地下水允许开采量简易计算
第九章地下水允许开采量的计算方法ppt课件
一、基本原理
水量均衡法是水量计算中最常用、最基本的方法。对一 个均衡区（地段或水文地质单元）的含水层来说，在任一 时段Δt内补给量与排泄量之差，恒等于此含水层系统中水 体积的变化量。据此可以建立水均衡方程式：
Q补 － Q排F ht(潜)水 Q补 － Q排F ht(承压 ) 水
Q补＝Q流入＋Q越入＋Q河渗＋Q雨渗＋Q人补（m3/d）； Q排＝Q流出＋Q越出＋Q溢出＋Q蒸发＋Q实开（m3/d）
步骤4：计算和评价 （4）在实际计算中，常常是根据多年的动态观测资料分析，
计算不同保证率典型年的水均衡，可评价允许开采量的保证 程度。
某水源地的水均衡计算结果见表9-1。 从表9-1中可见，枯水年是负均衡，即每年计划增开 3185×104m3时，尚需借用储存量2398×104m3，使区域水位 降深增加2.68m，但在平水年可节余5198×104m3，是可以将 枯水年借用量补偿回来的。
实习二：用区域水量均衡法评价某旧水源地地下水资源
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
§2 相关外推法（回归分析法）
相关外推法是根据①开采地下水的历史资料或不同流 量不同降深的抽水试验资料，②用数理统计方法找出流 量与降深或与其它变量之间的相关关系，并建立回归方 程，③从而外推未来开采时的开采量，或外推增大开采 量以后的水位降深。
§1 水量均衡法
二、计算步骤
步骤3：确定均衡要素，建立均衡方程 为了取得较准确的计算资料，最好在每个均衡区选择
一个有代表性的地段做小范围的均衡试验，实际测定各项 均衡要素的数值，取得计算所需的参数，然后用以计算整
个均衡区的各种补给量和排泄量。
地下水允许开采量的计算方法
联立方程编号
①和②
表(8-2)
③和④
③和⑤
④和⑤
Q补
2679
2813
2688
2659
μF
1042
473
611
763
数据证明，各时段的补给量比较稳定，但μF 值变化较大，这可能是富水性和漏斗展速不均的反映。
用水位恢复资料核对Q补时，原始数据和计算结果列入表 8-3 中
平均值 2710 723
6
表(8-3)
Q 抽＝Q 补＋μ Δs Δt
（8-5）
结果说明，抽水量由两部分组成，一是开采条件下的补给量；二是含水层消耗的储存量。我们的任务就是把包括在抽水量中的两部分水量设法分解
出来。以便用补给量评价开采量。
分解的方法，把抽水量相对稳定，动水位接近等幅下降的若干时段资料。如图
8-5
中的Δs1 Δt1～Q1轴， Δsa Δt a
设均衡区的总流带数为Nf，水头下降带数为Nd，Q侧为侧补量，h为均衡区的水头下降值，则有：
Q 侧＝NfΔQ，或ΔQ＝ Q侧 Nf
H＝NdΔh，或Δh＝ h Nd
把ΔQ 和Δh 代入①式，即得整个均衡区的侧补量计算式：
Q侧＝T Nf h
②
Nd
根据均衡区不同时期的流网，按上式可求得对应的Q侧和h。如把二量点在对数坐标上，则有图 8-4（B）所示的直线。由直线求得：
收集多年的开采动态资料，以年水位变幅Δh（通常取水文年的起点或终点的水位差）为纵轴，以对应年的开采量为横轴，在直角坐标纸上做散点图。 如果历年的补给量基本稳定，则散点分布的趋势将接近直线。在直互上或其延长线上，取变幅Δh＝0 的开采量，就是要求的允许开采量。
这种方法符合均衡开采的原理。在多年开采过程中，如果开采量≤补给量，则有正均衡Δh≥0；如果开采量＞补给量，则有负均衡Δh＜0。现取Δh ＝0 时的开采量＝补给量，显然这是保持均衡开采条件下的最大开采量，故为允许开采量。
