1、地下水可开采资源的分析与应用科技论坛;l利淮水利科学研究院协办地下水可开采资源的分析与应用金光炎(安徽省水利科学研究院蚌埠 233000)【摘要】主要讨论了地下水可开采系数的年调节计算方法,建议将常用的在指定水平年附近取一个典型年度改为取多个典型年度进行综合分析计算,并分清理想最大的可开采系数与实际可能的可开采系数,以得到更为符合实际的合理取用值.【关键词】地下水资源评价年调节计算法地下水可开采系数1 地下水可开采量地下水通过降水和地表水体等不同水源渗 l 入地下得到补给,成为地下水补给量.此补给量减去井灌回归水补给等重复量,即地下水资源量.原则上,实际使用时可开采量不应大于补给量,否则就出现
2、超采,如果长此以往,地下水位会逐年降低,漏斗不断扩大,造成地面沉降,水质恶化等环境地质恶化的不良后果.我国在有关文献 lll【中对地下水开采量给予了比较详细的定义,然而,对实际问题,尚需有比较具体的定量表达,总的要求应当是水量的供需平衡(采补平衡),即在一年内或多年期内地下水补给量与包括开采量在内的排泄量相等,并略偏于安全方面,也就是说最大的实际开采量应小于补给量.文献叫 I 就指明了可持续开采量应小于安全开采量.这样若将可持续开采量一词用于实际的地下水开发利用中,更为合适.2 地下水可开采系数2.1 概述地下水可开采系数 p 按下式计算p=Ww_开(1)式中:w地下水可开采量;w地下水补给量
3、.当只有地下水资源量时,此时的可开采系数记为 p,即p=Ww(2)式中:w地下水资源量.一般的,应控制 p1.如果无重复量,则 p=p.回顾一下过去的评价成果.据文献41,我国北方各流域片平原地区地下水可开采系数情况如表 1.可见除内陆河流域片和海滦河流域片中的部分区域(后一片中包括山前冲洪积平原区,岩性为卵砾石,中砂和细砂,p 为 0.81.0,其他地区岩性为粉细砂,p 为 0.60.8)之外,其余各片 p 值约在 0.7 左右.再据文献日,与表 1 相应各片的地下水可开采系数见表 2.同样,除内陆河与海滦河流域片外,可开采系数也在 o7 左右.由于原表中的地下水补给量与资源量相同,故只填写
4、一项.2.2 分析计算地下水可开采量计算有多种方法,现以年调节计算法为例,并用可开采系数表示,用来说明该系数分析结果和实际可能值的取用问题.2.2,1 理想的最大可开采系数现取某小区 43 年的灌溉期(当年 10 月至第二年 9 月)作为计算年度,用年雨量系列按 P=m/(n+1)进行经验频率 P 的计算(式中 ,n=43 即年度数,Ill 为年雨量自大而小排列的序次 ),找到与多年平均(约为 P=46%)P=50%,P=75%和 P=95%最接表 1 北方各流域片平原地区地下水可开采系数表(一)41地下水补给地下水资源地下水可开可开采系数流域片量(亿m)量(亿 yn3)采量(亿 m)pp松辽
5、河 33429330.07223.740,6690.678海滦河 192,32178,19162370.8440.911黄河 164.16157.28118.570.7220.754淮河 306.68296,76213390.6960.719内陆河 512.485(1602304650.5940.602合计 1509.931468.321022720.6770.696注:松辽河流域片中包括黑龙江和辽河两流域片.表 2 北方各流域片平原地区地下水可开采系数表(二)51地下水补给地下水资源地下水可开可开采系数流域片量(亿 m3)量(亿 m3)采量(亿)pp松辽河 355.79241.190.678
6、海滦河 182_35166350.912黄河 171.52123.920.722淮河 309.4221532.696内陆河 539.3O321.63().596合计 1558.381068.410.686近的几个频率及其相应的年度和年雨量,见表 3.需要说明的是:该例中,按月进行水量平衡调节,即用月雨量及其他补给量推求地下水补给量和资源量,再与作物需水量相比,导到实际的地下水利用量 ;进行调节时,要取典型的年度,在通常的计算中,仅取与某水平年最接近的一个(例如对于 P=75%,即只取 P=74.4%的那一年度),然而 ,由于年度内雨量和资源量分布的不均匀,不一定在灌溉期内每个需水时段都能满足供
