1、 试 行 全国地下水资源及其环境问题调查评价 技术要求系列 （二） 中国地质调查局 2004 年 11 月 GWI-A5 地下水系统划分导则 中国地质调查局 2004年11月 前 言 本技术要求是结合 “全国地下水资源及其环境问题调查评价” 项目 （以 下简称 “项目” ） 的实际需要， 按照地下水资源调查和环境地质调查的基本要求编制的， 适用于 “项 目” 的全 过程，是“项目”执行过程中的规范性文件。 本技术要求由中国地质调查局提出。 本技术要求由中国地质调查局归口。 本技术要求由中国地质科学院水文地质环境地质研究所起草。 本技术要求由“项目”办公室负责解释。 本技术要求的附件为规范性附件
2、，属于技术要求的内容。 引 言 全国地下水资源及其环境问题调查评价技术要求系列由三册 1 个技术要求总则和 18 个 分类技术要 求组成。第 一册技术要 求包括“技 术要求总则 ”和 8 个分类技术要求 ，其中 5 个为调查类技术要求， 另外 3 个为实 验测试类技术要求， 这 8 个分类技术要求与现有的相关 规范、 标准等共同规范了 “项目” 野 外调查与实验测试的全过程； 第二册技术要求由 7 个分 类技术要求组成， 属于综合研究类技术要求， 规范了地下水资源评价、 地下水潜力评价、 地 下水功能评价、 地下水脆弱性评价及地下水系统划分、 概念模型建立、 数值模拟等的技术过 程和方法； 第
3、三册为编图类技术要求， 主要由地下水脆弱性分区图和地下水功能区划图组成。 技术要求总则为本技术要求系列的指导性内容，主要论述了“项目”的目标任务 、工 作思路、 工作部署、 技术路线、 预期成果和技术要求的组成结构、 分类技术要求制定的基 本 原则等。 分类技术要求中没有的内容， 按技术要求总则中规定的已有的技术要求、 规范、 规程、 标准执行。 为了统一数据结构与格式，以便信息系统与地下水动态评价平台建设，本技术要 求规 定以往资料整理与本次调查使用同一套表格。 表格中的“统一编号”是各表格相互关联的唯一信息，为了确保所有水文地质点 和环 境地质点的唯一性， 本技术要求规定 “统一编号” 由
4、 17 位 数字组成， 即经度 （8 位数）+ 纬 度（7 位数）+ 识别码（2 位数） ，经度 和纬度按“度分秒”表示，其中秒包括 1 位小 数。 无论在资料整理还是在调查过程中，填写每一项调查、测试、实验、监测等内容 时， 同时填写所在点的基本参数表， 如： 当填写 “水质分析综合成果表” 时， 同时填写取样点的 对应信息表 “野外水点调查” 和 “ 环境地质问题调查” 中的对应表格， 确保表格间编号的 统一性。 I 总 目 录 地下水数值模拟技术要求 GWID1 1 主题内容与适用范围 1 2 引用标准及规范1 3 术语与基本概念 1 4 总则2 4.1 目的与任务2 4.2 原则要求2
5、 5 建模步骤2 6 资料准备2 6.1 所需资料及获取途径2 6.2 资料数值化3 7 概念模型4 8 数学模型4 8.1 变量和参数的定义4 8.2 数学模型的建立4 9 模型求解7 9.1 求解方法7 9.2 模拟软件7 10 模型识别与检验8 10.1 识别与检验过程8 10.2 识别与检验依据8 10.3 识别与检验方法9 11 资源评价9 12 模型预报9 13 成果提交10 13.1 文字报告10 13.2 图件10 13.3 软件10 附件：地下水数值模拟水文地质参数参考值（河北平原为例） 11 地下水资源评价技术要求 GWID2 1 主题内容与适用范围13 2 引用标准及规范