09第九章 地下水容许开采量的计算方法3
积平原区，总面积约139k㎡（图9.2）。
）计算目的层：研究区孔隙含水介质为中、上更新统的亚砂土、亚粘土夹结石层及沿范阳河一带分布的全新统砂砾石层。
各地段富水性及水文地质参数差异较大，所以概化为非均质各向同性含水介）含水层水力特征：地下水天然水力坡度小，开采降深不大，地下水为层流运动的潜水二维流。
）侧向边界：I、V边界为补给边界，孔隙地下水系统接受丘陵岗地的地下水倒向径流补给，单宽补给量分别为0.2～型。
计算水位与实测水位等值线的整体拟合程度良好，各节点水位拟合误差达到精度要求，说明含水层结构、边界条件的概化、水文地质参数的选取是合理的，所建立的数学模型能较真实地刻画孔隙地下水系统特征，可以用于地下水资源的评价和水位的预报。
5．地下水水位预报按拟定的3个方案预报：①保持现有工业开采量6860m3/d，未来河谷地带，气候干燥，平均个月内。
河谷宽约500m。
除第四系砂砾石含水层平均厚17m，，主要由降水和地表水补给。
两侧和底部均为岩浆岩所示。
开采方案是沿河谷中心布置。
其布局和映射如图9.5所示。
总出水量约为5000m3/d。
在这样的开采条件下，整个旱季（无降水和河水补给）中心区水位下降多少。
根据勘探试验取得的各种参数，对：由于含水层沿河方向的不均匀性，可分为3个场段补给，故确定流干时间为275d 。
步骤2：确定计算公式，计算降深值。
根据概化后的水文地质条件，可潜水完整井井群干扰非稳定流理论公式计算：∑--=ni u W Q H H S 2)(1计算时取了5次影射，分别对中心区的11号、10号、12号及号井进行了计算，其降深依次为6.84m、7.77m、6.80m、6.80m，仅占含水层厚度的40％～50％。
步骤3：评价。
按开采量5000m2/d，拟建布局是合理的，可作为允许开采量，在整个旱季开采疏干了含水层的40％，到雨季是可以补偿回来的。
专。
这些数据表明，在水位急速下降阶段结束后，开采等幅持续下降，停抽或暂时中断抽水以及抽水量减少时，都发现水位有等幅回升现象。
地下水可开采量的计算方法
地下水可开采量的计算方法地下水是指土壤中和地下岩石裂隙或孔隙中蓄积的水，是人类生活和工业生产中重要的水资源。
为了科学合理地利用地下水资源，需要准确计算地下水的可开采量。
本文将介绍地下水可开采量的计算方法。
一、地下水可开采量的概念和影响因素地下水可开采量指的是在一定时间范围内，人类能够合理开采并利用的地下水总量。
影响地下水可开采量的因素有很多，主要包括：1. 地下水资源量：即地下水的总储量，受到地质构造、水文地质条件等因素的影响；2. 补给量：地下水的补给量是指单位时间内进入地下水系统的水量，受到降雨量、地表径流水量、地表水对地下水的补给等因素的影响；3. 地下水流量：指地下水在单位时间和单位截面上的流动量，受到渗透性、裂隙发育程度等因素的影响；4. 开采量：指人类从地下水系统中抽取和利用的水量，也是地下水可开采量的核心因素。
二、地下水可开采量的计算方法有多种，下面分别介绍几种常用的计算方法。
1. 经验公式法经验公式法是根据地下水的补给量和开采量之间的经验关系，通过统计和分析历史数据得出的计算公式。
该方法常用的经验公式有Houlsby公式、Darcy公式等。
这些经验公式通常在具体项目中应用广泛，但适用范围较窄，需要根据具体情况进行修正。
