=K（B+Ch₀）　　（3-18）

式中　Q_h——渠道的入渗补给量，m³/d；

K——渠道的渗透系数，m/d；

B——渠道的水面宽度，m；

h₀——渠道内水深，m；

C——与渠道边坡坡度m、B/h₀有关的系数；

q——渠道单位长度入渗量，m³/（d·m）。

4.灌溉水入渗补给量

地表水和地下水灌溉田地后入渗补给地下水形成灌溉水入渗补给量，也称为田间回归量。主要由地下水位升幅法和灌溉定额法计算。

（1）地下水位升幅法　地下水位升幅法是基于田间灌溉后引起地下水位升高数据计算入渗补给量，计算公式为：

　　 （3-19） 　　

式中　Q_g——灌溉水入渗补给量，m³/d；

μ——给水度；

Δh——灌溉引起的地下水位升幅，m；

A——灌溉面积，m²。

（2）灌溉定额法　灌溉定额法是根据不同作物的灌溉定额用水量与入渗率的乘积计算入渗补给量。计算公式为：

　　 （3-20） 　　

式中　Q_g——灌溉水入渗补给量，m³/d；

a——入渗率，无量纲；

A——灌溉面积，m²；

m——灌溉定额，m。

显然，不同的作物有不同的灌溉用水量定额，不同的土壤也具有不同的入渗率，因此具体计算时应仔细调查分析，分区计算，然后再合计灌溉总面积内的田间回归量。

5.相邻含水层垂向越流补给量

相邻含水层的垂向越流补给量，通常可分为天然状态下和开采状态下的垂向越流补给量。对于开采量评价而言，开采状态下的垂向越流补给量随开采降深的加深及下降漏斗的扩大而增加，在有的地区是不可忽视的补给量。相邻含水层垂向越流补给量，可按式（3-21）计算：

　　 （3-21） 　　

式中　Q_y——相邻含水层垂向越流补给量，m³/d；

K_u、K_e——开采层上、下部弱透水层垂直渗透系数，m/d；

M_u、M_e——开采层上、下部弱透水层的厚度，m；

F_u、F_e——开采层上、下部越流面积，m²；

H_u、H_e——与开采层相邻上、下含水层水位，m；

h——开采层的水位或开采漏斗的平均水位，m。

应用式（3-21）计算时，要首先分析越流的产生过程，当只有主含水层之上的含水层越流时，只考虑式（3-21）的前部分；当只有主含水层之下的含水层越流时，只考虑式（3-21）的后部分；当主含水层上下均有越流时，应用式（3-21）计算总的越流量。

6.综合补给量的计算

在水文地质条件复杂的地区，若分别确定各项补给量有困难时，可根据计算地段的均衡方程，利用地下水的排泄量和开采区含水层中储存量年差资料计算综合补给量。可按下列关系式计算：

Q_zb=E+Q_y+Q_j+Q_k±ΔV/365　（3-22）

式中　Q_zb——开采区含水层接受的日平均补给量，m³/d；

E——开采区日平均地下水蒸发量，m³/d；

Q_y——开采区地下水日平均溢出量，m³/d；

Q_j——流出区外的日平均径流量，m³/d；

Q_k——开采区含水层日平均开采量，m³/d；

ΔV——开采区连续两年同一天含水层中地下水储存量年差（当年储存量大于上年者取正值，反之取负值）。

（二）储存量的计算

储存量包括容积储存量和弹性储存量。潜水含水层及承压含水层要计算容积储存量，承压含水层还要单独计算弹性储存量。若有两个以上不同岩性的含水层或含水层在水平方向和垂直方向岩性变化较大时，应分层或分区进行计算。计算范围应与勘察范围或含水层分布范围一致，计算深度不低于勘探深度。