6、13 3 术语与基本概念13 4 总则14 II4.1 基本原则14 4.2 地下水资源数量评价基本原则14 4.3 地下水质量评价基本原则15 5 地下水资源数量评价15 5.1 地下水天然补给资源量评价15 5.2 地下水开采资源评价17 5.3 深层承压水可采储量评价18 6 地下水质量评价19 6.1 地下水水质评价19 附件 122 地下水脆弱性评价技术要求GWID3 1 主题内容与适用范围35 2 引用标准及规范35 3 术语与基本概念35 4 总则35 4.1 目的与任务35 4.2 基本原则36 5 地下水脆弱性的分类36 5.1 地下水固有脆弱性36 5.2 地下水特殊脆弱性
7、37 6 地下水脆弱性评价步骤37 6.1 评价单元的划分37 6.2 数据获取及预处理37 6.3 权重的确定39 6.4 基于 DRASTIC 的模糊评价模型42 7 极端气候地区地下水脆弱性46 7.1 极度干旱46 7.2 极度潮湿46 7.3 极度炎热46 7.4 极度寒冷46 8 地下水脆弱性评价成果46 8.1 综合研究报告46 8.2 图表47 附件 1 指标级别及对应的特征值48 附件 2 基于 DRASTIC 的模糊评价模型的说明51 地下水潜力评价技术要求GWID4 III 1 主题内容与适用范围55 2 引用标准及规范55 3 术语与基本概念55 4 总则56 4.1
8、目的与任务56 4.2 基本原则56 5 地下水潜力评价方法56 5.1 地下水开采程度56 5.2 地下水潜力评价 57 6 地下水潜力调查评价步骤58 6.1 地下水潜力评价总思路58 6.2 地下水潜力调查评价步骤 59 6.3 地下水潜力评价过程60 7 地下水潜力评价成果62 7.1 综合研究报告62 7.2 图件62 7.3 地下水潜力系数分级62 7.4 地下水潜力模数分级62 地下水功能评价技术要求 GWID5 1 主题内容与适用范围 67 2 引用标准及规范67 3 术语与基本概念67 4 地下水功能评价的意义67 5 基本理念68 5.1 功能类型68 5.2 评价模式68
9、 5.3 属性层有关理念68 6 基本原则与技术导则71 6.1 基本原则71 6.2 技术导则71 7 主要工作内容与流程71 8 评价分级与标准72 8.1 系统层的综合评价结果分级与标准 73 8.2 功能层的综合评价结果分级与标准73 8.3 属性层指标状况评价结果分级与标准74 9 所需基础资料及要求74 9.1 地下水资源方面74 IV 9.2 生态环境方面74 9.3 地质环境方面75 9.4 数据分布和密度要求76 10 地下水功能评价技术要求76 10.1 评价区域的确定和划分76 10.2 评价区域的网格剖分及编号76 10.3 单元数据获取及数据库的建立77 11 地下水
10、功能评价的一般步骤78 11.1 确定评价目标78 11.2 影响因子调查与主要影响因子遴选79 11.3 构建评价指标体系79 11.4 层次分析与确定权值 82 11.5 综合评价与区划82 12 功能区划原则与要求85 12.1 总的原则85 12.2 具体技术要求85 水文地质概念模型概化导则GWID6 1 主题内容与适用范围87 2 引用标准及规范87 3 术语与基本概念87 4 总则88 4.1 目的与任务88 4.2 模型概化原则88 5 模型概化步骤88 5.1 确定研究范围88 5.2 收集资料88 5.3 边界概化88 5.4 内部结构概化89 5.5 完成模型概化图 89
11、 6 资料准备89 7 边界条件的概化90 7.1 计算区边界90 7.2 地表水体90 7.3 断层接触边界90 7.4 岩体或岩层接触边界 91 7.5 地下水的天然分水岭91 8 内部结构的概化 91 V 8.1 含水层组91 8.2 含水介质91 8.3 地下水运动状态 92 8.4 水文地质参数92 9 源汇项 93 10 表达方式 93 10.1 平面图93 10.2 剖面图93 附件： 某研究区模型概化示意图94 地下水系统划分导则GWIA5 1 主题内容与适用范围 95 2 引用标准及规范95 3 术语与基本概念 95 4 总则96 4.1 目的96 4.2 任务96 5 地下