2. 数值模拟法数值模拟法采用计算机模拟和数学建模的方法，通过建立地下水数学模型，模拟地下水的补给、流动和开采等过程，计算地下水的可开采量。
数值模拟法可以考虑多个因素的综合影响，具有较高的精度和可信度，但需要大量的数据和计算资源。
3. 水平分段法水平分段法是根据不同区域地下水的补给和开采特点，将地下水域划分为多个水平分段，在每个分段内根据地下水的补给和开采数据计算可开采量。
这种方法常用于大范围地下水资源评价和管理规划中，对于不同区域的地下水开采具有一定的指导意义。
4. 来水平衡法来水平衡法是通过平衡地下水系统的来水量和出水量，计算地下水可开采量。
该方法常用于地下水流域和水库周边地下水资源的调查和评估，对于长期稳定的地下水系统较为适用。
水文地质勘查：地下水资源量评价——地下水允许开采量分级、评价
可以 作为 水源 地及 其主 体工 程建 设设 计的 依据
出水量，可以达到B级允许开采量的精度要求。
续下表
内容 勘查阶
分级
段
水文地质研究程度
地下水资源量研究程度
开采技术经济条件 研究程度
应用范围
C级允 许开 采量 和尚 难利 用的 资源 量 （Cd）
据水文地质条件、
通过水文地质测绘、物探、 在基本查明地下水补、径、排和 钻探和带观测孔的
孔抽水试验、地下水动态观测和 实验室测试等资料，计算水文地 质参数。选择均衡法、解析法、 数值法等一种及以上适当的方法， 结合开采方案，对水源地的允许 开采量及尚难利用的资源量进行 初步的计算。对泉源水源地，则 应根据它的补给、径流、排泄条 件，通过数理统计的方法，找出 降水量与泉水流量之间的关系， 初步确定泉水的允许开采量或尚 难利用的资源量。在水文地质条 件复杂或是需水量明显小于允许 开采量的情况下，考虑了补给资 源、储存资源和允许误差问题， 根据群井或单井抽水试验出水量 与降深关系曲线适当外推的出水
根据分散及集中开采水源地连续3年 以上开采和动态观测资料，宜以水文 地质单元为基础对地下水允许开采量 进行系统的多年均衡计算、相关分析 和评价，进一步修正完善地下水渗流 场的数学模型。在水质有明显变化的 情况下，还应建立地下水溶质浓度场 的数学模型。对于泉源水源地，则应 根据连续15年以上泉水流量观测数据， 进行频谱及频率分析计算，建立泉水 流量与多年降水量有关的回归方程或 数学表达式，计算不同保证率的允许 开采量及其误差。在水文地质条件难 以查明或尚未查明的条件下，连续开 采5年以上、动态趋于稳定，采用计 量统计的实际开采量，可达到A级允 许开采量的精度要求。
的比 数的可靠程度。对于泉源水源
地下水可开采量的计算方法
地下水可开采量的计算方法一、收集资料收集区域地质、水文地质资料，包括区域地质构造、岩层分布、地下水文地质条件等。
收集区域气象、水文资料，包括降水量、蒸发量、河流流量等。
收集区域地下水开采利用现状资料，包括开采井分布、开采量、水位变化等。
二、建立模型根据收集的资料，建立区域地下水数值模型，包括地下水流动模型和地下水水位模拟模型。
对数值模型进行验证，确保模型能够准确模拟区域地下水动态变化。
三、模拟计算根据建立的数值模型，模拟计算区域地下水可开采量。
对模拟结果进行不确定性分析，评估可开采量的可靠性。
四、确定可开采量根据模拟计算结果，结合区域地质、水文地质条件和地下水开采利用现状，确定区域地下水可开采量。
制定相应的地下水管理和开采方案。
五、评价影响对确定的地下水可开采量进行环境影响评价，包括对水资源、生态、经济等方面的影响。
针对可能产生的影响，提出相应的预防和减缓措施。