1.容积储存量

可用式（3-23）计算：

W=μV　　（3-23）

式中　W——地下水的储存量，m³；

μ——含水岩石的给水度（小数或百分数）；

V——潜水单元含水层的体积，m³。

2.弹性储存量

可按式（3-24）计算：

W_弹=μ*Fh　　（3-24）

式中　W_弹——承压水的弹性储存量，m³；

μ*——储水（或释水）系数，无量纲；

F——单元承压含水层的面积，m²；

h——承压含水层自顶板算起的压力水头高度，m。

（三）允许开采量的计算

地下水允许开采量的计算是地下水资源评价的关键。目前的计算方法很多，如水量均衡法、解析法、数值法、比拟法和模拟法等。各种方法的基本原理、适用条件和优缺点等详见表3-4。

二、地下水资源评价的内容和原则

（一）地下水资源评价的内容

地下水资源评价的内容包括地下水水量评价、水质评价、开采技术条件评价、环境效益评价、防护措施评价等。

1.地下水水量评价

对于局部水源地有两种水量评价方法：一是根据水文地质条件布置经济技术合理的取水构筑物，预测出稳定的允许开采量，或允许降深内规定期限的允许开采量，即最大允许开采量的评价；二是按具体的供水要求布置几种不同的取水方案，通过计算，比选出最佳方案，若为稳定型和调节型开采动态，应评价其保证程度；或为消耗型开采动态，则应评价不同开采期内的水位降深情况。

对于区域地下水资源评价，应计算出两种开采量：一是潜在的开采量（或称最大允许开采量），即区域内水位降深不超过允许降深条件下能开采出的全部补给量和补给增量，以及允许降深内范围内的储存量，它只反映了区域地下水潜在的保证性，并不能真正地开采出来；二是可望开采量（或称可实现开采量），指一定的取水构筑物系统在具体开采条件下的区域开采量。

2.地下水水质评价

按照不同用水户的水质要求，进行物理性质和化学成分是否符合标准的评价。当城市生活用水水源与工业用水水源为同一水源时，一般进行生活饮用水卫生标准评价与一般工业用水水质评价，并应以生活饮用水卫生标准评价为主。

3.开采技术条件评价

要计算在整个开采利用地下水资源的过程中，地下水位的最大下降值是否满足开采区内各点水位下降的最大允许值。开采技术评价结果与取水构筑物的布置（水平、垂向）及单井涌水量有密切的关系，如果某一开采方案下地下水水位降深超过了最大允许降深，要调整开采方案重新计算，直到满足降深条件时的开采方案才是合理的开采方案。

4.环境效益评价

要阐明在开采利用地下水资源之后，由于区域地下水下降而引起的生态平衡的变化以及地面沉降等不良的环境地质问题，并且要论证当地下水开采利用之后水源地地下水水质的变化趋势，以及拟建水源地的开采对其他已建水源地水量和水质的影响等。

5.防护措施评价

根据水文地质条件及含水层的防污性能，提出开采利用地下水资源时是否需要特殊的防护措施，以及为保证本水源地的正常开采利用而采取的水质水量防护的具体措施。

（二）地下水资源评价的原则

1.水质水量统一评价原则

地下水资源就是指符合一定水质标准要求的水量，因此在进行地下水资源评价时必须是水量和水质同时考虑。因为国民经济各部门对水质、水量的要求各有不同，若有水质不符合其要求的地下水，即使水量很大也没有利用价值。同样，若水质符合要求，但水量很少，也不能满足生产要求。

2.“三水”转化的统一评价原则

地下水广泛参与自然界水循环，与大气降水、地表水有着密切联系，在一定条件下可以相互转化，当开采地下水时，这种转化总是朝着有利于向开采量转化的方向发展。例如傍河取水时，其保证稳定开采的补给增量主要是袭夺河水的激化补给量。因此，地下水资源评价时应用地表水和地下水互相转化的观点分析和计算开采与补给的新平衡。