12、水系统分区、分级与编号96 5.1 分区与分级 96 5.2 编号96 6 中国地下水系统分区 97 6.1 地下水系统分区依据97 6.2 地下水系统分区98 7 地下水系统划分原则99 7.1 一级地下水系统99 7.2 二级地下水系统103 7.3 三级地下水系统103 7.4 四级地下水系统104 8 地下水系统划分成果要求 106 9 需要说明的几个问题106 附件 1107 附图 1109 GWI-D1 地下水流数值模拟技术要求 中国地质调查局 2004年11月 1 1 主题内容与适用范围 1.1 本技术要求为中国地质调查局地质调查项目全国地下水资源及其环境问题调查评 价 （以下简
13、称“项目” ）专门制定。 1.2 本技术要求主要针对工程控制程度较高的平原和盆地区开展地下水数值模拟工作， 建设区域性、 大时间尺度地下水模型而制定。 对局部和小时间尺度地下水模拟 （如溶质传输、 延迟释水、岩溶水快速流模拟）详细要求请参照相应技术标准，本技术要求不作深入规定。 1.3 本技术要求可供其它工程控制程度较高的大尺度地下水流数值模拟预测（如大、中 型集中供水水源地和区域地下水勘查，在详查、勘探和开采阶段的开采量评价和固体矿产勘 探中的矿坑涌水量计算等）工作参考。 2 引用标准及规范 水文地质术语 GB/T 14157-93 地下水资源管理模型工作要求 GB 14497-93 地下水
14、资源数值法计算技术要求 DZ/T 0201-2002 3 术语与基本概念 3.1 地下水数学模型 Mathematical model of groundwater 以水文地质概念模型为基础所建立起来的、能刻画和再现实际地下水系统结构、运动特 征和各种渗透要素的一组数学关系式，统称为地下水数学模型。 3.2 随机模型 Stochastic model 在数学关系式中含有一个或多个随机变量的地下水数学模型。 3.3 确定性模型 Deterministic model 变量之间具有严格确定函数关系的地下水数学模型。 3.4 数学模型识别 Calibration of mathematical mo
15、del 在已知数学模型初始、边界条件下，通过对地下水系统模型的输入和输出计算结果的分 析，以达到选择正确参数（即参数识别） 、校正已建立数学模型和边界条件的计算过程。 3.5 数学模型检验 Verification of mathematical model 根据模型识别后的参数和已知初始、边界条件，选用更长计算时段，通过对地下水系统 模型的输入和输出计算，使计算所得数据与实际观测数据有最好的拟合，以进一步提高数学 模型正确性。 3.6 有限差分法 Finite-difference method 通过差分方程求微分方程的数值解的方法。 3.7 有限单元法 Finite element met
16、hod 以变分原理和剖分插值为基础的求微分方程式数值解的一种方法。 包括里茨有限单元法 和伽辽金有限单元法。 2 4 总则 4.1目的与任务 （1）建立平原或盆地规模的区域地下水流数值模拟模型，进行地下水均衡分析，评价 地下水开采资源，开展中、长期地下水数值预测； （2）在设立数值模拟工作专项任务的地区，开展开采区地面沉降和开采层上部咸水下 移问题的数值模拟工作。 4.2原则要求 （1）数值模拟方法主要运用有限差分法、有限单元法等； （2）数学模型要在完成计算区概化的基础上，根据含水层达西定律、压缩释水理论、 水均衡和水流连续性原理建立。数学模型表达要确切完整，如微分方程、定解条件、多含水 层