六、制定开采方案根据确定的地下水可开采量和环境影响评价结果，制定相应的地下水开采方案。
确定开采井的数量、位置和开采量。
制定开采计划和时间表。
七、监测与调整在地下水开采过程中，建立监测网，对地下水水位、水质等进行实时监测。
根据监测结果，对地下水开采方案进行及时调整，确保可持续开采利用。
对地下水管理措施进行监督和评估，确保其有效性和可持续性。
八、定期评估定期对地下水可开采量计算方法和结果进行评估和审查，以确保其准确性和可靠性。
同时，根据实际情况对地下水管理策略进行调整和完善，以适应不断变化的环境条件和需求。
通过定期评估，可以及时发现和解决潜在问题，提高地下水资源的可持续利用水平。
水文地质勘查：地下水资源量评价——地下水允许开采量计算
前课回顾
上次课我们讲述了各种地下水补给量的计算方法，要求大家理解 各种地下水补给量计算的公式和参数；并明确各种地下水补给量构成 了某个均衡计算区的水均衡要素。
课程引入
在学习了各种地下水补给量量的计算的知识后，本次课我们学习 地下水允许开采量的计算。
下面开始讲述：
地下水允许开采量的计算——
计算地下水允许开采量是地下水资源评价的核心问题。计算允许开采量的方法， 也称为地下水资源评价方法。
1.影响地下水允许开采量的主要因素 计算区的各种补给量； 开采的经济技术条件； 开采方案等。
2.确定地下水允许开采量的要求 根据《供水水文地质勘察规范》（GB 50027-2001），地下水允许开采量的计算 和确定应符合下列要求：
为基础的方法 比拟法（水文地质参数比拟法） 开采统计资料
条件、水资源形成条件相似
计算方法的选择——
考虑各地水文地质条件的差异和已有资料详 细程度不同以及对计算成果要求的精度不同选 择计算方法。 在实际水文地质勘查和评价时，可据具体条 件，选择一种或几种方法进行计算与评价，以 相互比较论证与择优。
因为时间关系，仅对上表方法中的以下两 种方法进行介绍： 水均衡法 开采抽水试验法
1）取水方案在技术上可行、经济上合理。 2）在整个开采期内动水位不超过设计值，出水量不会减少。 3）水质、水温的变化不超过允许范围。 4）不发生危害性的环境地质现象和影响已建水源地的正常生产。
3.地下水允许开采量的确定方法
地下水资源评价方法分类表
根据地下水允许开采量计算方法的主要 理论基础、所需资料及适用条件，将计算方 法分为四类（下表）。
泉水流量衰减法
水力削减法
09第九章 地下水允许开采量的计算方法3
第九章地下水允许开采量的计算方法计算地下水允许开采量是地下水资源评价的核心问题。
计算地下水允许开采量的方法，也称为地下水资源评价的方法。
地下水允许开采量的大小，主要取决于补给量。
局域地下水资源评价还与开采的经济技术条件及开采方案有关。
有时为了确定含水层系统的调节能力，还需计算储存量。
目前地下水允许开采量的计算方法有几十种，国内大部分学者尝试对众多计算方法进行分类，有些学者依据计算方法的主要理论基础、所需资料及适用条件，进行了如表9.1的分类，以供参考。
在实际工作中，可依据计算区的水文地质条件、已有资料的详细程度、计算结果的精度要求等，选择一种或几种方法进行计算，以相互验证及优选。
本章着重介绍几种主要的计算方法。
第一节水量均衡法水量均衡法是全面研究计算区（均衡区）在一定时间段（均衡期）内地下水补给量、储存量和排泄量之间数量转化关系的方法。
通过均衡计算，得到地下水允许开采量。
水量均衡法是水量计算中最常用、最基本的方法。
该方法还常用于验证其他计算方法计算的准确性。