但应特别注意，当以“三水”转化观点评价时，往往要对与评价区地下水资源有关的大气降水、地表水一并作出评价，不注意时往往会出现同一个量重复计算的情况。例如傍河水源地，由于地下水开采会使河水的补给量减少，如果把分别计算的地表水和地下水资源总加起来作为总的水资源，就会出现重复量。因此在评价区域地下水资源时，应注意不仅要评价地下水开采过程地下水的变化，还要预测地下水开采过程中河川径流量、水位和水质的变化，将该区的地表水与地下水统一评价、统一规划。

3.以丰补歉、调节平衡的原则

要充分发挥地下水储存量的调节作用及地下水库的特点。只要含水层有一定的储存能力，就可以充分利用储存量的调节作用，可取多年平均补给量作为可开采量。在旱季或旱年，可借用储存量来满足开采量，到雨季或丰水年，除维持正常的开采量外，将旱季或旱年动用的储存量补偿回来。这样的开采方案，在旱年可能出现水位持续下降的趋势，而到丰水年又可以回升，从而达到多年平衡。对于储存量大、雨季降水量较大的水源地，取旱季或旱年最小的补给量作为地下水资源的评价依据是偏保守的。

对于特定的城市供水水源地，因要持续不断地开采设计水量，以丰补歉的基本条件应该是从水文地质条件看，地下含水层具有足够的储存空间，以便于枯水期借用一定水量，而在丰水期也能够得以补给储存使水量恢复。另一重要条件是在丰水期除满足正常设计开采水量的前提下，还有水量能够补充枯水期所欠的水量。

4.考虑人类活动影响的原则

人类活动都有可能引起地下水的补给量增加或排泄量的减少。如评价区内修建水库，开挖渠道及运河等人工水利工程建设都会渗漏补给地下水。此外，在地下水位埋藏较浅的地区，由于开发地下水造成水位大幅度降低，导致蒸发量减少，从而将蒸发排泄量转化为允许开采量。

5.安全生产防止不良后果的原则

由于开采地下水使水位下降，可能在水源地或区域引起一些不良后果，如对农业开采井水量的影响、对已建相邻水源地正常开采的影响、地面沉降、水质恶化等。因此评价地下水资源时必须同时对发生不良后果的可能性做出评价。以不产生不良后果，达到安全生产为原则。

三、地下水资源评价的步骤与方法

（一）地下水资源评价步骤

（1）收集区域和水源地所有的气象、水文、地质、水文地质资料，分析边界条件。

（2）分析已收集的资料，如通过钻孔资料了解含水层层数和层位、厚度、岩性岩相变化、相邻含水层越流等；通过气象、水文及包气带岩性特征等资料分析地下水的补给源、补给途径、估算补给量；利用抽水试验资料分析含水层的渗透性和富水性等；利用钻孔的水位资料了解区域及水源地的地下水流场；分析地下水长期观测资料了解区域和水源地的水位、水质动态情况。

（3）概化水文地质模型。根据分析资料的结果，确定主含水层（或评价目的层），概化成简单明了的物理模型。

（4）根据评价精度要求和概化后的物理模型确定评价方法，选择计算公式，进行补给量、储存量和允许开采量计算。

（5）允许开采量保证程度分析。主要是利用开采条件下的补给量或调节储存量与允许开采量的相对数量而定。一般而言，若前者大于后者时，所确定的允许开采量是有保证的。

（6）进行地下水水质评价。

（7）开采技术条件的评价、环境效益评价、防护措施的评述等。

（二）地下水量评价方法的选择

目前，城市给水水源地的地下水资源评价面临两种情况：一种是地下水尚未开采或虽已开采但规模不大的地区，地下水基本上保持天然状态；另一种是地下水已经大量开采地区，地下水天然状态已局部或全部受到了破坏。对于前一种情况，一般根据勘察资料分析确定水源地类型，依据当地的水文地质条件，布置取水方案，选择适合水源地类型的计算方法进行评价。对后一种情况，主要根据地下水动态资料选择相应的评价方法，合理调整开采方案，满足城市供水的要求。具体要注意以下几方面的问题。