17、模型的连接条件、甚至变量的值域都应一一表示清楚； （3）模拟软件主要应用 Visual MODFLOW、GMS、FEFLOW 等国际上流行的软件。 在满足计算要求的地区，应优先考虑使用这些商业软件；对于水文地质条件复杂、商业软件 不能满足计算需要的地区，应编制专用计算软件进行数值模拟计算。 5 建模步骤 5.1 确定模拟范围，收集有关资料 5.2 建立地下水系统的概念模型 在仔细分析水文地质条件的基础上，通过合理概化来描述地下水系统。 5.3 建立地下水系统的数学模型 在地下水系统概化基础上，用一组数学关系式来刻画系统的数量关系和空间形式，把概 念模型转变为数学模型。 5.4 建立数值模拟模型
18、 5.5 模型的识别和调参 通过模型的识别和调参，使建立的模型能再现实际水位、流量的动态。 5.6 预报 用已建好的模型预报不同条件下地下水系统的状态和行为。 6 资料准备 6.1所需资料及获取途径 （1）应在查明或基本查明评价区水文地质条件的基础上，掌握主要含水层的空间分布、 岩性结构特征、含水层（隔水层）的顶、底板标高（厚度） 、地下水类型、导水性、储水性、 边界条件、与相邻含水层的水力联系、地下水现状开采量和地下水的补给、径流、排泄条件； （2）对计算评价区内地下水水位（水头）或水质的空间分布和动态变化应有足够的控 3 制资料，关键部位应有地下水动态观测孔。地下水动态观测孔的分布配置，应
19、保证对各参数 分区和主要补给、排泄边界的控制； （3）应掌握计算区内地下水开采量、降水量、泉水流量和其它源汇项的时、空分布和 变化规律。地下水开采量应以实测资料为主，推测资料的依据必须予以论证。对计算区内的 河流应掌握历年地表水水文资料，并对其进行必要的分析； （4）水文地质条件变化较大的区段的各种水文地质参数和数据获取，应安排一定数量 的单井非稳定流抽水试验、孔组非稳定流抽水试验、河渠渗漏试验、井灌回归试验、示踪试 验等水文地质试验获取渗透系数、导水系数、给水度、弹性释水系数、蒸发系数、弱渗透层 的越流系数、地表水体和含水层的水量交换参数、降水入渗系数等水文地质参数； （5）水文地质、环境地
20、质、开发利用资料主要应通过调查的方法获取； （6）社会经济、自然地理、水文气象、水利工程、基础地质资料主要应通过搜集的方 法获取。 6.2资料数值化 6.2.1数值化图系 6.2.1.1 分区（分布）图 （1）行政、地理、地质、水文地质、地下水水质、作物种植图； （2）降水入渗和潜水蒸发条件图； （3）地表水系、水体、渠系分布及入渗条件图； （4）地下水、地表水灌区分布及灌溉回归或入渗条件图系； （5）分层、分类地下水开采分区图； （6）含水层渗透系数、给水度、导水系数、弹性释水系数分区图； （7）弱透水层粘性土压密释水系数、垂向渗透系数、弹性释水系数分区图； （8）地下水水位统测及长观点分布
21、图； （9）计算区边界条件图。 6.2.1.2 等高线图 （1）地面高程等值线图； （2）各含水层及弱透水层厚度等值线图； （3）识别期、检验期地下水初始及末水位（水头）等值线图（分层） ； （4）预测期地下水初始水位（水头）等值线图（分层） ； （5）识别期、检验期地面沉降量等值线图。 6.2.2数值化动态资料 包含地下水水位动态、地表水水位动态以及降水量、蒸发量、渠系引水量、河道漏失量、 泉水流量、边界流量、地面沉降量、地下水和地表水的灌溉量、人工回灌量动态、分层地下 水开采量等。开采量动态按工业用水、农业灌溉用水、城镇生活用水、农村人畜用水、其它 行业用水五类分项、分层处理。 4 7 概
22、念模型 计算区的水文地质条件必须经过系统概括和合理简化。概化应贴近实际，可靠程度应符 合计算要求。具体要求参照水文地质概念模型概化导则GWI-D8 执行。 8 数学模型 8.1变量和参数的定义 8.1.1模型变量 1 h 潜水或浅层地下水水位(m)； 2 h 承压水或深层地下水水头(m)； h 弱透水层水水头(m)。 8.1.2模型参数 xx k ， yy k 为潜水层或浅层含水层水平渗透系数(m/d)； xx T ， yy T 为承压水层或深层含水层导水系数(m 2 /d)； z k 弱透水层垂向渗透系数(m/d)； 潜水层或浅层含水层重力给水度(无量纲)； S ，S 分别为承压水层或深层含