一、基本原理一个均衡区内的含水层系统，在任一时间段（△t）内的补给量与排泄量之差恒等于含水层系统中水体积的变化量，即承压水潜水排补*=∆∆⋅⋅±=-μμ,,S th F S Q Q (9.1)式中：Q 补——含水层系统获得的各种补给量之和（m 3/a 或 m 3／d ）；Q 排——含水层系统通过各种途径的排泄量之和（m 3/a 或m 3／d ）；μ，μ*——重力给水度和弹性释水系数；△h ——△t 时段内均衡区平均水位（头）变化值（m ）；F ——均衡区含水层的分布面积（m 2）。
由式(1.5）对允许开采量的分析可知，若要保持均衡区内的地下水资源可持续开采，则地下水允许开采量为排补充Q Q Q ∆+∆=在实际工作中，应分析确定均衡区内的各个均衡项目，计算出均衡区内截取的各种排泄量和合理夺取的开采补给量，二者之和为该均衡区的地下水允许开采量。
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第八章地下水允许开采量的计算方法
目前，评价地下水允许开采量的方法很多，虽然其原理都是以均衡开采为依据，但每一种方法都有一定的适用条件，必须因地的制宜的灵活运用，而且由于水文地质条件的复杂性，在任何地区都不宜采用单一方法，应当使用综合方法，以便比较验证。
§8.1简易评价法
已经开发多年的旧水源地，为了扩大开采，需要判明水源地的开采潜力，要求进行水源地地下水允许开采量评价。
这时，可根据开采过程中的多年动态资料，计算地下水允许开采量。
一、根据已有开采量和水位变幅求允许开采量
收集多年的开采动态资料，以年水位变幅Δh（通常取水文年的起点或终点的水位差）为纵轴，以对应年的开采量为横轴，在直角坐标纸上做散点图。
如果历年的补给量基本稳定，则散点分布的趋势将接近直线。
在直互上或其延长线上，取变幅Δh＝0的开采量，就是要求的允许开采量。
这种方法符合均衡开采的原理。
在多年开采过程中，如果开采量≤补给量，则有正均衡Δh≥0；如果开采量＞补给量，则有负均衡Δh＜0。
现取Δh＝0时的开采量＝补给量，显然这是保持均衡开采条件下的最大开采量，故为允许开采量。
这种方法适用于历年开采量都有变化的潜水或承压水的水源地。
但是对那些随开采量增加而开采补给量也不断增大的水源地。
可能偏离直线相关，因而方法失效。
二、根据补给量和水位变幅求允许开采量
在缺少开采量记录，但有历年水位动态资料的水源地，可用历年的补给量代替允许开采量，按类似的图解法求出允许开采量。
这时，仍以年水位变幅为纵轴，以历年的补给量（通常用地表水的均衡法计算）为横轴，在直角坐标纸上做出散点图，如果历年的补给量相对稳定，则散点的分布趋势仍呈直线关系。
在直线或其延长线上，取Δh＝0的补给量就相当允许开采量。
该方法的原理仍是均衡开采。
同前段不同的地方，是从地表水均衡计算中求出历年的地下水补给量，再把Δh＝0时的补给量做为允许开采量。
这种方法，主要适用于同地表水有密切水力联系的潜水或承压水的水源地，以便借助地表水的均衡关系，找出历年的地下水补给量，但是对那些在开采过程中不断有补给量加入的水源地，散点图可能偏离直线相关，方法失效。
三、根据水位变幅为零的年份求允许开采量
在水源地的历年动态资料中，如果能够选出一个年初和年终的水位接近一致的水文件。
这一年恰好满足均衡开采的要求，则从该年的均衡计算中可以直接求出允许开采量。
图8-3是某水源地一个水文年的动态要素示意图。
其中ΣQ 出是计算的天然流出量，三者都除以均衡面积F ，换算成水柱高度，用毫米表示。
根据这些可求出该年多余补给量。