（1）稳定型水源地，常采用开采试验法，试验推断法，平均布井法，数理统计法，水量均衡法等稳定流理论进行评价计算。用多年的平均补给量论证水源地稳定动平衡开采的保证程度。对已开采水源地也可利用数值法进行评价。

（2）调节型水源地，常采用疏干补偿法，降落漏斗法，允许开采模数法，多因素分析法，大井计算法及地下水文分析法等方法进行调节评价，有条件的地区可采用有限差分、有限单元的数值法进行非稳定流理论的计算评价，必要时采用电网络模拟的方法进行评价。

（3）疏干型水源地，常采用非稳定理论进行计算评价，确定疏干的期限及控制降深，在开采期内要进行长期观测，及时了解地下水的动态变化规律，及时对开采方案进行调整计算，延长水源地开采的时间。

（4）在城市供水地下水资源评价中，注意不同研究程度地区地下水资源评价方法及其使用的经济合理性问题的研究。

（5）选择地下水资源方法时，要与勘察阶段相联系。具体选择方法如下。①规划阶段，主要是为建设项目的总体设计提供水源依据。可用比拟法、水文分析法、均衡法或平均布井法，对地下水资源进行概略计算和评价。②初勘阶段，主要为供水选择水源地提供初步设计依据。可利用解析法、水文分析法或水均衡法对地下水按源进行系统计算，初步评价地下水可开采量，并对新建水源地的可能性做出评价。③详勘阶段，主要为建设水源地进行技术设计和施工设计提供依据。可根据群孔干扰抽水或试验性开采抽水试验资料，利用数值法、电模拟法、开采试验法或解析法，对可开采量做出评价，预测开采一定时期内水质、水量的变化趋势。④开采阶段，为调节开采制度，改造及扩建水源地提供设计依据，同时为科学管理提供依据。可根据多年开采动态及各项专题研究资料，对地下水资源进行系统的多年均衡计算和评价。研究地下水开采方案的经济合理性。论证保证程度，以及有关人工补给。研究如何提高利用率，防止污染及资源保护等问题。

四、地下水水质评价

地下水水质评价是地下水资源评价的重要组成部分，因只有水质合乎要求的地下水量才是可资利用的地下水资源。同时，水质评价也是供水对水源的要求。各种不同目的用水的水质标准是地下水水质评价的准则。评价时不仅考虑水质现状是否符合水质标准，还应考虑是否有改善的可能，以及经过处理后能否达到用水的要求。

（一）水质评价原则

（1）地下水水质评价应根据供水要求进行。作为生活饮用水，应根据现行的《生活饮用水卫生标准》进行评价（目前执行标准为GB 5749—2006）。作为工业用水，应根据有关工业部门的水质标准进行评价。

（2）水质评价应着重于可开采利用的地下水。对于明显不能利用的地下水，如咸水或严重污染的地下水，可不作详细水质评价。对于某些项目超标地下水，经过处理或者和末超标水混合后能符合水质标准的也应全面进行水质评价。

（3）对环境影响地下水水质的地区，应在查明地下水中某些元素或成分过多或不足的原因和水质分布规律的基础上进行评价。

（4）水质评价应适应所进行的勘察阶段的精度要求。

（二）饮用水水质评价

生活饮用水水质评价时应考虑水的物理性质、溶解的普通盐类、有毒成分及细菌成分，特别注意地下水是否受到细菌和毒性污染。城市给水水源的水质评价一般根据水质化验资料对照《生活饮用水卫生标准》逐项进行评价。

（三）工业用水水质评价

水在工业中应用主要有锅炉用水、冷却用水、产品或原料处理清洗用水以及作为产品原料的用水等。不同的生产用水对水质的要求不同，水质评价指标也各不相同，需要分别做出评价。一般锅炉用水水质评价指标及评价标准见表3-5。