23、水层弹性给水度和弱透水层弹性释水系数(无量纲)； p h 弱透水层粘性土有效压力(m)； （单位是m ?） p S 压密释水系数，为弱透水层粘性土水容重 w r 与粘性土垂向压缩系数 v m 乘积(无量 纲)； p dh 单位时间粘性土有效压力变化率（m） ； w r 水容重（g/m 2 ） ； （单位是 g/m 2?） v m 粘性土垂向压缩系数（cm 2 /kg） 。 （单位是 cm 2 /kg ?） 8.2数学模型的建立 8.2.1考虑弱透水层释水的多层模型 一个规模开采的、不产生地面沉降、咸水下移环境问题的典型地区的多含水层数学模型 描述为： ) ; , ( ) ( ) , , ( )
24、 0 ( 0 1 1 1 1 1 t t y x t h t y x W z z h k y h m k y x h m k x z yy xx = + = + + . 8-1 ) 0 ; , ( ) , ( ) , , ( 1 0 1 1 = = t y x y x h t y x h . 8-2 ) ; , ( ) , , ( ) , , ( ) ( 0 1 1 1 1 t t y x t y x q t y x n h d h k n n = . 8-3 5 ) ; 0 ; , ( ) ( ) , ( 0 2 1 2 2 t t m z and y x t h h S t h S y x
25、 z h k p p z = = . 8-6 ) ; ; , ( ) , , ( ) , , ( 0 2 1 2 t t m z and y x t y x h t y x h = = . 8-7 ) ; , ( ) , , ( ) ( 0 2 2 2 2 2 t t y x t h S t y x W m z z h k y h T y y h T y z yy xx = + = + + . 8-8 ) 0 ; , ( ) , ( ) , , ( 2 0 2 2 = = t y x y x h t y x h . 8-9 ) ; , ( ) , , ( ) , , ( 0 2 2 t t y
26、 x t y x q t y x n h T n n = . 8-10式中： 0 1 h 浅层地下水初始水位(m)； 0 2 h 深层地下水初始水头(m)； 0 h 弱透水层水初始水头(m)； n q 1 浅层地下水二类边界流量(m 2 /d)； n q 1 深层地下水二类边界流量(m 2 /d)； 1 W 浅层地下水开采、垂向补给及排泄强度(m/d)； 2 W 深层地下水开采强度(m/d)； 0 t 初始时刻； m 弱透水层厚度(m)； 1 ， 2 分别为浅层、深层地下水分布区； 1 ， 2 分别为浅层、深层地下水第二类边界； z 位置判据，当 0 = z 时，为弱透水层顶板；当 m z =
27、 时，为弱透水层的底板。 式 8-1 为描述浅层地下水运动的潜水平面非稳定流偏微分方程。式 8-2、式 8-3 为式 8-1 的定解条件，其中，式 8-2 为其初始条件，式 8-3为其边界条件。 式 8-4 为描述弱透水层水运动的承压垂向非稳定流偏微分方程。式 8-5、式 8-6、式 8-7 为式 8-4 的定解条件，其中，式 8-5 为其初始条件，式 8-6 为其上边界条件，式 8-7 为其下 边界条件。 式 8-8 为描述深层地下水运动的承压平面非稳定流偏微分方程。 式 8-9、 式 8-10 为式 8-8 的定解条件，其中，式 8-9 为其初始条件，式 8-10 为其边界条件。 式 8-