ΣΔQ ＝ΔQ 补－Σ（Q 开＋Q 出）
由此求得允许开采量：
Q 允＝ΣQ 开＋ΣΔQ （8-1）
这种方法，主要适用于潜水水资源，对于没有越流补给的承压水，年初年终的水位不可能趋向一致。
显然是无效的。
既使在越流补给的承压含水层中有可能形成年初和年终的均衡状态时，由于越流补给量很难求准。
应用这种方法也比较困难。
四、根据达西定律求允许开采量
在潜水或承压水的水源地中，根据勘探试验资料定出过水断面A 和渗透系K ，再从长期开采的水位观测中求出平均水力坡度J ，按达西定律得补给量：
Q ＝AKJ （8-2）
这个补给量可做为允许开采量的上限。
这种方法，没有考虑垂向补给量。
所以只能适用于没有渗入补给或越流补给的水平衡；忽略了水力坡度随开采量增减的变化。
故对开采量逐年增多的水源地不太适用。
五、根据流网估算允许开采量
在有多年开采量和水位记录的旧水源地中，按水位记录划出流网可计算侧向补给量Q 侧。
再把水源地的均衡区看做一个集中参数系统。
从下列均衡式：
Q 侧＋Q 垂＝F μΔt
Δh +Q 开 （8-3） 中心计算向补给量Q 垂。
最后把补给量Q 补＝Q 侧＋Q 垂做为水头h 的函数。
便可求出予定开采水平时的允开采量。
式中：F 是均衡区面积，μ是平均储水系数。
Δt Δh 是均衡区水头的平均变化量，Q 是开采量。
具体做法如下：
先求Q 侧。
根据均衡区的水头实测资料，划出历年或一个水文年不同季节的等水头线，据此再划出流网。
在各向同性含水层中，每一网格都接近曲线正边形，Δh ＝Δb ，所以每一网格的流量ΔQ 可按达西定律计算：
ΔQ ＝T Δb Δt
Δh ＝T Δh ① 设均衡区的总流带数为Nf ，水头下降带数为Nd ，Q 侧为侧补量，h 为均衡区的水头下降值，则有：
Q 侧＝Nf ΔQ ，或ΔQ ＝f
侧N Q H ＝Nd Δh ，或Δh ＝d
N h 把ΔQ 和Δh 代入①式，即得整个均衡区的侧补量计算式：
Q 侧＝T d
f N N h ② 根据均衡区不同时期的流网，按上式可求得对应的Q 侧和h 。
如把二量点在对数坐标上，则有图8-4（B ）所示的直线。
由直线求得：
l n Q 侧＝β1l nh+l na 或
Q 侧＝a 1h β1 ③
a 1、β1都是图解系数。
再求Q 垂。
按实测的动态资料。
先求各自的Δt Δh 和F μΔt
2ΔΔ，再用③式计算对应的Q 侧，并统计各自的开采量Q 开，最后按（8-3）式计算垂向补给量： Q 垂＝F μ
Δt
Δh ＋Q 开－Q 侧 最后，把所要求的各时期的Q 补＝Q 侧＋Q 垂和对应h ，点在对数坐标上，如图8-4（B ），仍是直线关系，由此可得类似③式的予计Q 补的计算式：
Q 补＝Q 侧＋Q 垂＝a 2h β2 （8-4）
a 2、β2是图解系数。
由（8-4）式可以推出予定开采水平时的补给量，做为允开采量的上限，实际资料证明，地面沉降往往和垂向补给量有相关关系，所以从Q 补中分离出来的Q 垂又予测地面降速提供了很好依据。
此外，还有以稳定流为基础的下降漏斗法、补给带宽度法、开采系数比拟法水文地质条件比拟法等。
它们不需要多年的动态资料。
只要一次统调的开采量和水位资料就可计算。
计算结果比较粗略。
但方法单位。
正确动用也有一定使用价值。
这里从略。
综合上述所有评价方法，都是在一定水质条件下以均衡开采的补给量做为允许开采量。
如果有些水源地尽管满足均衡开采。
但补给的是咸水或劣质水。
则计算的允许开采量毫无意义。
这时可根据水抽条件的允许降深确定开采量。
如采用咸淡水均衡法、淡水漏斗法等。