7、水,有时降水多了还有弃水等,因而即使在雨量相同时,得到的作物利用量是不同的;为了更有代表性,该例中取在水平年附近的多个年度.该例中,为了计算简单,作物安排为两季,每年度 5 月表 3 不同水平年时相应频率,年度,年雨量和 p 值表接近的频率相应相应年雨量地下水可水平年(%)年度(111111) 开采系数 P44.219941995911.30.727多年 46.51969197()884.60.980平均48.819731974869.2()800P=50%51.220012002861.50.89672120032004734.9().618P=75%74.419761977731.30.7
8、2876.719751976718.50.78893.019981999579.10.834P=95%95.7200020()1563.90.59697.719771978426.70.868注:多年平均的年雨量为 882.5nun.表 4 不同水平年,不同情况下的 p 值P 值水平年上线中线下线P=5(/%0.96().92().86P=75%().810.77().71P=95%().66O.62().56i.=_二,一一P频率)图 1 某小区各典型年度相应频率与 p 值图之前为小麦,之后为玉米,大豆,由此定出灌溉需水量,将可利用的地下水量与地下水资源量(假定无灌溉回归的重复量)相比 ,得
9、到地下水可开采系数 P,同列于表 3 上 .从表中可见,即使在相近的典型年度中,其 P 值是不同的,而有一定的参差性.这就说明了如果对一种水平年仅取一个典型年度,是有较大的片面性.因此多取几个典型,进行综合分析,能得到更为合理的结果.现将表 3 中不同频率与可开采系数绘于概率格纸上,见图 1.在调节过程中发现,某些年度中,地下水资源量与灌溉需水量比较对应,利用率较高,因而其 P 值较大;而在另一些年度中,对应情况较差,P 值就低.这样,在图 1 中对三种情况综合配线:上线表示对应情况较好,下线表示对应情况较差,中线为平均情况.由此可查得不同水平年时的 P科技论坛 i值,见表 4.表 4 的综合
10、结果,似与一般的想象有些不同.所谓一般的看法,认为从丰水年到枯水年,P 值是由小到大,因为枯水年资源量小了,开采量变化不大,P 值应有较大值.然而,从本例的调节中看到,其开采量也在变小,P 值有变小的趋势.如果要照一般的想法,似应取图 3 中的虚线,其结果为P=50%时 P=0.73,P=75%时 P:077 及 P=95%时 P=0.84.这个问题,尚应有多个实例进行验算.这里仅是提请大家注意,单取一个典型年度,是会有片面生的,从而会引起结果的有偏.2.2.2 实际可能的可开采系数上述的调节计算是一种理想上的结果,因为假定: 井是布满小区的,需水时是同时抽水,并能最大地满足灌溉需要;地下水位
11、埋深没有什么限制,不论如何抽取水量均可抽出水来.实际上,这是不可能的.因此,表 3 的 P 值尚应打个折扣,才是实际可能的可开采系数,以 P 表示.据参考文献 16j,就是在小区内理想地均匀布井(正方形或梅花形布井),其折扣系数约为 0.80.9,如果不能全面布井,折扣系数还要减小.另外,再加上埋深加大后对抽水量减少等的影响,一般的折扣系数仅为 0.60,7(平均取 0.65).这样,对表 4 的结果,以中线结果为例,约为:P=50%时P=0.53,P=75%时 P=0.50 和 P=95%时 P=0.46.这仅作为示例说明,供分析时参考.3 结语地下水可开采系数不仅是地下水资源评价中的重要项
12、,而且密切关系到实际的开发利应用,因而该系数的确定,需要慎重对待.通常,在可开采系数的计算中,采用的典型年度只取与指定水平年最靠近的一个,但这样做是具有明显的片面性.建议在各水平年附近多取几个典型年度,然后将其结果进行综合.虽然这样计算,增加了一些工作量,但能有利于提高成果的合理性,应该是值得的.在分析计算时,不仅要计算理想最大的可开采系数,而更重要的是考虑实际可能的可开采系数,并给出合理的取用值参考文献:1水资源评价导则 lS1,SL/T2381999.2地下水超采区评价导则 lSl,SL2862003.3KalfF.R.P.andD.R.WooHey.Applicabilityandmethodologyofdeterminingsustainableyieldingroundwatersystems 田.HydrogeologyJournal,2005,13(1):295312.4水利电力部水文局.中国水资源评价【M1.北京,水利电力出版社.1987.5水利部水资源司等.21 世纪初期中国地下水资源开发利用lM1.北京 ,中国水利水电出版社,2004.6金光炎.地下水可开采程度分析田.安徽水利科技,1997 年第 3 期.或见,水文水资源分析研究 lM】.南京.东南大学出版社.2003:226229.