28、6、式 8-7 同时也是式 8-1、式 8-4、式 8-8 的连接条件。通过其对浅层地下水、弱 透水层水、深层地下水水流运动微分方程进行耦合。 该模型在解均质、各向同性、底板水平、含水层等厚的井流的边值问题时，可与威瑟斯 6 庞 WitherSpoon 三类模型比较。由于含有弱透水层地下水运动的非稳定流方程，可确定区域 水位单调降低时的垂向水流和粘性土释水速度，模拟越流量和土体变形量。 适用于深层地下水及浅层地下水开发程度较高的地区。 8.2.2一维水流沉降模型 由式 8-4、式 8-5、式 8-6和式 8-7 可组成描述弱透水层地下水运动的一维非稳定越流模 型。 该模型在解均质、各向同性、底
29、板水平、含水层等厚、边界水位单调下降的边值问题时， 其解可与太沙基(Terzaghi)一维地面沉降模型的解等同。 8.2.3潜水模型 不考虑式 8-1中的连接项，由式 8-1、式 8-2 和式 8-3，可组成描述浅层地下水运动的潜 水平面非稳定流模型。 该模型适用于地下水开发程度较低的地区的浅层地下水评价。 8.2.4考虑越流的潜水模型 式 8-1 中的连接项为 m h h k / ) ( 1 2 时，由式 8-1、式 8-2 和式 8-3，组成描述浅层地下 水运动的潜水非稳定流越流模型(2.5-d)。 该模型在解均质、各向同性、底板水平、含水层等厚的井流的边值问题时，可与威瑟斯 庞(With
30、erSpoon)一类模型比较。 该模型适用于浅层地下水开发程度较高的地区。 8.2.5考虑弱透水层释水的潜水模型 考虑式 8-1 中的连接项，由式 8-1、式 8-2、式 8-3、式 8-4、式 8-5、式 8-6 和式 8-7， 组成描述浅层地下水运动的潜水准三维非稳定流越流模型。 该模型在解均质、各向同性、底板水平、含水层等厚的井流的边值问题时，可与威瑟斯 庞（WitherSpoon）二类模型比较。 该模型适用于浅层地下水开发程度较高的地区。 8.2.6承压水模型 不考虑式 8-8 中的连接项，由式 8-8、式 8-9 和式 8-10，组成描述深层地下水运动的承 压水平面非稳定流模型。 该
31、模型适用于大时间尺度岩溶地下水系统的评价工作（用重力给水度描述贮存项）。 8.2.7考虑越流的承压水模型 式 8-8 中的连接项为 m h h k / ) ( 2 1 时，由式 8-8、式 8-9 和式 8-10，组成描述深层地下 水运动的承压水非稳定流越流模型（2.5-d）。 该模型在解均质、各向同性、底板水平、含水层等厚的井流的边值问题时，可与威瑟斯 庞（WitherSpoon）一类模型比较。 该模型适于地下水开发程度较低地区评价深层地下水时使用。 7 8.2.8考虑弱透水层释水的承压水模型 考虑式 8-8 中的连接项，由式 8-4、式 8-5、式 8-6、式 8-7、式 8-8、式 8-
32、9和式 8-10， 组成描述深层地下水运动的承压水准三维非稳定流越流模型。 该模型在解均质、各向同性、底板水平、含水层等厚的井流的边值问题时，可与威瑟斯 庞（WitherSpoon）二类模型比较。 该模型适于深层地下水开发程度较高的地区评价深层地下水及其环境问题时使用。 8.2.9不考虑弱透水层释水的双层模型 式 8-1 中的连接项为 m h h k / ) ( 1 2 时，式 8-8 中的连接项为 m h h k / ) ( 2 1 时，由式 8-1、式 8-2、式 8-3、式 8-8、式 8-9 和式 8-10，组成描述深层和浅层地下水运动非稳定流越 流模型（2.5-d）。 该模型无严格的解析解。 该模型适用于地下水开发程度较低的地区使用。 8.2.10三维模型 三维模型有研究溶质运移的稳定流模型，以及饱和非饱和系统理论模型两种。前者适 于地下水溶质运移计算、理想流网绘制和溢出面分析，后者仍处于立论研究阶段。 三维变量、流场和过程与水文地质学描述存在着明显不同，三维流研究目的与区域地下 水开发、利用、规划、管理的要求也不相一致，三维参数仍不易通过试验获取。 9 模型求解 9.1求解方法 建立数值模拟模型， 利用有限差分法或有限单元法进行地
